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具有温度、pH值和盐度敏感性的复合粒子的制备及性能研究

作　者: 刘云霞
导　师: 曹达鹏；涂伟霞
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工艺
关键词: PSt-b-PNIPAM-An复合粒子温敏性 pH 盐度红移可逆
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文通过可逆加成--断裂链转移自由基聚合法合成了具有狭窄分子量分布的聚苯乙烯（PSt） -b-聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）嵌段共聚物;此共聚物末端带有的硫酯基团在还原剂三乙基硼氢化锂（LiB（C₂H₅）₃H）的还原下,被还原为硫醇（巯基-SH）。金纳米粒子通过和硫醇的作用连接在共聚物PSt-b-PNIPAM上。聚合物稳定的金纳米粒子的尺寸大小可以通过调节金的盐溶液（HAuCl₄）和共聚物PSt-b-PNIPAM的摩尔比例来控制。利用傅立叶红外光谱、核磁共振和透射电镜研究了聚苯乙烯-b-聚N-异丙基丙烯酰胺-金粒子（PSt-b-PNIPAM-Au）的特征。研究表明共聚物在水溶液中形成了核-壳结构的胶团形态,即内核部分为疏水性物质PSt,外壳部分为亲水性的PNIPAM,金纳米粒子分散在PNIPAM的表面。共聚物PSt-b-PNIPAM在水溶液中形成的胶束与未改性的PNIPAM相比,具有比较低的低临界溶液温度（lower critical solution temperature,LCST）。被共聚物保护的金纳米粒子的表面等离子共振的最大波长以及PSt-b-PNIPAM-Au水凝胶的水力直径具有pH值和盐度的敏感性。当温度从25℃升高到40℃时,PSt-b-PNIPAM-Au水凝胶在0.9%的NaCl水溶液中有一个非常明显的红移现象（最大波长从524nm到534nm）,并且此红移随温度可逆,但是在纯水溶液中没有明显变化。而且,表面等离子共振随着pH值的降低出现一个明显的红移现象。研究表明,由此引起的红移现象是完全可逆的。不同的PSt-b-PNIPAM-Au水凝胶在不同pH值下的水力直径随温度的变化情况通过动态光散射（DLS）来测定。对于同一水凝胶,当温度从25℃升高到40℃时,水凝胶在碱性和中性条件下的收缩量要明显小于酸性条件下的收缩量,而在同一pH值下,金纳米粒子越大,负载量越多,PSt-b-PNIPAM-Au水凝胶的收缩量就越小。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-33
  1.1 文献综述  11-12
  1.2 纳米粒子的特性  12-15
    1.2.1 小尺寸效应  12-13
    1.2.2 表面效应  13-14
    1.2.3 量子尺寸效应  14
    1.2.4 宏观量子隧道效应  14-15
  1.3 金属纳米粒子的制备  15-16
    1.3.1 物理分散法制备金属纳米粒子  15
    1.3.2 化学合成法制备金属纳米粒子  15-16
  1.4 金纳米粒子的合成  16-17
    1.4.1 柠檬酸盐合成法  16
    1.4.2 烷基硫醇及其他含硫化合物为稳定剂的合成法  16-17
    1.4.3 聚合物、枝状化合物等为稳定剂的合成法  17
  1.5 双亲性嵌段共聚物  17-18
  1.6 聚合物/金属纳米复合材料  18-26
    1.6.1 纳米金属/聚合物核壳复合粒子的制备方法  19-21
      1.6.1.1 Layer-by-layer法  19-20
      1.6.1.2 化学还原法  20
      1.6.1.3 溶胶凝胶法  20-21
      1.6.1.4 物理吸附  21
    1.6.2 智能高分子复合材料  21-26
      1.6.2.1 温度敏感性凝胶  22-23
      1.6.2.2 pH值敏感性凝胶  23-24
      1.6.2.3 盐敏感性凝胶  24-25
      1.6.2.4 光敏感性凝胶  25
      1.6.2.5 电敏感性凝胶  25-26
      1.6.2.6 磁敏感性凝胶  26
  1.7 PNIPAM的研究进展  26-29
    1.7.1 PNIPAM的结构与性质  27
    1.7.2 PNIPAM的温敏特性机理研究  27-29
  1.8 温敏性复合物的应用  29-31
    1.8.1 生物医药上的应用  29
    1.8.2 光学性能  29
    1.8.3 催化性能  29-30
    1.8.4 其他应用  30-31
  1.9 课题的目的及意义  31-33
    1.9.1 研究的目的和科学依据  31
    1.9.2 本课题的研究内容  31-33
第二章实验部分  33-39
  2.1 主要药品与实验仪器  33-34
  2.2 原料和试剂的纯化  34
  2.3 合成与制备  34-36
    2.3.1 链转移剂二硫代苯甲酸(α-甲基乙酸)酯(CEDB)的合成  34-35
    2.3.2 大分子链转移剂聚苯乙烯(PSt-SC(S)Ph)的合成  35
    2.3.3 均聚物聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)的合成  35
    2.3.4 嵌段共聚物(PSt-b-PNIPAM)的合成  35
    2.3.5 嵌段共聚物PSt-b-PNIPAM保护的金纳米粒子的制备  35-36
  2.4 结构表征  36-37
    2.4.1 均聚物和共聚物的分子量测定  36
    2.4.2 均聚物和共聚物的结构表征  36-37
      2.4.2.1 红外分析  36
      2.4.2.2 核磁分析  36-37
    2.4.3 复合物水凝胶的结构表征  37
      2.4.3.1 透射电子显微镜  37
      2.4.3.2 激光粒度分析仪  37
  2.5 性能测试  37-39
    2.5.1 差示扫描量热法(DSC)  37-38
    2.5.2 紫外-可见光分析法  38
    2.5.3 动态光散射(DLS)  38-39
第三章结果与讨论  39-61
  3.1 均聚物PNIPAM及共聚物PSt-b-PNIPAM的制备  39-44
    3.1.1 均聚物PNIPAM的制备  39-41
    3.1.2 嵌段共聚物PSt-b-PNIPAM的合成  41-42
    3.1.3 复合物PSt-b-PNIPAM-Au的合成  42-44
  3.2 聚合物的结构表征  44-47
    3.2.1 红外光谱分析  44-45
    3.2.2 核磁共振分析  45-47
  3.3 复合物水凝胶以及金纳米粒子的结构和形态  47-50
    3.3.1 复合物水凝胶的透射电镜(TEM)表征  47-48
    3.3.2 复合物水凝胶的粒径及其分布  48-49
    3.3.3 金纳米粒子的粒径及其分布  49-50
  3.4 复合物低临界溶液温度(LCST)的测定  50-53
    3.4.1 差示扫描量热法测定LCST  50-51
    3.4.2 紫外-可见分光法测定LCST  51-53
      3.4.2.1 两种复合物PSt-b-PNIPAM1-Au和PSt-b-PNIPAM2-Au的LCST  51-52
      3.4.2.2 PSt-b-PNIPAMl与不同金纳米粒子形成的复合物的LCST  52-53
  3.5 盐度对复合物的温敏性结构变化表征  53-55
  3.6 PH值对复合物的光学性质的影响  55-58
  3.7 温度对不同金纳米粒子大小的复合物直径的影响  58-59
  3.8 温敏可逆性  59-61
第四章结论  61-63
参考文献  63-72
附录  72-75
致谢  75-76
研究成果及发表的学术论文  76

具有温度、pH值和盐度敏感性的复合粒子的制备及性能研究

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