两亲性嵌段共聚物的胶束化与氢键复合过程

本课题将氢键复合引入传统的嵌段共聚物的胶束化过程。采用阴离子聚合合成两种类型的嵌段共聚物，聚苯乙烯-聚氧化乙烯嵌段共聚物(PS-b-PEO)，聚苯乙烯-聚丙烯酸嵌段共聚物(PS-b-PAA)；选用其它一些可与嵌段共聚物发生氢键复合的样品，均聚物：聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸（PMAA）、聚氧化乙烯（PEO）、聚乙烯吡咯烷酮（PVPON）； 以及一些结构特殊的聚合物样品：末端含有富勒烯(C60)的聚氧化乙烯(C60-PEO)、 末端含有POSS的聚氧化乙烯(POSS-PEO)、聚甲基倍半硅氧烷为内核表面覆盖聚丙烯酸的球型聚合物刷(PSQcore-PAAhair)，构成研究的体系。立足于软物质的结构特点，围绕着嵌段共聚物的胶束化和氢键复合两个基本过程，联合或竞争，构筑分子组装体，深入分析氢键、疏水作用、熵贡献，系统研究其热力学稳定性、动力学过程、形成的机理、以及刺激响应行为。

本项目围绕嵌段共聚物胶束化和氢键复合两个基本过程，构筑分子组装体，通过实验和理论计算的方法，关注氢键、疏水作用、熵贡献，研究其热力学稳定性，动力学过程，形成机理以及刺激响应行为，主要包括以下几部分研究内容：.1. 两亲性嵌段共聚物PS962-b-PEO227囊泡的形态调控。PS962-b-PEO227/DMF溶液在高水浓度条件下形成囊泡，体系中选择性溶剂水的含量持续增加，对囊泡尺寸和囊泡膜厚度两个重要特征产生影响。随水含量增加，PS分子链伸展度增加，囊泡膜疏水层中PS嵌段被强力拉伸；而每个PEO分子链的界面面积逐渐减小，囊泡膜亲水层中PEO嵌段排列越来越拥挤，体系自由能逐渐减小。.2. 溶剂诱导两亲性嵌段共聚物PS962-b-PEO227囊泡在表面上的形态转变。通过旋转涂膜将PS962-b-PEO227囊泡转移到硅片表面，研究了PS962-b-PEO227囊泡在DMF、THF和DIOX有机共溶剂气氛中的形态转变过程。THF和DIOX气氛环境中，大量溶剂分子快速将囊泡团簇溶解成高分子浓溶液，在硅片表面铺展。DMF气氛环境中，溶剂分子进入囊泡内部，高分子链段重排，依次形成点状凸起，柱状胶束和球状胶束；囊泡的形态转变过程对水蒸汽非常敏感。随水含量增加，形态转变速度减慢。当水含量超过3.0 wt%时，囊泡形变被终止。.3. 氢键复合对嵌段共聚物PS-b-PEO胶束化及胶束形态转变的影响。将PAA或PMAA引入PS962-b-PEO227/DMF/水胶束体系中，PAA（PMAA）与PEO嵌段形成弱氢键相互作用。这种弱氢键相互作用，不影响胶束的形成和形态，但影响胶束冕自由能，以至于形成特定胶束形态时，所需的水含量发生变化。同时，氢键作用减缓了胶束形态转变的速度，影响了胶束形态转变的动力学和热力学。.4. 嵌段共聚物PS-b-PEO和嵌段共聚物PS-b-PAA氢键复合体系的共胶束化与形态调控。不同分子量PS-b-PAA将影响 PS962-b-PEO227复合体系的胶束化和形态转变路径。外加离子盐酸可以影响溶剂的溶度参数，PAA链间的排斥力以及PAA和PEO之间的氢键相互作用，对PS-b-PEO，PS-b-PAA以及PS-b-PEO/PS-b-PAA氢键复合胶束体系的形态转变过程和胶束形貌都有较大影响。