ATRP法制备纳米铜/聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯复合材料的研究

摘要

在超声辐射作用下，以α-溴代丙酸乙酯为引发剂，环己酮为溶剂，溴化亚铜/2，2-联吡啶为催化体系，通过原子转移自由基聚合（ATRP）制备了分子链末端含有一个α-溴原子的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA-Br）。以此为大分子引发剂引发苯乙烯单体进行ATRP反应，制得聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯（PMMA-b-PS）嵌段共聚物。通过硼氢化钠还原聚合物体系中的溴化亚铜，从而制备得到纳米铜/PMMA-b-PS复合材料。 红外光谱（FT-IR）、凝胶渗透色谱（GPC）和核磁共振（1H NMR）等表征证实了嵌段共聚物的分子构造，其分子量分布较窄；嵌段共聚物的分子量随苯乙烯单体转化率的增加而增加，两者基本上成线性关系，聚合过程为活性聚合；嵌段共聚物PMMA-b-PSt在选择性溶剂丙酮中有自组装的现象，不溶的PSt嵌段链段相互聚集成核，溶于丙酮的PMMA链段在溶液中自由的伸展，将聚集在一起的PSt链段包裹起来形成了一些粒径在100nm到200nm不等的微球，随着不溶的PSt链段的增长，胶束改变形态，形成了可以降低核尺寸的棒状结构和网状结构。 FT-IR结果表明，纳米铜与PMMA-b-PS之间存在一定的化学作用力； X射线光电子能谱（XPS）进一步证明了纳米铜与PMMA-b-PS的作用力为纳米铜与聚合物的酯羰基氧原子之间通过配位作用形成的化学作用力；X射线衍射（XRD）确定了纳米铜为面心立方结构晶型；用热分析（TG-DSC）表征研究了纳米铜/PMMA-b-PS复合材料的热学性质。结果表明，纳米铜/PMMA-b-PS复合材料的分解温度和玻璃转化温度均比PMMA-b-PS低，说明纳米铜对聚合物的分解具有催化作用，降低了聚合物的分解温度。用透射电子显微镜（TEM）观察复合材料的组装现象：常规条件下，纳米铜诱导复合材料在环己酮溶剂中组装形成了以PMMA-b-PSt为连续相，以纳米铜为分散相的圆环状组装图案；高温数小时退火条件下，嵌段共聚物高分子链在纳米金属铜作用下发生足够的驰豫，进行有序组装，形成了明亮部分的PMMA链段和较暗部分的PSt链段交替排列的有序的微观结构。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 综述

1.1 概述

1.2 聚合物基纳米金属复合材料

1.2.1 聚合物基纳米金属复合材料的制备方法

1.2.2 聚合物基纳米金属复合材料的性能和应用

1.2.3 聚合物基纳米金属复合材料的表征方法

1.3 原子转移自由基聚合制备嵌段共聚物

1.3.1 原子转移自由基聚合的特点

1.3.2 原子转移自由基聚合制备嵌段共聚物的方法

1.4 论文研究目的、研究内容和创新点

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

1.4.3 论文的创新点

第二章PMMA—b—PSt嵌段共聚物的ATRP合成和表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验仪器

2.2.3 PMMA—b—PSt嵌段共聚物的ATRP合成

2.3 嵌段共聚物的表征

2.3.1 傅立叶红外光谱表征

2.3.2 凝胶渗透色谱表征

2.3.3 核磁共振(氢谱)表征

2.3.4 透射电子显微镜表征

2.4 结果和讨论

2.4.1 红外光谱(FT—IR)分析

2.4.2 凝胶渗透色谱(GPC)分析

2.4.3 核磁共振(1 H NMR)分析

2.4.4 透射电子显微镜(TEM)分析

2.5 本章小结

第三章 纳米铜/PMMA—b—PSt复合材料的组装

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器

3.2.3 纳米铜/PMMA—b—PSt复合材料的制备

3.3 复合材料的表征方法

3.3.1 X射线能谱表征

3.3.2 X射线衍射表征

3.3.3 傅立叶红外光谱表征

3.3.4 X射线光电子能谱表征

3.3.5 差热—热重分析

3.4 结果和讨论

3.4.1 X射线能谱(EDS)分析

3.4.2 X射线衍射(XRD)分析

3.4.3 紫外—可见吸收光谱(UV—Vis)分析

3.4.4 红外光谱(FT—IR)分析

3.4.5 X射线光电子能谱(XPS)分析

3.4.6 复合材料的热分析

3.5 纳米铜/PMMA—b—PSt复合材料的组装

3.6 本章小结

第四章结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果