嵌段共聚物单分子层的形态调控及严重程度/水两相界面不对称粒子的制备

摘要

基于构建特殊表面性能的功能材料,表面改性技术是表面科学和技术的一个重要组成部分。功能性聚合物对材料的表面改性,广泛应用于粘附,生物材料,防护涂层,摩擦及损耗,复合材料,微电子和薄膜技术等领域。因此,它成为了高分子科学研究的一个重要领域。
　　纳米或微米尺度的不对称粒子的特殊结构赋予了它许多与众不同的性能,在稳定乳液、电场变向、能量转换、药物输送、传感等领域的应用令人关注,表现出广阔的应用前景。因此,基于界面工程技术制备不对称粒子的方法也是方兴未艾。
　　本论文工作内容主要集中在以下两个方面:
　　1.胶束的物理吸附法制备金表面的嵌段共聚物刷
　　通过胶束的物理吸附法将两嵌段共聚物聚环氧乙烷-嵌段-聚(4-乙烯基吡啶)(PEO113-b-P4VP93)修饰在固体金表面,随后又采用溶剂退火的方法,使得吸附的胶束解离、融合并且铺展在表面形成规整的聚合物刷。由于金原子和与吡啶基团的氮原子有较强的作用,P4VP嵌段将优先吸附在金表面。首先我们研究了在不同沉淀剂(中性水是P4VP的沉淀剂)和共同溶剂(甲醇是两个嵌段的溶剂)比例的胶束溶液条件下,聚合物在金表的吸附量。研究发现,随着胶束核密度的降低(甲醇含量的增加),吸附的聚合物量相对减少。虽然纯水中聚合物的吸附质量最大,但胶束的球形结构并不能解离成完全覆盖在表面的吸附层。因此我们采用增加共同溶剂去退火吸附后胶束的方法得到了相对致密的单分子嵌段共聚物吸附层。在此基础上,用小分子交联剂1,4-二碘丁烷将锚合层(P4VP)交联起来得到稳定的金表面修饰的聚合物层。该方法获得的嵌段共聚物刷具有很强的耐酸作用,在PH=2的盐酸溶液条件下,该聚合物修饰层完全不会从表面解离下来。我们利用石英晶体微天平(QCM-D)并结合原子力显微镜(AFM)研究了这一系列变化过程。
　　2.基于聚合物/水两相界面不对称粒子的制备
　　配制合适浓度的聚(4-乙烯基吡啶)(P4VP)甲醇溶液,接着再加入适量比例的油溶性单体二乙烯基苯(DVB)和引发剂偶氮二异丁氰(AIBN),然后将此溶液以一定的转速旋涂在平整的云母片上,由于P4VP和云母基底有很好的作用,聚合物极易铺展在其表面。聚合物薄层的厚度主要通过聚合物溶液的浓度以及旋涂的转速来控制。最后将旋涂干燥后的云母片浸入含有一定浓度N-异丙基丙烯酰胺(NIPPAm)的水溶液中,加热到80℃引发聚合,聚合反应首先从含有油溶性单体的聚合物层(P4VP)开始,随后扩展至固液界面引发水相中水溶性单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPPAm)的聚合,反应完成后即可在聚合物/水界面处获得两亲性的不对称聚合物粒子。我们分别采用了原子力电镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征了该不对称粒子的形态。