文档介绍：超支化聚合物的性质和应用
摘要: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越来越多的关注。本文对超支化大分子的结构、性质及其应用进行了简要的综述。
关键字:超支化聚合物;性质;应用
20世纪80年代末,Tomalia等人发表了有关树形分子的第一篇文章。与线形聚合物相比,具有精确支化结构的单分散树形分子表现出许多独特的性质。例如:在分子量足够高时,发现它们具有球形结构、分子的外层具有大量的端基、分子内存在空腔、粘度随分子量的增加出现极大值和具有分子胶束的性质等[1]。因此,树形分子一出现,很快就成为高分子领域的研究热点。Kim[2]等则将工作集中在将树形分子作为流变学改性剂和球形多官能度引发剂,从而使得他们集中开发了一种合成支化聚苯的一步法。这种聚合物是多分散性的,在线形链段的形成过程中存在缺陷,但它们是高度支化的树枝形分子,Kim等将其命名为超支化聚合物(Hyperbranched Polymer,简称HBP)。从Kim等第一次有意识地成功合成超支化聚合物至今已近二十年,并且已经取得了突破性进展,使之成为合成化学中的一个新的增长热点而广受关注[3,4]。
1 超支化聚合物的结构及性能特点
超支化聚合物一般由ABx型(x≥2,A,B为反应性基团)单体制备,对其反应过程中生成的中间产物通常不作仔细纯化,聚合条件也不如树枝状分子严格,与完美结构的树形大分子相比,它们具有较高的缺陷率,并且具有很宽的分子质量分布。如果在体系中加入“核分子”,可形成具有类似球形的三维立体结构的超支化聚合物[5]。图1-11所示为超支化聚合物、树枝状聚合物和线型聚合物的分子结构示意图。
超支化聚合物树枝状聚合物线型聚合物
图1-1超支化聚合物、树枝状聚合物、线型聚合物的分子结构示意图
由图1-1可以看出,相对于普通的线型高分子及树枝状高分子,超支化聚合物具有独特的结构,超支化聚合物的分子中只含1个未反应的A基团,而含多个未反应的B基团。超支化聚合物与树枝状聚合物一样,单个分子的形状是球形的,但是树枝状聚合物的分子具有完美的分枝结构,整个分子中无缺陷,因此,树枝状聚合物的单分子是圆球形,而超支化聚合物的分子中有缺陷,整个分子并不完全对称,所以,超支化聚合物的单分子形状是椭球形,但这两种结构的分子表面均密布着大量具有反应活性的末端官能团。传统的线型聚合物在无外力作用下总是自发地呈蜷曲形态,当与线型高分子具有相同的端基数目时,超支化聚合物的多端基结构决定了它的无链内缠绕性。超支化聚合物具有分子量分散性,而且由于超支化聚合物通常是由ABx型单体自聚合得到,所以超支化聚合物的分子量分布比普通的线型高分子聚合物宽。
2 超支化聚合物的性质
超支化聚合物的特殊结构决定了它具有与普通线型聚合物不同的特殊性质[6]。
溶解性
超支化聚合物由于其高度的支化结构导致其具有较高溶解性。Kim的研究表明,超支化聚苯在多种溶剂中都具有很好的溶解性,而线性聚苯的溶解性却很差,其溶解性在很大程度上取决于末端的结构,如羧酸这样高极性的末端可使超支化聚苯变为水溶性的。
低粘度
Frechet[7]对线性聚合物、超支化聚合物和树形分子的特性粘度与分子质量关系进行比较,如图2-1所示。图中清楚的表明不同骨架结构聚合物特性粘度的差别:线型聚合物的熔融粘度随分子量增加