聚烯丙基胺的合成、性能和层层自组装研究

作     者：吴秀亭 

作者单位：河北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵洪池

授予年度：2011年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070305[理学-高分子化学与物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

主      题：聚烯丙基胺 聚对胺基苯乙烯 聚丙烯酸 层层自组装 热性能 多层组装膜 

摘      要：层层(LbL)自组装技术是基于聚电解质阴阳离子所带正负电荷间相互作用的一种自组装超分子技术。聚烯丙基胺和聚对胺基苯乙烯(PPAS)都是聚电解质,分子链上带有胺基,容易与聚丙烯酸(PAA)分子链上的羧基反应生成酰胺键,聚烯丙基胺、PPAS分别与PAA以形成酰胺键为推动力进行层层自组装。本论文主要工作如下: 1、聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)的合成。采用两种方法合成了PAH,第一种方法:以烯丙基胺盐酸盐(AH)为单体,NHSO/NaHSO为氧化还原引发体系,采用水溶液聚合法制备PAH;第二种方法:以烯丙基胺磷酸盐(AP)为单体,偶氮双脒基丙烷二盐酸盐(AAP·HCl)为引发剂合成了聚烯丙基胺磷酸盐(PAP),PAP与浓HCl反应生成PAH。用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、核磁共振波谱仪(NMR)、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)和X射线衍射仪(XRD)对聚合物的结构和性能进行了研究,并研究了引发剂浓度和单体浓度对单体转化率的影响。结果表明:红外光谱图中997 cm处C=C键的变形振动特征吸收峰的消失,1H-NMR谱图中三个峰的峰面积和化学位移与PAH分子式中三种氢原子一致,均说明由单体成功制备了PAH。PAH分两个阶段热失重。PAH的玻璃化转变温度(T)随引发剂用量减少而增大。增大单体浓度和引发剂浓度,单体转化率均提高。 2、PAH和PAA LbL自组装研究。采用LbL方法对PAH和PAA进行自组装研究。PAH和PAA在乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)和N-羟基硫代琥珀酰亚胺(Sulfo-NHS)的共同作用下以形成酰胺键为推动力进行了自组装。利用FTIR、紫外可见分光光度计(UV-Vis)和原子力显微镜(AFM)对LbL膜进行了表征。组装膜的傅立叶变换红外光谱中在1650 cm左右出现酰胺基中C=O键伸缩振动特征吸收峰,表明在组装过程中胺基和羧基反应生成了酰胺键。由UV-Vis谱图中可见随组装时间的增加,196 nm处的吸光度呈现增大趋势。随着PAA和PAH摩尔浓度的增大,组装膜的吸光度增大。原子力显微镜表征多层组装膜的形貌显示在硅片表面形成了聚合物膜的结构。 3、PPAS的制备及与PAA LbL自组装研究。采用溶液聚合制备了聚苯乙烯(PS),以浓HNO/浓HSO为硝化剂对PS进行硝化,制备了聚对硝基苯乙烯(PPNS),用SnCl2和浓HCl作为还原剂将PPNS还原成PPAS。通过对PPAS和PAA层层自组装制备了以共价键结合的、稳定的多层组装膜。通过UV-Vis跟踪检测了组装过程:组装膜中苯基的吸光度随组装层数增加均匀上升并呈线性关系,表明PPAS和PAA交替组装顺利进行,PPAS和PAA是一层一层的依靠形成共价键组装成膜的。由UV-Vis谱图中可见随组装时间的增加,240 nm处的吸光度呈现增大趋势。随着PAA和PPAS摩尔浓度的增大,组装膜的吸光度增大。组装膜的傅立叶变换红外光谱中在1650 cm左右出现酰胺基中C=O键伸缩振动特征吸收峰,表明在组装过程中胺基和羧基反应生成了酰胺键。原子力显微镜表征多层组装膜的形貌显示在硅片表面形成了聚合物膜的结构。