高分子凍膠的結構調控和功能拓展

《高分子凍膠的結構調控和功能拓展》是依託中國科學技術大學，由何衛東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高分子凍膠的結構調控和功能拓展
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何衛東
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

凍膠是具有相互貫通超大孔結構、優良機械性能和高流體通量的凝膠，凝膠化過程在溶劑整體結晶條件下完成，可套用於生物工程、醫療醫藥、催化和能源等領域。溶劑結晶致孔、溶劑晶體中的液相微區、成膠物質在液相微區的富集是凍膠形成和決定凍膠結構的關鍵因素，但是尚不能完全詮釋冷凍聚合即使在冰點以下仍具有較高速率等現象。使用不同溶劑介質、通過不同成膠途徑和合成方法，已經獲得了許多類型的高分子凍膠，但是高分子凍膠在組成、交聯結構和孔結構等方面還有調控餘地。申請項目以高分子凍膠的合成化學作為基礎，結合溶劑結晶的物理學原理，著重進行高分子凍膠的高分子結構和孔結構的調控研究，採取共聚和交聯接枝實現凍膠組成的多組分化和交聯結構的多樣化，通過單向凍結和成核劑誘導實現孔道排列的規整化，通過改變第一網路孔壁和第二網路反應介質的親合性獲得互穿的雙重網路凍膠，從而構建調控高分子凍膠多層次結構的合成方法，拓展高分子凍膠的功能。

結題摘要

凍膠是具有相互貫通超大孔結構、優良機械性能和高流體通量的凝膠，可套用於生物工程、醫療醫藥、催化和能源等領域，其凝膠化過程在反應介質整體結晶條件下完成，一般在介質溶劑冰點以下實施。溶劑結晶致孔、溶劑晶體中的液相微區、成膠物質在液相微區的富集是凍膠形成和決定凍膠結構的關鍵因素，但是冷凍聚合即使在冰點以下仍具有較高速率這一現象的本質有待詮釋，目前冷凍聚合僅局限於烯烴的自由基鏈式聚合，凍膠的孔道結構的形成機制和調控還有很多未知，凍膠材料的套用前景有待進一步開拓。在項目執行期間，圍繞上述問題，我們開展了多項研究工作。首先，我們將冷凍聚合由烯烴的自由基鏈式聚合拓展到N-羧基--胺基酸酐（NCA）的開環聚合和苯胺的氧化偶聯聚合，首次報導NCA冷凍聚合的活性特徵，發現丙烯醯胺的自由基聚合和苯胺的氧化偶聯聚合可以同步進行，這一結果與苯胺的自由基鏈式聚合阻聚作用不相吻合。其次，採用不同的反應途徑，製備出不同類型的多組分高分子凍膠和雜合凍膠，通過改變組分、冷凍條件和聚合溫度對凍膠多層次結構進行了有效調控，如孔道結構、孔壁厚度、孔壁取向和組分分布。最後，對多種凍膠材料的性能和套用開展研究，雜合金屬納米粒子的凍膠材料可有效地催化p-硝基苯酚和染料化合物的還原，疏水性凍膠材料能高倍率、快速吸附不同油品，由取向聚丙烯醯胺凍膠和雜合石墨烯的凍膠組合的蘑菇狀器件可有效地進行不同品質水的光熱蒸發，凍膠材料因其內部多孔、表面粗糙的特性而表現出良好的摩擦起電性能。該項目雖然取得一些初步的研究結果，但是還有許多相關問題未能解決，如多重孔壁結構的凍膠製備、凍膠孔道結構的準確調控等，部分研究結果還需進一步完善。