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结合RAFT聚合和Click chemistry对聚丙烯膜表面可控改性及其性能的研究

作　者: 吴秀敏
导　师: 宇海银
学　校: 安徽师范大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 可逆加成-断裂链转移自由基聚合 ClickChemistry 聚丙烯膜表面改性丙烯酰胺 N-乙烯基吡咯烷酮
分类号: TQ320.721
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

聚丙烯微孔膜在工业上的应用非常广泛，是一种很重要的工业膜材料，但是表面亲水性差导致膜易被污染，而表面改性可以很好地改善膜的抗污染性，对制备预期性能的膜具有非常重要的意义。常用的表面接枝改性方法有两种：接枝到主链法(grafting to)和从主链接枝法(grafting from)。接枝到主链法是一种比较简单的方法，可以更好的控制接枝的聚合物，但是通常情况下接枝密度较低。两者相比，最大的区别是接枝到主链法的接枝度是靠聚合物分子量决定的，而主链接枝法的接枝度与聚合物分子量是独立设计。本文结合可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)和“ClickChemistry”方法对聚丙烯微孔膜表面进行接枝改性，并研究改性膜的性能。通过三步法将聚丙烯酰胺接枝到聚丙烯微孔膜表面进行改性：第一步，聚丙烯微孔膜通过气相自由基光化学途径溴化，接着叠氮化钠中的叠氮基团进行SN2亲核取代膜表面接枝的溴原子；第二步，用含炔端基的三硫代酯通过可逆加成-断裂链转移自由基聚合得到含炔端基的聚丙烯酰胺；第三步，在CuI催化条件下，通过叠氮-炔基环加成反应将含端炔基的聚丙烯酰胺接枝到含叠氮基团的聚丙烯膜表面上。同时，为了研究改性膜的渗透性能和抗污染性能，对改性过后的聚丙烯膜做蛋白质滤过试验和水接触角测试，实验表明，与未改性的膜相比，膜表面亲水性增强，并且改性过后的膜能有效地抵抗蛋白质的污染。为了进一步改善试验步骤，在前面提到的实验方法基础之上，通过两步法将具有生物相容性的N-乙烯基吡咯烷酮接枝到聚丙烯微孔膜表面上。第一步方法同上面提到一样，膜表面溴化后再叠氮化，不同的是，缩短了紫外光照时间，使膜表面Br的接枝度下降。而第二步是结合上面的第二步和第三步，将可逆加成-断链链转移自由基聚合与“Click Chemistry”先后一步反应，即一锅法反应进行改性，并对膜进行了渗透性能和抗污染性能的研究。研究结果表明，聚乙烯基吡咯烷酮的接枝率较低，膜的水接触角下降的不是很大，而通过对蛋白质滤过试验，表明接枝了乙烯基吡咯烷酮的聚丙烯膜对蛋白质的截留率提高了很多,截留率从0.04增加到了0.11，约为空白膜的3倍。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
前言  11-12
第一章文献综述  12-28
  1.1 引言  12-13
  1.2 “活性”/可控自由基聚合  13-14
  1.3 可逆加成-断链链转移自由基聚合(RAFT)  14-19
    1.3.1 RAFT 聚合机理  14-15
    1.3.2 RAFT 试剂  15-16
    1.3.3 RAFT 聚合条件  16-18
      1.3.3.1 温度  16-17
      1.3.3.2 压力  17
      1.3.3.3 引发剂  17
      1.3.3.4 溶剂  17-18
    1.3.4. RAFT 聚合的优点  18
    1.3.5 RAFT 聚合的缺陷  18-19
  1.4 点击化学“Click Chemistry”  19-22
    1.4.1 点击化学的基本概念  19-20
    1.4.2 CuI催化的叠氮和炔基的环加成反应(CuAAC)  20-21
    1.4.3 CuAAC 催化体系  21-22
  1.5 本论文主要研究内容  22-23
  参考文献  23-28
第二章实验  28-38
  2.0 仪器与试剂  28-30
    2.0.1 主要仪器  28
    2.0.2 主要试剂  28-30
  2.1 原料纯化与预处理  30
  2.2 S-正十二烷基-S'-(2-甲基-2-丙酸基)三硫代碳酸酯的合成(CTA)  30-31
  2.3 CTA 与丙炔醇的酯化反应[1](Alkyne-CTA)  31
  2.4 功能单体的聚合反应  31-32
    2.4.1 丙烯酰胺与 Alkyne-CTA 的聚合反应[1](Alkyne-PAAm)  31
    2.4.2 N-乙烯基吡咯烷酮与 Alkyne-CTA 的聚合反应 (Alkyne-PNVP)  31-32
  2.5 聚丙烯膜表面接枝聚合反应  32-33
    2.5.1 聚丙烯膜表面接枝 Br (PPMM-Br)  32
    2.5.2 聚丙烯膜表面的叠氮反应 (PPMM-N3)  32
    2.5.3 聚丙烯膜表面的点击化学反应  32-33
  2.6 接枝膜的表征  33-37
    2.6.1 红外光谱测定(FT-IR/ATR)  33-34
    2.6.2 扫描电镜分析(SEM)  34
    2.6.3 X-射线光电子能谱分析  34
    2.6.4 核磁共振(NMR)  34
    2.6.5 膜表面水接触角测定  34-35
    2.6.7 膜抗污染性能测试  35-37
  参考文献  37-38
第三章结合 RAFT 聚合与 ClickChemistry 接枝 PAAm 的聚丙烯微孔膜的渗透性和抗蛋白质污染性能  38-56
  3.1 引言  38-39
  3.2 实验结果与讨论  39-52
    3.2.1 膜表面的点击化学  39-40
    3.2.2 膜表面 Br 原子的摩尔数对 GD2、GD3 的影响  40-43
    3.2.3 膜表面的结构表征  43-49
      3.2.3.1 接枝改性膜表面的 ATR/FT-IR  43-44
      3.2.3.2 接枝改性膜表面的 XPS  44-47
      3.2.3.3 接枝改性膜表面的表面形貌  47-49
    3.2.4 改性后聚丙烯微孔膜的亲水性  49-50
    3.2.5 改性后聚丙烯微孔膜的水通量变化  50-52
  本章小结  52-53
  参考文献  53-56
第四章 RAFT 与 Click 一锅法在聚丙烯微孔膜表面化学接枝 PNVP  56-69
  4.1 引言  56
  4.2 实验及结果  56-66
    4.2.1 膜表面的点击化学和 RAFT 聚合  56-58
    4.2.2 GD1、单体浓度对 GD3 的影响  58-59
    4.2.3 膜表面的结构表征  59-63
      4.2.3.1 接枝改性膜表面的 ATR/FT-IR  59-60
      4.2.3.2 接枝改性膜表面的 XPS  60-62
      4.2.3.3 接枝改性膜表面的表面形貌  62-63
    4.2.4 改性后聚丙烯微孔膜亲水性  63-64
    4.2.5 改性聚丙烯微孔膜的水通量变化  64-66
  本章小结  66-67
  参考文献  67-69
第五章结论与展望  69-70
附录：研究生期间发表论文及获奖情况  70-71
致谢  71

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