齐聚物凝胶因子的合成及其分子凝胶的表征和性能

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某些小分子有机化合物或齐聚物能在很低的浓度下(甚至低于1wt%)使大多数有机溶剂凝胶化,使整个体系形成类似粘弹性液体或固体的物质,称为分子凝胶。这类小分子有机化合物或齐聚物被称为凝胶因子(Gelator)。凝胶因子通过分子间氢键力、静电力、疏水作用力、范德华力、π-π相互作用力等,在溶剂中自发的聚集组装成有序的三维网络结构。本文通过分子设计,合成了一种齐聚物凝胶因子——聚丙烯酸四乙基铵盐(PAATEA)。这种凝胶因子在ZnCl2 的存在下,能够在甲醇、碳酸丙烯酯、水、二甲亚砜等强极性溶剂中形成凝胶,在乙二醇二甲醚等非极性溶剂中不溶解。FT-IR 及理论分析结果表明,该凝胶因子是通过氢键、离子聚集体或金属配位作用聚集、自我组装形成凝胶的。热力学研究表明,这种齐聚物因子形成的分子凝胶比一般的小分子所形成的分子凝胶具有更高的凝胶-溶胶相变温度TGS。流变学研究表明,凝胶的剪切应力与转子的剪切速率符合幂定律数学模型τ=kγ|.n,且n 值小于1,凝胶的起始运动存在一个屈服应力τy,说明这种凝胶是一种假塑性宾汉流体。凝胶的表观粘度随温度的变化符合McAllister 方程,粘流活化自由能ΔG*<0。凝胶的粘度与时间的关系表明该凝胶体系为触变性体系。对含有LiClO4的分子凝胶电解质的电导率的研究表明,PAATEA 浓度对分子凝胶电解质的电导率基本上无影响。分子凝胶电解质和溶液电解质的电导率和温度的关系均符合阿累尼乌斯(Arrhenius)方程,活化能与温度无关。锂离子在凝胶中的迁移行为和其在溶液中的迁移行为相似。TEM 和SEM 研究发现,凝胶因子PAATEA 在ZnCl2 的存在下,先通过金属配位作用组装成小的球体,再进一步通过非共价键力聚集组装成缠绕的三维网络结构。
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