RAFT 聚合、非均相聚合、可控性、嵌段共聚物、功能化/Macromolecules/2021思维导图

U278105587

2025-01-03

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RAFT 聚合、非均相聚合、可控性、嵌段共聚物、功能化/Macromolecules/2021

实验结果

研究目的

基本信息

RAFT 聚合、非均相聚合、可控性、嵌段共聚物、功能化内容详述

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思维导图大纲

基本信息

标题

英文

Controlled RAFT synthesis of polystyrene-b-poly(acrylic acid)-b-polystyrene block copolymers and their self-assembly in an ionic liquid [BMIM][PF6]

中文

聚苯乙烯-b-聚丙烯酸-b-聚苯乙烯嵌段共聚物的受控RAFT合成及其在[BMIM][PF6]离子液体中的自组装

主要作者及机构

张璞玉

河南大学

期刊

SCIE JCR Q2

IF 3.2

研究背景

嵌段共聚物的合成与应用备受关注，其在控制纳米结构和功能方面具有设计灵活性。离子液体因多种优良特性而应用广泛，但在作为聚合物体系溶剂方面研究较少。

本研究旨在探究嵌段共聚物在离子液体中的自组装行为及相关特性。

研究目的

合成特定嵌段共聚物并探究其性质

制备 PSt - PAA - PSt 嵌段共聚物，通过控制反应条件，获得具有不同 PAA 嵌段长度的共聚物，以研究其结构与性能的关系。

研究共聚物在离子液体中的自组装行为

探索自组装胶束形态，利用透射电子显微镜（TEM）直接观察胶束在离子液体中的微观结构，分析胶束形态与 PAA 嵌段长度之间的关系，研究在该离子液体环境下胶束形态的变化规律，如发现随着 PAA 嵌段长度减小，胶束形态从球形向囊泡等其他形态转变，以及不同样品中胶束形态的多样性

揭示溶剂与共聚物相互作用机制

分析 PAA 链与溶剂亲和力变化，通过实验观察和分析，研究 PAA 链在不同温度下对水和 [BMIM][PF₆] 的亲和力变化规律。

实验方法

实验材料及试剂

BDATC（链转移剂）、St、AA、 [BMIM][PF₆] 离子液体及其他试剂

制备含 BDATC 的聚苯乙烯大分子 RAFT 试剂（CTA - b - PS）n

将苯乙烯与 BDATC 混合，在氮气保护下于 140°C 聚合 48h，反应后经处理得到白色粉末状试剂

合成多嵌段共聚物 PSt - PAA - PSt

以 CTA - b - PS 为大分子引发剂，与 AA、AIBN 和 DMF 混合，经冷冻 - 抽气 - 解冻循环除氧后，在 80°C 油浴中反应 24h，产物沉淀并干燥

制备离子液体中的胶束

将 PSt - PAA - PSt 共聚物与 [BMIM][PF₆] 混合，在 80°C 搅拌至完全溶解，对于难溶的样品可借助二氯甲烷助溶，后去除助溶剂得到胶束溶液

表征方法

采用凝胶渗透色谱（GPC）测量分子量及分布，核磁共振（NMR）分析化学结构，透射电子显微镜（TEM）观察胶束形态

实验结果

RAFT 试剂及共聚物的制备与表征

BDATC 作为链转移剂，使苯乙烯聚合过程可控，合成的 CTA - b - PS 大分子 RAFT 试剂的 ¹H NMR 谱图证实了其结构，且聚合反应具有高转化率、窄分子量分布的特点

通过 RAFT 聚合成功制备了 PSt - PAA - PSt 共聚物，GPC 曲线显示加入第二单体 AA 后，分子量增加，表明成功合成了嵌段共聚物，不同样品的分子量及 PAA 嵌段长度不同

胶束形态与结构

在 [BMIM][PF₆] 中，PSt - PAA - PSt 共聚物自组装形成多种胶束形态。当 PAA 嵌段较长（如样品 S1）时，形成球形胶束，平均核半径为 20 - 30nm；随着 PAA 嵌段长度减小（如样品 S2 和 S3），出现囊泡和矩形胶束，且囊泡形态多样，包括囊泡簇和包裹型囊泡等（图 3、图 4）

胶束形态的变化与共聚物组成有关，PAA 含量降低时，胶束结构从球形向囊泡转变，界面曲率减小。与在水和有机溶剂中的情况类似，但在 [BMIM][PF₆] 中胶束形态具有温度独立性

PAA 链对水和 [BMIM][PF₆] 的亲和力随温度变化而反转，室温下 PAA 链对水亲和力更强，高温（80°C 以上）时则对 [BMIM][PF₆] 亲和力更强，这与溶剂极性有关

研究结论

通过 RAFT 聚合成功合成了 PSt - PAA - PSt 嵌段共聚物，且能在离子液体 [BMIM][PF₆] 中自组装形成多种胶束形态，胶束形态受 PAA 嵌段长度影响，PAA 链对不同溶剂的亲和力随温度变化，该研究为嵌段共聚物在离子液体中的自组装行为提供了理论依据，在纳米材料合成等领域具有潜在应用价值。

研究意义

理论意义

拓展嵌段共聚物自组装理论。深入研究了聚苯乙烯 - b - 聚（丙烯酸） - b - 聚苯乙烯（PSt - PAA - PSt）嵌段共聚物在离子液体 [BMIM][PF₆] 中的自组装行为，发现胶束形态受 PAA 嵌段长度影响，且与在水和有机溶剂中的情况有相似性和独特性（如胶束形态的温度独立性），丰富了嵌段共聚物在不同溶剂体系中的自组装理论。

加深对离子液体中聚合物行为的理解。揭示了 PAA 链在离子液体和水体系中亲和力随温度变化的规律，以及离子液体作为溶剂对嵌段共聚物胶束形态的影响，这有助于深入理解离子液体与聚合物之间的相互作用机制。

实际应用意义

为纳米材料合成提供新途径。成功制备出具有特定形态（如球形、囊泡、矩形胶束等）的嵌段共聚物胶束，这些胶束在纳米尺度上具有精确可控的结构，可作为模板或构建单元用于纳米材料的合成。

推动离子液体在分散技术中的应用：由于离子液体具有非挥发性等优点，结合稳定的自组装纳米结构，为在高于室温的条件下进行纳米材料合成和其他分散剂技术提供了良好的基础。