[发明专利]一种合成吸液性嵌段共聚物凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种设计多官能团高分子嵌段聚合物的方法，具体涉及一种合成吸液性嵌段共聚物凝胶的方法。

背景技术

凝胶是由液体与高分子网络所组成的。由于液体与高分子网络的亲和性，液体被高分子网络封闭在里面，失去了流动性，因此凝胶能像固体一样显示出一定的形状。凝胶在溶胀过程中，一方面溶剂力图渗入高聚物内使其体积膨胀，另一方面由于交联聚合物体积膨胀，导致网络分子链向三度空间伸展，使分子网受到应力产生弹性收缩而能使分子网络收缩。当这两种相反的倾向相互抗衡时，达到了溶胀平衡。高分子凝胶的溶胀行为与它的网络结构及网络所包含的液体的性质有密切联系，还与温度和压力有关，它们之间的定量关系可用Flory-Huggins渗透压公式导出。根据Flory的凝胶溶胀理论，液体与高分子链的亲和性越好，凝胶就越能溶胀，有的凝胶能在良溶剂中溶胀几百甚至几千倍。这种智能型凝胶受外部环境的刺激(如pH、离子强度、温度、电场、光)时体积会发生溶胀或收缩，这种体积变化是不连续的，利用这种刺激响应特性可将其作为传感器执行元件、开关和形状记忆的材料，因而在航空、航天、农业、医药卫生及仿生工程等领域具有广泛的应用前景。

目前的凝胶材料大多采用传统的自由基聚合方法合成，如溶液聚合、悬浮聚合、反相悬浮聚合等。这些方法的主要缺点是由于常规自由基聚合的高聚合速率及反应过程中的热效应、链转移、链终止反应及自加速现象等，使合成出的凝胶不能控制网络的交联密度和交联点间链段分子质量，交联点分布不均匀且难以控制，合成的高分子凝胶的结构均呈无定形状态，没有规整性，对外部环境的刺激反应迟钝，没有协同性，所合成出的凝胶性能不理想，限制了其在材料合成中的应用。活性聚合是聚合物分子设计的重要方法，常规的活性聚合(如阴离子聚合)反应要求高，局限性比较大。用自由基聚合方法来合成指定结构的规整聚合物，并使其工业化是高分子界多年来的一大梦想。

原子转移自由基聚合(atom transfer radical polymerization，简称ATRP)是一种新型高分子聚合方法，于1995年由Matyjaszewski(Wang，J.S.；Matyjaszewski，K.Macromolecules 1995，28，7901.)和Sawamoto(Kato，M.；Kamigaito，M.；Sawamoto，M.；Higashimura，T.Macromolecules 1995，28，1721.)等人首先提出。ATRP集普通自由基聚合与活性聚合于一体，而且与其他活性聚合相比，它适用的单体范围更广、分子设计能力更强，尤其是其聚合条件温和、工艺简单，这些是其他活性聚合所无法比拟的。通过原子转移自由基聚合法可以方便地合成各种结构的模型聚合物，包括嵌段、接枝、星形及超支化聚合物等，因此ATRP是很有应用前景的活性/可控聚合技术，在聚合物分子设计中有广泛的前景。

但是在吸液性多官能团嵌段聚合物凝胶的设计领域，原子转移自由基合成法的应用至今未见文献报道。

发明内容

本发明目的是提供一种合成吸液性多官能团嵌段共聚物凝胶的方法，该方法利用原子转移自由基聚合具有活性/可控的特点进行凝胶网络结构设计，合成网格大小可调控、网格结构可变化的吸液性嵌段聚合物，为智能凝胶材料的合成提供一种很有应用前景的有效合成方法。

该方法合成的多官能团嵌段共聚物智能型凝胶交联密度可控、交联点和交联点之间的链段分子质量分布均匀。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种合成吸液性多官能团嵌段共聚物凝胶的方法，包括以下具体步骤：

(1)按摩尔比，单体A∶引发剂＝100～1000∶1，加入催化剂、配位剂、引发剂和单体A，进行原子转移自由基聚合反应，合成多官能团大分子引发剂；

(2)以步骤(1)所得聚合物多官能团大分子为引发剂，按摩尔比，单体B∶引发剂＝50∶1～1000∶1，加入催化剂、配位剂、引发剂和单体B，进行原子转移自由基聚合反应，合成多官能团嵌段共聚物大分子引发剂；

(3)以二乙烯基苯或亚乙基二甲基丙烯酸酯中的一种为交联剂，按摩尔比，步骤(2)所得的多官能团嵌段共聚物大分子引发剂∶交联剂＝1∶2～1∶200，加入多官能团嵌段共聚物大分子引发剂、催化剂、配位剂和交联剂，进行原子转移自由基聚合反应，合成嵌段共聚物凝胶；