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表面引发“活性”自由基聚合法改性SiO_2纳米粒子

李强  
【摘要】: 本论文介绍了运用表面引发电子转移生成催化剂的原子转移自由基聚合(AGET ATRP)法以及表面引发可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法在合成结构精致的表面聚合物分子量可控的有机/无机杂化粒子上的应用。主要研究内容和结论如下: (1)体系一:氧气存在下铁盐催化的表面引发AGET ATRP法改性SiO2纳米粒子。该体系首先采用改进的St?ber法合成了粒径为78 nm的SiO2纳米粒子。通过与3-氨丙基三乙氧基硅烷反应,将表面氨化。氨化的SiO2纳米粒子与α-溴代异丁基酰溴反应,将ATRP引发剂固定在SiO2纳米粒子表面。该体系以FeCl3·6H2O为催化剂、三苯基磷(PPh3)为配体、抗坏血酸(VC)为还原剂、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,进行了铁盐催化下的SiO2纳米粒子表面引发AGET ATRP动力学研究,并得到了结构精致的PMMA壳层包裹SiO2的核壳结构纳米粒子。以SiO2@PMMA为大分子引发剂,甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯(PEGMA)为第二单体,在其表面进行了AGET ATRP嵌段共聚,得到了嵌段共聚物壳层PMMA-b-P(PEGMA)。纳米粒子的表面组成通过红外(FT-IR),X射线光电子能谱(XPS)以及核磁氢谱(1H NMR)进行表征。通过热失重分析(TGA)计算了表面引发剂及聚合物的含量,并用透射电子显微镜(TEM)对所得杂化粒子的核壳结构进行了观察。 (2)体系二:表面引发RAFT法制备磁性荧光温敏性的多功能纳米杂化粒子。该体系首先对用传统的共沉淀法合成的Fe3O4纳米粒子运用改进的St?ber法进行包裹。将所得到的磁性氧化硅纳米粒子(Fe3O4@SiO2)与4-氯甲基苯基三甲氧基硅烷反应制备氯甲基化的纳米粒子(Fe3O4@SiO2-Cl)。通过与咔唑以及二硫化碳的反应,制备了纳米粒子为R基团,咔唑为Z基团的负载有RAFT试剂:二硫代咔唑甲酸苄酯(BCBD)的杂化RAFT试剂(Fe3O4@SiO2-BCBD)。最后,通过N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)表面引发RAFT聚合制备了表面结构精致且共价键接的核壳结构的具有温敏性的磁性荧光纳米粒子(Fe3O4@SiO2@PNIPAM)。用红外(FT-IR),紫外(UV),热失重分析(TGA),透射电镜(TEM),能量色散谱(EDS)对BCBD的成功固定,以及PNIPAM的成功接枝进行了表征。对功能纳米粒子进行了磁性表征(VSM)、荧光以及温敏性(DLS)的表征。 (3)体系三:无皂乳液聚合中表面引发RAFT法制备磁性荧光纳米杂化粒子。该体系采用体系二中已经合成的Fe3O4@SiO2-BCBD纳米粒子,通过在包含有单体苯乙烯、水溶性引发剂过硫酸钾(KPS)以及蒸馏水组成的反应体系中进行无皂乳液聚合,在体系中生成聚苯乙烯粒子的同时得到了通过共价键接聚合物的具有磁性荧光性能的有机/无机纳米杂化粒子。通对荧光性能的测试,证明了RAFT试剂在接枝聚合后仍然成功保留在了纳米杂化粒子的表面。用红外(FT-IR),热失重分析(TGA),透射电镜(TEM),对St的成功接枝进行了表征。


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