关于改进《高分子物理实验》课程的几点设想

《高分子物理实验》课程是高分子物理教学的重要组成部分。本文提出该课程可设计为三个层次:一为立足于高分子物理基本概念和基本实验技能的基础实验;二为对基础实验进行挖掘并启发学生全面思考的深入实验;三为包括学科交叉实验(高分子物理、高分子化学、高分子工程)和前沿实验观摩的综合实验。此三个层次的实验既有连续性又逐层深入。旨在通过系统训练,加深学生对实验的理解、提高其实验技能以及合作交流的能力。此外,就实验教学形式、实验课堂管理等方面也提出建议。

《高分子物理实验》的组合化教学实践

在《高分子物理实验》的教学中,将原本独立完成的实验进行有机组合和串联,设计实际问题情境,由学生自主完成并在小组内共享实验结果。教学效果评价表明,组合化教学突破了传统的验证型教学模式,激发了学生的学习兴趣,大大提高了学习主动性。学生不仅可掌握单项实验内容和知识点,而且加深了对各实验之间关联性的理解。将预习小测、个人实验评价、小组实验评价、期末考试按照合适比例纳入学生成绩评价,建立了科学合理的成绩评定方式,受到修课学生的欢迎。

激光扫描共聚焦显微技术在高分子科学研究中的应用

激光扫描共聚焦显微技术作为一种深层形态结构分析的重要研究方法,避免了繁琐的实验操作以及对样品的破坏,可直接给出材料内部结构的三维图像,在生物学、医学、材料科学和冶金学等研究领域都有广泛的应用。本文阐述了激光扫描共聚焦显微镜的工作原理及技术优势,综述了激光扫描共聚焦显微技术在高分子科学研究领域的应用进展,包括聚合物多组分体系、聚合物颗粒、聚合物膜、嵌段共聚物自组装以及药物控释表征,以期为更多科研人员提供有益参考。

端羧基酯交换法合成高分子量大豆油基聚酯

以大豆油为原料可高效合成大豆油基二元醇(SOD),通过与二元酸的熔融缩聚获得大豆油基聚酯.然而传统的酯化和酯交换机理无法获得高分子量的聚酯产物,其原因在于反应过程中醇酸单元摩尔比偏离达到高分子量所需的等摩尔比条件.本研究采用一种新型的端羧基酯交换(CET)机理成功合成了高分子量的大豆油基聚酯,首先以过量的可升华二元酸与SOD酯化生成羧基封端预聚物,再通过CET在高真空下脱除过量的二元酸,动态地逼近醇酸等摩尔比条件,从而获得了黏均分子量可达123 kDa的高分子量大豆油基聚酯.该聚酯具有良好的热稳定性和高透明性,其黏附性能可达压敏胶黏剂的商用标准.这种含不饱和脂肪族侧链的聚酯还可通过巯-烯“点击”反应引入季铵盐基团,获得抗菌型大豆油基聚酯.

粒子填充高分子熔体的动态流变行为

粒子填充高分子(Particle filled polymers,PFP)熔体流变行为是高分子科学的重要研究课题之一。PFP流变表现复杂,因粒子结构、基体化学性质、界面相互作用而异,但也具有一些普适的、一般的流变学规律。本文从PFP熔体类液-类固转变、分子弛豫特性、"零剪切"黏度与"平衡"模量、时间-浓度叠加原理、两相模型、非线性黏弹行为等6个不同角度系统介绍PFP动态流变行为的主要实验现象和理论(模型)研究结果,分析该领域已取得的研究共识和尚存的学术争议,并展望该领域今后的研究方向。

大分子自由基加成交叉偶合反应制备嵌段共聚物及其表征

α-溴代聚苯乙烯(PS-Br)和α-溴代聚丙烯酸甲酯(PMA-Br)在1,1-二苯基乙烯(DPE)的存在下进行自由基加成交叉偶合(RACC)反应,并用带有紫外(UV)检测器的凝胶渗透色谱仪(GPC)表征产物。由于PS和PMA对254 nm紫外光的吸收不同,得到的UV-GPC曲线只反映含有PS的组分,根据分峰拟合的结果可准确计算交叉偶合效率(CCE)。考察了反应条件对RACC反应的影响,CCE最高可达到78.1%。

非异氰酸酯路线合成聚羟氨酯的研究

由非异氰酸酯路线合成聚氨酯,避免使用有毒、难运输和贮存的异氰酸酯,是聚氨酯的绿色合成路线,属于高分子合成化学的前沿课题。本文报道了一种由双环碳酸酯与二元胺加成聚合制备聚羟氨酯的新路线,其中双环碳酸酯是由含双环氧基团的环氧树脂与二氧化碳(CO 2)在双金属氰化络合物与季铵盐组成的二元催化剂催化下高效偶合反应得到。双环碳酸酯在季铵盐催化下与二元胺加成聚合,得到聚羟氨酯。由此提供了一条以环氧树脂、C O2和二元胺为原料合成聚羟氨酯的新途径。

新型含氟环氧单体的合成及其光固化行为的初步研究

由六氟环氧丙烷二聚体、三聚体分别与4-环己烯-1,2-二甲醇反应合成了2种新型的双全氟烷氧基取代的环氧环己烷衍生物（EFPO1和EFPO2）,其结构经FT-IR和1HNMR确证。与常见全氟烷基型功能单体不同,此类含氟环氧化合物与环氧树脂预聚物具有良好的相容性并且可改善其疏水性能。初步考察了上述单体对环氧树脂紫外光固化涂料的改性作用,结果表明,随涂料中含氟单体用量的增加,固化膜的初始水接触角线性增大;其中,EFPO2因其含较长的全氟烷氧基团而具有比EFPO1更好的疏水效果。如加入1%EFPO2时,固化膜接触角为99°,比未添加含氟单体的固化膜大14°,而相同含量EFPO1固化膜接触角为87°。当EFPO2含量为5%时,固化膜的疏水性能进一步提高,接触角为113°。此外,固化膜经加热处理（110℃,6 h）后疏水性能明显增强,如EFPO2含量为1%~5%时,固化膜经热处理后,接触角由99°~113°提高至113°~118°,EFPO1固化膜经热处理后接触角也由87°~100°提高至99°~110°。固化膜疏水性能的提高可能是由于经过加热处理,含氟链段向表面迁移。由此可见,这类含氟单体可作为表面改性剂应用于涂料、油墨和离型材料。

疏水改性聚磺酸甜菜碱的合成及其结构研究

疏水改性聚磺酸甜菜碱具有超亲水、抗蛋白吸附、环境友好等性能,在药物缓释、化妆品、器官移植、食品包装等领域潜在应用价值巨大。采用自由基胶束共聚法合成了具有疏水嵌段的聚磺酸甜菜碱共聚物,亲水单体为[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA),疏水单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),探究了聚合条件对共聚物结构及性质的影响。研究发现,引发剂用量较高时,SBMA的含量相对较高。当GMA用量较少时,SBMA含量随乳化剂用量的增加而下降;当GMA用量较大时,乳化剂用量对共聚物中SBMA含量影响不显著。搅拌速率增加后,共聚物水溶液的表观粘度(ηa)和SBMA含量均逐渐下降。GMA用量增大后,疏水嵌段长度及数量均增大。相同单体投料比下,乳化剂用量越大,形成的GMA胶束数量越多,共聚后形成的疏水嵌段长度越短,数量越多。P(SBMA-GMA)大分子在水中以胶束形式存在。自由基胶束聚合得到的P(SBMA-GMA)共聚物的分子量高于SBMA均聚物。以上研究结果可为疏水改性聚两性电解质的制备工艺优化提供参考。

两亲性聚长链α-烯烃共聚物的合成及在柴油乳液中的作用

用负载型TiCl4/MgCl2催化剂催化1-十八烯(1-oct)与对甲基苯乙烯(pMS)共聚合,得到1-oct与pMS的共聚物[P(1-oct-co-pMS)]。再通过反应性基团功能化法,用HBr/H2O2对P(1-oct-co-pMS)中pMS结构单元上的对位甲基进行选择性溴化,接着用改进的Williamson醚化法将端羟基聚乙二醇(PEG-OH)接枝到P(1-oct-co-pMS)主链上,制备了PEG-OH接枝P(1-oct-co-pMS)[P(1-oct-co-pMS)-g-PEG]的两亲性接枝共聚物,实现了聚长链α-烯烃的功能化。以P(1-oct-co-pMS)-g-PEG为分散剂,山梨糖醇酐油酸酯/失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚混合物为表面活性剂,采用高剪切乳化机制备了含水乳化柴油(即柴油乳液),用动态光散射法测定柴油乳液的粒径及其分布。结果表明,含有P(1-oct-co-pMS)-g-PEG的柴油乳液稳定性较好,在室温条件下可以稳定6天以上。

白炭黑/聚氧化丙烯悬浮液的分子弛豫与流变行为

气相二氧化硅/聚醚低聚物悬浮液体系广泛应用于涂料、胶黏剂、锂离子电池、液体防弹衣等诸多领域.然而,聚醚与白炭黑界面相互作用复杂,所形成的界面吸附层显著影响悬浮液的流变行为,界面层结构与流变行为调控是长期困扰学术界和工业界的难题.本文工作详细研究了白炭黑/线形丙二醇低聚物(PPG)界面层结构与流变行为,考察了PPG分子量(0.4~4 kg/mol)的影响机制.研究发现,PPG分子量影响其在白炭黑附近的受限状态和悬浮液流变行为.分子量为0.4 kg/mol时,PPG通过端羟基与白炭黑表面硅羟基间氢键作用而形成较厚((1.0±0.2)nm)的玻璃化层,玻璃化层几何逾渗导致悬浮液在10 rad/s下呈现溶胶-凝胶转变;分子量为1~2 kg/mol的PPG在白炭黑粒子表面形成较薄((0.8±0.1)nm)的玻璃化层,分子量为3~4 kg/mol的PPG则在白炭黑粒子表面形成受限层,悬浮液在10 rad/s下呈溶胶行为.玻璃化层几何逾渗和悬浮液溶胶-凝胶转变之间的关系说明,界面层分子受限程度和流变行为均受PPG羟基密度及其与白炭黑界面相互作用的影响.

两亲性全季铵盐超支化聚合物的设计与合成及主-客体超分子着色应用研究

采用高效的巯基-炔点击化学与Menschutkin季铵化反应,合成了一种带有1个叠氮基、2个炔基和2个季铵盐基团的AB2型季铵盐单体,通过核磁共振、红外光谱、质谱等方法对单体结构进行了确认.将所得单体进行点击聚合,得到全季铵盐超支化聚合物,并用端叠氮基的长链烷烃封端,得到核亲水-壳憎水的两亲性超支化聚季铵盐.研究所得两亲性超支化聚合物对染料的装载性能,结果表明所合成的带正电荷两亲性聚合物对多种带负电荷的水性染料装载效果好,平均相转移率高达95%.进一步将装载染料的主-客体超分子复合物用于聚合物制品着色,发现其对SBS及PMMA等聚合物有很好的着色效果,着色均匀且不掉色,着色的膜色泽鲜艳透明.

石英晶体微天平在聚合物薄膜研究中的应用与展望

石英晶体微天平仪(QCM)具有高度的灵敏性,能够对石英晶片表面微痕量物质的变化产生响应,在分析科学研究中广泛应用。本文阐述了QCM的基本工作原理和应用基础方程,并在此基础上综述了近年来QCM在聚合物薄膜研究中的应用及研究进展,包括QCM对聚合物薄膜的厚度和力学性能的测量、QCM研究聚合物分子链在石英晶片表面的吸附过程和链构象变化、表面引发生长聚合物刷的动力学过程、基于功能聚合物薄膜和QCM的生物与化学传感器等,同时对QCM在聚合物薄膜研究领域的进一步深入应用进行了展望。

SiO_2粒子对PMMA/SAN共混体系相分离行为的影响

采用小角激光光散射(SALLS)并结合动态流变学方法,考察了气相法二氧化硅(SiO2)粒子的加入对聚甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯-丙烯腈无规共聚物(PMMA/SAN)共混体系相行为的影响,得到了添加SiO2粒子前后的相图,发现SiO2粒子对基体相行为的影响与基体的组成有关.对PMMA/SAN(60/40)体系,加入SiO2粒子后相分离温度上升,但并未改变相分离机理,仍为亚稳单相分解过程(spinodal decomposition,SD);而对于PMMA/SAN(30/70)体系,加入SiO2粒子后却降低了体系的相分离温度.该现象可能是SiO2粒子和基体组分界面间组成与PMMA/SAN共混物基体组成的差异造成的.

层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合物的制备及在有机溶剂中的分散

通过硝酸处理在碳纳米管(CNTs)表面生成了羧基(—COOH)基团,随后采用尿素法在其水悬浮液中原位合成了层状双金属氢氧化物(LDH),获得了层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合物(LDH/CNTs),考察了CNTs用量对LDH形貌与结构的影响.结果表明,CNTs的用量对LDH的产率及结构无显著影响;但当CNTs用量较低(<0.2 g/L)或过高(>4.0 g/L)时,会导致LDH的粒径分布变宽.对LDH/CNTs进行氯化及有机化处理,获得了十二烷基苯磺酸根离子(DBS)插层的DBS-LDH/CNTs.对DBS-LDH/CNTs在不同有机溶剂中分散及剥离程度的研究发现,DBS-LDH/CNTs在丁醇、乙醇及二甲苯中均可良好分散且其悬浮液较稳定,LDH在不同溶剂中的剥离程度为丁醇>乙醇>二甲苯>四氢呋喃.

小麦蛋白质的流变行为及蛋白质塑料的结构与性能

基于作者在对小麦蛋白质溶液动态流变行为、增塑小麦蛋白质等双轴拉伸流变行为、小麦蛋白质塑料制备与性能等研究的最新结果,阐述了pH、温度等对小麦蛋白质溶液动态流变行为的影响;根据Hybrid模型,考察了醇溶蛋白分子的旋转运动、弯曲运动、高频耗散等对流变行为的贡献;分析了形变速度、蛋白质含量、网络形成时间与增塑蛋白质等双轴拉伸流变行为的关系,阐明了分维蛋白质网络的形成机制;探讨了采用热压方法制备小麦蛋白质塑料的工艺参数、交联、化学改性等对微观形态与宏观性能的影响.

聚丙烯微孔膜荷负电表面的构建与阻抗蛋白质吸附性能

报道一种有效构建聚丙烯微孔膜(PPMM)荷负电表面的新方法。组合大气压介质阻挡放电等离子体预处理和界面交联技术,制得表面荷正电的PPMM;通过动态静电自组装技术将阴离子聚电解质固定到膜表面,从而获得荷负电的PPMM。ATR-FTIR、XPS和FESEM分析确证了修饰过程中膜表面化学组成与形貌的变化。静态水接触角和纯水通量实验结果显示,荷负电PPMM表面亲水性显著改善,水通量增大。当组装密度为53.0μg.cm-2时,水通量达(2445±95)L.(m2.h)-1,为未修饰PPMM的2.9倍。蛋白质溶液过滤实验表明,表面荷负电PPMM能有效阻抗带负电蛋白质的吸附。

生物大分子层层组装:从生物分子的固定,界面控释到细胞外基质模拟

随着超分子科学、界面科学方法技术与生物医用材料科学的交叉与渗透,生物大分子层层组装已成为生物医用材料界面设计和制备的重要方法.本论文从采用生物大分子层层组装进行生物活性分子固定、界面控释涂层构建到细胞外基质结构功能模拟3个相互关联的研究视角,结合该领域国内外和本课题组的研究成果,对该领域的研究进展进行了综述,并对生物大分子层层组装作为一种生物医用材料界面设计制备新方法的未来进行了展望.

橡胶纳米复合材料微观结构与补强机理

高弹性橡胶纳米复合材料的微观结构与补强机理长期以来备受关注。因界面相互作用复杂,纳米粒子在橡胶基体中形成团聚体甚至网络化结构,橡胶分子在粒子表面形成玻璃化层或受限层并在粒子间形成桥连链,使得微观结构和分子动力学呈现多层级杂化现象。文中综述了材料微观结构、分子动力学和补强效应研究现状和最新进展,分析研究结果之间的矛盾和补强理论的争议;指出今后研究的重点应以橡胶基体黏弹性为基础,系统研究纳米粒子对橡胶分子动力学行为的影响,建立微观效应结构-补强效应关系。

无卤阻燃环氧树脂固化物及其结构与性能

环氧树脂固化物具有一系列性能优势,是重要的电子材料之一,但因其极易燃烧而存在火灾隐患。采用一类扭曲非对称结构的二氮杂萘酮型二胺和二酚型无卤阻燃固化剂,与双酚A型环氧树脂(E51)和含磷环氧树脂固化,所得固化物具有优异的热学和动态力学性能,T可达157℃,热线胀系数低;与含磷树脂固化后所得g材料的阻燃性顺利通过UL94 V-0级测试。