界面作用構(gòu)筑有機(jī)硅梯度材料及響應(yīng)性光子材料和水凝膠粒子.pdf

1、高分子材料在應(yīng)用過(guò)程中，除了要注意材料本體的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)性能外，其表面界面性能往往更加重要。例如:在高分子多元共混體系中，明顯的相界面會(huì)導(dǎo)致材料易受損。而研究和制備高分子梯度材料可以很好地解決上述問(wèn)題。另外，刺激響應(yīng)性水凝膠是一類新興的高分子材料。這些水凝膠粒子在制備、組裝和應(yīng)用的過(guò)程中，不可避免地也面臨各種界面問(wèn)題。因此，研究高分子材料界面問(wèn)題具有理論和實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。本論文主要利用各種聚合物粒子與粒子之間、粒子與基材之間界面作用，

2、成功構(gòu)筑有機(jī)硅高分子梯度材料及聚N-異丙基丙烯酰胺微凝膠基光子材料和各種水凝膠粒子。具體包括以下五個(gè)方面:
　　 采用無(wú)皂乳液聚合法制備γ-甲基丙烯酰氧基丙基三（三甲基硅氧基）硅烷與甲基丙烯酸甲酯(TRIS-co-MMA)共聚物乳液。利用氫譜核磁（1HNMR）和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)證明了共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成，其中有機(jī)硅單體單元含量達(dá)到60 wt％。通過(guò)X射線光電子能譜和共焦拉曼光譜(CRS)，本章重點(diǎn)研究了共聚物乳膠膜

3、中有機(jī)硅含量，在膜與空氣(F-A)和膜與基材(F-G)界面以及整個(gè)膜的斷面方向上的含量分布情況。XPS數(shù)據(jù)表明，有機(jī)硅在F-A界面富集。CRS進(jìn)一步表明，有機(jī)硅在膜的斷面方向呈反曲線的梯度分布形式。本章接著采用電子轉(zhuǎn)移再生催化劑原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法制備PTRIS-co-MMA共聚物。該聚合物膜經(jīng)熱處理后，利用掃描電鏡X射線能譜(SEM-EDX)分析共聚物膜在F-A界面和F-G界面的含量。結(jié)果表明，提高有機(jī)硅單體在共聚物中的含量，有利于有

4、機(jī)硅組分在F-A界面的富集。
　　 采用無(wú)皂乳液聚合方法制備丙烯酸酯共聚物（PMMA-co-BA）乳液，并與上一章制備的PTRIS-co-MMA共聚物乳液1∶1共混，得到有機(jī)硅丙烯酸酯共混乳液（PTRIS-co-MMA/PMMA-co-BA）。通過(guò)衰減全反射(ATR)-FTIR、SEM-EDX以及CRS等表征手段，本章研究了熱處理溫度和時(shí)間對(duì)PTRIS-co-MMA/P MMA-co-BA共混乳膠膜的梯度結(jié)構(gòu)的影響。原子力顯微鏡

5、結(jié)果表明，PTRIS-co-MMA能夠25℃完全成膜。共混乳膠膜在25℃成膜時(shí)，丙烯酸酯組分的潤(rùn)濕性以及有機(jī)硅組分的多分散性導(dǎo)致梯度嵌段共混膜的形成。ATR-FTIR和SEM-EDX測(cè)試表明，熱處理加劇了有機(jī)硅組分在F-A界面的富集。CRS結(jié)果進(jìn)一步證明，當(dāng)熱處理溫度升高到80℃后，可以獲得有機(jī)硅在膜斷面方向梯度分布的共混乳膠膜。當(dāng)熱處理溫度升高到120、180℃時(shí)，共混乳膠膜表面呈現(xiàn)出變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相區(qū)，這個(gè)結(jié)果表明，在過(guò)高的溫度下

6、進(jìn)行熱處理，會(huì)導(dǎo)致共混乳膠膜發(fā)生相分離，使得有機(jī)硅梯度膜的構(gòu)筑失敗。
　　 采用自由基聚合法成功制備了聚（N-異丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸）(PNIPAm-co-AAc)微凝膠，該微凝膠粒徑大小為1105±133 nm。接著，在金表面成功構(gòu)筑金-PNIPAm-co-AAc微凝膠-金的組裝體系。該界面組裝體系由于具有典型的干涉儀結(jié)構(gòu)，因此具有光子材料的特點(diǎn)。由于PNIPAm-co-AAc微凝膠具有溫度和pH響應(yīng)性，因此當(dāng)PNIP

7、Am-co-AAc微凝膠在外界刺激的情況下會(huì)發(fā)生體積的改變，導(dǎo)致該材料的光學(xué)性能隨著改變。本章接著研究該光子材料的光學(xué)響應(yīng)性滯后性。并發(fā)現(xiàn)，改變?nèi)芤旱年?yáng)離子種類、離子強(qiáng)度或丙烯酸組分的含量，可以調(diào)控這種光學(xué)滯后現(xiàn)象。
　　 雖然，PNIPAm-co-AAc微凝膠光子材料可以產(chǎn)生具有響應(yīng)性的光學(xué)信號(hào)及顏色，但是目前所有的工作都是以一整個(gè)光子材料的性能為研究對(duì)象，而對(duì)于在一個(gè)光子材料的表面不同區(qū)域的響應(yīng)性及其光學(xué)行為的研究還沒(méi)有報(bào)道

8、。利用上一章節(jié)在金基材表面構(gòu)筑的金-PNIPAm-co-AAc微凝膠-金組裝的光子材料，研究并發(fā)現(xiàn)，該光子材料的溫度和pH雙重響應(yīng)行為具有空間區(qū)域獨(dú)立響應(yīng)性能力。這種獨(dú)立響應(yīng)性行為并不依賴于表面液滴的數(shù)目、大小和液滴之間的距離以及光子材料組裝的基材類型。同時(shí)，在光子材料表面某一處的響應(yīng)性發(fā)生時(shí)也不影響另一處的光學(xué)行為。
　　 首先將含有反應(yīng)單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑等的水凝膠預(yù)聚合溶液滴加到聚四氟乙烯-2，2，4-三甲基戊烷界面。在聚