紫外引发聚合联合原位氧化聚合制备光热响应性软体驱动水凝胶

针对高等学校高分子科学实验教学项目缺乏时代创新性的现状,提出了将两种聚合策略联用的手段,制备具有光控响应特性的聚合物基软体驱动水凝胶材料,并对其光热驱动行为进行表征,以拓展学生对高分子材料在仿生智能应用领域的认知。本实验首先利用紫外引发聚合的方法制备具有温度响应特性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶,并进一步联合导电聚合物的原位氧化聚合策略,在PNIPAM水凝胶的内部原位生长具有光热效应的导电聚合物材料,从而制备得到具有光热响应特性的软体驱动复合水凝胶材料,并最终通过近红外光照射的方式,探究所制备光热驱动水凝胶的智能响应驱动性能。本实验立足于当代前沿研究热点,内容既涵盖利用基础聚合方法制备高分子材料,又包含功能性聚合物材料的性能表征,不仅可以夯实学生对高分子聚合方法的理解,还可以拓展学生对功能性高分子材料研究前沿的认知,将有利于提高学生的培养质量。

紫外光引发聚合的研究与应用

紫外光引发聚合和接枝聚合作为一种绿色经济环保的聚合技术,已经在涂料、油墨、胶黏剂等领域取得了成功的研究和应用。与传统的热引发聚合相比,紫外光引发聚合具有操作简单、反应时间短、转化率高、常温下即可反应、成本低等优势,而得到广泛关注。论文对紫外光引发聚合的引发机理、聚合动力学和在一些新的领域的研究和应用进行评述,并对其发展趋势进行了展望。

利用室温等离子体预处理和紫外光引发接枝聚合构造聚丙烯超疏水表面研究

采用紫外光引发自由基聚合液相接枝的方法,将甲基丙烯酸十二氟庚酯(G04)接枝聚合到使用室温等离子体预处理的聚丙烯(PP)片材表面,成功构建水接触角大于150°的超疏水表面。通过FTIR表征显示含氟聚合物以化学键的方式接枝在PP片材表面上。考察实验条件发现增大引发剂浓度、增加单体浓度以及提高反应温度均有利于提高表面接枝率,同时发现使用等离子体刻蚀的方法可以进一步提高表面接枝率。对接枝PP表面进行金相显微镜观察和水接触角(WCA)测量等表征,发现接枝PP表面形成了包括含氟聚合物的粗糙表面结构,水接触角随接枝率的增加而逐渐增大至150°以上。

耐盐性丙烯酸-可溶性淀粉-腐植酸高吸水性树脂的紫外光引发聚合及其性能研究

以丙烯酸(AA)为接枝单体,可溶性淀粉(CTS)和腐植酸(HA)为原料,过硫酸铵(APS)为引发剂,在自制的紫外光引发聚合装置上合成了复合耐盐性AA-CTS-HA高吸水性树脂(简称AA-CTS-HA树脂);考察了AA中和度、HA含量、CTS含量、APS含量和辐照时间等因素对AA-CTS-HA树脂吸水率的影响;用FTIR和SEM技术对产物的结构进行了表征。在最佳合成条件(AA中和度80%、辐照时间40min、w(CTS)=24.00%(基于AA)、w(HA)=12.00%(基于AA)、w(APS)=0.12%(基于AA)、反应温度50℃)下合成的AA-CTS-HA树脂的吸去离子水率为1 280g/g,吸生理盐水率(质量分数为0.9%的NaCl水溶液)为163g/g。

丙烯酸-淀粉-高岭土复合耐盐性高吸水树脂的紫外光引发制备与性能

以丙烯酸(AA)、淀粉(CTS)和高岭土(KL)为原料,偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA)为引发剂,采用紫外光引发合成了复合耐盐性高吸水树脂。研究了AA中和度,AIBA、CTS、KL的用量和反应时间等对树脂吸液性能的影响,以及溶液pH、盐溶液离子强度对树脂吸液率的影响,并用红外光谱对其进行了表征。在最佳试验条件下合成的树脂,其吸去离子水率和吸生理盐水率(w(NaCl)=0.9%)分别为1 800 g/g和98 g/g。

酯类交联剂交联丙烯酸钠吸水树脂的紫外引发制备与性能

以部分中和的丙烯酸为原料,分别以乙二醇二甲基丙烯酸(EGDMA)、二甲基丙烯酸甘油酯(GDA)与三乙二醇二甲基丙烯酸(TEGDMA)为交联剂,通过紫外引发合成了聚丙烯酸钠缩乙二醇二甲基丙烯酸(PAANa-E)、聚丙烯酸钠缩二甲基丙烯酸甘油酯(PAANa-GDA)、聚丙烯酸钠缩三乙二醇二甲基丙烯酸(PAANa-TE)3种丙烯酸钠高吸水树脂。考察了交联剂用量、单体体积分数、丙烯酸中和度、辐照时间对树脂吸液率的影响,研究了3种不同链长的酯类交联剂制备的树脂吸液率与温度、pH、盐溶液浓度的关系。采用红外、热失重分析对树脂进行了表征。结果表明:以上3种树脂在最佳条件下吸去离子水率和吸NaCl溶液率分别为2 509,170g/g;2 291,125g/g;3 930,219g/g。其中PAANa-TE的吸液率最高,PAANa-E的吸液率次之,PAANa-GDA的吸液率最低。当极性基团类型相同,数量不同时,PAANa-E、PAANa-TE树脂的吸液率随着交联剂所含醚基数目的增加显著提高。

紫外光引发双单体法合成超支化聚(β-环糊精)

通过对β-环糊精单体的功能化改性合成出BBx′型环糊精大单体,再通过双单体法在紫外光引发的条件下,用BBx′型单体与A2型单体反应,合成出超支化聚(β-环糊精)。对BBx′型环糊精大单体及聚合物的结构进行了表征,结果表明所合成的单体及聚合物与设计的结构相一致。

丙烯酸/淀粉/尿素复合高吸水性树脂的紫外光聚合

以丙烯酸、淀粉和尿素为原料，使用自制的紫外光聚合装置制备了耐盐复合型高吸水性树脂。通过研究丙烯酸中和度、尿素和淀粉用量、辐照时间等因素对高吸水性树脂吸液性能的影响，并用红外光谱表征产物结构，确定了耐盐性复合高吸水性树脂的最佳实验条件：中和度为80％，辅照时间为40min，反应温度为25℃-53℃，淀粉含量为12％，尿素含量为4％。最佳条件下树脂吸去离子水率为2100g／g，吸生理盐水率为160g/g。改善高吸水性树脂的吸水性能和降低生产成本、提高可生物降解性和增加缓释尿素功能。

紫外光聚合法制备棉秆纤维素接枝丙烯酸-腐植酸高吸水树脂及其性能

以丙烯酸(AA)、改性棉秆纤维素(MCSC)和腐植酸(HA)为原料,2,2-二甲氧基-苯基甲酮为引发剂,采用紫外光聚合法制备了降解性复合高吸水树脂(MCSC-g-PAA/HA)。用红外光谱和扫描电镜对产物进行了表征。研究了AA的浓度、MCSC和HA的含量、反应时间和光引发剂的添加量等因素对该树脂溶胀性能的影响。通过测定该树脂的吸水速率和土壤中的保水率及降解性,研究了盐溶液浓度对树脂吸液率的影响。结果表明,在优化条件下,所得树脂在蒸馏水和食盐水(w(NaCl)=0.9%)中的吸液率分别达到870 g/g与94 g/g。

基于多重氢键自愈合光学胶的制备与性能研究

在消费电子和5G通讯快速发展趋势下,OCA光学胶在光电子领域的需求持续增加。然而,在OCA光学胶的使用或加工过程中,常常会出现由材料缺陷而导致材料性能变差的问题,甚至进一步导致材料的报废,这使得具有自愈合能力的OCA光学胶表现出巨大的市场潜力。本文制备了一种含四重氢键的2-脲基-4[1H]-嘧啶酮甲基丙烯酸甲酯(UPyMA)单体,将质量分数分别为5%、10%、15%和20%的UPyMA引入到聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸-2-乙基己基酯和丙烯酸异冰片酯共聚物体系中。使用2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮作为光引发剂,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷作为增黏剂,通过紫外光引发聚合制备了一系列具有自愈合功能的OCA光学胶,并测定或表征了其结构、透光率、流变性能、拉伸性能以及自愈合等性能。研究结果表明:(1)成功制备了UPyMA和一系列具有自愈合功能的OCA光学胶。(2)所有OCA光学胶都未产生气泡和晶点,并且它们雾度都小于0.50,可满足触控显示领域产品对OCA光学胶的需求。(3)对加入UPyMA不同质量分数(0~20%)的OCA光学胶进行不锈钢板的180°剥离力测试,当UPyMA含量为15%时,粘接力最大(为25.5 N)。(4)分析了添加不同含量UPyMA的OCA光学胶储能模量(G')和损耗模量(G″)的温度依赖性。所有OCA光学胶在室温下具有较好的流动性和界面润湿性能,从而赋予了OCA光学胶较好的粘接性能。(5)加入UPyMA后的自愈合效率明显提高,为延长材料使用寿命提供了有利条件。(6)高温高湿耐老化试验表明,所制备产品均可满足应用要求,表明其在高温高湿下具有较好的耐老化性能。

响应面法优化光聚合CMCTS-g-CPAM及其污泥脱水性能

以羧甲基壳聚糖(CMCTS)为主链模板、丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为共聚单体,通过紫外光引发聚合法制备新型阳离子絮凝剂CMCTS-g-CPAM。采用响应曲面法(RSM)得到CMCTS-g-CPAM的最佳制备条件:光照时间为2h、光引发剂质量分数为0.04%、pH值为8。接枝共聚物CMCTS-g-CPAM的红外光谱(FT-IR)和核磁共振(1H-NMR)表征表明AM、DMC和CMCTS已成功聚合。污泥脱水实验验证其具有良好的污泥脱水性能:在絮凝剂投加量和pH值分别为30mg/L和10时,污泥比阻(SRF)由9.10×1013 m/kg降至1.96×1013 m/kg,滤饼含水率(FCMC)从90.15%降至79.28%,其污泥脱水效果和经济效益均优于市售CPAM。同时,此研究在污泥脱水中的应用为污泥脱水领域的絮凝处理和改性壳聚糖提供了一定参考。

陶瓷材料流延成型研究现状

简要概括了陶瓷坯体流延成型的工艺过程 ,比较了水基流延成型与传统流延成型技术相比的优点和不足之处 ,着重介绍了陶瓷材料新型流延成型工艺的研究现状 。

不饱和糖功能单体接枝聚氨酯膜的制备及其血液相容性

通过葡萄糖、丙烯酸羟乙酯和丁二胺反应,制备了含不饱和双键的糖基功能单体。采用傅里叶红外光谱和核磁共振氢谱对合成的产物进行结构表征确定。采用紫外光引发接枝聚合技术,将制备的不饱和糖单体接枝聚合到聚氨酯膜的表面,以衰减全反射模式下傅里叶红外光谱对表面接枝反应进行了确认。通过静态水接触角实验和血小板黏附实验,分别对改性聚氨酯膜表面的亲水性和血液相容性进行了研究,结果表明,改性聚氨酯膜表面的接触角从86°降低到45°,血小板的粘附量由14.36×103cells/mm2减少到2.57×103cells/mm2,亲水性明显增强,血液相容性显著改善。

有机硅参与的聚电解质的合成及性能研究

以带磺酸根离子单体、丙烯酸酯单体、丙烯酸与甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷 (MAPS)进行紫外光引发溶液聚合 ,研制出一种可粘在聚二甲基硅氧烷橡胶上的聚电解质。并就各个单体用量对聚合物粘接性能、离子交换当量、柔韧性等的影响进行了探讨。结果表明 :采用 4 乙烯基苯磺酸钠、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷在紫外光引发下聚合 1h 。

不同取代度改性纤维素交联剂对高吸水树脂结构与其性能的影响

以取代度(DS)分别为0.031、0.058、0.093、0.124的马来酰化微晶棉秆纤维素(MMCC)为交联剂,以丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(Am)为单体,2,2-二甲氧基-苯基甲酮(PI)为引发剂,采用紫外光聚合法制备了4种降解性马来酰化微晶纤维素接枝聚丙烯酸-丙烯酰胺高吸水树脂(MMCC-g-P(AA-co-Am))。用红外光谱对树脂进行表征。对这4种树脂的结构和吸水性能进行探讨。结果表明,按DS不同,所合成的树脂的结构和性能有所不同。当DS=0.058的MMCC做交联剂时,所合成树脂的吸液率最高,在蒸馏水和0.9%盐水中的水吸液率分别为1360g/g和140g/g。