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ATRP法在SiO_2表面接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯的研究

作　者: 何三雄
导　师: 高保娇
学　校: 中北大学
专　业: 应用化学
关键词: 原子转移自由基聚合 纳米SiO2 甲基丙烯酸缩水甘油酯 接枝聚合 可控聚合 聚合物/无机复合微粒
分类号: TQ316.322
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


原子转移自由基聚合（atom transfer radical polymerizatin, ATRP）和在无机微粒表面接枝聚合物进行粒子改性都是近年来备受关注的研究领域,具有重要的理论意义与应用前景。本文旨在采用原子转移自由基聚合方法在纳米二氧化硅表面接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）,研究甲基丙烯酸缩水甘油酯（glycidyl methacrylate, GMA）室温下进行均聚合和接枝聚合的规律。以2-溴代丙酸乙酯（ethyl 2-bromopropionate, BRA）为引发剂,溴化亚铜（CuBr）为催化剂,2,2′-联吡啶（bpy）为配体,采用开放的溶液聚合体系,ATRP法实施了GMA的可控聚合;用红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（1H-NMR）和凝胶渗透色谱（GPC）等手段对活性聚合进行了确认,对均聚物PGMA进行了表征;考察了溶剂极性与单体/引发剂配比对可控聚合的影响;并进行了动力学研究,测定了GMA进行ATRP的表观活化能。研究结果表明,以环己酮为溶剂,在常温下能较好地实现GMA的ATRP可控聚合,不仅具有适当的聚合速率,而且可制得分子量分布较窄的均聚物PGMA;以极性较环己酮小的苯甲醚为溶剂,聚合速率明显减慢;单体/引发剂配比对聚合速率有着显著的影响,配比越小,聚合速率越快,而且单体/引发剂配比对聚合可控性也有一定的影响;实验测得以BRA/CuBr/bpy为引发—催化体系,GMA进行ATRP可控聚合的表观活化能为61.4kJ/mol。利用活化纳米SiO2粒子上的羟基与2-溴基异丁酰溴（2-bromoisobutyryl bromide,BSB）反应,制得了表面带有引发基团的SiO2粒子（BSB-SiO2）。以环己酮为溶剂,CuBr为催化剂,byp为配体,BRA为自由引发剂,在BSB-SiO2纳米粒子上进行了接枝PGMA的反应。用热重分析（TGA）、FTIR和GPC等手段对活性接枝聚合进行了确认,对聚合产物进行了表征。研究结果表明,接枝聚合反应呈现一级反应的动力学规律,接枝的PGMA具有较窄的分子量分布,接枝率与单体转化率和分子量均成直线关系,反应过程中接枝密度恒定;在纳米SiO2粒子表面能成功地进行功能单体GMA的可控接枝聚合反应。

全文目录


1. 本课题的研究背景及意义  11-26
  1.1 活性/可控自由基聚合  11-14
    1.1.1 活性聚合的发现与概念的创立  11-12
    1.1.2 活性自由基聚合的提出与发展  12-14
  1.2 原子转移自由基聚合  14-18
    1.2.1 原子转移自由基聚合反应机理  14-15
    1.2.2 原子转移自由基聚合的发展  15-18
  1.3 无机微粒表面接枝聚合物  18-25
    1.3.1 在粒子表面引入双键的接枝聚合  20-21
    1.3.2 在粒子表面引入引发官能团的接枝聚合  21
    1.3.3 在粒子表面进行高分子反应的接枝聚合  21-22
    1.3.4 在粒子表面进行聚合物链终止反应的接枝聚合  22
    1.3.5 在粒子表面进行 ATRP 法接枝聚合  22-25
  1.4 本课题的研究目标  25-26
2. 本课题的研究内容及方案  26-31
  2.1 GMA 的常温 ATRP 溶液聚合研究  26-28
  2.2 ATRP 法在硅胶表面接枝 PGMA 的研究  28-31
3. GMA 的常温 ATRP 溶液聚合研究  31-45
  3.1 试验部分  31-33
    3.1.1 原料与仪器  31-32
    3.1.2 GMA 的 ATRP 溶液均聚合  32-33
    3.1.3 聚合物的表征  33
  3.2 结果与讨论  33-44
    3.2.1 聚合物的表征  33-35
    3.2.2 活性均聚合的确认  35-37
    3.2.3 单体/引发剂配比对 ATRP 聚合反应的影响  37-40
    3.2.4 溶剂极性对 ATRP 聚合反应的影响  40-42
    3.2.5 GMA 的 ATRP 聚合动力学  42-44
  3.3 本章小结  44-45
4. ATRP 法在硅胶表面接枝 PGMA 的研究  45-56
  4.1 试验部分  45-49
    4.1.1 原料与仪器  45-46
    4.1.2 SiO_2粒子表面键合引发剂  46-47
    4.1.3 BSB-SiO_2粒子引发剂的表征  47
    4.1.4 SiO_2表面接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯  47-48
    4.1.5 接枝聚合产物的表征  48-49
    4.1.6 透射电镜观察SiO_2接枝微粒PGMA/SiO_2形貌  49
  4.2 结果与讨论  49-54
    4.2.1 BSB-SiO_2粒子引发剂及 PGMA/SiO_2复合粒子的表征  49-51
    4.2.2 活性接枝聚合的确认  51-54
    4.2.3 SiO_2/PGMA 杂化粒子的电镜观察  54
  4.3 本章小结  54-56
结论  56-57
参考文献  57-66
攻读硕士学位期间所取得的研究成果  66-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 高分子化合物工业（高聚物工业） > 生产过程 > 聚合反应过程 > 按机理分 > 自由基聚合
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