表面引发原子转移自由基聚合反应制备有机/无机复合材料

【摘要】： 近年来,由于无机纳米微粒优异的光、电、磁等性质越来越受到人们的关注,是材料领域研究的热点之一。但以往在基底表面复合纳米微粒的方法还存在很多不足,比如与基底的附着力弱、纳米粒子分布不均匀、选择性低、复合量低和缺乏控制手段等,因而限制了其应用。ATRP技术作为一种新颖的精密聚合反应,它能实现“活性”/可控聚合,最终产物的分子量分布较窄。许多烯烃单体已成功地用ATRP方法合成出结构规整的均聚物、无规共聚物、交替共聚物、梯度共聚物、嵌段,接枝共聚物和新颖的聚合物刷;星型、树枝状大分子、超支化高分子及有机/无机杂化材料等。本论文的工作就是将表面引发的原子转移自由基聚合技术和纳米复合组装技术相结合,探索一条制备无机纳米微粒/有机复合材料的新途径。这些新型的无机有机杂化材料鲜有报道,并且在电化学、光学、磁学、催化、生物和传感器等多个领域存在着广阔的应用前景。 本论文从三个方面开展工作:首先,通过在纳米无机粒子表面进行原子转移自由基聚合,制备分子量及分子量分布可控的聚合物/纳米无机粒子复合材料。其次,通过简单方便的两步反应在纳米无机粒子表面进行反向原子转移自由基聚合,制备结构可控的聚合物/纳米无机粒子复合材料。第三,将过氧引发基团接枝到玻璃基底表面,以CuCl2/2,2′-联吡啶为催化体系,通过表面引发反向原子转移自由基聚合反应(reverse SI-ATRP)成功地构筑了聚苯乙烯(PS)膜。利用X-射线光电子能谱(XPS)、接触角仪、椭圆偏光仪、原子力显微镜(AFM)和凝胶色谱(GPC)对膜进行了表征。结果表明,聚苯乙烯膜厚度和ln([M]0/[M])与反应时间呈良好的线性关系,聚合物接枝层的分子量可控,显示出活性自由聚合的特征。