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全氟环丁基芳基醚聚合物不仅保持了含氟聚合物的许多经典性质,而且具有良好的加工性能。但是由于其独特的热环化聚合机理,合成方法单一,迄今为止所报道的全氟环丁基芳基醚聚合物种类有限。本论文主要围绕合成含有全氟环丁基芳基醚主链的接枝共聚物展开,通过从主干接枝和向主干接枝的方法合成了一系列含有全氟环丁基芳基醚主链的疏水性和两亲性接枝共聚物,主要工作如下:
一、官能团密度可控的含氟大分子引发剂的合成
首先以2-甲基对苯二酚为起始原料,经过1,2-二溴四氟乙烷的氟烷基化反应和随后的Zn催化脱卤反应合成了含有甲基的双三氟乙烯基芳基醚新单体(MBTFVB)。200℃下进行MBTFVB单体的[2π+2π]热环化逐步聚合反应,以对甲氧基三氟乙烯氧基苯封端,从而得到了含有甲基的全氟环丁基芳基醚聚合物。以NBS或NCS为卤化试剂,与苄甲基进行单卤化反应,从而在聚合物中引入苄溴或苄氯官能团。通过控制卤化试剂的投料比或者反应时间,得到了卤素含量可控的ATRP大分子引发剂,其结构通过核磁和红外光谱等得到了证实。
二、含有全氟环丁基芳基醚主链的疏水性接枝共聚物的合成
通过从主干接枝法,利用含苄溴的大分子引发剂引发苯乙烯(St)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)的ATRP聚合,合成了一系列分子量分布较窄的PMBTFVB-g-PS和PMBTFVB-g-PMMA疏水性接枝共聚物。通过气相色谱及核磁对聚合反应的动力学进行了研究,发现ln([M]0/[M]t)与时间成线性关系,说明表观聚合速率与单体浓度成动力学一级关系,体系中增长自由基的浓度基本保持恒定。这些结果表明大分子引发剂引发St和MMA的聚合反应为活性可控聚合。溶解性实验表明所得接枝共聚物在常规溶剂中具有很好的溶解性,说明其具有良好的加工性。DSC谱图上出现了两个玻璃化转变温度,分别对应于主链和侧链的Tg,表明接枝聚合物在本体中发生了相分离。TGA的结果表明,所得到的接枝共聚物具有很好的耐热性。
三、含有全氟环丁基芳基醚主链的两亲性接枝共聚物的合成及自组装行为研究
通过从主干接枝法,利用含苄溴的大分子引发剂引发丙烯酸叔丁酯(tBA)的ATRP聚合,对侧链的叔丁酯基进行水解,从而得到了PMBTFVB-g-PAA两亲性接枝共聚物。我们采用含苄氯的大分子引发剂,通过从主干接枝法引发N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)的ATRP聚合,合成了PMBTFVB-g-PNIPAM两亲性接枝共聚物,动态光散射的结果表明含氟链段的引入对其LCST影响很大。通过向主干接枝法,在NaH作用下单羟基聚乙二醇与苄溴官能团发生高效偶联反应,从而得到了PMBTFVB-g-PEG两亲性接枝共聚物。离子色谱的结果显示Br残留很少,表明该反应具有很高的效率(>99%)。PMBTFVB-g-PAA和PMBTFVB-g-PNIPAM的DSC谱图上,出现了两个玻璃化转变温度,分别对应于主链和侧链的Tg,表明接枝聚合物在本体中发生了相分离。TGA结果表明,所得到的接枝共聚物具有很好的耐热性。
以上所合成的两亲性含氟接枝共聚物在水溶液中可以自组装形成不同形貌的胶束,如球形、棒状和碗形胶束等。我们研究了制样方法,水含量,pH值和离子强度等因素对胶束形貌的影响。