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两亲性梳型聚合物的合成与胶束化研究

作　者: 周维
导　师: 韩兆让
学　校: 吉林大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 两亲性梳型聚合物胶束化油田应用环境响应梳型结构的影响
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

两亲性聚合物是指分子中同时含有亲水和疏水两类基团的聚合物。由于两类基团互不相容,因而在选择性溶剂等环境下,两亲性聚合物具有很多特殊的性质,这些性质已经得到了广泛的关注,很多研究成果也已经付诸应用。两亲性梳型聚合物是近年来化学研究领域的一个热门课题,梳型结构给两亲性聚合物自组装带来的影响收到了广泛的关注。但是近年来对于这个领域的研究主要集中在结构精确可控的两亲性梳型聚合物上,如利用原子转移自由基聚合(ATRP)或可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)等活性聚合方法制备的两亲性嵌段聚合物。采用无规共聚得到的梳型聚合物因为其结构难以控制,常常被认为是难以准确说明规律的。在应用技术层面上,无规共聚物的生产成本远远低于活性聚合产物,因此设计一种能够运用到应用技术上的两亲性梳型聚合物成为了本文所涉及研究的目标。自组装的说法是从生命科学开始的,一个单一的生物分子自发组织成特殊的构造。由化学的角度来看,分子自组装就是通过非共价键形成热力学稳定的结构,这个过程是一个具有明显的有序性的聚集。通过自组装,可以得到分子晶体、液晶、胶体、胶束、乳液、相聚合物和Langmuir-Blodgett膜等。通过自组装得到的新型功能材料,已经得到化学领域的普遍关注,本文令制备得到的两亲性梳型聚合物形成胶束,就是利用了自组装的机理。海洋采油中,为了避免污染,需要采用一些方法驱除海水中残余的微量原油。本文将梳型结构与两亲性聚合物相结合,制备了一系列可以胶束化的两亲性梳型聚合物,设计在海水中加入两亲性梳型聚合物,形成胶束包裹微量原油,再通过驱除胶束来净化海水。这一设计存在几方面的合成目的,即同时具有亲水亲油两类基团、具有长烷基侧链的梳型结构,在一定的温度和pH范围内,可以形成稳定的空心球形胶束,胶束的尺寸相对较大,同时这种胶束在一段时间内会发生聚集,聚集后的胶束形态并不发生变化。本文主要分为三个部分：第一部分分别介绍了两亲性聚合物、梳型聚合物,以及胶束的研究进展,两亲性聚合物能够自组装形成多种多样聚集形态,因而在高分子科学界引起了广泛的关注。带有梳型结构的两亲性聚合物则具有更好的自组装能力,通过对梳型结构的控制,可以得到更丰富的自组装结构。因此,两亲性梳型聚合物在油田中的应用也得到了广泛的关注,课题的设计和进行都是以此为依据的：第二部分是两亲性梳型聚合物的制备过程,本文采用溶液聚合方式,采用多种亲油大单体(例如丙烯酸长链烷基酯)和多种亲水小单体(例如丙烯酸类衍生物),共聚合成了具有两亲性的、梳型结构的一系列聚合物。筛选其中胶束化能力较好的两种：P (LMA-MA)和P (AA-MMA-LMA),使用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振(1H-NMR)、渗透凝胶色谱(GPC)等检测手段对聚合物的组成结构进行了表征,证明聚合产物是分子量在10万上下的具有梳型结构的、同时含有长烷基侧链和亲水基团的聚合物;本文第三部分是两亲性梳型聚合物的胶束化研究,将筛选出来的P(LMA-MA)在选择性溶剂(水)中制备了这种两亲性梳型聚合物的胶束,通过Zeta电位粒径分析仪和透射电子显微镜(TEM)探讨了两亲性梳型聚合物在胶束化过程中胶束形态和尺寸的影响因素。通过计算胶束大小和侧链长度,可以认为所制得的胶束为空心球形胶束,TEM结果证实了这一结论。通过改变浓度、温度和pH等因素来观察这种两亲性梳型聚合物胶束的环境响应,观察到在一定的温度和pH值范围内,两亲性梳形聚合物胶束的尺寸和状态没有发生变化,也就是说,该两亲性梳型聚合物胶束具有温度和pH稳定性。将制得的胶束溶液静止放置一段时间(三天以上),TEM结果证明该胶束发生聚集,发生聚集的胶束仍然呈现球形的核壳结构。综合本文的工作和检测结果,可以得到这样的结论：本文采用溶液聚合方法制备了一系列的聚合物,根据形成胶束的能力进行筛选,得到目标聚合物。测得这种聚合物分子量约为10万,同时具有亲水和亲油基团,并且是含有长烷基侧链的梳型结构。该两亲性梳型聚合物P (LMA-MA)可以在选择性溶剂(水)中形成胶束,测得该聚合物在水中的临街胶束浓度约为250-300ppm,这种胶束具有较大的尺寸(200nm以上),通过计算得出该胶束是空心结构,在一定范围内具有较好的温度、pH稳定性,胶束在经过一定的时间后会发生聚集,发生聚集的胶束仍然是核壳结构的球形胶束。以上这些性质都符合前文所述的合成目的,也就是说,这些性质都有利于胶束包裹并且驱除水中残留的微量原油。

全文目录

序  4-5
摘要  5-8
ABSTRACT  8-13
第1章引言  13-32
  1.1 两亲性聚合物  13-17
    1.1.1 两亲性聚合物的概述  13
    1.1.2 两亲性聚合物的发展现状  13-15
    1.1.3 驱油用两亲性聚合物  15-17
  1.2 梳型聚合物  17-25
    1.2.1 梳型聚合物的概述  17-18
    1.2.2 梳型聚合物的制备方法  18-20
    1.2.3 梳型聚合物的发展现状  20-24
    1.2.4 驱油用梳型聚合物  24-25
  1.3 胶束简介  25-32
    1.3.1 胶束的概念  25-26
    1.3.2 胶束的制备  26-27
    1.3.3 胶束的形态  27-30
    1.3.4 胶束的表征  30-32
第2章两亲性梳型聚合物的合成与表征  32-39
  2.1 实验设计  32-33
    2.1.1 实验目的  32
    2.1.2 实验思路  32-33
  2.2 两亲性梳型聚合物的合成  33-35
    2.2.1 实验药品及仪器  33
    2.2.2 两亲性梳型聚合物的合成和提纯  33-35
  2.3 两亲性梳型聚合物的表征  35-38
    2.3.1 两亲性梳型聚合物的红外表征  35-37
    2.3.2 两亲性梳型聚合物的核磁表征  37-38
    2.3.3 两亲性梳型聚合物的GPC表征  38
  2.4 本章小结  38-39
第3章两亲性梳型聚合物的胶束化研究  39-51
  3.1 两亲性梳型聚合物胶束的制备  39
  3.2 两亲性梳型聚合物溶液的粘度测试  39-40
  3.3 两亲性梳型聚合物胶束的粒度分析  40-47
    3.3.1 浓度对胶束尺寸的影响  40-43
    3.3.2 溶液pH值对胶束尺寸的影响  43-45
    3.3.3 温度对胶束尺寸的影响  45-46
    3.3.4 两亲性梳型聚合物胶束的特性  46-47
  3.4 两亲性梳型聚合物胶束的电镜分析  47-50
  3.5 本章小结  50-51
第4章结论  51-52
参考文献  52-62
学术成果  62-63
致谢  63

两亲性梳型聚合物的合成与胶束化研究

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