侧链型液晶聚合物有机凝胶的制备与性能研究

发布时间：2020-04-14 14:37

【摘要】：有机凝胶作为一类新型的软物质材料,因为其在人工智能,药物释放,分子器件,智能材料以及环境响应材料等领域的具有潜在的应用价值而被许多科研工作者关注。在近些年的研究中,人们针对小分子凝胶因子做了大量的研究,报道了许多结构的小分子凝胶因子,但是鲜有对于侧链型液晶聚合物作为凝胶因子的报道。侧链型液晶聚合物作为凝胶因子具有制备简单,价格低廉,具有可调控性以及其制备的有机凝胶热稳定性能好等诸多优点。因此,本论文设计合成了一系列侧链型液晶聚合物作为有机溶剂的凝胶因子,通过加热-冷却法制备出一系列高性能的有机凝胶,研究了侧链型液晶聚合物凝胶因子结构与凝胶性能的关系,本论文主要的工作包括一下的几个方面:1.设计并合成了一系列不同烷氧基尾链侧链型液晶单体6-((4'-烷氧基)-联苯氧基)-4-甲基丙烯酸己酯(M6BiCm)(m = 1,2,4,6,8,10,12.14,16,18),并且通过自由基聚合的方式合成出了一系列烷氧基尾链长度不同的有柔性间隔基侧链型液晶聚合物聚6-((4'-烷氧基)-联苯氧基)-4-甲基丙烯酸己酯(PM6BiCm),并将单体以及聚合物与多种有机溶剂共混,成功的制备出了有机凝胶材料。通过试管法测试发现,M6BiCm作为凝胶因子时,当烷氧基尾链长度m=1,2,4,6,8,10,12时,单体的凝胶能力很弱,只能使醇类有机溶剂凝胶,在其他溶剂中均无法形成凝胶;m= 14,16,18时,单体的凝胶能力明显增强,能够使大部分有机溶剂凝胶。PM6BiCm作为凝胶因子时,当m = 1,2,4时,在加热过程中,在有机溶剂中无法溶解;当m = 6,8时,能够使个别的有机溶剂凝胶;当m =10,12,14,16,18时,其凝胶能力大大增强,能够使多数有机溶剂凝胶。研究发现,单体是通过烷氧基尾链的结晶形成物理交联点从而自组装成三维网络结构形成凝胶的,因此,单体的凝胶能力以及其凝胶的热稳定性能均随着烷氧基尾链的增加而增加:聚合物是通过侧链基团的非共价键作用自组装形成网络结构,溶剂分子通过尾链吸附于网络结构上,因此,聚合物的凝胶能力能够随着烷氧基尾链的增加而增加,但是,烷氧基尾链的增加会导致聚合物在有机溶剂中相容性增加,因此其凝胶的热稳定性能下降。2.设计合成出一系列烷氧基尾链长度不同的无柔性间隔基侧链型液晶单体4'-烷氧基-4-联苯酚甲基丙烯酸酯MBiCm(m=1,2,4,6,8,10,12,14,16,18)。随后采用自由基聚合的方法制备出相应的无柔性间隔基侧链型液晶聚合物PMBiCm。并将其与多种有机溶剂复合成功的制备出了有机凝胶材料。试管法测试结果发现,在单体MBiCm当中,烷氧基尾链长度较短时,对于有机溶剂的凝胶能力较弱;当m10时能使多种有机溶剂凝胶;聚合物PMBiCm(m = 1,2,4,6,8,10)的凝胶能力很弱,凝胶因子可以凝胶的有机溶剂的种类很少,当m= 12,14,16,18时,聚合物凝胶能力显著提高,能使多种有机溶剂凝胶。研究发现,无论是单体还是聚合物其凝胶能力都随着烷氧基尾链的增长而增强。单体凝胶的热稳定性随着烷氧基尾链长度的增加而增加,而聚合物凝胶的热稳定性随着烷氧基尾链长度的增加而下降,其原因与前一章一致。进一步对比PM6BiCm形成的凝胶发现PMBiCm形成的凝胶热稳性能更好,说明后者形成了更加稳定的凝胶结构。3.通过自由基聚合的合成方法合成了一个系列丙烯酸主链的无柔性间隔基侧链型液晶聚合物聚(4,4'-烷氧联苯基)丙烯酸甲酯(PBiCm)(m= 14,16,18)。将其与有机溶剂共混制备出有机凝胶。通过试管法测试发现,丙烯酸主链结构的无柔性侧链型液晶聚合物可以在多数极性溶剂中凝胶,例如:苯,甲苯,氯苯等。并且聚合物的凝胶能力以及其形成凝胶的热稳定性能明显高于之前甲基丙烯酸主链结构的侧链型液晶聚合物。4.通过原子转移自由基聚合(ATRP)合成一系列分子量不同的,窄分布无柔性间隔基侧链型液晶聚合物PMBiC18,详细了研究了分子量对于凝胶性能的影响。研究的结果表明,分子量对于聚合物凝胶能力有较大影响,当Mn4×104gmol-1时,凝胶能力较弱且其形成的凝胶热稳定性能较差,随着分子量增加凝胶能力增强且凝胶热稳定性能增强,当Mn4×104gmol-1时,聚合物的凝胶能力且其形成的凝胶热稳定性能趋于稳定。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O648.17

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