超支化聚醚的合成与应用

超支化聚醚的合成与应用
超支化聚醚的合成与应用

超支化聚醚的合成与应用

黄萍珍,顾嫒娟*,梁国正,袁 莉

(苏州大学材料与化学化工学部材料科学与工程系,苏州 215123)

摘要:超支化聚醚以其独特的结构与性能而成为高分子研究的热点。本文对近年来H BP E的合成方法及应用研究进行了综述。目前超支化聚醚的制备方法主要包括在缩合反应、开环聚合反应、及质子转移等其它聚合反应。超支化聚醚的应用研究领域非常广阔,主要包括聚合物电解质、生物医药、无机物表面改性、荧光功能高分子材料、聚合物改性以及负载、液晶、水凝胶等其它功能材料方面显示出了巨大的应用潜力。本文还对超支化聚醚今后的应用前景进行了展望。

关键词:超支化;聚醚;合成;应用

超支化聚合物以其特有的准三维球形和高度支化的结构,优越物理化学性能而逐渐成为高分子科学研究的一个热点[1]。目前超支化聚合物的制备方法有:缩合反应、加成反应、开环聚合及接技聚合等。

聚醚多元醇(简称聚醚)是由起始剂(含活性氢基团的化合物)与环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)、环氧丁烷(BO)等在催化剂存在下经加聚反应制得,具有化学物理稳定的键接键、无毒、无腐蚀性,低挥发性、不易吸潮及结构可调控性等优点,以及良好的水及有机溶剂溶解性和生物相容性,已作为乳化剂、分散剂、消泡剂、破乳剂、防腐剂、抗静电剂、渗透剂及聚氨酯泡沫塑料的中间体及各类润滑油的主要组分得到广泛的应用。利用超支化技术,制备具有独特功能的新型超支化聚醚(H BPE)具有重要的研究和应用价值,这引起了研究人员浓厚的兴趣,短短几十年报道日益增多,本文对其近年来的合成及应用研究进行综述。

1 超支化聚醚的合成方法

1 1 缩合反应

超支化聚合物的合成一般采用 一步缩聚法,即通过ABx型单体(x!2)不加控制、一步反应而得到。1992年Fr chet等[2]首次报道了以AB2型单体5 (溴甲基) 1,3 二苯酚在K2CO3的冠醚溶液中通过自缩合反应得到H BPE,1998年M ueller等报道以3,5 二(五氟苯甲氧基)苯甲醇为AB2型单体[3]在金属钠催化下合成超支化聚苯醚。之后应用一步缩聚法制备H BPE报道也较多。

2003年Kim等[4]利用乌尔曼反应使3,5 二溴苯酚缩聚得到含有溴端基的超支化聚苯醚,支化度为61%(见图1)。该产物呈无定形态,由于高度支化结构和许多末端基团的存在显著改善了溶解性能,其末端羧酸化后在水溶液中呈现出良好的单分子胶束特性。

2004年,Baek等[5]将自制的AB2单体经自缩聚反应得到带有苯基喹喔啉单元和柔性脂肪族链的H BPE(见图2)。该产物可溶于极性溶剂中,M n和M w分别为823,000和1,507,000。T g为83?,T GA 研究发现该产物具有良好的热稳定性,其失重5%的温度为401?。

张纪贵等[6]利用改性U llumann醚化反应,经AB2型支化单体(4 溴 4#,4? 二羟基三苯甲烷)一步缩合聚合,制备了分子内含三苯次甲基外为酚羟基的新型超支化聚苯醚(见图3)。该超支化聚苯醚经甲醇、正丁醇、乙二醇单甲醚等改性后,在普通有机溶剂里的溶解能力得到了很大的改善。该课题组又以4

基金资助:江苏省研究生培养创新工程(CX09B_023Z),国家自然科学基金(20974076);

作者简介:黄萍珍(1977-),女,苏州大学材料与化学化工学部材料学专业在读博士生;

*通讯作者,T el:+8651265880967,Email:ajgu@https://www.360docs.net/doc/c612202992.html,.

图1 K im等合成的超支化聚苯醚

Fig ure1 Hy per br anched a romatic po lyether s sy nthesized o f by Kim&s

图2 Baek等合成的超支化聚醚

F ig ur e2 H yperbr anched polyethers synthesized by Baek&s

溴 4#,4? 二羟基三苯甲烷和2 (2 氯乙氧基)乙醇(CD型)为反应单体,经一次两步缩合,制备得到新型超支化脂肪 芳香共聚醚,其支化度约为41%。该聚合物也具有很好的溶解性能。

图3 张纪贵合成的新型超支化聚苯醚

F igure3 A no vel hy per br anched po ly(phenylene o xide)sy nt hesized by Zhang

Ramakrishnan等将2,4,6 三甲基苯酚二氯甲基化,再在甲醇/甲醇钠溶液中反应得到一个中间体产物(见图4(a))。该中间产物可以与不同的 卤代醇经烷化反应得到一系列结构各异的AB2单体,经熔融转移醚化缩聚得到高分子量的H BPE[7,8],并研究了直链烷基长度对超支化聚合物T g的影响。2008年他们又报道了一种由中间体产物与直链溴代醇反应得到AB2单体,再与A型单体聚乙二醇(PEG)发生缩合反应得到不同超支化核的嵌段PEG的目标产物(见图4(b))[9]。随后该研究小组又利用溴甲基化的2,4,6 三甲苯酚,经溴代炔丙醇和6 溴己醇改性得到AB2单体,一步合成端基带有大量炔丙基的H BPE,合成路线如图5所示,该端基基团的存在可使H BPE易与许多有机叠氮化物发生click反应[10]。

图4 R amakr ishnan等合成的AB2型中间体产物及超支化聚醚

F ig ur e4 A B2inter mediate and hyperbranched po ly ethers synthesized by Ramakrishnan&s

1 2 开环聚合反应

与传统的缩聚法制备超支化聚合物不同,现有的开环聚合法合成超支化聚合物主要是利用环氧基团

图5 Ramakr ishnan等合成的超支化聚醚

F igur e5 A hyperbranched po ly ether synthesized by Ramakrishnan&s

的开环反应,可分为阳离子聚合反应和阴离子聚合反应。

1 2 1 阳离子聚合反应 有关阳离子聚合反应制备H BPE的研究中最常用是3 乙基 3 羟甲基环氧丁烷(EH O)和3 甲基 3 羟甲基环氧丁烷(MH O)分别在引发剂下自缩合阳离子开环聚合(见图6)[11?13], H ult等认为提高单体转化率可提高产物的支化度(DB)[13];Yan等发现产物的DB可通过引化剂与单体的加料比来调节,玻璃化转变温度(T g)随着支化度的增大明显降低[14]。Penczek等[15]还对EH O的聚合机制作了研究,认为活性链端机制(ACE)和活性单体机制(AM)在反应中共同起作用。

图6 EH O阳离子开环聚合

F ig ur e6 T he catio nic r ing o pening po ly mer izatio n o f EH O

环氧基团的阳离子开环反应还可在含有羟基的物质上进行。宋雪晶等以1,1,1 三羟甲基丙烷(TM P)为反应核,分批加入M H O使其通过阳离子开环制备了不同分子量的H BPE[16]。Rahm等[17]以线性聚乙二醇为核,运用逐滴加入法使EH O阳离子开环聚合得到了新型H BPE,M n/M w为1 2~1 4。该三嵌段共聚物呈哑铃形,通过控制聚乙二醇链上接枝聚醚的数量可成功的调协其热性能。

近几年来,几种新的超支化单体相继出现(见图7),使阳离子开环聚合制备H BPE有了新的发展,如采用以3,3 二羟甲基 环氧丁烷(BH M O)[18]和3 {2 [2 (2 羟乙氧基)乙氧基]乙氧甲基} 3 甲基环氧丁烷(H EMO)[19]合成了H BPE。由于以上单体制备的H BPE的分子量较低,还出现了在EH O和M H O中添加多羟基的氧杂环化合物来制备H BPE以提高材料分子量的方法。如Bednarek[20]将适当少量双官能团的氧丁杂环化合物(diEOX)加入EH O中,在BF3%Et2O催化下共聚得到H BPE,其分子量高于同一条件下EH O自聚合得到的超支化聚合物。Ye等[21]又以两种氧杂环单体MH O和3 {2 [2 (2 甲氧乙氧基)乙氧基] 乙氧基}甲基 3' 甲基环氧丁烷(M EMO)开环共聚制备得到H BPE,其超支化结构主要由MH O决定,共聚中MH O的用量由30%提高到70%,DB值由0 148增大至0 236,M n为5600~6800。

1 2 2 阴离子聚合反应 缩水甘油是一种潜在的环状AB2型单体,Frey等[22]首次通过开环多枝聚合法(ROM BP)制备了超支化多羟基脂肪族聚醚,并研究了该反应的聚合机理。研究表明,缓慢的单体添加,控制单体/引发剂的比例可控制产物分子量分布,并可以避免环化反应的发生,使多分散指数低于1 5,13C NM R研究表明DB为0 53~0 59。而Kainthan等提高单体/引发剂的比例制备得到的H BPE, M n可高达700000[23]。

运用ROM BP法由缩水甘油制备H BPE需要一种反应中心核。作为反应中心核有:甘油[24]、六臂星

图7 几种阳离子开环聚合的单体

F igur e7 Severa l monomer s fo r cationic ring opening polymerization

状聚(环氧丙烷嵌段乙撑氧)共聚物(P(PO b EO)[25]、乙撑氧和乙氧基乙基缩水甘油醚共聚物(PEO b (l PG)[26]、2,2#,4,4# 四羟基二苯甲酮[27]、含有单官能团和双官能团的n 烷基胺,以及芳基胺(苄胺和1 萘甲胺)[28]等。采用ROM BP法制备得到功能基团为中心核的H BPE,可以较好地控制超支化聚合物的分子量。值得一提的是,Frey等[29]首次采用ROMBP法在聚乙撑氧的端羟基上使缩水甘油开环聚合,制备ABA型超支化 线性 超支化三嵌段共聚物,该材料展示出较低的多分散性,M n/M w为1 19~1 45,M n 可达6300~26200gm ol-1。

除了缩水甘油制备超支化聚醚外,EH O等氧杂环化合物也可阴离子开环聚合制备H BPE。Nishikubo等[30]在异丁醇钾和冠醚混合溶液中分别使EH O和MH O聚合,得到数均分子量分别为2200

~4100和4600~5200的H BPE(见图8)。

图8 EH O的阴离子开环聚合

F ig ur e8 T he anionic r ing o pening polymer ization of EH O

1 3 其它聚合方法

Karak等通过三聚氰氯和双酚A的钠盐进行亲核取代聚合反应制备了一种新型H BPE(见图9)。

与其线性类似物相比该超支化聚醚表现出更好的溶解性和更低的粘度特性。此外该物质在245?以下不发生分解,究其原因可能是产物中存在大量末端羟基、氯原子和三嗪结构单元。这种结构上的特点将有利于其在抗氧化剂和阻燃添加剂材料方面的应用[31,32]。2010年该课题组采用四溴双酚A的钠盐制备了H BPE,该产物显示出更好的阻燃性能[33]。

Em rick等采用质子转移方法合成H BPE[34],即芳香醚(见图10(a))在碱性条件下经过质子转移、酚羟基亲和取代和氧键断裂等过程最终得到了目标产物。该研究组又分别以AB2(见图10(b))和AB3型单体(见图10(c))的质子转移聚合法制备含有环氧基团的超支化脂肪族聚醚。此外,又以1,2,7,8 二环氧辛烷(A2)和三羟甲基乙烷(B3)作为原料,制备得到末端含有环氧基团的超支化脂肪族聚醚,其中环氧

基团的含量可通过单体的配比加以调节。

图9 Kar ak等合成的超支化聚醚

Figure9 H yperbranched po ly ether s synthesized by Kar ak&s

图10 几种用于质子转移聚合反应的单体

Fig ure10 Severa l monomer s fo r pr oton tr ansfer po lymer ization

Jia等[35]采用1,4 丁二醇二缩水甘油醚和不同的三元醇化合物(三羟甲基丙烷或三羟甲基乙烷)通过质子转移法合成了具有温敏性HBPE(见图11),其最低临界溶解温度(LCST)可在19 0?~40 3?调节。该课题组又以聚丙二醇二缩水甘油醚和甘油制备得到了另一种温敏性H BPE,M n在1 76(104~2 43(104。通过控制聚丙二醇二缩水甘油醚和甘油的投料比,可调节HBPE的LCST在28 3~39 6?之间[36]。

图11 Jia等合成的超支化聚醚

F igur e11 H y per br anched po lyether s sy nthesized by Jia&s

Blencow e等[37]合成了一系列的带有酚羟基官能团的双吖丙啶单体(见图12),通过光致聚合法合成了超支化聚芳醚。以单体1 3合成的聚醚完全溶于甲醇、DM F和DMSO中,可部分溶于TH F溶液中;而单体4合成的产物加热时可溶于DMF和DMSO中。研究发现溶剂、单体浓度和反应时间可对聚合过程产生影响。GPC分析表明增加单体浓度、延长反应时间可提高产物的分子量。光谱分析表明超支化聚合物的联接方式主要是卡宾插入O?H键中形成醚键联接,有关这种聚合方法的应用研究正在进一步探讨中。

带有功能结构单元的单体可直接合成功能高聚物。Sriniv asa Rao等[38]自制六种不同的光敏双亚苄基酮二醇单体,分别与三(4 羟基苯基)甲烷三缩水甘油基醚通过加聚作用合成两类端基带环氧基的H BPEs。研究发现该H BPEs的液晶和光敏特性与其结构参数有关。

2 超支化聚醚的应用研究

2 1 在聚合物电解质领域的研究

周啸等[39]将超支化聚缩水甘油上的羟基硫酸化,再用碳酸锂中和得到了超支化的大分子锂盐,发现

图12 双吖丙啶功能单体结构Fig ure 12 Structures of diazirine funct ionalized monomers 1 4该锂盐的非水溶液在低浓度下粘度低、电导率

高,适合于作为锂离子电池的电解质。潘春花

等[40]将超支化聚醚与六次甲基二异氰酸酯缩

合生成一种新型的超支化聚氨酯聚合物电解

质。利用交流阻抗技术对聚合物电解质的离子

导电性能进行了研究,发现该聚合物室温的离

子电导率可达0 612(10-3S/cm 。采用循环伏

安法测得该物质的电化学稳定窗口为2~5V,

可以满足锂离子电池的要求。Ye 等将M H O

和MEM O 开环共聚得到了H BPE 掺杂锂盐,当M H O 的比例为30%时所制得聚合物具有最大的离子电导率,在30?和80?时分别为8 0(10-5S/cm 和7 4(10-4S/cm [21]。

2 2 在生物医药领域的研究

Kainthan 等[41]分别采用1,2 环氧基十八烷和甲氧基聚乙二醇将超支化聚醚部分羟基改性后用作人体血清蛋白替代品,动物实验表明,该物质的剂量高达1g /kg 时,未对老鼠产生不良影响.通过控制聚醚的分子量和聚乙二醇在大分子中的含量,可控制该聚合物的血浆半衰期,在25~34h 中变化,这种具有长血浆半衰期的聚合物非常有利于成为血清蛋白替代品。

大量羟基官能团的存在能够明显改善H BPE 亲水性,并可通过进一步的修饰而成为一种有前景的药物传输材料。H ong 等[42]以H BPE 为中心核,在其端羟基接枝共聚物,在水溶液中通过自组装可形成核/壳单分子胶束(约10nm)。以此胶束为药物装载体,研究发现该胶束在温度靠近临界溶解温度时展示出很快的药物释放能力。Wan 等利用EH O 与乙撑氧制备了超支化聚醚(H P g PEO),在水溶液中经自组装形成以疏水的H P g PEO 为核、多枝亲水的聚乙二醇为臂的核/壳纳米颗粒(N P)[43]。以疏水药物磷酸盐缓冲液(PBS)为装载对象,发现PBS 与疏水的超支化核存在交互作用,使NP 可以控制释放速率。Burako w ska 等[44]合成了外层壳可交联的光敏超支化聚缩水甘油醚纳米胶囊,该物质可有效地与带相反电荷的离子型分子结合形成稳定的主 客体复合物。通过光引发降解此纳米级装载物,可有效释放封装在内的客体分子,这将为药物传输领域提供一个极有效的工具。

Tziv eleka 等[45]利用季铵盐修饰H BPE 的部分端羟基,利用其与DNA 质粒反应形成复合载体进行研究。结果显示,在哺乳动物细胞中该聚合物表现出极低毒性,但具有与聚乙烯亚胺(PEI)相似的转染效果。而Zhang 等[46]以H BPE 为核,接枝不同分子量的PEI 制备了超支化高聚物,实验发现该类高聚物显示出与DNA 极好的结合性能,在转基因表达和降低毒素方面均比纯PEI 的有所提高,可见这一系列的聚醚衍生物在基因载体领域显示出极大的应用价值。

以聚乳酸链接技到超支化聚缩水甘油醚在水溶液中可形成纳米颗粒,研究发现该纳米颗粒具有生物相容性和生物可降解性,并具有极高的包裹能力,可用于蛋白质传递[47]。硅树脂微流控芯片表面及其微通道中引入羧基官能化的超支化聚缩水甘油醚可选择性的捕获蛋白质。实验表明,在浓度为0 02mg /ml 的两种蛋白质溶液(抗生物素蛋白:血清白蛋白质量比为1)1)中抗生物素蛋白的捕获效率为每3分钟100?2 95%[48]。熔融石英毛细管壁沉积PMH O 使其成膜可有效分离碱性蛋白[49]。

计剑等制备了磺酸基修饰的水溶性的类肝素超支化聚醚(H BPO SO 3),该高聚物体现了良好的抗凝血性能,同时具有低的细胞毒性和良好的细胞相容性,适用于与血液直接接触的体内环境。由于H BPO SO 3聚集体尺寸基本小于100nm ,且具有包载疏水小分子的能力,因此具有作为纳米药物载体的潜在应用价值[50]。由该聚合物和壳聚糖通过层层自组装形成的多功能膜还显示出抗菌活性,以及良好的装载

和控制释放憎水药物的能力[51]。

由于H BPE 拥有极佳的水溶性和无毒性,以及端羟基极易功能化改性,在生物医药领域的研究报道可谓层出不穷。Vargas 等将超支化聚缩水甘油醚和药物结合以静电纺织技术制备纳米纤维可用于创伤涂敷[52]。疏水基官能化的聚缩水甘油醚衍生物可显著提高抗癌药物紫杉醇的水溶性但不会影响该药物

的纳米颗粒尺寸[53]。

2 3 对无机物表面改性研究

H uck等[54]用醇钠对Si/SiO2表面的羟基进行部分质子交换后,在110?温度下引发缩水甘油开环聚合,可以在Si/SiO2表面形成不同厚度的超支化聚缩水甘油醚毛刷层。缩水甘油单体的用量可影响超支化聚缩水甘油醚毛刷层的厚度,最大厚度可达到70nm。该研究为材料的表面化学改性提供了新的途径。

Wang等[55]使碳黑表面羟甲基化,并以其为反应生长点,使EH O开环聚合接枝到碳黑表面。改性碳黑在溶剂中的分散能力得到明显改善,可部分溶于乙醇和氯仿中,完全溶于T MF。

Zho u等[56]在多层碳纳米管上引入羟基官能团(M WNT OH),而后缩水甘油经原位阴离子开环聚合共价接枝到碳纳米管表面,实现了碳纳米管的化学修饰。调节缩水甘油与M WNT OH的比率可极易调整H BPE在M WNT表面的数量。改性后的M WNT在水、DM SO、DMF和甲醇中具有很好的分散能力,而且还可与功能分子如荧光分子罗丹明6B结合制备多功能杂化材料。

2 4 在荧光功能高分子材料领域的研究

N,N 二甲氨基对苯甲醛与H BPE的末端羟基发生羟醛缩合反应,制得在固态及溶液状态下皆发射黄 绿色荧光的H BPE,表现出普通荧光高分子所没有的 质子化碎灭和 络合淬灭两种新效应,可望在荧光光谱分析学中获得重要应用[57]。Zhang等[6]以9 蒽甲醇为封端剂制得了末端含蒽生色团的新型荧光H BPE。光谱学研究发现,所得荧光H BPE在激发 发射过程中发生了分子内能量迁移或转移,表现出了典型的主客体发射体系的特性。该聚合物薄膜的最大吸收和发射波长分别是393nm和450nm。Sr inivasa Rao等制备了含有亚苄基的H BPEs,其在510~575nm具有荧光特性[38]。

2 5 用于聚合物共混的研究

Rokicki等[58]将H BPE的部分末端羟基改性,剩余末端羟基用乙酸乙酯保护以提高其憎水性并有利于与环氧树脂共混,该共混材料的冲击强度高于未改性树脂,含有20%~25%的固化剂(T ETA)和20%的改性H BPE的共混树脂显示出最大的冲击强度。

M lhaupt等[25]以(聚环氧丙烷嵌段聚乙撑氧)共聚物为生长点,在邻苯二甲酸酐催化剂的作用下,通过逐步控制重复反应引入缩水甘油和环氧丙烷,得到的H BPE是多层液态橡胶核壳型聚合物,其核带有PPO和高度支化的聚甘油嵌段,壳层含有大量羟基封端的聚乙撑氧。以该超支化液态聚醚作为原料,通过不同的羟基酯交换反应可以制备一系列的超支化嵌段共聚醚,用于增韧环氧树脂。该课题组又利用此超支化液态聚醚的端羟基与烯丙基缩水甘油醚发生开环接枝反应,用于乙烯酯/聚氯酯共混树脂的增韧[59]。带有高含量乙烯基的树枝状大分子与该共混树脂发生加聚反应,得到具有复杂而有规则网络结构的产物,这种结构可引起材料的硬度下降,T g增大及更容易扩散剪切变形。与此共混树脂相比,加入10%(w t)的改性H BPE能使共混树脂的断裂能提高三倍。

2006年Karak[60]报道了将含有三嗪结构单元的H BPE分别与低密度聚乙烯和聚氯乙烯共混研究。随着加入的H BPE含量增加,共混材料的粘度下降,力学性能和阻燃性能均得到改善。

为改善端羟基超支化聚醚与丁羟聚氨酯的相容性,宋雪晶等[16]采用长链脂肪族酸对丁羟聚氨酯进行酯化改性,生成了H T PB型聚氨酯,并与超支化聚醚原位聚合形成超支化聚醚/丁羟聚氨酯互穿聚合物网络。与H TPB型聚氨酯相比,超支化聚醚/丁羟聚氨酯的拉伸强度与延伸率得到了大幅度的提高。

2 6 在其它领域的研究

将H BPE端羟基与含有液晶基元的物质结合显示出液晶相[61,62];二茂铁接枝改性的H BPE具有阴离子识别能力[63];紫精基封端的H BPE可用于制备光和电致变色的功能材料[64];咪唑盐改性的H BPE 表现出新奇可逆的最低临界溶解温度,在有机介质中可进行液 液,液 固相变行为[65]。而H BPE用作负载工具[66,67]、水凝胶的制备[68]、多孔膜的制备[69]、光固化涂料的合成[70]及金属纳米材料的制备[71]等领域的应用研究也已见诸报道。

3 展望

由于超支化聚合物的合成要比树状大分子简单得多,却继承了许多树状大分子所具有的溶解性好、粘度低和末端功能基团等特性。除了具有一般超支化聚合物共同的特性外,H BPE还具有分子内部稳定、生物相容性好等优点,此外其分子外围大量羟基的存在,使H BPE的改性易于进行。有理由相信随着相关研究的不断深入,越来越多的新型H BPE大分子将会被设计合成出来,其功能和应用领域也将进一步拓展。

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Synthesis and Application of Hyperbranched Polyethers

H U ANG Ping zhen,GU A i juan*,LIANG Guo zheng,YUAN Li

(D ep ar tment of M aterials S cience&Engineer ing,Col lege of Chemis try,Chemical Engineering and

M ater ials Science,S oochow Univer sity,S uz hou215123,China)

Abstract:Investigatio n on hy perbranched poly ethers has been an important subject in the field of po lymers due to the unique architecture and properties of hy perbranched po lyethers.The recent pro gresses in the synthesis and applicatio ns of hyperbr anched poly ethers ar e rev iew ed in this article. Up to date,the main metho ds for sy nthesizing hyper branched polyethers include polycondensation, ring opening polym erization and other synthetic appr oaches such aspr oton transfer poly merization.

H yperbranched po lyethers show great potentiality in m any application fields such as po lymeric electro lytes,bio logy and medicines,fluorescent poly mer materials,sur face modifications of inorg anic materials as w ell as poly mer modifications,m eanw hile other functio nal m aterials such as po lymeric supports,liquid crystals,w ater gels pr epared by hy perbranched po lyethers hav e displayed great pro gress.In additio n,the developmental trend of hyperbranched polyethers is also predicted.

Key words:H yperbr anched;Po lyether;Synthesis;Application

全氟聚醚的制备与应用

全氟聚醚的制备与应用 全氟聚醚(英文名Perfluoro Polyethers,简写为PFPE),是一种高分子聚合物,常温下为无色、无味、透明液体,只溶于全氟有机溶剂。PFPE具有耐热、耐氧化、耐辐射、耐腐蚀、低挥发、不燃烧等特性,以及具有可与塑料、弹性体、金属材料相容等良好的综合性能,从而成为在苛刻环境下极为可靠的润滑剂(如作为航天机械元器件的润滑剂等),广泛应用于化工、电子、电气、机械、磁介质、核工业、航天等领域。 1 全氟聚醚的特性 全氟聚醚润滑剂与烃类润滑剂相比,分子结构基本相似,但由于以更强的C-F 键代替了烃类中的C-H键,并且C-O及C-C强共价键的存在(见表1),以及PFPE 分子中性的特点,使得PFPE具有较高的化学惰性、极高的抗氧化性、抗强腐蚀性、润滑性能好及分解温度高热稳定性和氧化稳定性及良好的化学惰性和绝缘性质,是其他润滑剂所不能比拟的。分子量较大的PFPE还具有低挥发性、较宽的液体温度范围及优异的粘度-温度特性。 与氯氟烃类润滑剂相比,全氟聚醚润滑剂具有更广的使用温度范围,同时不存在氯氟烃类在高温下易蒸发、低温时变粘变厚的缺点,又由于其分子中不含氯因而在高负载轴承使用中不会因为润滑剂受压而对轴承产生腐蚀。 与氟硅类润滑剂相比,虽然全氟聚醚润滑剂粘度、蒸发率与氟硅润滑剂相当,但其润滑效果及化学稳定性比氟硅类润滑剂好得多。此外,PFPE主要物理化学性质还包括:剪切稳定性、生物惰性、低表面能、良好的润滑性及与塑料、金属和人造橡胶的相容性等。 2 全氟聚醚的制备 PFPE润滑剂制备是通过全氟化单体的聚合而完成的,依据所用单体和聚合方法的不同,可以分别制得K型,Y型,Z型,D型4种不同分子结构的PFPE。 第一种为K型,是六氟丙烯(HFP)氧化物在催化剂CsF的作用下聚合而形成 的一系列支链聚合物,结构式为: CF 3CFCF 2 O[CF(CF 3 )CF 2 O] n CF(CF 3 )COF 第二种为Y型,是在紫外光的作用下将六氟丙烯通过光氧化作用而形成的聚 合物,结构式为: CF 3O(C 3 F 6 O-) P (-CF 2 O-) Q CF 3

聚醚多元醇的羟值及羟值计算

聚醚多元醇的羟值及羟值计算 2007-03-03 15:39:07来源: 作者: 【大中小】浏览:401次评论:0条 羟值是聚醚多元醇(以下简称聚醚)的重要特性指标。它涉及聚醚中官能团的含量和聚醚的分子量,为聚醚生产、应用、开发部门所关注。在聚醚合成工业,还用羟值控制生产,所以如投料量,误差分析,产量估算等都离不开羟值。但是由于羟值的单位不够直观,防碍了人们,特别是初学者,深入的认识和理解羟值的含义,以致在有关计算中,往往抛开羟值本身的含义,重复地使用羟值与分子量的关系式,使本来简单的计算复杂化。这不仅增加了工作量,还容易出现计算错误,贻误工作。因此,深入了解有关羟值的概念,灵活运用它进行各类计算是必要的。 1 羟值的含义和单位 从羟值的名称上理解,羟值就是羟基的含量(或浓度)。指的是单位重量的样品中所含羟基的量。所用单位是mgKOH/g,其中的mgKOH是度量羟基的单位。这种单位不如克,升等单位直观,其中的mgKOH似乎与羟基毫无关系。那么1mgKOH 的羟基是多少?与摩尔什么关系?用单位重量的某一化学物质(如mgKOH)做为单位,通常用于表示某一化学基团或某一类化学物质(如酸性物质)的量。因为化学基团与一般的物质不同,不能够独立存在,因此有时在习惯上,或者是根据实际需要把某一基团按化学计量关系折算成含有这种基团的某一化学物质来表示。在聚醚合成及相关的部门,是把羟基折算成KOH表示。按OH与KOH的计量关系-1摩尔KOH中含有1摩尔OH,则1摩尔OH折算成一摩尔KOH,就等于是56.1克或者是56100mgKOH。反过来1mgKOH与1/56100摩尔的羟基相当。因此用mgKOH做为度量羟基的单位时,1mgKOH的羟基就是1/56100摩尔的羟基。可见,mgKOH是

超支化聚合物阻垢剂

一种新型超支化聚合物阻垢剂 摘要 在超支化聚乙烯亚胺中添加阴离子乙烯基单体,乙烯基磷酸、乙烯基磺酸、丙烯酸、马来酸和丙烯三羟酸来制备一系列聚合物,并对其作为防止碳酸钙和硫酸钡沉积的阻垢剂的性能进行研究。使用高压管阻塞设备对其在1200磅和100℃条件下进行动态力学测试,发现这些新型阻垢剂可以抑制碳酸盐和硫酸盐结垢,其中丙烯酸类共聚物对碳酸盐垢效果最好,膦酸基类共聚物对硫酸盐垢效果最好。 此前还没有关于超支化聚乙烯亚胺在海水中生物降解数据的报告。用 OECD306测试技术对分子量为300和1200的聚合物进行测试,得到了在28天时对海水的生物降解率分别是10%和19%,马来酸或丙烯酸功能化的分子量为1200的超支化聚乙烯亚胺表现出了很高的生物降解率,在28天内可以达到34%,到60天可以升高到60%。这反映了细菌对烯烃基羧酸盐组分的攻击和消化比对胺基聚合物骨干更容易。 关键词:垢,晶体生长,石油,阻垢剂,聚合物 1、前言 结垢通常定义为无机盐在水溶液中的沉积。在上游石油天然气工业中,水垢最常见的组分是碳酸钙和硫酸锶/硫酸钡(Sallis 等,1995;Frenier、Ziauddin,2008;Kelland,2009;mjad, 2010)。结垢是石油天然气工业中的一个主要问题,垢对油井和管道的阻碍和堵塞会导致生产中显著的延迟和损失。多种带有功能组分的水溶性分子或水溶性高分子化学药剂被用作阻垢剂来防止结垢,其中最常见的功能组分就是膦酸盐、羧酸盐和磺酸盐。高分子和低分子膦酸盐都是有效的阻垢剂,但有效的油田阻垢剂只有带有多个羧酸或磺酸基团的高分子。 氨基膦酸盐是最常见的非高分子类膦酸基油田用阻垢剂,图1所示是两个例子,包括最常见的氨基膦酸盐类油田用阻垢剂二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMPA)(Stewart 、Walker,2003;Tomson等, 2003; Sorbie、Laing, 2004)。高分子膦酸盐也是熟知的阻垢剂但是由于环保特性差在北海地区并不使用,这主要

PFPE

一、概述 全氟聚醚(PFPE,英文名Perfluom Polyethers)最早于20世纪60年代开始研究, 是一类比较特殊的全氟高分子化合物, 其平均分子量在500~15000不等, 分子中仅有C、F、O三种元素,具有耐热、耐氧化、耐辐射、耐腐蚀、不燃等特性,且用作军事、航天和核工业等尖端领域的极为可靠的润滑剂已有几十年的历史。如今全氟聚醚广泛应用于化工、电子、电器、机械、核工业、航空航天领域。 二、合成方法 按照所用单体和聚合方法的不同,可以得到K型、Y型、Z型、D型4种分 子结构不同的PFPE: 第一种K型结构式为:CF3CF2CF2O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COF。它是六氟环氧丙烷(HFPO)在CsF催化作用下通过聚合形成的一系列支链聚合物。 第二种Y型结构式为CF3O(C3F6O)m(CF2O)nCF3。它是由六氟丙烯(HFP)在紫外光的作用下通过光氧化而形成的聚合物,分子量一般在1000~10000之间。 第三种Z型结构式为:CF3(C2F4O)m(CF2O)nCF3。它是由紫外光照射下的四氟乙烯(TFE)通过光氧化作用形成的直链聚合物,分子量一般在1000~100000 之间。 第四种D型结构式为:C3F7O(CF2CF2CF2O)mC2F5。它是将四氟氧杂环丁烷的聚合产物直接氟化而得到的聚合物。‘ 目前全氟聚醚的合成方法主要有两种:光催化聚合法及阴离子催化聚合法。 1)光催化聚合法 意大利Montefluos公司以四氟乙烯或六氟丙烯为原料,在低温下通过紫外 光照射与氧反应,通过氧化聚合而得到结构略有不同的聚醚。以四氟乙烯为例, 粗产物的结构中主链上除酰氟端基外,还存在不稳定的过氧化基团,需经加热或 光照的方法消除该基团,再用元素氟稳定端基。该方法于20世纪60年代商业化,产品牌号Fomblin(已纳入SOLVAY苏威公司),分子结构为Y型、Z型。 2)阴离子催化聚合法 阴离子聚合法是以全氟环氧丙烷(HFPO)为原料,在非质子溶剂中以氟离子为催化剂,可得到含酰氟端基的全氟环氧丙烷齐聚物,其活泼酰氟端基再经稳定化处理可得全氟聚醚。主要商品有美国杜邦公司生产的Krypton和日本大金生产的Demnum(大金公司全氟聚醚技术已通过12个国家专利授权)等,分子结构为K 型、D型,该方法最早于20世纪70年代商业化。 三、特性 全氟聚醚分子中仅含有C、F、O三种元素,由于氟原子具有很强的电负性,碳链大部分被氟原子屏蔽,与烃类聚醚相比具有密度大、表面张力低、挥发性低, 粘流性良好、不燃、介电性能好、润滑性好等优点, 而且可与塑料、橡胶、金属很好地相容。全氟聚醚属于低分子量的含氟聚合物, 它们的粘度与分子结构、平均分子量有很大的关系。分子量较大的PFPE具有低挥发性、较宽的液体温度范围及优异的粘度一温度特性。

聚氨酯 硅橡胶

绪论 硅橡胶性质 硅橡胶构件其实指的是不同种类不同硅橡胶制品的统称,它包括硅橡胶耳塞、硅橡胶脚垫、硅橡胶餐具、硅橡胶密封圈、硅橡胶按键、硅橡胶O型圈、硅橡胶表带,硅橡胶手环等等各类产品,在我们的日常生活、工业制造、医学中都广泛的使用 耐热性折叠 硅橡胶在空气中的耐热性比有机橡胶好得多,在150℃下其物理机械性能基本不变,可半永久性使用,在200℃下可连续使用10000h以上;380℃下可段时间使用。因而硅橡胶广泛用作高温场合中使用的橡胶部件。 硅橡胶在高温下空气中(有氧气)氧化时,由于甲基被氧化继而引起胶联,使制品逐渐变硬,乃至发生开裂。而在密闭体系中受热时,主要发生解聚反应,使制品变软,以至丧失机械强度。 硅橡胶的耐热性既与生胶的种类、乙烯基含量(交联密度)、耐热添加剂、填料的种类及用量等有关,还与混炼胶的pH值及含水量等有关。因而对生胶聚合催化剂的选择,反应后残余催化剂的中和,白炭黑等填料及结构控制剂的选择都十分注意。耐热品级的硅橡胶,在高温(>250℃)条件下,硬度增加缓慢,拉伸强度及断裂伸长率等下降也缓慢。 耐寒性折叠 由于硅生胶分子结构呈非结晶性,故温度对其性能影响较小,且具有良好的耐寒性。一般有机橡胶的脆化温度为-20℃至-30℃,而通用硅橡胶的脆化温度为-60℃至-70℃。当生胶中引入7.5(mol)%苯基时,硅橡胶的脆化温度可降至-115℃,在-90℃下保持弹性并可使用。 耐候性折叠 硅橡胶主链中无不饱和键,加之Si-O-Si键对氧、臭氧及紫外线等十分稳定,因而无需任何添加剂,即具有优良的耐候性。在臭氧中发生电晕放电时,有机橡胶很快老化,因而对硅橡胶则影响不严重。长时间暴露在紫外线及风雨中,其物理机械性能变化不大,经户外曝晒试验数十年,未发现裂纹或降解发黏等老化现象。耐水蒸气性折叠

全氟聚醚油(PFPE)在半导体行业中的应用

全氟聚醚油(PFPE)在半导体行业中的应用 时间:2009-05-05 来源:杜邦中国集团有限公司北京办事处编辑:许蔓秋 半导体工业在硅片加工过程中,必须使用真空泵。真空泵油通常有两种:碳氢化合物油(Hydrocarbon)与全氟聚醚油(PFPE)。 碳氢化合物油极易燃烧,化学结构不稳定,容易降解,使得润滑性能容易降低,从而导致真空泵出现故障。尤其因频繁地更换真空泵油,包括停机维修时间的增加,而影响生产效率。而且,碳氢化合物油的可燃性也导致安全隐患,频繁更换真空泵油,存在大量的废弃物,对于环保方面是非常不利的。总之,许多方面均会导致运行成本的上升。 全氟聚醚油(PFPE) 分子链饱和,不含氢元素,化学性能特别稳定,抗强氧化剂,与氧相容,不可燃,耐强酸、强碱等化学物质,高温性能稳定,并具有极低的蒸发速率和良好的润滑性能。不仅安全,且使用寿命长。 半导体工业在芯片加工过程中必须使用一些特殊的气体与某些具有毒性的强氧化剂,因而要求在工艺加工过程中广泛使用的真空泵具有非常优越的适应性,PFPE因其优异性能而得到广泛使用。尤其在消除火灾或爆炸的危险隐患等方面更是性能卓越。世界著名的真空泵制造商,如莱宝(LeyBold) 爱德华(Edwards)均使用PFPE 油作为其真空泵的介质,以保证其真空设备在特殊环境中继续保持优良的性能。 因此,PFPE 是半导体工业真空泵油的最佳选择,能够完全满足半导体工业中安全性、可靠性以及环保等要求。 美国杜邦公司KRYTOXb系列产品最初的研发是起源于航天计划,比如阿波罗登月计划的导航系统用的润滑剂,并首获成功。随后应全世界半导体工业的需求,杜邦公司KRYTOXbVPF 系列产品得到所有主要真空泵制造商如 LeyBold,Edwards,Ebara 等的认可,均符合或超过所有主要泵制造商有关品质担保的要求。杜邦KRYTOXb具体性能如下: ◆ 化学稳定性:KRYTOXbVPF 化学性能非常稳定,耐强酸,包括极强的路易氏酸,耐强碱。性能非常稳定,与接触的任何特种气体如氟气,SiH4 等,强腐蚀性物质,强氧化剂,还原剂等均不发生反应; ◆ 不燃烧性:KRYTOXb分子结构中不含氢元素,耐氧化,不会燃烧,无闪点,无燃点,可避免任何火灾的隐患,达到半导体行业安全性的要求; ◆ 热稳定性:极低的蒸发率和降解率,能够避免任何残留物的形成而影响半导体工业中反应室的纯净度及高真空度的维持;

树形、超支化聚合物的研究进展

树形、超支化聚合物的研究进展 董璐斌 (天水师范学院化学系,甘肃天水,741000)摘要:随着社会的高度发展,对原材料的性能提出了越来越高的要求,也推动了新型高分子化合物和新材料的发展。树形、超支化聚合物由于其独特的分子结构和物理化学性质使之在众多领域有着广泛的用途。故本文对树形、超支化聚合物的应用研究进展进行综述。 关键词:树枝状聚合物;超支化聚合物;应用;进展 树形聚合物和超支化聚合物为高度支化的聚合物,性质的独特性,引起了众多领域科学家的广泛关注,在此主要介绍树形聚合物在超分子化学、生物医学、光化学与电化学、催化剂等领域的研究进展;超支化聚合物在热固性树脂增韧剂、染色助剂、缓释剂、超支化液晶、涂料及聚合物薄膜方面的应用研究进展。 一、树形聚合物的应用研究进展 1、超分子化学 由于树形聚合物的结构、尺寸、表面和内部的官能团种类及数目等分子参数都可以精确控制,使得其非常适合作为超分子体系的构筑单元和研究超分子体系的模型,因此,从树形聚合物的出现开始就在超分子领域引起了极大的兴趣。 Cardulls等合成了一种两亲的C60树枝状聚合物,并在空气-水界面上形成了单分子层的L2B膜。C60树枝状聚合物共轭体系是由富勒烯二酸合成的。这种膜有可能应用于光学技术或生物传感器领

域。 Crooks等用在金箔表面重复沉淀的方法,通过第四代的聚酰胺2胺树形聚合物(PAMAM)与马来酸酐-甲基乙烯基醚共聚物自组装成渗透选择性膜,该膜对外部刺激、pH值变化具有响应性。此膜作超分子“门”的功能是pH的函数:在低pH值时阴离子容易穿透而阳离子被排除在外;在高pH值时,结果相反。 2、生物和医学 树形聚合物的大小、内部空腔和表面管道决定了它可以作为蛋白质、酶和病毒理想的合成载体,再加上它们很容易进行官能化作用,树形聚合物在很多与生物和医学相关的领域都得到了应用。这些领域包括药物载体、基因载体、DNA生物传感器、硼中子俘获治疗试剂、核磁共振造影剂、免疫制剂等。 Roy和Zanini等在糖型树形聚合物方面进行了部分研究工作。他们合成的L2赖氨酸树形聚合物能有效的抑止红血球的凝聚。这一点已通过流感A病毒试验证实。 硼中子俘获治疗(BNCT)是一种最新治疗癌症的方法。在这种疗法中,低能中子与10B核子进行的核裂变反应所产生的能量及细胞毒素用来破坏恶性细胞。PAMAM树形聚合物(G2,G4)首先连接到异氰酸根络硼烷,再被接到单克隆抗体上,这样就具有了通过免疫结合来选择靶向肿瘤的能力。 树形聚合物在医学上的另一个重要应用是用作核磁共振造影剂(MRI)。它与螯合剂相连可对靶器官进行成像,以检查脑或器官血池

HSQB-JB56.16-2011 聚醚多元醇技术要求

合肥荣事达三洋电器股份有限公司 企业标准 HSQB-JBXX.XX-2011 聚醚多元醇技术要求 2011-07-11发布 2011-07-15实施合肥荣事达三洋电器股份有限公司

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合肥荣事达三洋电器股份有限公司企业标准 HSQB-JBXX.XX-2011 聚醚多元醇技术要求 1 范围 本标准规定了聚醚多元醇、组合聚醚多元醇的技术要求、试验方法、检验规则和标志、包装、运输、贮存等要求。 本标准适用于冰箱项目部产品中以组合聚醚多元醇和多异氰酸酯为主要原料浇注生产的硬质聚氨酯泡沫塑料。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。 GB/T 601 化学试剂标准滴定溶液的制备 GB/T 622 化学试剂盐酸 GB/T 629 化学试剂氢氧化钠 GB/T 689 化学试剂吡啶 GB/T 6678 化工产品采样总则 GB/T 6680 液体化工产品采样通则 GB/T 12008.4 聚醚多元醇中钠和钾测定方法 GB/T 12008.6 聚醚多元醇中水分含量测定方法 GB 12463 危险货物运输包装通用技术条件 3 术语和定义 以下术语和定义适用于本标准。 组合聚醚多元醇 在聚醚多元醇中添加各种催化剂、添加剂以及其它助剂搅拌而成的混合物。可用于生产冰箱、冷柜等产品的聚氨酯泡沫绝热层,是硬质聚氨酯发泡反应中的主原料之一。 4 技术要求 4.1 性状 聚醚多元醇在常温下应为无色到棕黄色透明或微呈浑浊的无机械杂质粘稠液体,无沉淀物,不挥发、毒性有限。 聚醚多元醇中主要成分的含量和参数指标由于各原料供应商的配方存在一定的差异,按本标准规定的测试方法的试验结果必须与原料供应商对应牌号的聚醚多元醇的指标相同。 4.2 组合聚醚多元醇各项性能指标应符合表1要求。 合肥荣事达三洋电器股份有限公司 2011-07-11发布 2011-07-15 实施 1/6

聚醚多元醇的研究进展_慕朝师

基金项目:广西科学基金资助项目(桂科自0832194);广西培养新世纪学术和技术带头人专项资金资助项目(资金批准号: 2004224) 收稿日期:2009206201 综述与进展 聚醚多元醇的研究进展 慕朝师1,黄科林2,4,李克贤3,罗素娟2,刘宇宏2,黄尚顺2,何耀良2,李卫国2 (11广西科技情报研究所,广西南宁 530022;21广西化工研究院,广西南宁 530001;31广西师范学院化学系,广西南宁 530001;41广西新晶科技有限公司,广西南宁 530001) 摘 要:聚醚多元醇是生产聚氨酯原料之一,本文从聚醚多元醇合成工艺入手,重点从催化剂角度阐述了聚醚多元醇的合成,并对今后的发展提出建议。 关键词:聚醚多元醇;催化剂;聚氨酯 中图分类号:TQ 223116 文献标识码:A 文章编号:167129905(2009)1220013206 聚醚多元醇是分子中含有醚键(R O R ), 端基为OH 基团的齐聚物。它是由含活泼氢的低分子化合物如(醇类、胺类)作起始剂,在催化剂作用下与含有环氧结构的化合物进行开环聚合反应而成的。聚醚多元醇是一种重要的化工原料,它的最大用途是合成聚氨酯(PU )树脂类产品,如聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯黏合剂、聚氨酯胶粘剂、聚氨酯弹性体等。此外,还可以用作非离子表面活性剂、润滑剂、液流体、热交换流体等。 用于合成聚醚多元醇的环氧化物包括氧化乙烯、氧化丙烯、四氢呋喃以及这些化合物的混合物。其中由氧化丙烯与含活泼氢的化合物聚合而成的聚醚多元醇在聚氨酯工业的发展中占有重要的地位。早期合成聚醚多元醇的聚合反应是在酸或者碱催化作用下进行的,常用的酸催化剂是质子酸(H 2SO 4、HCl 等)和路易斯酸(AlCl 3、BF 3等),碱性催化剂常用的是碱金属、碱(土)金属的氧化物、醇化物和氢氧化物[1]。后经不断探索,开发出多种催化剂,研究最多且已经工业化的当属双金属氰化物络合催化剂(DMC )。 聚醚多元醇的发展[2]是由20世纪30年代开始的,它最初应用于非离子表面活性剂领域。1939年,美国Scretle 和Wotter 合成出烷醇聚醚非离子表面活性剂。1940年又合成出烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂。1953年Du Pont 公司首次把聚醚多元醇应用于聚氨酯软泡,接着美国怀安多特化学公司于1954年提出以氧化丙烯—氧化乙烯嵌段共聚醚制备聚氨酯泡沫塑料,并于1957年将聚醚型 聚氨酯泡沫塑实现工业化。几十年来,聚醚多元醇发展迅速,产量逐年增多。世界聚醚多元醇生产装置规模较大,生产也较集中,主要掌握在几家大型跨国公司如巴斯夫、拜耳、陶氏化学和壳牌化学公司手中。2003年全球聚醚多元醇生产量为380万t ,2005年全球生产能力达到540万t ,2006年全球生产能力上升到610万t 。目前国内聚醚多元醇的生产企业有30多家,拥有万t 级生产装置的企业也有10多家,2005年聚醚多元醇产量增加到35万t ,2006年聚醚多元醇产能达到87万t [3]。 1 聚醚多元醇的合成工艺状况 为了满足聚醚多元醇在不同领域的需求,不断开发新的聚醚产品和研究新的生产工艺显得尤为重要。目前各生产商生产聚醚多元醇所采用的工艺各不相同,但归纳起来根据聚合反应所用催化体系不同,一般可分为3类: (1)阴离子催化合成工艺[4~5]。阴离子催化剂主要以碱金属、碱土金属的氢氧化物为主,包括KOH 、NaOH 、CsOH 、RO K 等。合成的聚醚多元醇 中残存的碱金属或碱土金属离子会影响PU 的生产和制品性能,因此该工艺需要最大限度地脱去金属离子,在生产过程中能耗物耗较大,产生大量污水和废渣,造成污染,收率不理想。但该合成工艺成熟,催化生产的软泡、硬泡、高活性聚醚多元醇具有储存稳定性好、在聚组合聚醚中配伍稳定性好、对组合料发泡性能干扰小等优点,因此目前多数企业仍在使 第38卷 第12期2009年12月 化 工 技 术 与 开 发Technology &Development of Chemical Industry Vol 138 No 112 Dec 12009

超支化聚合物的研究进展

超支化聚合物的研究进展 李璇 化学与环境学院 1105班 111030210 摘要超支化聚合物由于具有高度支化三维球状结构以及众多的端基的独特结构特征,与传统的线型高分子在性能上有很大差异,因而引起科学家们高度关注。本文通过对其结构、合成及应用的介绍,旨在加深人们对该领域的了解,从而促进该领域的快速发展。 关键词树枝状分子;超支化聚合物;结构特征; Progress of Hyper-branched Polymers Li Xuan (College of Chemical and Environment Class 1105 No.111030210) Abstract Hyper-branched polymers due to the unique characteristics of the highly branched three-dimensional spherical structure and a large number of end group structure, has the very big difference performance with the traditional linear polymers, which attracted the attention of scientists. This paper describes the structure, synthesis and application of hyper-branched polymers, in order to deepen the understanding of the people in this field, thus contributing to the rapid developments in the field. Key Words Dendrimer,Hyper-branched polymer,Structural characteristic 在过去的很长一段时间,聚合物化学家们发现了一种由一系列支化单元组成的树状支化大分子--新的“树状分子”,它可分为树枝状大分子和超支化聚合物两大类。树状大分子的合成为了控制分子的尺寸和形状,通常需要多步反应。而超支化高分子因其分子结构而得名,它是一种经一步法合成得到的高度支化的聚 型单体分子间的缩聚合物[1]。早在1952年,Flory[2]就首先在理论上论述通过AB x 制备高度支化大分子超支化聚合物的可能性。但是,对于这种非结晶、无链缠绕的超支化聚合物,当时并未引起足够重视。直到90年代初,Kim等[3]制备了超支化的聚苯之后,人们才开始对它产生兴趣。 1 超支化聚合物简介 1.1 超支化聚合物支化度 超支化聚合物有三种不同的重复单元,即树状单元、线型单元和由未反应的B官能团所决定的的末端单元。1991年,Fr chet 把支化度作为描述超支化聚合物结构的一个因素, 如式1 所示: 支化度(DB)=(D+T)/(D+T+L)(1) 在这里,D 代表树状单元数, T 代表末端单元数,L 代表线型单元数。 Frey 基于反应过程, 将式1 修改成如式2 所示: (2) 这里,N 是分子数。因为式(2)中的N 可被忽略, 所以式(1)和(2)给出的DB 几乎相同。

全氟聚醚应用研究

单位代码:10359 学号: 2013170364 密级:公开分类号:TQ050.4 Hefei University of Technology 硕士学位论文 MASTER’S DISSERTATION 论文题目:间隔基结构对全氟聚醚疏水疏油性 能的影响 学位类别:专业硕士 专业名称:材料工程 作者姓名:张驭 导师姓名:刘春华副教授 完成时间:2016年3月

合肥工业大学 专业硕士学位论文 间隔基对全氟聚醚疏水疏油性能的影响 作者姓名:张驭 指导教师:刘春华副教授 专业名称:材料工程(化) 研究方向:高分子材料的合成与应用 2016年3月

A Dissertation Submitted for the Degree of Master Effect of spacer on the performance of the hydrophobic and hydrophobic property of the whole fluorine polyether By Zhang Yu Hefei University of Technology Hefei, Anhui, P.R.China March, 2016

合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查,确认符合合肥工业大学专业硕士学位论文质量要求。 答辩委员会签名(工作单位、职称、姓名)主席: 委员: 导师:

学位论文独创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行独立研究工作所取得的成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的内容外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得合肥工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文成果做出贡献的个人和集体,本人已在论文中作了明确的说明,并表示谢意。 学位论文中表达的观点纯属作者本人观点,与合肥工业大学无关。 学位论文作者签名:签名日期:年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:除保密期内的涉密学位论文外,学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子光盘,允许论文被查阅或借阅。本人授权合肥工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库,允许采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名:指导教师签名: 签名日期:年月日签名日期:年月日 论文作者毕业去向 工作单位: 联系电话:E-m a i l: 通讯地址:邮政编码:

超支化聚合物涂料

超支化聚合物涂料 苏慈生(天津理工大学,300191) 摘要:介绍了超支化聚合物的发展、特性,合成的简捷性及在涂料中的应用前景。 关键词:超支化聚合物;超支化聚酯;超支化聚酯酰胺;涂料;发展 超支化聚合物是树状大分子同系物,是从一个中心核分子出发,由支化单体(ABx) 逐级扩散伸展开来的结构,或者是由中心核、数层支化单元和外围基团通过化学键连接而成的。早在1952 年Flary 就首先在理论上提出由ABx 型单体(x ≥2 ,A 、B 为反应基团) 分子间缩聚,制备高度支化聚合物的可能,同时还就其特性作了一些预测。直到20 世纪80 年代才相继合成出此类聚合物,并深入地对其合成、性质及应用进行了研究。至今主要品种有超支化聚酯、酰胺、醚、芳烃、有机硅等,有些已经商品化,如超支化聚酯Boltron20 , Boltron 30 ,Boltron 40 , Perstorp Speciality Chemicals AB 。超支化聚合物的特性是其分子结构规整,分子体积、形状和末端官能可在分子水平上设计与控制,因此成为高分子科学中的热门课题之一,也引起了涂料界的关注。树状大分子、超支化聚合物和传统的线型聚合物的分子结构模型如图1 所示。 图1 树枝状大分子、超支化聚合物、线型聚合物的分子结构模型 1 超支化聚合物的特性概述 树枝状大分子和超支化聚合物均可由ABx 单体合成,二者既有相同之处,也有区别。前者分子具有高度规整的分支结构,分子中无缺陷,呈园球形,后者的分子规整性较前者差,呈椭球形。二者分子的表面均密布着大量有反应活性的末端官能团。其次,前者是分步合成的,在进行下一步合成之前需分离提纯, 其所合成的高度规整分子结构,可作为模型分子供理论研究,后者是由一釜法合成的,制备较简便、经济、易于工业化。再有一点是超支化聚合物的相对分子质量分布较树状大分子宽,具有多分散性。该不足之处可以采用多官能度的核分子,在降低核分子浓度, 以及采取缓慢滴加单体的条件下,是可以改进的。试验证明这是减少分散性和增加分支度的有效方法。经研究发现超支化聚合物与树状大分子在结构和性能上的相似性,加之其在工业上的易合成性,使得超支化聚合物可以满足实际应用的需要。由AB2 单体合成的超支化聚合物分子结构见图2 。

聚醚多元醇

聚氨酯硬泡的原料 用于硬质聚氨酯泡沫塑料制造的原料有聚醚多元醇(及聚酯多元醇)、多异氰酸酯等主要原料,以及发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、抗氧剂等助剂。在合成聚氨酯泡沫塑料所采用的配方中有关原料的作用如下: 原料名称主要作用 聚醚、聚酯或其它多元醇主反应原料 多异氰酸酯(如粗MDI 等)主反应原料 水链增长剂,化学发泡剂(产生CO2) 物理发泡剂(如HCFC-141b、戊烷等) 气化后作为气泡的来源,并可移去反应热 交联剂提高泡沫的机械性能 催化剂催化发泡及凝胶反应 泡沫稳定剂使泡沫稳定,并控制泡孔的大小和结构 抗氧剂提高抗热、氧老化,湿老化性能阻燃剂使泡沫塑料具有阻燃性 颜料提供各种色泽 各种泡沫生产工艺的开发,以及近十年来CFC替代技术等,每一步技术发展,都依赖于聚醚多元醇、异氰酸酯体系及助剂新品种的开发。多种CFC替代发泡技术,每一种发泡体系对原料及助剂的要求不同。 聚氨酯泡沫塑料作为聚氨酯制品一大门类,原料品种多,范围广,下面对泡沫体系用的多元醇、异氰酸酯及助剂品种,特别是新型原料等作一介绍。 4.1 多元醇 聚醚多元醇是聚氨酯泡沫塑料业用量最大的多元醇原料,聚异氰脲酸酯硬泡也采用聚酯多元醇作为原料。聚氨酯发展初期,所用的有机多元醇主要是以煤化学为基础的聚酯多元醇及农副产品蓖麻油为基础的多元醇化合物,石油化工的发展提供了大量的氧化烯烃,为聚醚多元醇的开发奠定了基础,聚醚多元醇价格比聚酯多元醇低得多,泡沫性能好,在聚氨酯泡沫用多元醇中占主导地位。 聚醚的原料来源丰富,常规硬泡用聚醚多元醇的价格低廉,聚醚型聚氨酯耐水解性能好。聚酯多元醇的优点是泡沫体强度大、粘接性好,延长率高,耐油性好,缺点是耐水解性能不及聚醚型泡沫。 4.1.1 聚醚多元醇 4.1.1.1 聚醚多元醇的起始剂及聚醚种类 通用聚醚多元醇的工业化生产一般以负离子催化开环聚合为主。通常以氢氧化钾(或氢氧化钠)或二甲胺为催化剂,以甘油或蔗糖等小分子多元醇或其它含活泼氢化合物如胺、醇胺为起始剂,以氧化丙烯(环氧丙烷,简称PO)或者氧化丙烯和氧化乙烯(环氧乙烷,简称EO)的混合物为单体,在一定的温度及压力下进行开环聚合,得到粗聚醚,再经过中和、精制等步骤,得到聚醚成品。 聚醚在生产后应立即加入抗氧剂,不加保护的聚醚会逐渐被氧化而生成过氧化物。在大块泡沫塑料的生产中过氧化物会引发泡沫熟化前期的热降解,造成泡沫烧芯甚至自燃。广泛使用的抗氧剂是空间位阻酚,例如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。还常加微量吩噻嗪,后者与空间位阻酚有协同效应,可抑制泡沫生产过程的高温氧化。环氧丙烷进行开环聚合制得的聚醚多元醇的端羟基基本上是仲羟基。在PO 开环聚合中引入EO 链段,可提高聚醚多元醇的亲水性及其与水、多异氰酸酯的混溶性。

超支化聚合物的活性聚合方法

超支化聚合物的活性聚合方法 1 前言 超支化聚合物是一类具有三维椭球状立体结构的高度支化的大分子聚合物[1],分子之间无缠结, 大量的端基暴露在最外层, 因此超支化聚合物表现出高溶解度、低粘度、化学反应活性高等特殊性能, 对其端基进行改性可得到不同特性和各种功能性的聚合物,如共混改性剂、涂料、纳米杂化材料、药物缓释、光电材料、粘合剂以及可降解聚合物等[2-4]。因此, 超支化聚合物一出现就受到了大批研究者的关注与青睐, 成为高分子科学中的热门课题之一[5-8]。超支化聚合物的飞速发展,不但增加了超支化聚合物的制备方法, 也丰富了超支化聚合物的种类[9 ]。科学家们也在不断开发和应用新型的超支化聚合物[10]。 2 超支化聚合的活性/可控自由基聚合方法 传统的自由基聚合由于其反应条件温和、形式多样化(本体、悬浮、溶液、乳液),易于制备,是合成高分子材料的主要方法。而它慢引发、快增长、易转移、链终止等反应特点使得产物的分子量和结构难以控制、分子量分布宽,还易出现支化交联等现象,严重影响了高分子材料的某些方面的性能。直至上世纪七十年代,科学家发现了碘转移自由基聚合[11](ITP),使氟烯烃的自由基聚合得以控制。经过科学家几十年的不懈努力,活性/可控自由基聚合(Control/Living Radical Polymerization,CRP)成为制备分子结构明确、分子量可控及分子量分布窄的聚合物的主要方法,已引起了学术界和工业界的极大兴趣。当前制备超支化聚合物的活性/可控自由基聚合包括原子转移自由基聚合[12-14](ATRP)、可逆加成—断裂链转移聚合[15,16] (RAFT),且他们都可以与点击化学(Click Chemistry)相结合。这些活性/可控自由基都是使增长自由基浓度降低,但链增长反应仍可进行,双基偶合和歧化反应显著减少,从而达到控制反应的目的,从而便利高效地合成各种具有预定结构的聚合物,比如嵌段、梳型、接枝、星型、超支化和环形等。 2.1 原子转移自由基聚合(ATRP) 原子转移自由基以有机卤化物为引发剂,过渡金属络合物作为卤原子载体即催化剂,在“活性种”与“休眠种”之间建立可逆的动态平衡.有效地抑制了自由基双基终止,实现多种单体的活性聚合和可控自由基聚合,最终实现对反应的控制。 Gaynor等[17]最先报道了利用ATRP制备超支化聚合物的研究成果。他们选择分子结构中含有苄基氯和聚合双键的对氯甲基苯乙烯(CMS)作为单体原料,在CuCI/2,2'-联二Ⅱtt啶(bpy)的催化体系中进行ATRP,最终得到了端基含有大量氯原子的超支化聚合物。Weimer等[18]发现只有使用大量催化剂才能制的超支化聚合物。陈云辉等[19]以CuBr/bpy作为催化剂,通过a—溴代苯乙烷引发二苯甲烷双马来酰亚胺的ATRP,可由双烯化合物原位生成自引发单体合成超支化聚合物。 原子转移自由基聚合(ATRP)利用控制自由基来控制分子结构和分子量,制备分子量分布较窄的聚合物,相对分子质量可以控制在103~105,Mw/Mn介于1.05-1.5之间。通过ATRP得到的聚合物,末端带卤素,可被其他亲核基团所取代,用来制备末端功能化的聚合物。迄今为

超支化聚合物

超支化分子(hyperbranched molecular)是最近十几年发展起来的, 在聚合物科学领域引起人们广泛兴趣的一种具有特殊大分子结构的聚合物。早在1952年, Flory就提出了可以由多官能团单体制备高度支化的聚合物。但在过去的几十年中, 高度支化的聚合物并没有引起人们的注意。直到20世纪80年代中期, 杜邦公司的瓦Kim等人有目的地合成了一种超支化聚合物, 并申请了第一项关于这方面的专利, 而且于1988年在美国洛杉矶召开的全美化学会议上公布了这一成果。在早期, 主要是对树枝形聚合物的研究。第一代树枝形聚合物图是通过缩聚反应得到的, 需严格控制反应过程使其结构具有极好的对称性、分子的体积和形状。但是, 因其结构比较规整和完善, 就需要在合成的每一步, 核心分子末端的活性基团必须反应完全, 且每一步的产物需经过彻底的纯化, 因此得到的产物产率很低, 这就大大限制了树枝形大分子的工业化生产。超支化聚合物的结构不要求很完美, 具有一定的相对分子质量分布, 并且与树枝形聚合物相似, 一般可采用一步聚合的方法来合成, 所以易于工业化生产。这两类聚合物在结构上都高度支化, 而且都带有大量官能性的端基, 与线性同系物相比都具有较高的溶解性和较低的粘度, 因此现在一般将这两类聚合物通称为树枝状聚合物。超支化聚合物与线性聚合物在结构上也有很大的差别。线性聚合物中线性部分占大多数, 支化点很少, 分子链容易缠结, 体系的粘度随着相对分子质量的增大而迅速增加。而超支化聚合物中主要是支化部分, 支化点较多, 支化部分至少呈的几率增长。分子具有类似球形的紧凑结构, 流体力学回转半径小, 分子链缠结少, 所以相对分子质量的增加对粘度影响较小而且分子中带有许多官能性端基, 对其进行修饰可以改善其在各类溶剂中的溶解性, 或得到功能材料。摘抄自“超支化聚合物合成及其端基改性”,寇玉霞等,武汉化工学院化工与制药学院,上海涂料第42卷第2期2004.4

聚醚多元醇分类及下游发展

聚醚多元醇是分子中含有醚键(-R-O-R-),端基为OH基团的齐聚物。它是由含活泼氢的低分子化合物如(醇类鲁廷)作起始剂,在催化剂作用下与含有环氧结构的化合物进行开环聚合反应而成的。聚醚多元醇是一种重要的化工原料,它的最大用途是合成聚氨酯(PU)树脂类产品,如聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯黏合剂、聚氨酯胶牯剂、聚氨酯弹性体等。此外,还可以作为非离子表面活性剂、润滑剂、液流体、热交换流体等。 聚醚多元醇是生产聚氨醋户制品的主要原料。聚醚多元醇可归纳为两种类型一种是以多元醇或有机胺为起始剂与环氧丙烷(PO)(或环氧丙烷和环氧乙烷)的聚合物, 通称为PPG (聚醚多元醇),这种产品在PU中用量最大另一种是聚合物多元醇, 它以PPG为基础, 然后用乙烯基单体, 如丙烯睛(AN)或和苯乙烯(SN)等在多元醇中经本体聚合反应而制得, 称为POP(聚合物聚醚多元醇), POP不单独使用, 而与PPG配合使用, 可明显改善软质聚氨酯泡沫的硬度,提高其承载性,主要用于制造高承载聚氨酯泡沫。 按照用途分,聚醚多元醇可分为硬泡,软泡,CASE,POP和特征聚醚。 1.聚氨酯硬泡:由聚合MDI和硬泡PPG合成。 硬质聚氨酯泡沫塑料,简称聚氨酯硬泡,它在聚氨酯制品中的用量仅次于聚氨酯软泡。聚氨酯硬泡多为闭孔结构,具有绝热效果好、重量轻、比强度大、施工方便等优良特性,同时还具有隔音、防震、电绝缘、耐热、耐寒、耐溶剂等特点,广泛用于冰箱、冰柜的箱体绝热层、冷库、冷藏车等绝热材料,建筑物、储罐及管道保温材料,少量用于非绝热场合,如仿木材、包装材料等。一般而言,较低密度的聚氨酯硬泡主要用作隔热(保温)材料,较高密度的聚氨酯硬泡可用作结构材料(仿木材)。

聚醚多元醇PPGPOP技术介绍

第四章生产规模及产品方案 用途主要 软泡:海绵;弹性体胶棒防水跑道 1000D用作防水底板,地板材料,密封胶,粘合剂, DG330N与POP混用,汽车摩托车自行车坐垫,仪表盘扶手方向盘 DG4110(硬泡)冰箱冰柜保温,夹心板材,管道保温,墙体保温 DG5631K 大型块状泡沫,对助剂,发泡剂宽容度高, N45 高回弹泡沫,块状泡沫,汽车坐垫靠背,家具,床垫 C45 本类产品用于制造高硬度块状泡沫,热模塑高回弹泡沫,能与普通聚醚共用,可增加泡沫制品的承载能力,并可增加泡沫的开孔性 DG2000D 聚氨酯涂料,弹性体,粘合剂和密封剂等,其制品有更好的物理机械性能 DG3050D 软质泡沫,涂料,弹性体,粘合剂和密封剂 聚醚多元醇的主要应用领域是聚氨酯高分子材料,其消耗量占聚醚多元醇总量80%左右。主要用于生产聚氨酯软泡、聚氨酯硬泡及涂料、胶粘剂、密封胶、弹性体(CASE)制品。此外,聚醚多元醇也用于生产泡沫稳定剂、造纸工业消泡剂、原油破乳剂、高效低泡洗涤剂、润滑剂、淬火剂、乳胶发泡剂、橡胶润滑剂及表面活性剂等。 聚醚多元醇(简称PPG)成品根据用途可以分为以下六种:1、普通块状软泡15万吨,即DG-5631K;2、普通弹性体塑模软泡5万吨,即DG-330N;3、高回弹体软泡,包括DG-1000D、DG-2000D、DG-3050D;4、用于POP生产的中间体PPG,包括DG-551C、DG-331 5万吨; 5、普通硬泡,即DG-4110 A。 一.生产规模 第五章工艺技术方案 5.1 聚醚多元醇生产工艺 聚醚多元醇的发展是由20世纪30年代开始的,它最初应用于非离子表面活性剂领域。1939年,美国Scretle和Wotter合成出烷醇聚醚非离子表面活性剂。1940年又合成出烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂。1953年Du Pont公司首次把聚醚多元醇应用于聚氨酯软泡,接着美国怀安多特化学公司于1954年提出以氧化丙烯一氧化乙烯嵌段共聚醚制备聚氨酯泡沫塑料,并于1957年将聚醚型聚氨酯泡沫塑实现工业化。 几十年来,聚醚多元醇发展迅速,生产装置规模较大,生产也较集中,主要掌握在几家大型跨国公司如巴斯夫、拜耳、陶氏化学和壳牌化学公司手中,这些大公司的产能占全球聚醚多元醇生产能力的60%以上。

超支化聚合物

超支化大分子的最新应用进展 超支化大分子独特的构筑使其合成与应用在世界范围内受到人们越来越多的关注。笔者对最近以来国内外超支化大分子的最新应用进行了简要的综述, 对今后超支化大分子的应用前景进行了展望和预测。 最近几年以来, 由于超支化大分子独特的构筑, 使得超支化大分子的合成与应用在世界范围内受到人们越来越多的关注。与线性大分子相比较, 超支化大分子具有内部多孔的三维结构, 表面富集大量的端基, 使超支化大分子具有较佳的反应活性。其独特的分子内部的纳米微孔可以螯合离子, 吸附小分子, 或者作为小分子反应的催化活性点; 由于具有高度支化的结构, 超支化聚合物难以结晶, 也无链缠绕, 因而溶解性、相容性大大提高; 与相同分子量的线性分子相比, 超支化分子结构紧凑( 较低的均方回转半径和流体力学半 径) , 熔融态粘度较低; 并且分子外围的大量末端基团可以通过端基改性以获得所需的性能。此外超支化大分子的合成采用一锅法, 合成方法简单, 无需繁琐耗时的纯化与分离过程, 大大降低了成本. 因此超支化聚合物独特的结构和简单的合成方法使其在许多领域中均有着广泛的应用,现将最近以来国内外超支化大分子的主要应用领域作一简要的总结与展望。 1 超支化大分子嵌段共聚物 在水溶液中具有自组织功能的两亲性嵌段共聚物由于其在生

物工程、信息材料和药物传输等领域的潜在应用前景而备受人们关注, 被人们称作 architectural copolymer!聚乙烯醇共聚物组成的胶束由于具有良好的生物相容性和溶解性而在药物载体运输( 药物缓释) 和基因转移方面具有潜在应用价值。与传统的由表面活性剂组成的低分子胶束相比较, 由大分子组成的胶束具有较低的临界胶束浓度( CMC) 和稳定性, 通过调节不同结构嵌段比例可以使某种嵌段富集于胶束的内部或外部。但是, 大分子两亲嵌段共聚物的扰曲性产生的链缠结和较宽的相对分子质量分布限制了其应用。采用内部具有高度支化结构的单分子胶束可以避免以上问题, 通过对超支化大分子表面的改性可以捕捉不同的分子, 因此此种结构的单分子胶束可以作为纳米反应器。超支化大分子..线型分子的嵌段共聚物具有两亲性自组织功能, 可以形成胶束通过对超支化大分子表面的改性可作为分子载体吸纳不同有机分子, 起纳米胶囊作用。例如富含羟基端基的极性聚酯超支化大分子可通过表面改性形成非极性烷基长链, 形成极性内核和非极性外壳的两亲性胶束结构, 可使非极性的聚烯烃吸纳极性染料等有机物质而不产生明显相分离, 通过对核/ 臂长度和结构的恰当选择可合成出具有两亲性结构的嵌段共聚物。Iyer等采用亲水性线性分子聚环氧乙烷与憎水性超支化聚( 胺/ 酰胺) 共聚合成了一种两段式嵌段共聚物, 其玻璃态转变温度Tg 取决于超支化聚合物的末端官能团的性质和数量。加入的线性聚环氧乙烷链段明显改变了嵌段聚合物的性质: 短链聚环氧乙烷共聚物分子的粘度行为和线性分子类似, 而长链聚环氧乙烷共聚物分子则通过自组装形成了单分子胶束, 这种胶束

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