两亲性聚离子液体的合成及自组装研究

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离子液体是室温下呈液态的盐,它完全由阴阳离子组成。离子液体具有饱和蒸汽压低,热稳定性和化学稳定性优良,导电能力强,可设计性等优点。聚离子液体是离子液体的聚合物形式,它继承了离子液体可设计性的特点,同时兼具聚合物优异的机械加工性能,在吸附材料,智能响应材料,电化学等领域中有很广泛的应用。分子自组装,是构筑纳米材料非常重要的方法,自组装对于研究生命体亦有非常重要的意义。聚离子液体的自组装可以将聚离子液体的优异性能赋予到组装体中,从而得到具有特殊功能例如离子交换性能的组装体。然而目前聚离子液体的自组装研究还处于起步阶段,尚存在较多局限性,比如:当前用于自组装与研究的离子液体,主要限于线性聚合物或嵌段共聚物,拓扑结构相对简单、种类单一;所制备的组装体形貌比较少,往往是实心的胶束。因此,非常有必要开发出新颖的聚离子液体,并拓展其自组装研究。  本文在综述离子液体、聚离子液体和两亲性聚离子液体的合成、性能、自组装及应用的基础上,研究了线性、嵌段以及超支化三种拓扑结构的两亲性聚离子液体,拓展了聚离子液体的种类,并提出了用DPE可控制备聚离子液体的新合成方法。另外所制备的聚离子液体具有两亲性,很容易在水中自组装,得到了新颖的囊泡组装体,而且该类囊泡保留了离子液体的优异性能,表现出优异的离子交换性能和环境响应性。主要研究内容和结论概括如下:  1.两亲性超支化聚离子液体的合成及自组装研究  通过在两亲性超支化多臂共聚物HBPO-star-PEO的PEO链末端接枝对甲基苯磺酸基团(OTs),进一步与1-甲基咪唑反应,成功制备了OTs为阴离子的超支化聚离子液体[HsP-MIm][OTs]。[HsP-MIm][OTs]的水溶液中加入甲基橙(MO)分子,搅拌后对水透析,成功制备了MO为阴离子的超支化聚离子液体[HsP-MIm][MO]。[HsP-MIm][MO]在水中可以自组装形成囊泡,囊泡的尺寸具有pH响应性,随着pH从2.08增大到5.17,囊泡的直径从小于10 nm增大至420 nm。[HsP-MIm][MO]的水溶液中加入罗丹明 b标记的牛血清蛋白(BSA-Rb),搅拌后对水透析,成功制备了表面修饰BSA的超支化聚离子液体[HsP-MIm][BSA-Rb]囊泡。荧光显微镜观察到这种蛋白囊泡的尺寸为微米级别,是由原来的[HsP-MIm][MO]小囊泡聚集并融合得到的。  2. DPE介导下的离子液体均聚物和嵌段共聚物的合成及自组装  通过4-氯甲基苯乙烯与1-丁基咪唑反应合成了亲水性离子液体单体[VBBI][Cl],然后通过与双三氟甲基磺酰亚胺锂盐(LiTf2N)阴离子交换,合成了疏水性可聚合的离子液体单体[VBBI][Tf2N]。发现可以通过DPE来控制离子液体单体[VBBI][Tf2N]自由基聚合反应得到了线性均聚物poly([VBBI][Tf2N]),核磁表征证明聚合反应过程符合一级反应动力学的特征。Poly([VBBI][Tf2N])可以与β-环糊精通过主客体络合形成两亲性的刷状超分子聚合物,根据poly([VBBI][Tf2N])分子量的不同可以在水中形成了纳米片和尺寸不同的胶束。并通过DPE法控制苯乙烯和[VBBI][Tf2N]分两步聚合,制备了两亲性离子液体嵌段共聚物PS-b-Poly([BVim][Br])。发现其可以在水中自组装形成囊泡。
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