微波辐射聚合制备单分散聚合物纳米粒子的研究

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聚合物粒子由于具有独特的性质、广阔的应用前景而成为高分子科学领域的研究重点。目前,由于制备技术的原因而导致无有效途径制备粒径为10 nm~100 nm、且单分散的聚合物纳米粒子。因此,单分散聚合物纳米粒子的制备及其制备技术已成为高分子科学、材料科学与技术领域的研究热点之一。本文首先对聚合物纳米粒子合成的研究进展、微波辐射应用于聚合反应的研究、微波辐射应用于活性自由基聚合反应的研究以及PEG类大分子引发剂应用于聚合反应的研究进行了系统综述。 在微波辐射下,进行了甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)的乳液共聚合。用重量法测定反应的转化率,研究反应动力学;用差示扫描量热仪(DSC)对共聚产物进行了玻璃化温度(Tg)的测试,并通过测得共聚物的Tg计算了共聚物中MMA、BA的质量分数;通过透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)激光光散射粒度仪(PCS)表征了聚合物粒子的形态、粒径大小及分布。结果表明,微波辐射乳液共聚合的诱导期短、反应速率快、转化率高;共聚产物只有一个Tg,并随MMA/BA质量配比的减小,从91.4℃降低到-35.4℃;制得的聚合物粒子呈均匀的球形,粒径小于100nm且单分散;随着乳化剂浓度的增大,制得聚合物粒子的水合粒径从194nm减小到60nm左右。 在微波辐射下,进行了N-羟甲基丙烯酰胺(NMA),甲基丙烯酸甲酯(MMA)和苯乙烯(St)的无皂乳液共聚合。用重量法测定反应的转化率,研究反应动力学。通过透射电子显微镜(TEM)、激光光散射粒度仪(PCS)表征了聚合物粒子的形态、粒径大小及分布。结果表明:与常规加热无皂乳液聚合反应相比,微波辐射无皂乳液聚合反应速率更快、转化率更高、引发时间更短的。两者的表观活化能量分别为61.04kJ/mol和83.75 kJ/mol;制得的聚合物粒子为球形,与常规加热无皂乳液聚合相比,微波辐射无皂乳液聚合制得的聚合物粒子粒径更小,分散更均一。 在微波辐射下,成功地进行了以PEG-Cl大分子为引发剂、St为单体的原子转移自由基乳液聚合,并制得单分散聚合物纳米粒子。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对合成的PEG-Cl大分子引发剂进行了表征。通过核磁共振仪(1H-NMR)对生成的PEG-b-PSt嵌段共聚物的结构进行了表征,并计算了其中苯乙烯单元的平均数目。用TEM观察了PEG-b-PSt纳米粒子的形态,用动态激光粒度仪(PCS)测定了PEG-b-PSt纳米粒子的平均水合粒径大小和分布。结果表明,微波辐射原子转移自由基乳液聚合制得的PEG-b-PSt纳米粒子粒径小于50nm且呈单分散。随着单体St与PEG-C1大分子引发剂的比例增大,聚合物纳米粒子的平均水合粒径增大,而粒径分布指数减小。微波辐射原子转移自由基乳液聚合制得的PEG-b-PSt纳米粒子的粒径和粒径分布指数都比相同条件下常规加热制得纳米粒子的要小。随着体系中催化剂体系浓度增大,制得的PEG-b-PSt纳米粒子的平均水合粒径减小,而粒径分布指数增大。
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