基于聚亚甲基的(准)聚轮烷研究

Polymethylene (PM)-based materials, which are synthesized through ylide living polymerization, have the similar molecular structures as polyethylene (PE)-based materials. Polymethylenes with controlled molecular weight, low polydispersity, and well-defined structures, can be conveniently functionalized, making them with great prospects for the development of sustainable polymeric materials. In this proposal, a series of polypseudorotaxanes, polyrotaxanes, and the corresponding block copolymers are prepared by using functionalized polymethylene as the axis and a new class of macrocyclic host-pillararene as the ring. On one hand, two different stoppers including bulky functional groups and bulky polymer segments (PNIPAM or POEGMA synthesized via ATRP) are used to prepare polyrotaxanes and their block copolymers with novel structures. Their stimuli-responsiveness and self-assembly structures are studied. These materials can be applied in the field ranging from polymer blending to porous films and nanofibers. On the other hand, the polypseudorotaxanes fabricated from stimuli-responsive polymethylene-based block polymers and diethoxy pillar[5]arene are used to prepare multi-functional nanocomposites materials. This project not only expands the application of pillararenes, but also enhances the sustainable development of polymer materials!

叶立德活性聚合制备的聚亚甲基，具有和聚乙烯相同的分子链结构，其制备原料不依赖于石油且分子量可控、可以方便的对其任一链端进行功能化，使聚亚甲基材料成为一种具有巨大发展前景的可持续发展的高分子材料。本项目以功能化聚亚甲基为轴，以一类新的大环主体柱芳烃为环，制备了一系列的(准)聚轮烷及其嵌段共聚物。一方面，拟采用两种不同的封端方法(大体积的封端基团直接封端和ATRP聚合封端)，制备具有新颖结构的聚轮烷及其嵌段共聚物，并研究它们的自组装性能及组装体的环境响应特性，将它们用于材料的共混研究、制备多孔薄膜和纳米纤维材料。另一方面，利用具有环境响应性的聚亚甲基嵌段共聚物和二乙氧基柱[5]芳烃构建准聚轮烷嵌段共聚物，研究它们的自组装并将它们用于制备多功能纳米复合材料。本项目的研究工作不仅可以进一步拓展柱芳烃的研究和应用领域，而且对于开发具有新型结构和功能的可持续发展的高分子材料具有十分重要的意义！

聚轮烷和聚准轮烷是多个环状分子通过非共价键作用套在线型高分子上而形成的一类具有机械互锁结构的超分子体系。由于引入了可逆的非共价键作用，聚准轮烷和聚轮烷对外界环境的刺激具有一定的响应性。聚准轮烷和聚轮烷材料将超分子化学的可逆响应性和高分子科学相结合，体现出不同于简单的轮烷和聚合物的特殊性质，其研究对于具有特殊结构和性能的新型高分子材料的开发具有重要的指导作用和参考价值。. 本项目选用聚乙烯及其嵌段共聚物和聚己内酯及其嵌段共聚物为轴，以柱芳烃为环，制备了一系列的聚轮烷和聚准轮烷。一方面，采用两种不同的封端方法（大体积的封端基团直接封端和ATRP聚合封端），制备具有新颖结构的聚轮烷。另一方面，利用柱芳烃与聚乙烯和聚己内酯的包结络合作用，构建了一系列的聚准轮烷，并研究了它们的自组装性能及组装体的环境响应特性。此外，对制备的聚轮烷和聚准轮烷的应用进行了初步尝试，包括：将它们做为共混相容剂用于调控共混高分子材料的性能、通过呼吸图法制备多孔薄膜、通过电纺丝方法制备纳米纤维和基于它们的组装特性制备具有介孔结构的纳米二氧化硅颗粒。