嵌段共聚物电解质的制备及其电化学性能

通过设计聚合物分子结构,采用热引发自由基聚合方法合成聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMEMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的二嵌段共聚物电解质PEGMEMAm-GMAn-Br(PGA-Br),并研究其电化学性能。结果表明:将PGA嵌段或接枝到聚合物电解质上,可提高聚合物电解质的离子电导率,室温下的离子电导率达1.05×10^(−4)S·cm^(−1)。同时,PGA-Br嵌段共聚物电解质具有较低的玻璃化转变温度(-65℃)、较高的热分解温度、较宽的电化学稳定窗口(5.1 V)和阻燃特性。PGA-Br共聚物电解质组装下的固态Li|Li对称电池具有增强的电极/电解质固-固界面,可实现金属锂均匀沉积,有效抑制锂枝晶的生长。在0.1 C倍率下,基于PGA-Br嵌段共聚物电解质组装的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)|PGA-Br|Li固态全电池可实现较高的首周放电比容量(160.1 mAh·g^(−1)),且循环100周次后容量保持率高达91.5%,库仑效率稳定在98.5%以上。

Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物加氢

以γ-Al_(2)O_(3)为原料、碳酸铵为沉淀剂,采用沉积-沉淀法制备了Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化剂,将其应用于苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物催化加氢。通过XRD、TEM、XPS、1HNMR和DSC对催化剂和产物进行了表征。考察了载体种类、Ni理论负载量(以载体质量为基准,下同)、反应条件对SIS加氢反应的影响。结果表明,以γ-Al_(2)O_(3)为载体并负载10%的Ni为催化剂、环己烷为溶剂、反应温度为140℃、反应压力为1MPa、反应时间3.0 h的条件下,催化剂具有最优活性,聚异戊二烯嵌段加氢度达到85%,副反应苯环的加氢度<10%。

三嵌段共聚物临界胶束浓度与分子横截面积测定

采用双毛细管最大泡压法装置测定了25℃条件下不同浓度非离子表面活性剂聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段共聚物(PEG-PPG-PEG;Pluronic L-64)对溶液表面张力的影响。采用Origin软件对数据进行处理分析,计算得到其临界胶束浓度(CMC)。基于吉布斯(Gibbs)与朗格缪尔(Langmuir)吸附等温式,对溶液表面张力与浓度关系进行一步非线性拟合,计算获得吸附分子的横截面积。该实验扩展了最大泡压法测定表面张力的应用,提高了学生分析处理实验数据的能力。

烯烃嵌段共聚物的合成方法及应用

烯烃嵌段共聚物是近年来新材料领域的热门研究方向,独特的嵌段结构使其具有更优异的性能,应用范围更广,商业价值较高。本文综述了热塑性弹性体OBC的合成方法及发展现状,以及在不同领域中的应用。

熔纺-选择性溶胀制备嵌段共聚物多通道中空纤维膜

嵌段共聚物的熔纺-选择性溶胀是一种制备中空纤维膜的清洁生产工艺。本文提出构建多通道构型来提升嵌段共聚物中空纤维膜的性能,通过熔纺-拉伸-选择性溶胀,制备了具有3通道和7通道的聚砜/聚乙二醇嵌段共聚物中空纤维膜,研究了通道数、溶胀条件和拉伸行为对中空纤维膜微观结构、渗透性、截留率和耐压性的影响。由于壁厚的相互支撑作用,多通道中空纤维膜的渗透性和耐压性能都比单通道中空纤维膜有所提高,且可通过拉伸和溶胀条件实现膜性能在较大范围内的高效调控。在适当的通道数和拉伸比下,拉伸后的三通道中空纤维膜的通量比单通道中空纤维膜高20倍。此工作对使用清洁方法制备高性能的中空纤维膜具有重要意义。

均聚物的添加对棒/线两亲性嵌段共聚物溶液自组装的影响

为了明晰均聚物对棒/线嵌段共聚物聚集行为的影响,利用实空间求解的格子自洽场方法,研究柔性均聚物和线/棒/线两亲性对称三嵌段共聚物溶液混合体系的自组装行为.格子自洽场方法通过链传播子和格子的各向异性近似处理分子链刚性,这使得该方法在计算速度方面有显著优势.模拟结果表明,均聚物对胶束结构重排行为的影响依赖于疏水棒嵌段长度,这源于棒嵌段长度的改变一定程度上影响了胶束破碎/融合的实现.研究还发现,均聚物的添加稳定了胶束重排过程中胶束结构的变化.本文的结果有助于进一步理解以刚性嵌段为核心胶束的生长机制,为相关的实验设计和材料应用提供理论指导.

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/橡胶粉/碳九石油树脂复合改性高黏沥青的黏附性

为了改善高黏改性沥青与集料之间的黏附性,制备了基于碳九石油树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和橡胶粉的高黏改性沥青(HVAM-2),采用滴定法测定了其与集料之间的接触角并计算出黏附功。通过冻融劈裂试验、浸水飞散试验和汉堡车辙试验进一步验证了HVAM-2混合料的黏附性。结果表明,碳九石油树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物和橡胶粉三种材料在沥青中形成的网格结构能够大幅度提高沥青的黏附性,有效改善沥青与集料之间的黏接能力;相比于基质沥青,HVAM-2的黏附功提高了72.9%,且HVAM-2沥青混合料具有良好的水稳定性。

用核磁共振氢谱分析氢化苯乙烯-共轭二烯烃嵌段共聚物的苯环加氢度

采用核磁共振氢谱测定了苯乙烯-共轭二烯烃嵌段共聚物及其加氢反应产物氢化苯乙烯-共轭二烯烃嵌段共聚物(HSBC)的微观结构和组成,计算了HSBC的苯环加氢度,并与紫外光谱法的计算结果进行对比分析。结果表明,与紫外光谱法相比,核磁共振氢谱法具有步骤简单、快捷高效等优势,由其计算所得HSBC的苯环加氢度与紫外光谱法计算结果具有较好的一致性。

丙烯酸酯嵌段共聚物胶乳赋能高端压敏胶“油改水”

本文从压敏胶结构与性能的关系出发,总结了高端压敏胶的设计思路。基于活性乳液聚合技术,设计并制备出了可满足高端胶带要求的丙烯酸酯嵌段共聚物乳液,突破现有水性压敏胶性能不均衡、不耐湿热的困境,期待其能加速高端压敏胶的“油改水”进程。

多重响应性线形-树枝状嵌段共聚物的合成及应用

多重响应性线形-树枝状嵌段共聚物(LDBCs)具有可调控的线形链、树枝状结构和多种环境刺激响应性,可作为多种疏水性药物的纳米递送载体,在药物靶向递送领域具有广阔的应用展前景。文章简要地归纳总结了多重响应性LDBCs的合成方法和应用,展望了多重响应性LDBCs未来的研究方向和发展前景。

嵌段共聚物与接枝纳米粒子在硬受限下的自组装

采用自洽场方法(SCFT),研究了两嵌段共聚物与接枝均聚物纳米粒子在硬受限下的自组装行为,详细探讨了板的性质与受限程度对体系相行为的影响,结果发现随着受限程度和板性质的变化,体系发生了多次结构转变.当AB两嵌段共聚物对称(f_(a)=f_(b)=0.5)时,在体系受限较小(70≤N2≤120)情况下,无论板的性质如何变化,体系均会形成波浪层状和平行层状混合结构.当受限程度增大(40≤N2≤60)时,在中性板中,体系会自组装形成同心圆环结构;在A吸引板中,体系会形成柱状结构和平行层状混合结构;在B吸引板中,体系会自组装形成带状、层状以及同心圆环混合结构.当受限程度较大(20≤N2≤30)时,在中性板和A吸引板中,体系最终转变为垂直层状结构;在B吸引板中,体系自组装形成平行层状结构.最后,还探讨了熵效应对体系结构形成的影响.

层状ABC星型三嵌段共聚物和纳米颗粒的自组装

采用耗散粒子动力学模拟方法研究了层状ABC星型三嵌段共聚物和纳米颗粒的协同自组装.主要考虑了不同密度下纳米颗粒的聚集行为及其对层状结构的影响.当纳米颗粒密度较低时,纳米颗粒呈囊泡状聚集;当纳米颗粒密度较高时,纳米颗粒呈柱状聚集.通过分析体系能量和共聚物链的回转半径研究了该动力学过程;通过界面张力的计算,对体系中微结构的力学性能进行了探索.这些发现不仅有助于人们了解复杂的嵌段共聚物,也可以为探索嵌段共聚物和纳米颗粒的微结构提供思路,对研究嵌段共聚物纳米复合材料的潜在应用提供帮助.

活性三嵌段共聚物的凝胶化转变

活性物质的自推进特征引发了许多非平衡自组织现象,而聚合物链的构象自由度可以使链产生独特的平衡自组装行为,这激发了活性物质与聚合物物理的交叉研究.本文通过分子动力学模拟,研究了自驱动活性对ABA型三嵌段共聚物凝胶化转变的调控.研究结果表明活性嵌段共聚物凝胶的塌缩源于自驱动活性引起的网络链运动,活性越大则凝胶网络越容易产生大直径空洞.在凝胶网络的拓扑缺陷方面,当A嵌段之间吸引强度较大时,环链比例随活性力增强而增大,吸引强度较小时情况则相反.交联点的分支数随活性的变化除了受到吸引强度的影响,还与链刚性有关.在动力学方面,活性聚合物的定向运动会引发稳定聚合物凝胶整体的反常扩散.本文的研究有助于增进对活性聚合物集体行为的认识,为高分子活性材料的设计和应用提供了新的思路.

嵌段共聚物Single plumber′s nightmare网络结构的动力学构筑方案

嵌段共聚物通过自组装行为在纳米尺度上形成的三维网络状有序结构在许多领域均具有非常重要的潜在应用价值,受到了高性能材料科学领域研究人员的广泛关注,尤其是其中的单螺旋(Single gyroid)网络状有序结构、单金刚石(Single diamond)网络状有序结构和Single plumber′s nightmare(SPN)网络状有序结构,一直是三维光子晶体研究领域关注的热点之一。虽然采用调节链拓扑结构、共混和多组分等方法在嵌段共聚物体系中发现了前2种网络状有序结构的稳定相区,但是对于SPN网络状有序结构,目前还尚未找到有效的办法来稳定该网络状有序结构。有鉴于此,通过设计B1A1B2A2C3B3、B1A1B2A2C3、B1A1C2B2A2C3、B1A1C2A2C3和B1C1A1C2A2C3快速组分变化线形多嵌段共聚物体系,并基于稳定的简单立方堆积球状有序结构利用C嵌段组分由B组分到A组分的快速转变构造不稳定状态,研究了从这些不稳定状态出发的非平衡态结构演化动力学过程及其机理以及C嵌段位置、数目和长度的影响。研究发现,在C嵌段的组分发生快速转变之后,相应的非平衡态结构演化动力学过程可以在较为宽广的A组分体积分数范围内最终到达亚稳定的SPN网络状有序结构,这可能主要是由于简单立方堆积球状有序结构的对称性与SPN网络状有序结构的对称性均属于第221号空间群。

双嵌段共聚物在纳米柱壳内自组装行为的模拟

为探究AB双嵌段共聚物受限在柱状壳纳米孔中的自组装行为,基于Monte Carlo方法,采用模拟退火技术,分析了共聚物的体积分数、柱壳厚度以及共聚物与柱壳表面相互作用等因素对共聚物自组装形成纳米结构的影响.模拟结果表明:对于体相为柱状相的双嵌段共聚物,当柱壳表面吸引长嵌段时,短嵌段形成小球、柱状结构以及具有周期规律性的垂直层和螺旋结构,在一定范围的体积分数下还会形成孔层结构;表面吸引短嵌段时,短嵌段首先聚集在柱壳表面直至铺满,在柱壳内部形成球状相以及扭曲柱状、层叠圆环和螺旋结构的简并结构;中性表面下,短嵌段贯穿柱壳表面,形成一系列小球和短柱结构.对于体相为Gyroid相的双嵌段共聚物,在厚度和表面效应的共同作用下,形成垂直层、平行层、孔层、同心层、螺旋和连通网络结构等多种结构.对于体相为层状相的双嵌段共聚物,强选择性表面下形成一系列同心层结构.通过统计A嵌段沿柱壳径向方向平均密度的分布情况,分析同心层的厚度变化可知,随着柱壳厚度的增加,同心层的层数逐渐增加且中间层厚度大于两侧层厚度;中性表面下通常存在层叠圆环和螺旋简并结构.

PEG嵌段共聚物整理棉织物的自清洁性能研究

探讨PEG嵌段共聚物整理棉织物的自清洁性能。通过原子转移自由基聚合的方法合成聚乙二醇嵌段共聚物聚甲基丙烯酸三氟乙酯-b-聚乙二醇-b-聚甲基丙烯酸三氟乙酯(PTFEMA-b-PEG-b-PTFEMA)。对PEG嵌段共聚物的结构进行红外光谱和核磁共振表征。通过“轧-烘-焙”的方法将其整理到棉织物上,对整理前后棉织物的表面形貌和水接触角进行测试,并对整理后棉织物耐水洗和耐摩擦性能、对酸和碱的耐久性能、透气透湿性能、对染料的自清洁性能进行分析。结果表明:整理后棉织物水接触角高达151°,具有超疏水性能;整理后的棉织物具有良好的自清洁性、耐摩擦性能、耐化学稳定性、透气和透湿性能。

蝌蚪型POSS嵌段共聚物多孔膜制备及其疏水性能

针对传统疏水整理方法存在高温处理、对设备要求高、织物固有属性降低等缺点,以蝌蚪型倍半硅氧烷(POSS)嵌段共聚物为成膜材料,通过呼吸图案法制备有序排列的多孔膜。以硅片为基底,优化溶剂种类、共聚物质量浓度、成膜温度及成膜时间,得到孔径均匀的多孔膜,对其表面疏水性能进行测试。以棉织物为基底,优化共聚物质量浓度制备多孔膜,测试其表面疏水性能。结果表明:蝌蚪型POSS嵌段共聚物在硅片表面成膜最佳工艺条件为溶剂三氯甲烷,共聚物质量浓度30 mg/mL,温度80℃,时间60 s,在此工艺条件下多孔膜水接触角为117.8°,具有疏水性能;以棉织物为基底,通过呼吸图案法在棉织物表面制备多孔结构,共聚物质量浓度为60 mg/mL时,其表面水接触角为154.0°,孔的结构规整性最好且达到超疏水;在相同质量浓度条件下水接触角较浸渍-烘干法高15°左右。

链穿梭聚合制备烯烃多嵌段共聚物的研究进展

通过链穿梭聚合技术可制备烯烃多嵌段共聚物(OBC),极大地提高了催化剂的使用效率。OBC的链结构可以集每一个链段的各自优势于一体,表现出区别于均聚物、无规共聚物或共混物的独特性质。通过调控催化剂和链穿梭剂的结构、配比及反应条件,可以调控OBC的链结构和性能。介绍了链穿梭聚合的原理,综述了链穿梭聚合用于制备OBC的最新研究进展,包括不同单体的共聚、新型链穿梭剂的开发、OBC结构与性能的表征研究,提出了目前链穿梭聚合的问题与挑战,对未来的发展进行了展望。

基于配位链转移聚合制备反式-1,4-聚丁二烯与聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物

使用异丙氧基钕/正丁基镁催化体系催化丁二烯进行高反式-1,4-结构选择性配位链转移聚合,再加入极性单体甲基丙烯酸甲酯制备了反式-1,4-聚丁二烯和聚甲基丙烯酸甲酯的非极性-极性两嵌段共聚物(TPB-b-PMMA),通过凝胶渗透色谱、傅里叶变换红外光谱、核磁共振波谱、原子力显微镜和透射电子显微镜表征了嵌段共聚物TPB-b-PMMA的分子量及其分布、微观结构,以及嵌段共聚物薄膜的表面形貌和微观相态。结果表明,所得嵌段共聚物的凝胶渗透色谱曲线为单峰,分子量分布较窄(多分散性指数小于2.5);嵌段共聚物中反式-1,4-聚丁二烯链段中反式-1,4-结构摩尔分数为95.8%,甲基丙烯酸甲酯结构摩尔分数在10.9%~39.7%范围内可调控;此半结晶嵌段共聚物薄膜具有相分离形态,其圆柱形微区尺寸约为25nm。

链穿梭聚合制备的烯烃多嵌段共聚物

烯烃多嵌段共聚物因其独特的分子结构和优异的物理性能,在材料科学中展现出重要的应用前景。链穿梭聚合技术有效地实现了烯烃多嵌段共聚物的合成,简化了工业化生产并显著提升了聚合物的性能。文中介绍了烯烃多嵌段共聚物的结构,性能和应用,综述了烯烃多嵌段共聚物的链穿梭聚合制备技术和其它新型单体烯烃多嵌段共聚物的研究进展。