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含氟烷基链水溶性共聚物的设计合成与性能研究

宋彩雨  
【摘要】:含氟烷基链水溶性聚合物是在聚合物结构中引入少量氟烷基链段结构的一类聚合物,不仅能够表现出疏水氟碳链的优异性能,同时可通过选择不同共聚单体来改善聚合物的水溶性,以获得具有特殊溶液性质的含氟烷基链聚合物。通过设计具有新型结构氟烷基链段的可聚型单体可以有效地将氟碳链引入聚合物分子链骨架中。在此研究背景和发展需求的基础上,本文主要进行几种含氟烷基链聚合物的制备及表征,考察共聚物溶液的聚集行为和共聚物的适用外界条件。主要的研究工作主要包括以下几方面: 1、以氟己基乙基醇和4-乙烯苄氯为原料设计合成一种氟烷基链改性苯乙烯单体(FS),通过与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠经溶液自由基聚合反应,合成一系列不同氟烷基链含量的两亲性二元共聚物P(AMPSNa/FS)。利用核磁共振、红外光谱、元素分析等手段对一系列聚合物进行基本表征,并通过静态激光光散射手段测量聚合物的分子量。利用表面张力、电导率、动态激光光散射测试手段考察聚合物在水溶液中的聚集行为,并检测聚合物浓度、测试温度及外加小分子盐浓度对聚合物溶液性能的影响。测试结果表明该系列二元共聚物在水溶液中表现出良好的表面活性。小分子盐NaCl的加入会促进聚合物降低水溶液表面张力,并在较低浓度范围内出现cmc的转折点。共聚物在溶液中表现出明显的两亲性能,在低浓度下倾向于形成分子内聚集体,而高聚合物浓度下形成分子间疏水缔合物。本文在聚合物结构中引入苯环,以利用无外加“探针”荧光光谱检测聚合物的溶液性能,测试结果与其他手段相符合。同时,通过TEM手段获得不同聚合物浓度下大分子链的聚集形态图,并给出聚合物分子的聚集模拟图。TGA和DSC测试表明该系列二元共聚物具有较好的耐热性能,具有较好的应用前景。 2、以氟己基乙基丙烯酸酯和二烯丙胺为原料设计合成3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛基-3-(二烯丙胺基)丙酸酯疏水单体(DF),并通过与丙烯酰胺进行溶液自由基共聚合,制备一系列不同单体比例的二元共聚物P(AM/DF)。利用核磁共振、红外光谱、元素分析等手段对聚合物的结构与组成进行表征,并通过静态激光光散射手段获得聚合物的分子量。通过表面张力、动态激光光散射和共振光散射测试考察聚合物的溶液性能,并考察聚合物浓度、外加小分子盐、温度及疏水链段含量对聚合物在水溶液中聚集行为的影响。研究表明该系列聚合物在水溶液中表现出较好的表面活性,测试浓度范围内水表面张力最低可降至32mN/m。聚合物分子链在水溶液中会形成一定数量的分子间聚集体,低聚合物浓度使得聚合物倾向以单分子链形式存在,高聚合物浓度促进分子间聚集体的形成。外加小分子盐NaCl会改变聚合物由分子内缔合向分子间缔合转变的浓度大小,增加聚合物结构中疏水链段含量进一步对聚集行为有较大影响,为P(AM/DF)的使用提供理论依据。 3、以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和DF为原料,经自由基聚合制备了一系列含氟烷基链三元水溶性共聚物P(AM/AMPSNa/DF),并利用核磁共振、红外光谱及元素分析对聚合物进行了表征,静态激光光散射检测聚合物的NaCl水溶液获得重均分子量。通过表面张力、动态激光光散射和共振光散射手段考察聚合物浓度、外加小分子盐浓度及聚合物结构中氟烷基链含量对共聚物在水溶液中聚集行为的影响。结果表明P(AM/AMPSNa/DF)具有较好的降低水溶液表面张力的能力,增加聚合物中氟烷基链含量能够提高聚合物降低表面张力的能力。同时一定浓度的三元共聚物在水溶液中会发生疏水缔合,且增加聚合物浓度或增加聚合物中氟烷基链的含量能够促进分子间聚集体的形成。小分子盐对三元共聚物溶液性能的影响是双重的,一方面增加溶液极性促进疏水链的聚集,另一方面则屏蔽磺酸根之间的静电作用。


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