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可见光引发聚合诱导自组装制备环氧功能化嵌段聚合物纳米材料

球、纤维、囊泡等形貌的嵌段聚合物纳米材料由于尺寸小、可多功能化等优点,在生物医药、催化、诊断成像等诸多领域都具有很好的应用前景。嵌段聚合物纳米材料主要是通过溶液自组装的方法制备,但这种方法操作较为复杂,并且聚合物固含量低(<1%),大大限制其在工业上的应用。近年来,聚合诱导自组装(PISA)的发展为大批量合成聚合物纳米材料(固含量可达到30%)提供了一个新的思路。


可见光引发聚合诱导自组装制备环氧功能化嵌段聚合物纳米材料


两亲性嵌段共聚物通过氢键、疏水作用力等弱分子间作用力聚集而成,容易受到温度、溶剂、pH、表面活性剂的影响而发生形貌的改变甚至解组装,这种不稳定性限制了嵌段聚合物纳米材料在很多场合的应用。因此,为了提高嵌段共聚物纳米材料的稳定性,通常需要对其进行交联。然而,相关研究证明在PISA中加入一定量的交联剂会限制高阶形貌(如纤维、囊泡等)的形成。较为有效的办法是使用能够功能单体作为聚合单体,能够得到全功能的嵌段共聚物纳米材料,通过进一步反应改性可以得到交联嵌段共聚物纳米材料。甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)在涂料、生物分离、药物运载等领域都有广泛应用,其环氧基团能够与氨基、巯基等基团反应,是一种非常有应用价值的功能单体。然而,以GMA作为单体进行PISA合成嵌段共聚物纳米材料还未见报道,原因主要是一般的PISA都是在70 oC下进行的,而PGMA的玻璃化温度比较低(47 oC),因此难以合成稳定的PGMA嵌段聚合物纳米材料。


广东工业大学高分子材料与工程系谭剑波副教授与张力教授团队在前期开发的“可见光聚合诱导自组装”的工作基础上(ACS Macro Lett., 2015, 4, 1249–1253; ACS Macro Lett., 2016, 5, 894–899; Macro. Rapid Com., 2016 37, 1434-1440),使用GMA作为聚合单体,聚乙二醇单甲醚(mPEG45-CDPA)作为大分子RAFT试剂,通过可见光引发聚合诱导自组装,直接在室温下快速(30 min)制备出高浓度(20%)的具有环氧功能基团的嵌段共聚物聚合物纳米材料,改变聚合度与聚合浓度能够可控得到包括球、纤维、囊泡等不同形貌并建立了相应的相图,所得的嵌段共聚物的分子量分布较窄(Mw/Mn < 1.30)。嵌段共聚物纳米材料能够进一步通过与乙二胺反应进行交联,即使分散在良溶剂(四氢呋喃)中也能保持其原有的形貌。另外,与乙二胺反应可以为嵌段共聚物纳米材料引入一定量的氨基,可以实现银纳米粒子的原位负载,并表现出优异的催化性能。


通过可见光引发聚合诱导自组装,直接使用具有功能基团的单体进行聚合反应为设计稳定的功能化嵌段共聚物聚合物纳米材料提供了新的设计思路。相关结果发表在Macromolecular Rapid Communication (DOI:10.1002/marc.201700195)上,并被选为首页封面,文章链接为http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.201700195/full,或直接点击左下角阅读原文按钮进行阅读。


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