两亲性嵌段共聚物在界面上的自组装

发布时间：2017-07-27 04:11

  本文关键词：两亲性嵌段共聚物在界面上的自组装

  更多相关文章： 液腋界面 气/液界面 两亲性嵌段聚合物 自组装 吸附 相转移 乌佐效应 乳液 纳米粒子 复合薄膜 催化

【摘要】：两亲性嵌段共聚物由相互分离的两个完全不同的亲水和疏水嵌段组成,在液／液界面上表现出了丰富的自组装行为。我们曾利用两亲性嵌段共聚物在液／液界面上的吸附和自组装制备了多种嵌有贵金属纳米粒子的复合薄膜,这些复合薄膜具有各种各样的形貌和结构。为了提高复合薄膜的稳定性,本研究首先探讨了两亲聚合物聚异戊二烯-嵌-聚(2-乙烯基吡啶)(PI-b-P2VP)经S2Cl2交联后在液／液界面上的吸附和自组装行为,并得到了不含无机组分的多孔状纯聚合物薄膜。我们还发展了一种新的界面组装方法,即用聚合物的DMF/CHCl3混合溶液代替其纯氯仿溶液,在气／液界面上得到了层状的聚丁二烯-嵌-聚(4-乙烯基吡啶)(PB-b-P4VP)/Au复合薄膜、层状的聚(2-乙烯基吡啶)-嵌-聚苯乙烯-嵌-聚(2-乙烯基吡啶)(P2VP-b-PS-b-P2VP)/Au复合薄膜及泡沫状的聚(4-乙烯基吡啶)-嵌-聚苯乙烯-嵌-聚(4-乙烯基吡啶)(P4VP-b-PS-b-P4VP)/Au复合薄膜。该方法涉及到相转移、自组装及Gibbs吸附等过程,是一种在气/液界面上制备复合材料的简单易行的新方法。1.液/液界面上形成的多孔状聚合物复合薄膜选用聚合物PI-b-P2VP,分别用三种方法制备了嵌有金属纳米粒子的复合薄膜。方法1：PI-b-P2VP的氯仿溶液作为下相,HAuCl4或AgNO3水溶液作为上相,在液／液界面得到了复合薄膜。方法2：用S2Cl2交联后的PI-b-P2VP的氯仿溶液作为下相,纯水作为上相,在液／液界面上得到了多孔状纯聚合物薄膜。将沉积在固体基片上的多孔薄膜浸在HAuCl4或AgNO3水溶液中,并在KBH4水溶液中进一步还原吸附在薄膜中的金属离子,得到了含有Au或Ag纳米粒子的复合薄膜。方法3：用S2Cl2交联后的PI-b-P2VP有机溶液作为下相,无机金属离子的水溶液作为上相,在液／液界面上得到了复合薄膜。用水溶液中KBH4还原4-]NP作为模型反应研究了用前两种方法制得的复合薄膜的催化性能。结果表明,用方法1制备的复合薄膜中的金属纳米粒子在催化反应过程中发生了融合,从而使薄膜催化性能不稳定；用方法2制备的复合薄膜则表现出了稳定的催化性能。另外,得到的纯聚合物多孔状薄膜可被用来吸附其它物质,可用来制备多种功能性的复合薄膜。2.气/液界面上形成的具有多层结构的复合薄膜以聚合物PB-b-P4VP的DMF/CHCl3混合溶液为下相,以HAuCl4水溶液为上相,在气／液界面上得到了多层结构的PB-b-P4VP/Au复合薄膜。由于DMF是PB嵌段的不良溶剂,一些PB-b-P4VP分子在混合有机溶液中自我组织成盘状胶束。当液腋界面形成以后,由于DMF和水是互溶的,下相中的DMF携带着PB-b-P4VP分子和盘状胶束迁移到上相水溶液中形成水包油型的乳液。这是由乌佐效应引起的自发乳化过程。由于DMF和水之间的互溶性,乳液液滴并不稳定。DMF向水中扩散,使聚合物分子进一步组装形成了大的片状结构。这些片状结构依次吸附在气／液界面上,形成了具有多层结构的薄膜。在组装过程中,AuCl4-与聚合物中的P4VP嵌段相互作用并被DMF还原成Au纳米粒子而嵌在薄膜中。这种复合薄膜由于具有特殊的层状结构,在催化反应中表现出了独特的催化性能。3.气/液界面上形成的具有多层结构及泡沫结构的复合薄膜分别以P2VP-b-PS-b-P2VP和P4VP-b-PS-b-P4VP的DMF/CHCl3混合溶液为下相,HAuCl4水溶液为上相,在气／液界面上得到了具有多层结构的P2VP-b-PS-b-P2VP/Au复合薄膜及泡沫状的P4VP-b-PS-b-P4VP/Au复合薄膜。由于乌佐效应,DMF携带着聚合物分子通过液／液界面发生了相转移而形成水包油型的乳液,并分别在上相中进一步组装形成了由P2VP-b-PS-b-P2VP构成的盘状或片状聚集体及P4VP-b-PS-b-P4VP构成的微胶囊。这些聚集体和微胶囊分别吸附在气／液界面上,进一步组装形成了层状或泡沫状薄膜。在组装过程中,AuCl4-与聚合物相互作用并被DMF还原成Au纳米粒子而嵌在薄膜中。有趣的是,两种聚合物分子由于结构的微小不同表现出了完全不同的自组装行为,所形成的具有不同结构的两种复合薄膜在催化反应中也表现出不同的催化性能。
【关键词】：液腋界面 气/液界面 两亲性嵌段聚合物 自组装 吸附 相转移 乌佐效应 乳液 纳米粒子 复合薄膜 催化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631.3
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第一章 前言15-35
• 1.1 胶体与界面化学的主要研究内容15-16
• 1.2 两亲性嵌段共聚物的自组装16-20
• 1.2.1 两亲性嵌段共聚物在溶液中的自组装16-18
• 1.2.2 两亲性嵌段共聚物在薄膜中的自组装18-19
• 1.2.3 两亲性嵌段共聚物在气/液界面上的自组装19-20
• 1.3 聚合物基纳米复合材料简介20-23
• 1.3.1 聚合物基纳米复合材料的定义20
• 1.3.2 聚合物基纳米复合材料的制备方法20-23
• 1.3.2.1 溶胶-凝胶法20
• 1.3.2.2 共混法20-21
• 1.3.2.3 原位聚合法21-22
• 1.3.2.4 插层复合法22
• 1.3.2.5 自组装膜技术22-23
• 1.4 液/液界面上制备两亲嵌段聚合物基纳米复合材料23-25
• 1.4.1 互不相溶的两相形成的液/液界面上的吸附和自组装23-24
• 1.4.2 乳液液滴诱导的液/液界面上的吸附和自组装24-25
• 1.5 本论文的研究目的及内容25-27
• 参考文献27-35
• 第二章 液/液界面上形成的多孔状聚合物复合薄膜35-55
• 2.1 引言35-36
• 2.2 实验部分36-39
• 2.2.1 实验试剂及仪器36-37
• 2.2.2 样品制备及表征37-38
• 2.2.2.1 溶液的配制37
• 2.2.2.2 薄膜的制备及表征37-38
• 2.2.3 催化反应38-39
• 2.3 结果与讨论39-51
• 2.3.1 形貌分析39-44
• 2.3.2 形成机理44-46
• 2.3.3 成分分析46-47
• 2.3.4 催化性能47-51
• 2.4 小结51-52
• 参考文献52-55
• 第三章 气/液界面上形成的具有多层结构的复合薄膜——一种新的组装方法的研究55-68
• 3.1 引言55
• 3.2 实验部分55-57
• 3.2.1 实验试剂及仪器55-56
• 3.2.2 样品的制备及表征56-57
• 3.2.2.1 溶液的配制56
• 3.2.2.2 薄膜的制备及表征56-57
• 3.2.3 催化反应57
• 3.3 结果与讨论57-64
• 3.3.1 形貌分析57-59
• 3.3.2 形成机理59-62
• 3.3.3 成分分析62-63
• 3.3.4 催化性能63-64
• 3.4 小结64-65
• 参考文献65-68
• 第四章 气腋界面上形成的具有多层结构及泡沫结构的复合薄膜——分子结构对组装过程和薄膜形貌的影响68-85
• 4.1 引言68-69
• 4.2 实验部分69-71
• 4.2.1 实验试剂及仪器69
• 4.2.2 样品制备及表征69-70
• 4.2.2.1 溶液的配制69-70
• 4.2.2.2 薄膜的制备及表征70
• 4.2.3 催化反应70-71
• 4.3 结果与讨论71-79
• 4.3.1 形貌分析71-73
• 4.3.2 形成机理73-76
• 4.3.3 成分分析76-77
• 4.3.4 催化性能77-79
• 4.4 小结79-80
• 参考文献80-85
• 第五章 结论85-86
• 致谢86-87
• 硕士研究生期间发表论文87
• 硕士研究生期间参加学术会议87-88
• 附件88

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本文编号：579727