吡咯烷酮类新型两亲嵌段共聚物的合成和溶液聚集行为

N-alkyl pyrrolidone is an excellent and widely employed solvent. The polymers made from N-ethyl-pyrrolidone polymerization (PVP) play major roles in stabilizing both aqueous and no-aqueous dispersions. Whereas the pyrrolidone based polymers are quite limited. Clearly, developing a new type of pyrrolidone-based stimulus-responsive polymers is desirable from both academic and industrial point of views. This project seeks the route to design and synthesis four new families of amphiphilic block co-polymers based on PNMP. Their aggregation properties will be studied systematically by varying the hydropic/hydrophilic block ratio, solvents, temperature and elcetrolyte etc to develop new environment-responsive amphiphiles. Furthermore, the possibility of self-assembly of the new compounds in various organic solvents will be explored to expand the knowledge of amphiphiles aggregation behaviour. This study will enhance the development and morphology control of functional materials especially providing new templating systems for organic synthesis.

烷基吡咯烷酮是一类性能非常优良的溶剂，以乙基吡咯烷酮为基本结构单元的聚合物PVP作为优良的分散剂在水相和非水相分散体系中都有不可替代的作用。然而，以吡咯烷酮为嵌段的两亲嵌段共聚物却很少见。本项目设计合成四种不同系列的以聚1-(2-乙基-2-吡咯烷酮)甲基丙烯酸酯（PNMP）为基础的新型两亲性嵌段共聚物。系统研究亲水和亲油段的长度、嵌段比以及有机溶剂、温度、电介质等环境因素的改变对聚合物溶液自组装行为的影响，为开发环境响应性两亲分子提供数据。同时，探索新型两亲性嵌段共聚物在不同有机溶剂中自发形成有序聚集体的可能性，扩展两亲分子在有机溶剂中自组装行为的研究；开发出能够在极性有机溶剂中形成稳定有序聚集体结构的新型体系，为在有机溶剂中实现两亲分子的膜板功能及有机纳米材料的形貌控制提供基础。

烷基吡咯烷酮是一类性能非常优良的溶剂，以乙基吡咯烷酮为基本结构单元的聚合物 PVP 作为优良的分散剂在水相和非水相分散体系中都有不可替代的作用。然而，以吡咯烷酮为嵌段的两亲嵌段共聚物却很少见。本项目设计合成四种不同系列的以聚 1-(2-乙基-2-吡咯烷酮)甲基丙烯酸酯（PNMP）为基础的新型两亲性嵌段共聚物。系统研究亲水和亲油段的长度、嵌段比以及有机溶剂、温度、电介质等环境因素的改变对聚合物溶液自组装行为的影响，为开发环境响应性两亲分子提供数据。同时，探索新型两亲性嵌段共聚物在不同有机溶剂中自发形成有序聚集体的可能性，扩展两亲分子在有机溶剂中自组装行为的研究；开发出能够在极性有机溶剂中形成稳定有序聚集体结构的新型体系，为在有机溶剂中实现两亲分子的膜板功能及有机纳米材料的形貌控制提供基础。 .研究结果表明：（1）PNMP均聚物虽然亲水，但做为嵌段共聚物的亲水片段时亲水性较弱，因此与常用的PMMA、PMAA、PLMA类形成的嵌段共聚物亲水性都较弱，该类嵌段共聚物独特的亲水亲油性质在水、极性有机溶剂和油中都表现出了非常丰富的相行为，其中有的现象是首次发现；（2）在极性有机溶剂异丙醇中发现了胶束网络结构凝胶，这与常见的纤维状有机凝胶是完全不同的；（3）在正十二烷中所形成的球形胶束、蠕虫状胶束以及囊泡具备稳定Pickering乳液的能力，这些自组装体在油-水界面呈现重新组装的现象，对该现象的解释正在研究中；（4）该类聚合物具有优异的膜板功能，因为聚合物具备pH响应性，可以实现在水溶液中用pH调控纳米金和羟基磷灰石的形貌。. 总之，通过该项目的研究，我们开发了四大类基于吡咯烷酮的两亲性嵌段共聚物，构建了它们在不同溶剂环境下的相行为。探索了在非水条件下聚合度诱导、pH诱导、浓度诱导和热诱导的囊泡-胶束转变机理；探索了分子内和分子间相互作用对大分子聚集体结构的影响；丰富了两亲性聚合物溶液聚集行为的理论知识。同时，初步开发出热敏感的有机凝胶体系、Pichering乳液体系及对金纳米形貌和羟基磷灰石生长的控制体系，为该类嵌段共聚物在生物膜模拟体系、药物控制释放和纳米材料的形貌控制等领域的应用提供了科学证据。