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RAFT分散聚合、光引发、热引发、大分子 RAFT 试剂、聚合物微球/Macromolecales/2023思维导图模板大纲
标题
英文
Transitioning from Photoinitiation to Thermal Initiation in RAFT Dispersion Polymerization via a Small Modification of the MacroRAFT Agent: A Scalable Approach for Monodisperse SurfaceFunctional Polymeric Microspheres
中文
通过对大分子 RAFT 试剂进行少量修改,从光引发转变为热引发:单分散表面功能聚合物微球的可扩展方法
主要作者及机构
肖明恒、谭剑波
广东工业大学
期刊
SCI Q1
IF 5.1
分散聚合制备聚合物微球的研究进展
分散聚合是制备单分散聚合物微球的常用方法,具有可扩展性。制备表面带有官能团的聚合物微球具有挑战性。
多种方法被用于制备表面功能化聚合物微球,包括使用功能性聚合物作为稳定剂,但这些方法存在局限,如粒径分布宽、功能基团难以利用等。
光引发的 RAFT 分散聚合可制备单分散且表面功能化的聚合物微球,但受光引发特性限制,难以大规模生产且对光吸收物质不兼容。
研究目的
探索从光引发转变为热引发的 RAFT 分散聚合方法,以克服光引发的局限,实现可扩展制备单分散表面功能聚合物微球。
大分子 RAFT 试剂的合成与表征
通过 RAFT 溶液聚合合成了以 N,N - 二甲基丙烯酰胺(DMA)为基础的大分子 RAFT 试剂(PDMA₆₂ - DDMAT),并通过链延伸反应引入不同长度的叔丁基丙烯酸酯(tBA)形成二嵌段共聚物(PDMA₆₂ - b - PtBA - DDMAT),同时还合成了羟基和羧基功能化的大分子 RAFT 试剂。
利用 ¹H NMR 和 THF SEC 对合成的大分子 RAFT 试剂进行了结构和分子量分布表征。
光引发和热引发的 RAFT 分散聚合反应
以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,在不同条件下进行光引发和热引发的 RAFT 分散聚合。光引发聚合在室温下进行,以 PDMA₆₂ - DDMAT 为大分子 RAFT 试剂,2 - 羟基 - 2 - 甲基苯丙酮(HMPP)为光引发剂,热引发聚合在 70°C 下进行,以 AIBN 为引发剂。
研究了不同大分子 RAFT 试剂浓度对聚合反应和聚合物微球性能的影响,并通过动力学研究、SEM 和 THF SEC 等手段对聚合过程和产物进行了分析。
光引发和热引发 RAFT 分散聚合的比较
光引发 RAFT 分散聚合可得到单分散的 PMMA 微球,随着大分子 RAFT 试剂浓度增加,微球平均直径减小。动力学研究表明光引发聚合更快,且在聚合过程中形成相对宽分子量分布的聚合物。
热引发 RAFT 分散聚合直接使用 PDMA₆₂ - DDMAT 时得到多分散的 PMMA 微球。动力学研究显示热引发聚合的成核阶段更长,且聚合过程中分子量分布相对窄。
引入疏水链段的影响
使用带有短疏水链段(PtBA)的大分子 RAFT 试剂(PDMA₆₂ - b - PtBA - DDMAT)进行热引发 RAFT 分散聚合,当试剂浓度在 4 - 8 wt% 时可得到高度单分散的 PMMA 微球。随着 PtBA 长度增加,微球尺寸减小,且聚合速率提高,成核阶段缩短。
XPS 分析表明引入 PtBA 可增强稳定剂对颗粒的锚定能力,提高稳定剂在微球表面的覆盖率。
聚合物链生长和颗粒尺寸演变
通过 THF SEC 和 SEM 研究热引发 RAFT 分散聚合过程中聚合物链生长和颗粒尺寸变化。未纯化样品的 SEC 图谱显示两个峰,随着聚合进行,代表聚合物链的峰向高分子量移动,且最终样品分子量分布窄,数均分子量与单体转化率呈线性关系。
SEM 图像显示随着反应时间增加,微球尺寸增大且保持单分散,单体转化率与颗粒体积呈线性关系。通过两阶段热引发 RAFT 分散聚合,在第二阶段添加不同量的 MMA 可精确控制微球直径。
功能聚合物微球的制备
使用羧基和羟基功能化的大分子 RAFT 试剂进行热引发 RAFT 分散聚合,可得到相应的单分散功能化 PMMA 微球。
探索了热引发 RAFT 分散聚合制备交联聚合物微球的可能性。在适当条件下,即使在聚合开始时添加交联剂,仍可得到单分散的交联 PMMA 微球。通过改变小分子 RAFT 试剂(DDMAT)的量,可控制聚合物微球的分子量。
通过对大分子 RAFT 试剂进行短疏水链段的延伸,成功实现了从光引发到热引发的 RAFT 分散聚合的转变。
详细研究了光引发和热引发 RAFT 分散聚合过程,发现直接转变会导致粒径分布失控,而引入疏水链段可解决热引发聚合中存在的问题,得到单分散聚合物微球。
两阶段热引发 RAFT 分散聚合可控制微球尺寸,使用不同的大分子 RAFT 试剂可制备具有不同表面功能的单分散聚合物微球,且可在聚合开始时添加交联剂制备交联聚合物微球,还能控制聚合物微球的分子量。这种转变为可扩展生产具有高均匀性、精确尺寸、可控分子量和多样表面功能的表面功能聚合物微球提供了重要方法。
成功实现从光引发到热引发的 RAFT 分散聚合转变,克服了光引发在大规模生产和对光吸收物质兼容性方面的局限,为聚合物微球的合成提供了更具可扩展性的方法。
从光引发到热引发的转变
两阶段热引发聚合控制微球尺寸
其他性能的综合评估
除了自愈合性能外,对于瓶刷聚合物的其他性能,如机械性能、热性能、化学稳定性等的综合评估可能还不够完善。这些性能对于材料在实际应用中的表现同样重要,需要进一步研究以全面了解材料的特性。
实际应用的具体案例研究较少
虽然提到了瓶刷聚合物在生物医学、弹性材料、化学电池等领域的潜在应用,但对于具体的应用案例研究还比较缺乏。需要进一步开展实际应用研究,验证材料在这些领域的适用性和优势。
生物医学、弹性材料、化学电池等领域
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