水介质中表面引发原子转移自由基聚合法制备球型聚电解质刷及其应用

【摘要】聚电解质刷不但具有一般聚合物刷的所有特性,而且具有更突出的性质,例如pH响应性、温敏性、反离子吸附等。这些特性使聚电解质刷在药物控释、污水处理、制备金属纳米粒子、催化、分子检测、蛋白质吸附等领域有着广泛的应用。球型聚电解质刷是将聚电解质接枝到球型模板粒子上,形成的聚电解质刷系统尺寸一般在10nm-500nm,模板粒子的尺寸分布达到了单分散且具有明显的核壳界面。球型聚电解质刷最主要的制备方法是通过化学接枝的方式,使聚电解质从模板粒子的表面接枝。由于表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)不但能够控制目标产物的形貌和性能,而且具有极强的通用性和稳定性,因此被广泛用于球型聚电解质刷的合成。本文通过水介质中SI-ATRP法合成球型聚电解质刷,研究了制备过程中偶联剂的接枝方式与接枝量对产物的影响；以制备的球型聚电解质刷为基础,探究了其在超疏水和表面增强拉曼等领域的一些应用。主要研究内容如下：1.以Stober法合成直径约为230nm的单分散二氧化硅微球,通过Piranha溶液活化后接枝不同量的硅烷偶联剂,然后接枝引发剂并在水介质中引发ATRP,制备聚甲基丙烯酸甲酯刷,最后将其水解得到聚甲基丙烯酸刷。通过TEM、EDS、GPC、TG、FT-IR,Zeta电位等表征方法对其表征,结果表明采用静置反应的方式能有效的接枝偶联剂,当微球量为1g、偶联剂为4mL时能得到最佳效果；水解时三氟乙酸的量适当增加能够使水解更充分。2.通过控制ATRP的反应时间来调控聚电解质刷的分子量,再以不同分子量的聚电解质刷为模板,利用二乙醇胺(DEA)为催化剂原位水解正硅酸乙酯(TEOS),制备出了不同形貌的果莓状粒子。在TEOS水解过程中,由于成核和核生长两个过程同时存在,使得不同分子量对形貌的影响也有所不同。当聚电解质刷分子量为0时只能得到光滑的核壳结构；随着分子量的增大能得到较为完整、规则的果莓状微球；当分子量继续增大时得到的果莓状微球的形貌较为复杂。将上述微球分散到乙醇中后旋涂在玻璃片上测试接触角,其结果能达到157.2°,具有超疏水的性能。3.以不同分子量的聚电解质刷为纳米反应器,以AgNO3为银来源,首先通过聚电解质刷所含有的反离子将AgNO3吸附在反应位点上,然后利用DEA为还原剂原位还原AgNO3制备银纳米粒子。通过调节吸附时间和还原时间来调控银纳米粒子的形貌和粒径。在对浓度为10-6mol/L的R6G的拉曼增强研究中发现,通过纳米反应器制备的银纳米粒子对这个浓度均有增强效果,对于浓度为10-8mol/L的R6G的拉曼增强的测试发现,只有粒径较大的银纳米粒子(>20nm)才能显现出较强的SRES效应。
【作者】刘杨华；
【导师】周艺峰；
【作者基本信息】安徽大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】聚电解质刷；表面引发；原子转移自由基聚合；果莓状微球；表面增强拉曼散射；

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