新型分离膜材料的制备及其性能研究

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1、嵌段共聚物以其独特的结构和性质，在科研、生产和生活屮有着广泛的应用。本研究的主要目的合成聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯■聚苯乙烯嵌段共聚物(PDMAEMA-/7-PS),并对其微相分离行为和其表面浸润性对温度、pH变化的响应行为进行研究，为进一步制备聚合物分离膜、亲水■疏水/亲油•疏油可逆转换表面以及浸润性梯度表面提供实验基础。本研究采用ATRP法合成PDMAEMA-/)-PS嵌段共聚物，首先合成了不同分子量的大分子引发剂PDMAEMA-Br,再引发苯乙烯的聚合，制备了不同分子量、不同嵌段比例的PDMAEMA-

2、/)-PS,并对聚合物的合成条件和后处理方法进行了探索。对所合成的PDMAEMA-/J-PS的结构和相关基本性质进行了表征，利用'H-NMR计算了PDMAEMA的体积分数；通过TGA分析了嵌段共聚物的热稳定性，嵌段共聚物于260°C开始分解;通过DSC测得PDMAEMA和PS的玻璃化转变温度约为11°C和105°C。利用SAXS研究了PDMAEMA-/9-PS的微相分离行为，样品的SAXS曲线中显示出一级峰，随着嵌段共聚物分子量增大，其微相分离尺寸也逐渐增大。嵌段共聚物微相分离形态的具体结构有待进一步研究

3、。研究了PDMAEMA".PS在空气中对水、在水中对油的表面浸润性刈温度和pH的响应。随着温度升高和pH升高，PDMAEMAJ.PS表面的亲水性减弱、疏油性减弱，实现了表面亲水性向疏水性的转变，以及表面超疏油性向疏油性的转变。比较了光滑表面和粗糙表面对水的浸润性，结果表明表面的粗糙化可以增强PDMAEMAJ.PS表面浸润性对温度的响应性。关键词：嵌段共聚物聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯聚苯乙烯微相分离表面浸润性摘要Abstract目录1绪论1.1嵌段共聚物的研处进展1.1.1嵌段共聚物的微相分离1.1.2嵌段共

4、聚物的合成方法1.1.3嵌段共聚物的应用1.2聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯1.3表面浸润性的研究进展1.3.1表面浸润性的基本概念1.3.2超疏水表面1.3.3亲水■疏水/亲油■疏油可逆转换表面1.3.4浸润性梯度表面1.4立题思路与主要研究内容2PDMAEMAJ.PS的合成及其基木性质的表征2」实验部分2.1.1试剂与仪器2.1.2大分子引发剂PDMAEMA-Br的合成2.1.3嵌段共聚物PDMAEMAJ.PS的合成(ATRP法)2.1.4嵌段共聚物PDMAEMA-Z?-PS的合成(ARGETATRP法)2

5、.1.5SAXS测试样品的制备2.2结果与讨论2.2.1大分子引发剂PDMAEMA-Br的合成2.2.2嵌段共聚物PDMAEMAJ.PS的合成2.2.3PDMAEMA-/J-PS的】H・NMR、TGA和DSC分析2.2.4PDMAEMA-/7-PS微相分离结构的研究2.3小结3PDMAEMA"・PS表面浸润性的研究3」实验部分3.1.1试剂与仪器3.1.2接触角的测定3.2结果与讨论3.2.1PDMAEMA-/7-PS在空气中对水的接触角（CA）3.2.2PDMAEMAJ.PS在水中对油的接触角（OCA）

6、3.3小结4结论1绪论1.1嵌段共聚物的研究进展嵌段共聚物（blockcopolymer）是指由两种或多种结构单元各自组成的长序列链段，通过链段间的共价键连接而形成的共聚物。其中，每个长序列链段称为一个嵌段。嵌段共聚物具有不同的拓扑结构。根据嵌段数冃的不同，嵌段共聚物对分为两嵌段共聚物、三嵌段共聚物和多嵌段共聚物。两嵌段共聚物是最简单的嵌段共聚物，又称为AB型嵌段共聚物，A、B表示不同种类的重复单元。三嵌段共聚物有两种类型，包括ABA型和ABC型嵌段共聚物。含有更多种类嵌段的嵌段共聚物称为多嵌段共聚物。根

7、据嵌段的不同连接方式，嵌段共聚物又可分为线型嵌段共聚物、星型嵌段共聚物、接枝型嵌段共聚物等等。图1・1显示了一些常见的嵌段共聚物的拓扑结构⑴。>s・・・一•・・・■••••••••••:a.b•ABABABAB(・AB・)”(AB・)”§B'••••••*・・・"・.••、・・・・・.•・・・•f・・•••••・・弋L■・・・：—••••<••VA1ABCABCBAABC星型ABC多臂AB-BA%.:::・・・/■••••1・r-1::七“./*••••'•・・・-1〔昇i(A-r-B)-HA-r-B)图

8、1-1嵌段共聚物的一些拓扑结构⑴1」」嵌段共聚物的微相分离由于嵌段共聚物中不同嵌段之间存在热力学不相容性，因此嵌段共聚物本身可发生微相分离，通过自组装形成多种类型的结构规整的微相分离形态。两嵌段共聚物由于结构相对简单，因此对其微相分离研究较为深入，相关工作主要集中在两嵌段共聚物微相分离结构的实验测定㈢】和理论建立件习。两嵌段共聚物微相分离的主要有以下儿个影响因素：（1）嵌段共聚物的总聚合度N；⑵嵌段共聚物中某一嵌段的体枳分数心