PS-b-PNIPAAm嵌段共聚物的合成及其纳米多孔膜的构建

摘要

基于N-异丙基丙烯酰胺的温度敏感膜在很多领域显示出诱人的应用前景，但传统制备方法所制备温敏膜的膜孔尺寸及膜孔表面PNIPAAm分子链分布不一致，因而其响应性能并不明显。近年来，嵌段共聚物(Block copolymer)由于其各嵌段间热力学不相容可以产生微相分离行为而广泛的应用于制备单分散孔径多孔材料。本论文利用可逆加成断裂链转移聚合和原子转移自由基聚合方法制备分子量分布较窄的两亲性嵌段共聚物PS-b-PNIPAAm，并利用选择性溶胀成孔法制备纳米级多孔薄膜，探讨了不同退火和溶胀条件对薄膜形态的影响。研究内容如下:
　　利用可逆加成断裂链转移聚合(RAFT)方法初步尝试合成嵌段共聚物PS-b-PNIPAAm。合成RAFT试剂4-氰基戊酸二硫代苯甲酸以此为链转移剂，AIBN为引发剂进行聚合反应，得到了大分子链转移剂RAFT-PS，引发NIPAAm聚合得到PS-b-PNIPAAm。又利用原子转移自由基聚合调控嵌段共聚物结构。改变反应体系、聚合时间和温度等条件得到大分子引发剂PS-Br，讨论反应条件对其结构的影响。得到优选反应条件后，引发NIPAAm反应，傅利叶红外光谱(FT-IR)和核磁共振(1H-NMR)对其结构进行表征，测试结果表明反应得到PS-b-PNIPAAm。考察了反应溶剂体系，反应时间和反应配比对产物嵌段比的影响。结果表明采用DMF作为溶剂得到产物中NIPAAm嵌段比例更大，并且延长反应时间和提高反应物配比都有助于增加共聚物中NIPAAm的比例。
　　将嵌段共聚物溶解在四氢呋喃中配制成质量分数为2wt％的溶液，旋涂后得到初生嵌段共聚物薄膜，分别以乙醇或四氢呋喃为退火溶剂退火后，通过选择性溶胀成孔法制备纳米多孔膜。探讨了共聚物组成、退火时间、退火和溶胀溶剂类型对薄膜微孔结构的影响。结果表明，NIPAAm嵌段比例太小时所制备薄膜表面相对平整，不易形成分相结构。随着退火时间的延长，膜表面的微相分离越明显，微孔结构的分布更均匀。将在乙醇中退火预处理的薄膜分别在乙醇和去离子水中进行溶胀处理，结果发现升高溶胀温度和延长溶胀时间均有助于膜表面微孔结构的形成，且该过程中乙醇的成孔作用比水的作用更为明显。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 膜分离技术

1．2 智能膜材料

1．2．1 智能膜的分类

1．2．2 智能膜的应用

1．2．3 基于聚N-异丙基丙烯酰胺的温度敏感膜的研究现状及问题

1．3 有序纳米多孔膜的方法制备

1．3．1 常见有序纳米多孔膜制备方法

1．3．2 利用嵌段共聚物制备有序纳米多孔膜的方法

1．4 可逆加成断裂链转移聚合(RAFT)

1．4．1 RAFT聚合机理

1．4．2 RAFT试剂及其适用单体

1．4．3 RAFT聚合制备嵌段共聚物

1．5 原子转移自由基聚合(ATRP)

1．5．1 ATRP聚合反应机理

1．5．2 原子转移自由基聚合基本组成成分

1．5．3 原子转移自由基聚合的应用

1．5．4 原子转移自由基聚合对NIPAAm的聚合研究

1．6 本课题研究意义和主要内容

1．6．1 本课题研究意义

1．6．2 本课题主要研究工作

第二章 RAFT聚合方法制备两亲性嵌段共聚物PS-b-PNIPAAm

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品与试剂

2．2．2 实验主要仪器

2．2．3 RAFT试剂4-氰基戊酸二硫代苯甲酸(CPADB)的合成

2．2．4 大分子链转移剂RAFT-PS的合成

2．2．5 RAFT法合成嵌段共聚物PS-b-PNIPAAm

2．2．6 表征与性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 双硫代苯甲酸二硫化物以及大分子链转移剂的红外表征

2．3．2 反应各阶段产物的核磁表征

2．4 本章小结

第三章 ATRP聚合方法制备两亲性嵌段共聚物PS-b-PNIPAAm

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品与试剂

3．2．2 实验主要仪器

3．2．3 ATRP聚合反应前期准备

3．2．4 大分子引发剂聚苯乙烯-溴的合成

3．2．5 嵌段共聚物PS-b-PNIPAAm的合成

3．2．6 表征与性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 配体Me6TREN的表征

3．3．2 红外(FT-IR)测试分析

3．3．3 核磁(1H-NMU测试分析

3．3．4 凝胶渗透色谱(GPC)分析

3．4 本章小结

第四章 嵌段共聚物PS-b-PNIPAAm薄膜的制备及调控

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品与试剂

4．2．2 实验主要仪器

4．2．3 嵌段共聚物PS-b-PNIPAAm薄膜的制备

4．2．4 表征与性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 选择性溶胀成孔机理

4．3．2 所合成嵌段共聚物PS-b-PNIPAAm制备薄膜的初步探索

4．3．3 嵌段共聚物PS16-b-PNIPAAm5．2薄膜成孔过程中各条件的影响

4．4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

硕士生期间发表论文和参加科研情况

致谢