温度敏感型聚合物共价修饰多壁碳纳米管

论文摘要

本论文采用“向碳纳米管接枝”方法,通过“Click”反应将叠氮基修饰的温度敏感型嵌段共聚物聚N,N-二甲基丙烯酰胺/聚N-异丙基丙烯酰胺（PDMA-PNIPAM）接枝到炔基功能化的多壁碳纳米管（MWNTs）表面;并通过在嵌段共聚物主链上引入可交联单元N-丙烯酰氧琥珀酰亚胺（NAS）,用乙二胺交联其自组装后形成的胶束,进一步利用“Click”反应把交联胶束接枝到MWNTs表面。主要研究工作包括以下几个方面:嵌段共聚物的合成。以叠氮基修饰的三硫代碳酸酯（EMP-N3）为链转移剂,通过可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合方法合成不同嵌段长度的PDMA-PNIPAM;同时将交联用单体NAS分别引入PDMA或PNIPAM嵌段中,合成（PDMA-co-PNAS）-b- PNIPAM和PDMA-b-（PNIPAM-co-PNAS）共聚物。系统研究不同PNIPAM长度以及NAS单元引入对共聚物温度敏感行为的影响,动态光散射（DLS）测试结果表明随着PNIPAM嵌段长度增加、聚合物溶液浓度增加以及NAS憎水单元在PNIAPM嵌段中的引入,均会使共聚物临界胶束温度（CMT）降低。炔基修饰MWNTs与胶束反应研究。首先利用甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）把丙炔醇键接到MWNTs表面,合成炔基修饰的MWNTs。然后通过MWNTs表面炔基和聚合物链端叠氮基之间的“Click”反应,制备PDMA-PNIPAM修饰的MWNTs。系统考察了共聚物在水溶液中的胶束化行为对接枝反应效率的影响,利用热失重（TG）和紫外光谱（UV-Vis）对不同反应温度下的接枝产物进行了测试,结果表明反应温度高于CMT时,“Click”反应效率显著提高。扫描电子显微镜（SEM）结果证明了“Click”反应是在MWNTs表面炔基和胶束之间进行;透射电子显微镜（TEM）结果证明修饰后MWNTs周围被共聚物包覆。交联胶束与MWNTs反应研究。首先用乙二胺交联共聚物自组装形成的胶束,得到PDMA-b-（PNIPAM-co-PNAS）和（PDMA-co-PNAS）-b-PNIPAM交联胶束,然后通过“Click”反应把交联胶束接枝到MWNTs表面。考察了交联方法对交联胶束尺寸大小和温敏行为的影响;同时考察了核或壳交联胶束对接枝反应的影响。利用动态光散射（DLS）、SEM和TEM对交联胶束进行了表征,结果表明核交联胶束的粒径约为40 nm,壳交联胶束表现出温度敏感行为;TG研究结果证明核交联胶束与MWNTs反应产物的接枝量较高。此外,胶束修饰的MWNTs在甲醇和水中表现出良好的溶解性能,溶液可以稳定2个月以上。

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摘要

Abstract

第1章文献综述

1.1 引言

1.2 碳纳米管的结构与性能

1.3 碳纳米管表面共价修饰研究进展

1.3.1 碳纳米管的小分子化合物共价键修饰

1.3.2 碳纳米管的聚合物共价键修饰

1.4 各种物质在碳纳米管表面的组装

1.5 本论文研究的目的、内容和意义

第2章温敏性嵌段共聚物合成及其自组装行为研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 主要原料

2.2.2 分析测试

3的合成'>2.2.3 链转移剂 EMP-N₃的合成

2.2.4 交联单体 NAS 的合成

2.2.5 RAFT 方法合成PDMA-PNIPAM

2.2.6 含NAS单元嵌段共聚物的合成

2.3 结果与讨论

3的分析与表征'>2.3.1 链转移剂 EMP-N₃的分析与表征

2.3.2 RAFT 方法合成嵌段共聚物

2.3.3 嵌段共聚物的温度敏感行为研究

2.4 结论

第3章炔基修饰碳纳米管与胶束反应研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 主要原料

3.2.2 分析测试

3.2.3 炔基修饰 MWNTs 的制备

3.2.4 炔基化MWNTs 与PDMA-PNIPAM 之间的“Click”反应

3.2.5 聚合物修饰碳纳米管的溶解度测定

3.3 结果与讨论

3.3.1 MWNTs 的炔基化

3.3.2 共聚物自组装行为对“Click”反应效率的影响

3.3.3 接枝产物的表征及形态研究

3.4 结论

第4章交联胶束与碳纳米管反应研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 主要原料

4.2.2 分析测试

4.2.3 交联胶束的制备

4.2.4 交联胶束与炔基化 MWNTs 之间的“Click”反应

4.3 结果与讨论

4.3.1 交联胶束的合成及表征

4.3.2 交联胶束与 MWNTs 之间的“Click”反应及其产物的表征

4.4 结论

总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况

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