聚偏氟乙烯表面接枝聚合物刷及表面物理化学性质

摘要

含氟聚合物(如聚偏氟乙烯)以其广泛的优良性能尤为受到人们的关注，它们的优良性质包括：化学稳定性、耐腐蚀性以及高温稳定性等。聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种功能性膜材料已在生物技术及生物医疗领域引起极大兴趣。但是由于PVDF的低表面能及低的亲水性使其在使用过程中易吸附蛋白质或血小板，使仪器易受到污染。所以对PVDF进行表面功能化，提高表面亲水性成为现在的研究热点之一。 本文首先对PVDF表面进行化学处理，在表面获得羟基，通过2-溴代异丁酰溴与表面羟基反应，获得原子转移自由基聚合(ATRP)所需要的表面引发基团。然后利用表面引发原子转移自由基聚合(ATRP)方法从表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物刷和聚甲基丙烯酸甲基醚聚(乙二醇)酯(PPEGMA)聚合物刷。通过与苯乙烯的嵌段聚合表明表面末端基团能够重新激活。使用衰减全反射傅立叶红外光谱(ATR-FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)表征修饰后PVDF薄膜表面的化学成分变化。利用凝胶渗透色谱(GPC)分析自由引发剂引发聚合的自由聚合物，结果表明聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的分子量分布较窄(＜1.35)。修饰后PVDF膜表面的接触角变化由静滴接触角测量仪(±2°)测得，表明接触角明显降低，膜表面亲水性提高。证实了化学处理获得表面引发基团，然后表面引发ATRP技术修饰PVDF膜的可行性和接枝动力学的可控性。 为了提高接枝密度，制备梳型聚合物刷，本文对PVDF薄膜表面进行化学处理获得表面羟基，然后羟基功能化的薄膜与2-溴异丁酰溴反应获得表面引发剂。表面引发三甲基硅保护的甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA-TMS)原子转移自由基聚合，在聚偏氟乙烯表面获得三甲基硅保护的聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA-TMS)聚合物刷。动力学研究揭示PHEMA的接枝浓度随反应时间呈线性关系，表明表面链增长是可控或活性过程。2-溴异丁酰溴与三甲基硅氧基反应，在PHEMA聚合物刷侧链引入2-溴代酯组分。紧接着，表面引发甲基丙烯酸甲基醚聚(乙二醇)酯(PEGMA)原子转移自由基聚合制备梳型聚合物刷。使用ATR-FTIR和XPS表征修饰后PVDF表面，由原子力显微镜(AFM)观测修饰后PVDF薄膜表面形貌。结果显示，通过接枝梳型聚合物刷，聚偏氟乙烯薄膜表面由憎水变成高度亲水。 为了考查PVDF表面引发ATRP制备聚合物刷的可行性，采用仲氟原子直接引发亲水性功能单体聚甲基丙烯酸甲基醚聚(乙二醇)酯(PPEGMA)和聚甲基丙烯酸-2-(N,N-二甲基氨基)乙酯(PDMAEMA)分别制备聚合物刷。修饰后薄膜表面的化学组成及结构变化分别由XPS和ATR-FTIR表征，AFM和椭圆偏振测量仪分别检测修饰后薄膜表面形貌及膜厚的变化。通过反应动力学研究证实，PVDF薄膜直接引发表面原子转移自由基聚合是“可控/活性”过程，表面聚合物接枝浓度随反应时间延长呈线性增长趋势。为了验证末端基活性，我们分别以表面PPEGMA和PDMAEMA聚合物刷作为大分子引发剂，分别引发苯乙烯(St)原子转移自由基聚合制备嵌段聚合物刷。表面接枝PPEGMA和PDMAEMA聚合物刷后，薄膜表面接触角明显降低。蛋白质吸附表明，接枝聚合物刷的PVDF薄膜表面抗污染能力得到提高。

目录

文摘

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第一章绪论

参考文献

第二章 化学处理和表面引发ATRP从PVDF薄膜表面制备聚合物刷及表面物理化学性质

参考文献

第三章 表面引发原子转移自由基聚合制备梳型共聚物刷及表面物理化学性质

参考文献

第四章PVDF表面直接引发ATRP接枝聚合及表面蛋白质吸附性能

参考文献

研究生期间论文发表情况

致谢