高分子自组装讲解课件.pptx

高分子自组装成员：赖文德、黄金、任蓉、汤雨霖、许雪飞、周文涛概念应用目录14CONTENTS原理前景25方法3高分子自组装高分子自组装属于超分子化学与高分子化学的交叉研究领域，是研究高分子之间、高分子与小分子之间、高分子与纳米粒子之间或高分子与基底之间的相互作用，及其通过非共价键合而实现不同尺度上的规则结构的科学自20世纪90年代起，大分子自组装就引起了国际学术界广泛的研究兴趣。除了嵌段共聚物外，人们陆续发现均聚物、齐聚物、离聚物、无规共聚物及接枝共聚物等都可作为“组装单元”，在一定条件下，通过各种弱相互作用（疏水、氢键、静电作用力等），自发形成形体多样的超分子有序结构。目录页PART TWO原理（双亲性嵌段共聚物自组装）原理表面活性剂：双亲性嵌段共聚物：2.1 小分子表面活性剂和双亲性嵌段共聚物的关系 双亲性嵌段共聚物可被认为是放大了的小分子表面活性剂。将疏水链和亲水基的尺寸增大1~2个数量级可得到嵌段共聚物。原理嵌段共聚物的自组装： 在选择性溶剂中，嵌段共聚物的亲水、疏水两部分链段存在相互作用和溶解性差异，嵌段共聚物在特定条件下会自发进行有序排列（其行为和小分子表面活性剂类似），这个过程叫嵌段共聚物的自组装。 最简单的情况是形成球形胶束状聚集体，胶束内由疏水链段组成，亲水链段以溶剂化形势在核周围形成壳层（见图2.2），以维持胶束的稳定性。原理2.2 两亲性嵌段共聚物自组装形成胶束原理单链如何聚集成单个球形结构？临界胶束浓度形态转变热力学问题控制聚集体形态的因素转变过程的动力学原理临界胶束浓度 两嵌段共聚物的聚集只有在特定溶度以上才会发生，此浓度为临界胶束浓度。那么什么会影响临界胶束浓度?(链段长度) 两嵌段共聚物中不溶链段与水不相溶，其相对分子质量越高（可溶链段保持不变），临界胶束浓度越低。但不溶链段以共价键与可溶链段相连，不溶链段聚集时，可溶链段阻止了沉淀的发生（溶剂化），因此胶束化过程取代了沉淀过程。原理热力学问题 严格来说，胶束在溶液中与单链处于热力学平衡状态。然而，嵌段共聚物胶束结构非常容易被冻结，不再处于热力学平衡状态。 正常情况下，在临界胶束浓度以下，增加水含量会增大聚合物—溶剂两相间的表面能，体系趋于增加聚集体半径以减小界面面积。 下面我们来通过一个实例来讨论一下聚苯乙烯的一些情况： 当体系含水量较少时，胶束核内含较多溶剂，这些溶剂有增塑作用，降低体系内聚苯乙烯的玻璃化转变温度。若向溶液中含水量增则会降低共溶剂浓度，浓度差使核内溶剂向外扩散。核内共溶剂含量减少，玻璃化转变温度升高。当玻璃化转变温度升高到超过室温时，胶束核发生玻璃化转变，聚集体的形状和尺寸被固定下来。原理控制聚集体形态的因素对体系形态有影响的有三种：①核链段的伸展度②核与壳间的表面能③壳链段间的斥力 其他因素如：温度，PH值，含水量等对聚集体形态的改变最终还是由于这些因素的改变引起上述3种因素的改变而使形态发生改变。如：（见下一页）原理加酸加碱核内分子数增加壳层去质子化核内链伸展度减小壳层质子化（消除电荷）尺寸增大，链段伸展度增加壳层分子链间斥力增大降低壳层分子链间斥力效果与加酸相反形态由微球状变为棒状再变为囊泡聚集数减少更多分子链进入聚集体原理几种胶束形态（a）平头胶束 （b）珍珠项链 （c）棒状形态 （d)无序双连续棒相 （e）中空双连续棒相 （f）支化短棒 （g）带有棒状支链的层状结构 （h）囊泡 （i）大复合囊泡原理转变过程的动力学为保证聚集体在动力学冻结之前就已达到热力学平衡，对聚集体形态转变的动力学过程进行研究。共聚物体系特定形态的形成是由热力学决定的，而各形态间的转变速率是受动力学控制的。形态转变的速率依赖于：初始溶剂组成，聚合物浓度，加水增量①初始含水量增加，形态转变的弛豫时间（达到平衡状态的时间）增加。②增加聚合物浓度可降低球-棒、棒-球转变过程的弛豫时间，增加棒-囊泡、囊泡-棒的弛豫时间。③加水增量对球-棒转变动力学有较大影响，且加水增量过大可能会导致初始形态被冻结。目录页高分子胶束化的新途径研究高分子自组装新途径氢键诱导静电作用诱导外界条件诱导刚性链诱导氢键诱导大分子自组装利用非嵌段共聚物构建“非共价键合胶束” 那么什么是非共价键合胶束（简称NCCM）？ 以分子间存在氢键的两种不同均聚物或无规共聚物为前体，获得“非共价键合胶束”（简称NCCM）。不论聚合物的氢键作用点是位于大分子链的末端，还是分布在大分子链上，通过这种路线都可获得结构规则的NCCM。就是将质子给体单元给体单元限制在聚合物A链的端基上，这样当它与质子受体聚合物（B链，其质子受体单元可在键上无规则分布）溶解在共同溶剂中时，就有可能通过A链端基和B链质子受体单元的相互作用形成“氢键接枝共聚物”，这就是A-B胶束的前驱体。当A-B的介质由共同溶剂切换为选择性溶剂