水溶性大分子光引发剂的合成及其在RAFT聚合中的应用

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光聚合技术具有高聚合速率、设备简单、环保以及时间/空间可控性等显著优点得到了广泛的应用。光引发剂作为光聚合体系重要的组成部分,对体系的聚合速率和成本影响较大。目前市场存在的几乎都是小分子光引发剂,而光固化后残留的小分子引发剂存在一些明显的缺点,例如:气味大、有毒性、易黄变以及容易迁移等,这对引发效果和膜的表观性能有严重影响,限制了其应用范围。研究表明,光引发剂的迁移率与其相对分子量有关,大分子光引发剂的迁移率显著降低。可逆加成-断裂链转移(RAFT)调控的聚合诱导自组装(PISA)是近年来发展起来的一种高效制备嵌段共聚物纳米粒子的新方法,可用于制备具有不同形貌的嵌段共聚物纳米粒子,并且RAFT聚合还是一种可以制备具有明确端基聚合物的方法。本硕士论文报道了多种水溶性大分子光引发剂的合成,并探讨在室温下通过水相PISA高效制备嵌段共聚物纳米粒子的方法,更进一步探究了水溶性大分子I型光引发剂对水相PISA的影响。主要内容如下:1.合成了不同分子量酰基膦氧类的聚乙二醇单甲醚大分子光引发剂(m PEGn-TPO),通过核磁氢谱表征其结构与纯度。分析研究了大分子光引发剂的半衰期,研究发现随着大分子光引发剂m PEGn-TPO的分子量增大,m PEGn-TPO的半衰期变短。以m PEG113-TPO为水溶性光引发剂,使用聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯大分子RAFT试剂(PPEGMA15-CDPA),2-甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)为成核单体,在室温下进行可见光引发(λmax=405 nm,0.45 m W/cm2)水相RAFT分散聚合。可见光照射下,光引发聚合在10 min内就能达到很高的单体转化率(>99%),与使用小分子光引发剂2,4,6-三甲基苯甲酰苯基膦酸钠(TPO-Na)的光引发RAFT分散聚合相比聚合速度变慢。改变反应条件制备了不同形貌(球、纤维和囊泡等)的嵌段共聚物纳米粒子,接着使用不同分子量的光引发剂进行水相RAFT分散聚合制备嵌段共聚物纳米粒子,通过TEM测试发现改变大分子光引发剂的分子量并不会影响嵌段共聚物纳米粒子的形貌。2.合成了多个TPO功能化大分子RAFT试剂TPO-PPEGMAn-CDPA并通过核磁氢谱表征其结构,证明光引发剂TPO端基与PPEGMA偶联。利用RAFT试剂与I型光引发剂端基(TPO)的吸收光谱差异,使用绿光(λmax=530 nm,10 m W/cm2)作为引发光源,能确保2-甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)为聚合单体进行水相RAFT分散聚合时TPO不发生分解,通过改变反应条件制备了一系列不同形貌(球、纤维和囊泡等)的TPO功能化嵌段共聚物纳米粒子。利用TPO端基的光引发能力,这些TPO功能化嵌段共聚物纳米粒子在外加甲基丙烯酸缩水甘油酯(Gly MA)或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)单体条件下,通过光照可使嵌段共聚物纳米粒子进一步功能化。同时,由于TPO端基的高引发效率,将TPO功能化嵌段共聚物纳米粒子作为非均相光引发剂用于制备水凝胶,所得水凝胶具有良好的弹性、柔韧性和弹性。通过使用不同性质的嵌段共聚物纳米粒子还可以进一步控制这些水凝胶的性质和功能。3.以TPO-PPEGMA10.8-CDPA为光引发剂和大分子RAFT试剂,甲基丙烯酸缩水甘油酯(Gly MA)为成核单体,在低温(25-50℃)下进行可见光(λmax=405 nm,0.45 m W/cm2)引发RAFT乳液聚合。在可见光照射下,只需20 min单体就可完全转化(>99%)。通过凝胶渗透色谱(GPC)表征,结果发现在聚合过程中数均分子量与单体转化率呈良好的线性关系并且分子量分布较窄(Mw/Mn<1.41),表明该聚合过程具有良好的可控性。能够通过改变反应条件制备具有不同形貌(球、纤维和囊泡等)的嵌段共聚物纳米粒子。详细研究了反应温度对聚合动力学以及形貌的影响,构建了形貌相图,发现与前人报道的氧化还原引发的RAFT乳液聚合有所不同,使用TPO-PPEGMA10.8-CDPA作为光引发剂和RAFT试剂进行可见光引发RAFT乳液聚合制备的嵌段共聚物纳米粒子形成的形貌在一定程度上会随着单体浓度的改变而有所变化。
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