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环境友好与快速高效的可见光活化室温水溶液RAFT聚合

作　者: 石毅
导　师: 蔡远利
学　校: 湘潭大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 可见光活化室温水溶液RAFT聚合快速高效活性可控光引发与活化热活化效应
分类号: O631.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

可逆加成断裂链转移自由基聚合(RAFT聚合),集自由基聚合和活性聚合方法的优势于一体,备受关注。正发展成为制备结构精确聚合物的强有力工具。室温条件下水溶液活性自由基聚合研究有着重要的学术价值和潜在的应用前景。本论文探索并实现了在水溶液中可见光照下快速高效和活性可控的室温水溶液RAFT聚合。考察了S-乙基-S ’-(α,α’-二甲基-α"-乙酸基)三硫代碳酸酯(EDMAT)链转移剂的紫外可见吸收光谱。考察了在30 oC和可见光照下,不同水溶液pH中EDMAT的稳定性。研究了可见光活化聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯(PEGA)单体的室温水溶液RAFT聚合反应特征。通过2-羟乙基丙烯酸酯(HEA),N-(丙烯酰氧乙基)吡咯烷酮(NAP)的可见光活化室温水溶液RAFT聚合,考察了该聚合方法的单体普适性,并研究了可见光活化室温水溶液RAFT聚合的热活化效应。通过一个周期性的光开关过程,研究了可见光对该聚合反应的作用。研究结果表明,链转移剂EDMAT在可见波段存在一个弱吸收,使聚合反应的可见光活化成为可能。碱性或中性条件下,EDMAT水解,而偏酸性条件下其水解反应则明显抑制。在偏酸性的水溶液中,可见光活化室温RAFT聚合反应具有快速高效和活性可控的特点。而且,该聚合反应具有良好的单体普适性。低温下(7 oC)的聚合反应与室温下(25 oC)聚合反应的反应动力学特征相类似,体现出相同的引发期和聚合反应速率,说明该聚合反应在室温下的热活化效应可以忽略。周期性的可见光开关导致了该聚合反应周期性的快速启动和终止。聚合反应引发期过后,停止光照,则聚合反应终止。说明体系中的活性自由基浓度极低,绝大多数以中间体自由基形式存在。再次光照导致一个与前一光照时期相同的快速聚合反应过程,说明可见光明显加速了中间体自由基的断裂反应,使反应体系的活性自由基浓度明显提高。以上实验结果表明,可见光不仅促使TPO光解产生初级自由基,引发聚合反应,同时还兼具活化中间体自由基断裂反应的功能。这一特异的光开关控制过程可用于聚合反应的实时启动和终止。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 环境友好的原子转移自由基聚合(ATRP)  10-11
  1.3 环境友好的可逆加成断裂链转移自由基聚合(RAFT 聚合)  11-16
    1.3.1 室温条件下的RAFT 聚合  14-15
    1.3.2 水溶液中的RAFT 聚合  15
    1.3.3 室温水溶液RAFT 聚合  15-16
  1.4 水溶液RAFT 聚合的局限性  16-17
  1.5 本论文的目的和研究内容  17-19
    1.5.1 本论文的目的  18
    1.5.2 本论文拟解决的关键科学问题  18
    1.5.3 本论文的主要研究内容  18-19
  1.6 本论文的特色与创新之处  19
  1.7 本论文的科学意义  19-20
第2章单体及链转移剂的合成与表征及链转移剂在不同PH 水溶液中的稳定性  20-28
  2.1 引言  20
  2.2 实验部分  20-23
    2.2.1 试剂与材料  20-21
    2.2.2 N-(2-丙烯酰氧乙基)吡咯烷酮(NAP)的合成  21-22
    2.2.3 S-乙基-S '-(α, α'-二甲基- α"-乙酸基)三硫代碳酸酯(EDMAT)的合成  22
    2.2.4 链转移剂的紫外可见吸收光谱  22
    2.2.5 不同pH 水溶液中链转移剂的稳定性  22-23
    2.2.6 表征与测试  23
  2.3 结果与讨论  23-27
    2.3.1 N-(2-丙烯酰氧乙基)吡咯烷酮(NAP)的合成与表征  23-24
    2.3.2 S-乙基-S '-(α, α'-二甲基- α"-乙酸基)三硫代碳酸酯(EDMAT)的合成与表征  24-25
    2.3.3 不同pH 水溶液中EDMAT 的稳定性  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯(PEGA)单体的可见光活化室温水溶液RAFT 聚  28-37
  3.1 引言  28-29
  3.2 实验部分  29-31
    3.2.1 试剂与材料  29
    3.2.2 PEGA 单体的可见光活化室温水溶液RAFT 聚合  29-30
    3.2.3 PPEGA 大分子链转移剂调控HEA 单体的可见光活化水溶液RAFT 共聚  30
    3.2.4 表征与测试  30-31
  3.3 结果与讨论  31-35
    3.3.1 PEGA单体的可见光活化室温水溶液RAFT聚合反应紫外可见吸收光谱研究  31-32
    3.3.2 PEGA 单体的可见光活化室温水溶液RAFT 聚合反应动力学研究  32
    3.3.3 PEGA 单体的可见光活化室温水溶液 RAFT 聚合反应可控性研究  32-34
    3.3.4 PPEGA 大分子链转移剂扩链活性研究  34-35
  3.4 本章小结  35-37
第4章可见光活化室温水溶液RAFT 聚合的单体普适性及嵌段共聚物的制备  37-48
  4.1 引言  37
  4.2 实验部分  37-39
    4.2.1 试剂与材料  37-38
    4.2.2 NAP 单体的可见光活化室温水溶液RAFT 聚合  38
    4.2.3 PNAP 大分子链转移剂调控 HEA 单体的可见光活化水溶液 RAFT 共聚合  38-39
    4.2.4 表征与测试  39
  4.3 结果与讨论  39-47
    4.3.1 NAP 单体的可见光活化室温水溶液RAFT 聚合反应紫外可见吸收光谱研究  39-40
    4.3.2 NAP 单体的可见光活化室温水溶液RAFT 聚合反应动力学研究  40-41
    4.3.3 NAP 单体的室温水溶液RAFT 聚合反应可控性研究  41-43
    4.3.4 HEA 单体的可见光活化室温水溶液RAFT 聚合反应动力学及可控性研究  43-45
    4.3.5 可见光活化室温水溶液RAFT 聚合制备嵌段共聚物  45-47
      4.3.5.1 PNAP-b-PHEA 嵌段共聚物的合成与表征  45-46
      4.3.5.2 PNAP-b-PPEGA 嵌段共聚物的合成与表征  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第5章可见光对水溶液RAFT 聚合反应过程的影响  48-52
  5.1 引言  48
  5.2 实验部分  48-50
    5.2.1 试剂与材料  48-49
    5.2.2 可见光活化室温水溶液RAFT 聚合的热活化效应研究  49
    5.2.3 可见光对室温水溶液RAFT 聚合反应过程的影响  49
    5.2.4 表征与测试  49-50
  5.3 结果与讨论  50-51
    5.3.1 可见光活化室温水溶液RAFT 聚合的热活化效应  50
    5.3.2 可见光对室温水溶液RAFT 聚合反应过程的影响  50-51
  5.4 本章小结  51-52
总结与展望  52-54
  1. 全文总结  52-53
  2. 展望  53-54
参考文献  54-59
致谢  59-60
附录A(攻读硕士学位期间发表论文目录)  60

环境友好与快速高效的可见光活化室温水溶液RAFT聚合

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