功能导向的"亚"两亲性"氟硅"嵌段聚合物结构与自组装形貌同时定制研究

Recent studies have demonstrated that tailor-made chain structure and self-assembly are hot topics and frontier issues in polymer chemistry and physics fields, respectively. The two issues are connected and consistent in terms of human needs, that is, material function and chemical product engineering. In this project, we will focus on studying the relation of the two issues above..First, based on the simulation of lotus leaf, we will design sub-amphiphilic fluorosilicone block copolymers with self cleaning function in this project. Next, we will develop the preparation technique of these copolymers by coupling "living"/controlled polymerization kinetics and reactor model to implement preparing polymers with tailor-made chain structure of human needs oriented material function. In addition, we will establish coarse grained models for resins at condensed state using a multi scale through simulation method to describe the self-assembly of polymers. By combining these coarse grained models with polymerization and self-assembly experiments, we will obtain the relation between the chain structure and the aggregation state of copolymers to implement controlling the aggregation state by self-assembly. Finally, following the chemical product engineering, the technique for synthesis of block copolymers with simultaneously tailor-made chain structure and aggregation state will be constructed successfully in this project..In short, in this project, we will carry out a systematical study on a type of novel multi scale copolymer system. The systematical study will be helpful to design and exploit new chemical materials, to advance chiasma of different subjects, to enrich the connotation of polymer science and to extend the extension of chemical engineering discipline.

高分子链结构定制及自组装分别是高分子化学及物理的热点与前沿科学问题。基于人类需求（衍生的材料功能/化工产品工程）而言，上述两个问题高度统一。本项目从化工产品工程角度开展上述问题的统一性研究。.首先，基于仿生学，以自然界的荷叶自清洁进行材料仿生设计，构建具有自清洁的"亚"两亲性"氟硅"嵌段聚合物树脂；其次，耦合"活性"/可控聚合过程的全程动力学与反应器模型建立上述聚合物链结构的定制技术，实现以功能为导向的聚合物链结构定制；另外，采用多尺度贯通模拟方法建立树脂凝聚态的粗粒化模型并对其自组装行为模拟以确定其聚集态，结合聚合与自组装实验共同确定聚集态与链结构关系，实现利用自组装调控聚合物聚集态；最终，构建以产品功能为导向的聚合物结构与形貌同时定向制备技术。.本项目系统研究一个全新多尺度体系，将对定制与开发新化工材料产生积极作用，并促进学科交叉，丰富高分子学科内涵及拓宽化学工程学科外延。

高分子链结构定制及自组装分别是高分子化学及物理的热点与前沿科学问题。基于人类需求，上述两个问题高度统一。本项目从化工产品工程角度开展上述问题的统一性研究。由此，本项目构建具有自清洁的“亚”两亲性“氟硅”嵌段聚合物树脂；其次，耦合“活性”/可控聚合过程的全程动力学与反应器模型建立聚合物链结构定制技术；采用多尺度贯通模拟方法建立树脂凝聚态粗粒化模型并对其自组装模拟以确定其聚集态，实现利用自组装调控聚合物聚集态；最终，构建以产品功能为导向的聚合物结构与形貌同时定向制备技术。. 经过四年工作，项目组完成了以上工作：(1). 成功构建三种具有自清洁的“亚”两亲性“氟硅”嵌段聚合物树脂。(2). 建立了小型反应器中上述树脂链结构与性能同时定制模型，发展了它们的原子转移自由基聚合的可控制备技术。得到聚合物在实验室反应器中的“聚合工艺-链结构-自清洁性能”关系。(3). 针对上述定向合成的“亚”两亲性“氟硅”嵌段聚合物树脂，采用自组装实验系统研究了它们在溶剂中的自组装行为并建立聚合物凝聚态的粗粒化模型，实现对聚合物凝聚态粗粒化多尺度贯通模拟，获取了“氟硅”嵌段聚合物体系聚集态与自组装过程影响因素的关系，实现功能导向的聚合物自组装聚集态的预测。(4). 结合(1)-(3)，在“氟硅”聚合物体系上实现了“合成工艺—聚合物结构—自组装形貌—功能”关联，构建了功能导向的聚合物结构与形貌同时定制技术。(5). 基于该技术，指导合成pH-光双响应特性嵌段聚合物及其自组装及新型梯度分子刷构建光控智能表面工作。成功制备多响应性及低表面能智能及链结构同时可控树脂。另，指导以自清洁防污导向实现油水分离功能的pH响应两嵌段聚合物的构建并成功制备该响应性功能及低表面能智能可控高分子产品，对该产品进行了小试实际应用测试，进一步验证了所构建的功能导向的聚合物结构与形貌同时定向制备技术。. 本项目系统研究一个全新体系，对定制与开发化工材料产生积极作用，促进学科交叉，丰富高分子学科内涵及拓宽化工学科外延。本项目定向制备的多类聚合物性能优越，在实际中有很好应用前景。. 本工作已在AIChE J.(6篇), Macromolecules(2篇)，IECR(5篇)及Langmuir(2篇)等国际SCI期刊发表论文20篇，授权发明专利5项。相关成果支撑负责人获2016年国家杰青.