一步法制备基于聚离子液体刺激响应性纳米凝胶及其性能研究

In recent years, stimuli-responsive polymer is one of the hot topics in polymer science, and has attracted great interest. Meanwhile, it still remains highly desirable to design and prepare novel stimuli-responsive polymer. In our previous study, reversible thermoresponsive highly cross-linked polymer nanogel (CLPN) was synthesized for the first time via the one-step cross-linking copolymerization of imidazolium-based ionic liquid monomers. Herein, different monomers and cross-linkers based on imidazolium and phosphonium ionic liquids were devised. Then CLPN with different stimuli-responses will be prepared via the one-step cross-linking copolymerization of these monomers and cross-linkers in selective solvents. The appplications of some methods and techniques into the process of one-step cross-linking copolymerization, such as living polymerization, seeded polymerization and template polymerization, will be discussed. In order to reveal the relation between the composition of ionic liquid monomers and the thermoresponse of CLPN, as well as the mechanism of the thermoresponse of CLPN, the influences of different factors on the cross-linking copolymerization will be investigated in detail. As a result, a facile one-step synthesis for the preparation of poly(ionic liquid)-based CLPN with tunable particle sizes and morphologies and different stimuli-responses will be explored. In addition, the use of CLPN in the fields of CO2 conversion, catalysis and controlled release of medicines will be also studied, and the relationship between composition, structure and properties of CLPN would be clarified. In a word, this program will provide the solution and theoretical basis for the design and applications of novel stimuli-responsive polymers and functional ionic liquids.

设计开发具有新型组成与结构的刺激响应性聚合物是当今高分子科学研究的前沿和热点方向之一，备受青睐。申请者在前期研究中发现通过咪唑型离子液体单体一步交联共聚可以制备新型具有可逆温度响应性的聚合物纳米凝胶(CLPN)。本项研究旨在设计合成一系列具有不同官能团和结构的咪唑盐、季鏻盐离子液体单体，采用单体与交联剂在选择性溶剂中交联共聚的方法一步制备基于聚离子液体温敏性CLPN，同时探索活性聚合、种子聚合及模板聚合等方法与技术在一步法中的应用，考察交联共聚反应的规律，揭示离子液体组成、结构与CLPN温敏性之间的关系及其响应性形成机理，并拓展一步法在制备基于聚离子液体、粒径和形貌可控且具有不同刺激响应性CLPN方面的应用。探讨所制备刺激响应性CLPN在CO2固定、催化及药物控制释放等方面的应用，总结CLPN的组成、结构与性能之间的关系，为刺激响应性聚合物及功能离子液体的设计与应用提供新的方法和思路。

新型刺激响应性高分子材料和体系的设计及构筑是当前高分子研究领域的前沿和热点之一。基于前期研究，本项目主要设计制备了一系列具有不同结构和刺激响应性的聚离子液体纳米凝胶(PIL-Nanogel)，并对其响应性行为及应用进行了深入分析和探讨，该项研究主要内容包括：.1、合成了含有不同spacer的联咪唑离子液体单体(BImIL)，通过一步法制备得到了具有温度响应性的PIL-Nanogel，考察了离子液体组成及结构对PIL-Nanogel温敏性的影响，通过变温红外及DLS等手段对其温敏性机理进行了研究，并探索了该类PIL-Nanogel在CO2转化方面的应用。.2、将羧基、羟基等强极性基团修饰到咪唑离子液体单体(ImIL)上，通过一步法制备得到了羧基、羟基功能化的PIL-Nanogel，基于这些极性基团之间的氢键相互作用，实现了基于咪唑盐离子液体PIL-Nanogel的可逆温度响应性。对于不易功能化的季鏻盐离子液体单体，我们通过含羧基链转移剂(CTA)调控的一步RAFT交联聚合得到具有温度响应性的PIL-Nanogel，并可利用grafting from方法对PIL-Nanogel进行表面接枝改性，对其组成、结构及温敏性进行了深入分析，从而建立了一种具有普适性制备温敏性PIL-Nanogel的方法。.3、通过联咪唑离子液体单体与含二硫键交联剂共聚一步制备了具有氧化还原响应性的PIL-Nanogel，在交替氧化-还原刺激下，该新型纳米凝胶具有可逆的尺寸变化行为，进一步探讨了该新型氧化还原响应性PIL-Nanogel在药物控释方面的应用。.4、将PIL-Nanogel作为构筑单元，通过引入二茂铁/偶氮苯等功能基团，利用其与环糊精之间的主客体相互作用，实现了PIL-Nanogel具有氧化还原及光响应性的超分子自组装，为超分子自组装领域的发展提供了新的方法和思路。.5、利用聚离子液体与偶氮聚合物之间的氢键及阳离子-π电子等非共价键相互作用，制备得到了具有可光调控模量、自修复、可拉伸及可收缩性能的有机超分子凝胶，从而为聚离子液体的发展开拓了新方向。.通过近四年研究，顺利完成了该项目的研究计划，达到了研究目标，并开拓了新的研究方向。