环境响应性嵌段共聚物的制备与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

当前工业化聚合物合成中，以自由基法生产的为主。约占总聚合物工业化生产的30%。可用的引发方式也很多，引发剂引发、光引发、热引发等。这些优点使得自由基聚合在工业上获得了最广泛的应用。活性自由基聚合由于集活性聚合与自由聚合的优点于一身，不但可得到分子量分布较窄、分子量可控 ，结构明晰的聚合物， 而且适用的单体面广，反应条件温和易控制，容易实现工业化生产。所以，活性自由基聚合具有更高的应用价值 ，受到了高分子化学家们的高度重视，由此活性自由基聚合一直是高分子领域的热门研究裸题 。以实现可逆链转移或链终止的方式的不同， 活性自由基聚合可以分为稳定自由基聚合(sfrp)、原子转移自由基聚合 (atrp)、可逆加成一裂解键转移(raff)聚合等。其中atrp是1995年才发展起来的一种活性自由基聚合方法，由于该聚合方法涉及的原料一般价廉且都有工业化试剂供应，因此被认为是最有可能在活性自由基聚合体系中率先实现工业化的聚合技术，因此在学术界以及工业界都倍受关注，报道的文献超过3000篇。

嵌段共聚物是由两种或两种以上化学性质不同的嵌段通过化学键相连接而组成的共聚物，各嵌段之间的热力学不相容性会导致微相分离的发生， 这些微相结构的存在使嵌段高分子被广泛应用于制造热塑性弹性体、 高抗冲工程塑料、 汽车部件、 胶黏剂、添加剂、 涂料等。随着人们对物质科学的理解与材料技术的运用的深入，大家更倾向于具有发展环境响应性的材料，即具有感知并对外界环境做出相应功能的材料。嵌段共聚物正是在这一科学背景下显示出了强大的生命力，它凭借自身独特的物理化学性质，能自组装合成小到几个纳米、大至数微米、甚至更大尺寸范围内的，可具有各种各样的丰富的形态结构的材料。

随着对功能性材料的日益需求，功能性嵌段共聚物的合成备受学术界的关注。atrp体系聚合之最大优越性莫过于分子设计。利用atrp的超强的分子设计能力可以很方便地合成嵌段共聚物。 一般地采用atrp法合成嵌段共聚物分成 (1)全atrp法；(2)半atrp法以及 (3) atrp和其它聚合方式相结合的方法三种。本文采全atrp法，以溴化异丁酸-2-羟基乙酯为引发剂，进行原子转移自由基聚合，最后生成嵌段共聚物，并对聚合物的结构进行了表征。

使用atrp法可以合成多种嵌段共聚物如 ab、aba、abc 型。主要采用以下方法：一、在第一单体进行 atrp 聚合反应结束后向聚合体系中直接加入第二单体继续进行聚合。二、使用atrp方法使第一单体进行atrp 聚合反应制备端基带有卤素原子的聚合物，进而将聚合产物进行处理。产物经纯化后引发第二种单体进行atrp聚合反应，制备得到嵌段共聚物。如果使用的引发剂是二官能团的，则可通过两步atrp法制备得到三嵌段共聚物。由于某些单体不能直接进行atrp反应，则可先利用传统化学反应等将其制备成可进行atrp反应的物质。再将其与其它单体通过atrp制备各种类型的共聚物。 大分子的自组装的特点决定了自组装技术受到极大关注的原因：首先自组装过程是一种自发的过程，可以多组份同时组装并同时不影响产物的形成。而且自组装过程较迅速，因为其本身就是各组份自发组装成产物的。基于自组装技术本身的优势，所以能够按照设计实现有序的组装，如果可以实用规模性生产，可大大降低生产的成本。在大分子的自组装合成领域中，两亲性共聚物研究的尤为深入和广泛。共聚物合成的研究领域包括本体合成、溶液中的合成和薄膜合成。集亲水／疏水这一矛盾的两亲性二元性质于一身的共聚物分子，在溶液中，疏水链驱动聚合链的聚集，其协同作用的结果就是合成，形成具有丰富形态结构的高分子胶束，使其在药物释放、污水处理、纳米粒子方面的制备等领域得到广泛关注。合成研究比较广泛的嵌段聚合物合成，由于嵌段聚合物结构简单，可以很方便的通过改变嵌段共聚物的组成、链长、施加外场或改变制备方法等使其通过自组装技术产生各种高度有序的介观图案，所以，近20年来嵌段共聚物的合成技术已成为纳米制各技术领域的热点之一。

2. 研究内容和预期目标

本课题的主要研究内容为设计合成以n-异丙基丙烯酰胺（nipaam）单体为基本原料，与以3-羟基苯基丙烯酸为单体合成的聚3-羟基肉桂酸（p3hca)通过缩聚反应合成具有嵌段结构的双亲共聚物。

工作分为以下几部分：

（1） 首先利用原子转移自由基聚合法以n-异丙基丙烯酰胺（nipaam）为单体合成带有端羟基的聚n-异丙基丙烯酰胺（pnipaam）；

（2）再由3-羟基苯基丙烯酸合成聚3-羟基肉桂酸（p3hca)，并进行酰基化处理形成聚3-羟基肉桂酰氯；

3. 研究的方法与步骤

利用现代科技文献的查阅方法和手段，如internet、网上图书馆、电子期刊等数据库，查阅有关研究嵌段共聚物的合成与应用方面的科技文献资料，并对文献进行分析、研究。在此基础上拟定出了具体实验方案。

在确定合成路线的基础上，选择具体合成条件，合成出目标共聚物，通过实验培养动手能力、独立思考问题解决问题的能力和初步的科研素养。

具体合成的基本路线如下：

（1）pnipaam的合成：

4. 参考文献

[1] rzaev z m o, din?er s, pi?kin e. functional copolymers of n-isopropylacrylamide for bioengineering applications[j]. progress in polymer science, 2007, 32(5): 534-595.[2] 李万超, 赵义平, 陈莉, 等. 温度响应性聚合物膜的研究进展[j]. 材料导报, 2008, 22(10): 108-111.[3] hsu c c, wu c s, liu y l. multiple stimuli-responsive poly (vinylidene fluoride)(pvdf) membrane exhibiting high efficiency of membrane clean in protein separation[j]. journal of membrane science, 2014, 450: 257-264.

[4] shi d, matsusaki m, akashi m. photo-tunable protein release from biodegradable nanoparticles composed of cinnamic acid derivatives[j]. journal of controlled release, 2011, 149(2): 182-189.

[5] voets i k, de keizer a, cohen stuart m a, et al. core and corona structure of mixed polymeric micelles[j]. macromolecules, 2006, 39(17): 5952-5955.

[6] 杨显志, 邵华, 张玲琪, 等. 鬼臼毒素资源研究现状[j]. 中草药, 2001, 32(11): 1042-1044.

5. 计划与进度安排

（1）2022-2-22~2022-3-7（第一、二周）在查阅文献资料的基础上，写出开题报告。

（2）2022-3-7~2022-6-1（第三周到第十五周）完成合成实验、结构表征及性能测试。

（3）2022-6-2~2022-6-15（第十六到十七周）撰写毕业论文并准备答辩。