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廣東工業(yè)大學(xué)譚劍波-張力課題組:Z-RAFT調(diào)控聚合誘導(dǎo)自組裝制備星形嵌段聚合物納米材料
2020-02-27  來(lái)源:高分子科技

  近年來(lái),聚合誘導(dǎo)自組裝(PISA)的發(fā)展受到了高分子研究人員的廣泛關(guān)注。聚合誘導(dǎo)自組裝能夠大批量(固含量可高達(dá)50%)制備各種不同形貌的聚合物納米材料,為后續(xù)的工業(yè)化應(yīng)用提供了方法基礎(chǔ)。但是目前的 PISA 體系集中在線形嵌段聚合物納米材料的制備上,而基于星形嵌段聚合物的PISA體系報(bào)道較少。由于星形聚合物特殊的三維受限結(jié)構(gòu),使得星形聚合物在各個(gè)領(lǐng)域都有較好的潛在應(yīng)用前景,因此最近基于星形聚合物的RAFT調(diào)控PISA體系也逐漸得到了研究人員的關(guān)注。但是目前基于星形聚合物的PISA體系基本上都是通過(guò)R-RAFT調(diào)控的策略(離去基團(tuán)(R)與星形聚合物核連接),難以得到規(guī)整的聚合物納米材料形貌,并且RAFT調(diào)控性較差。主要原因在于在PISA過(guò)程中,疏溶劑鏈段始終位于最外側(cè),會(huì)使得納米粒子發(fā)生聚集而不穩(wěn)定(圖1)。事實(shí)上,使用Z-RAFT調(diào)控的策略(非離去基團(tuán)(Z)與星形聚合物核連接)能夠完美解決這個(gè)問(wèn)題,親溶劑鏈段始終位于最外側(cè),能夠避免納米粒子之間的聚集。

 

圖1. 基于R-RAFT與Z-RAFT策略的PISA制備四臂星形聚合物納米材料示意圖。

  基于以上研究背景,最近廣東工業(yè)大學(xué)高分子材料與工程系譚劍波教授與張力教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了R-RAFT與Z-RAFT策略在PISA中制備星形聚合物納米材料的直接對(duì)比,探討了組裝體形貌、分子量分布、動(dòng)力學(xué)等方面的差異。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)使用R-RAFT策略時(shí),只能得到不均勻的球形結(jié)構(gòu)并且分子量分布非常寬,表明RAFT調(diào)控性較差。與之相對(duì)的,當(dāng)使用Z-RAFT策略時(shí),能夠得到規(guī)整的形貌并且分子量分布非常窄,表明RAFT調(diào)控性很好 (圖2,圖3)。這些結(jié)果表明基于Z-RAFT的PISA是制備規(guī)整星形聚合物納米材料的更好的方法。研究人員也進(jìn)一步探討了不同RAFT基團(tuán)數(shù)目對(duì)Z-RAFT調(diào)控PISA體系的影響,結(jié)果表明RAFT基團(tuán)數(shù)目對(duì)于Z-RAFT調(diào)控PISA沒(méi)有太大的影響,證明了這個(gè)方法對(duì)于制備星形嵌段聚合物納米材料的普適性。此外,由于有大量的RAFT基團(tuán)位于星形聚合物納米材料內(nèi)部,研究人員進(jìn)一步通過(guò)種子RAFT分散聚合制備了三嵌段星形聚合物納米材料。當(dāng)?shù)谌抖螢槭枞軇╂湺螘r(shí),聚合物囊泡粒徑大小基本沒(méi)變化但是囊泡膜變厚;當(dāng)?shù)谌抖螢橛H溶劑鏈段時(shí),聚合物囊泡結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有變化但是囊泡變粗糙。

 

圖2. (a-c) 基于R-RAFT調(diào)控PISA制備的四臂星形聚合物納米材料的TEM圖,(d-f) 基于Z-RAFT調(diào)控PISA制備的四臂星形聚合物納米材料的TEM圖,(g-i) 所制備的四臂星形聚合物的GPC圖(紅色為R-RAFT制備,黑色為Z-RAFT制備)。

 

圖3. (a-b)R-RAFT調(diào)控PISA制備四臂星形聚合物的動(dòng)力學(xué)GPC數(shù)據(jù),(c-d)Z-RAFT調(diào)控PISA制備四臂星形聚合物的動(dòng)力學(xué)GPC數(shù)據(jù)。

  將Z-RAFT調(diào)控策略應(yīng)用于PISA中,為星形聚合物納米材料的可控制備提供了一個(gè)新的普適性方法。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、廣州市科創(chuàng)委、廣東省珠江學(xué)者(青年學(xué)者)等的資助。相關(guān)成果以“R?RAFT or Z?RAFT? Well-De?ned Star Block Copolymer Nano-Objects Prepared by RAFT-Mediated Polymerization-Induced Self-Assembly”為題發(fā)表在Macromolecules (DOI: 10.1021/acs.macromol.0c00123)上。

  論文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.0c00123

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