利用ATRP反应制备超大孔聚苯乙烯微球

作     者：邵荟荟 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：黄方;曲剑波

授予年度：2014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：原子转移自由基聚合(ATRP) 苯乙烯 MDAGal 双亲性两嵌段大分子含糖单体 超大孔聚苯乙烯微球 

摘      要：现代生物技术产业的迅速发展促进了人们对于高效生物分离介质的开发,超大孔微球作为解决“停滞流动相传质问题的一种有效方法,具有操作压强低、流速快、分辨率高、适于放大等优点,近年来受到了密切关注。中科院过程所采用表面活性剂反胶团溶胀法成功制备了超大孔聚苯乙烯(PS)微球,但是PS的强疏水性限制了该类型介质在生物大分子分离方面的应用,因为它的非特异性吸附作用会导致蛋白质等生物大分子失活变性。本论文尝试利用原子转移自由基聚合(ATRP)法制备超大孔聚苯乙烯微球。论文分别考查了疏水聚苯乙烯链段和亲水含糖链段的ATRP反应,并控制反应条件制备出双亲性两嵌段大分子含糖聚合物,为下一步制备亲水性超大孔聚苯乙烯微球奠定了基础。本论文主要分为四个部分。第一部分对苯乙烯(St)进行了原子转移自由基聚合(ATRP)研究,考查了引发剂、催化剂、配体及反应温度等对ATRP反应的影响,并确定了St进行ATRP反应的最适温度为90℃,催化体系为PMDETA/CuBr,引发剂为1-PEBr,在加料比为[St]/[1-PEBr]/[CuBr]/[PMDETA]=100/1/1/2的条件下得到了分布指数为1.153的窄分布PSt聚合物。而且反应动力学表现为一级反应,即ln(M0/M)与反应时间呈正比,因此可通过调节反应时间来控制聚合物的分子量,从而实现ATRP反应的可控合成。论文的第二部分对糖单体MDAGal的ATRP反应同样做了类似苯乙烯的考查,选出了最优方案:PMDETA/CuBr为催化体系,2-EiBBr为引发剂,加料比为[St]/[1-PEBr]/[CuBr]/[PMDETA]=100/5/1/1,50℃下即可达到较高的转化率(58.25%),同时保持较低的分布指数(Mw/Mn=1.29)。MDAGal的ATRP反应聚合活性较St更高,其聚合物PMDAGal可作为大分子引发剂引发苯乙烯的ATRP反应。论文第三部分以PMDAGal为大分子引发剂引发St进行ATRP反应合成两嵌段大分子含糖聚合物,再对MDAGal链段上的异丙基进行水解脱保护,使其具有亲水性,从而得到具有一定HLB值的双亲性两嵌段含糖大分子单体PS-b-PMDAGal。控制两嵌段的加料比可以控制双亲性两嵌段含糖大分子单体的分子量和HLB值。PS-b-PMDAGal的HLB值采用水数法进行测定。论文的最后,采用悬浮聚合法制备超大孔聚苯乙烯微球,用扫描电镜对微球的表面形态进行观察。实验结果表明,PS-b-PMDAGal的分子量,加入量等对聚苯乙烯微球的孔结构有很大影响。通过实验,我们已经合成出孔径为数百纳米的超大孔聚苯乙烯微球,该微球在生物大分子快速分离方面有比较好的应用前景。