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3、分别采用不同取代度的大分子引发剂引发聚苯乙烯的原子转移自由基聚合反应，制备不同接枝密度和支链长度的羟丙基纤维素接枝聚苯乙烯的共聚物（HPC-g-PS），利用红外、GPC、核磁等技术表征共聚物的分子结构。

拟

达

到

的

要

求

或

技

术

指

标

1、选择合适的溶剂，控制反应条件，制备出多种不同取代度的HPC-Br大分子引发剂，明确大分子引发剂的合成条件。

2、分别利用不同取代度的大分子引发剂，通过控制反应时间或浓度，制备不同支链密度与长度的接枝共聚物，明确共聚物的合成条件，掌握不同接枝长度的可控合成条件。

进

度

安

排

起止日期

工作内容

2012.11.07～2012.11.20

第七学期第09～11周

选题，接受课题任务书

2012.11.21～2012.12.25

第七学期第12～17周

了解课题，查阅相关资料，进行市场调查，写出开题报告

2013.03.04～2013.03.29

第八学期第01～04周

毕业实习

2013.04.01～2013.04.26

第八学期第05～08周

进行实验，制备大分子引发剂和共聚物

2013.04.29～2013.05.05

第八学期第09周

写出中期报告，完成中期检查

2013.05.06～2013.06.01

第八学期第10～13周

完善实验，完成论文初稿，补充实验及数据，修改并最终完成论文

2013.06.03～2013.06.07

第八学期第14周

论文送审

2013.06.10～2013.06.14

第八学期第15周

论文答辩

主

参

考

资

料

[1]刘文勇．乙基纤维素接枝共聚物的自组装[D]．北京：

中国科学院化学研究所，2009．

[2]肖广森．水辅助法有序多孔膜的制备及应用[D]．天津：

南开大学，2008．

[3]WangJin-Shan，MatyjaszewskiKrzysztof．Controlled"

living"

radicalpolymerizationatomtransferradicalpolymerizationinthepresenceoftransition-metalcomplexes[J]．JournaloftheAmericanChemicalSociety，1995，117（20）：

5614-5615．

[4]王彩旗，董宇平，吴彤．羟丙基纤维素接枝聚己内酯两亲性共聚物性能的研究[J]．纤维素科学与技术，2002，10

（1）：

42-46．

[5]王超．纤维素接枝共聚物的可控合成与性能研究[D]．广州：

中山大学，2009．

系（教研室）

意见

签名：

年月日

学院（部）主管领导意见

湖南工业大学

本科毕业设计（论文）开题报告

（2013届）

学院（部）：

包装与材料工程学院

专业：

学生姓名：

班级：

高材092

学号：

09404300238

指导教师姓名：

职称：

讲师

2012年12月20日

题目：

1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述

针对纤维素及其衍生物的功能改性研究，已成为当今纤维素科学中非常重要的研究领域之一，主要是纤维素比蕴藏量有限的天然气和石油资源分布更广，而且是可再生资源，具有接枝其他人工合成聚合物的功能，以制备功能性纤维素新材料与合成高分子材料相竞争[1]。

（1）羟丙基纤维素（HPC）

纤维素是自然界最丰富的可更新资源，一般可分为纤维素酯与纤维素醚，纤维素醚可分为非离子型和离子型两种[2]。

HPC是乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素之后工业化生产较早的非离子型纤维素醚之一[3,4]，其形状稳定性、机械强度、机械加工等物理性质优良，同时吸水率低，与其他聚合物容易粘结，且无毒，因而在食品包装、医药等领域得到了广泛的应用[5]。

（2）原子转移自由基聚合（ATRP）

原子转移自由基聚合（atomtransferradicalpolymerization，ATRP）[6]是近年来发展迅速的而且有着重要应用价值的一种活性聚合技术[7]，可以合成预定分子量、分子量分布很窄、预定结构的均聚物或共聚物。

与传统的表面改性方法相比，表面引发ATRP反应具有很多优点：

表面引入聚合物的厚度可控且所得聚合物分子量分布较窄；

具有广泛的单体选择范围，几乎所有能进行自由基聚合反应的单体都能用于表面引发ATRP反应；

通过在不同的单体溶液中进行再引发而发生聚合，可得到嵌段共聚物；

反应条件温和，甚至可在常温、常压下发生聚合反应；

可赋予聚合物以新的性能，同时又保留聚合物固有的优点不被破坏[8-11]。

原子转移自由基聚合方法[12]主要有正向原子转移自由基聚合（ATRP）、反向原子转移自由基聚合（RATRP）、碳-碳型热引发剂反向原子转移自由基聚合、卤原子转移自由基聚合等等[13,14]。

传统的原子转移自由基聚合引发体系主要以低价态过渡金属卤化物与配体所形成的络合物为催化剂，引发剂则是带有可转移性原子或基团的化合物，两者通过氧化还原反应产生活性种[15]。

但转移性原子或基团可将活性种转化成休眠种，造成体系中活性种浓度降低，双基终止速率大大降低。

经过研究引发-活化-失活过程，开发出了一系列新的引发体系，如：

RATRP引发体系，采用传统自由基引发剂与高价态过渡金属络合物[16]。

（3）纤维素接枝共聚物

维素接枝共聚物就是在半刚性的纤维素分子链上，接上一种或者若干种柔性的合成聚合物支链而制成，具备纤维素和支链聚合物优点，可制成某些特殊性能与广泛用途的新材料[17]。

通过表征实验表明纤维素发生了接枝共聚[18]，接枝聚合是纤维素及其衍生物化学改性的一种有效方法[19]，2002年Malmstrȍm等首次利用ATRP手段成功地在纤维素上接枝聚甲基丙烯酸甲酯，所得产物的可控性较强，分子量分布较窄，这种表面材料的制备非常简单，实现了首次利用纤维素接枝共聚物的应用先例，该方法与传统的普通自由基聚合相比，更好地控制了产物的接枝密度与分子量。

2005年，Perrier研究小组通过RAFT方法，也实现了在纤维素上的可控接枝聚合，此法是通过调整反应时间或纤维素与苯乙烯的摩尔比控制反应的聚合度与分子量，该反应降低了反应温度，保持了纤维素原有的刚性结构与物理化学特殊性质的完整。

2006年，Hult小组使用开环聚合（ROP）合成了聚己内酯（PCL）或聚乳酸（PLA）的接枝共聚物，制止了纤维素酶对中心骨架的降解，纤维丝的抗生物分解与抗损害能力也得到了提高[20]。

2008年，Malmstrȍm小组利用ATRP在纤维素上接枝共聚N-异丙基丙烯酰胺和4-乙烯基吡啶两种单体，首次实现了在纤维素基底表面的共聚物修饰[21]，同年，Perez-Inestrosa研究小组拴接了末端功能化的聚酰亚胺树枝状大分子在纤维素基底表面，带有可以选择识别免疫球蛋白的青霉素分子[22]；

Kadla小组将纤维素在DMAc/LiCl体系溶解后，修饰纤维素的羟基，再用原子转移自由基聚合方法共聚温敏型聚合物PNIPAM，控制了接枝率、聚合度、接枝点，大分子的胶束自组装行为也得到实现[23]；

Heinze等研究人员用点击化学方法，使用二甲亚砜合成了纤维素树枝状分子的接枝共聚物[24]。

随着聚合方法的不断改进，接枝共聚物的合成已经不断简便而且高效，能够合成相容性好，性能优越的高分子材料，结合纤维素在生物体内的良好相容性与聚合物超分子自组装行为构造一些纤维素纳米结构体，其发展将会给医药等领域做出重大贡献[25]。

接枝共聚作为一种重要的纤维素改性方法，改性后的纤维素可用于离子交换树脂、生物降解塑料、复合材料、吸水树脂、絮凝剂以及螯合纤维等方面。

国内外对纤维素的接枝共聚研究较多，尤其对引发体系的研究更活跃。

但大多数反应都采用有机溶剂，乳液接枝共聚的报道较为少见。

本文依照高分子化合物聚合反应原理，结合有机官能团活性机理，设计合成路线，通过接枝反应将PS引入到HPC分子骨架上得到一种新型结构的接枝共聚物羟丙基纤维素接枝聚苯乙烯（HPC-g-PS），对合成产物进行结构表征，并对合成产物的性能进行测试，初步探讨反应机理[26-34]。

（4）纤维素多孔膜

有序多孔材料在很多领域都有重要的科学价值和应用前景，例如：

高效催化、生命科学、光子晶体、分离和过滤膜等等，因此受到了广泛的关注，近年来发展了一系列自下而上的自组装模板方法来构筑有序多孔结构（如生物模板法、嵌段共聚物微相分离模板法、胶体晶体模板法等等）。

1994年，Francois等研究人员首次利用水蒸气凝结成的水滴为模板制备了聚合物多孔结构薄膜。

利用水滴模板法构筑蜂窝状有序多孔薄膜的过程主要是将聚合物溶于易挥发有机溶剂中，然后浇铸在固体基底上，使溶液在潮湿的空气条件下挥发，待有机溶剂与凝结的水滴先后挥发之后就在薄膜上留下规则的多孔结构[35-38]。

综上所述，羟丙基纤维素的接枝共聚，以来源丰富、有良好的生物相容性和生物降解性的羟丙基纤维素为原料，采用原子转移自由基聚合，合成羟丙基纤维素接枝聚苯乙烯共聚物并制备其多孔膜。

为今后羟丙基纤维素接枝聚合的深入研究，以及羟丙基纤维素多孔膜的制备等提供理论基础，扩大羟丙基纤维素相关材料的应用范围。

参考文献

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1784-1798．

2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案

（1）选题依据

随着经济的发展，人们的环境意识、健康意识不断增强，不污染环境、对身体无害的新材料必有大的发展空间，羟丙基纤维素是一种水溶性的非离子型醚，无毒害作用，具有良好的成膜性，本文将主要研究羟丙基纤维素的改性，通过ATRP合成HPC-g-PS共聚物并制备多孔膜。

（2）主要研究内容

包括多种不同密度的HPC-Br大分子引发剂的合成、不同接枝长度的HPC-g-PS共聚物合成以及多孔膜的制备。

（3）研究思路及方案

1）研究思路

首先合成多种不同密度的HPC-Br大分子引发剂，然后合成HPC-g-PS共聚物，在此基础上制备多孔膜。

2）研究方案

HPC-Br大分子引发剂的合成

通过试验，寻找合适的羟丙基纤维素的溶剂以溶解羟丙基纤维素，然后探索引发剂的制备条件，选用合适的试剂及条件，最后得到不同密度的HPC-Br大分子引发剂。

②HPC-g-PS共聚物的合成

使用不同密度的HPC-Br引发剂在合适的溶剂中，添加催化剂，与苯乙烯发生聚合反应，控制反应条件，得到不同接枝长度的共聚物。

③多孔膜的制备

将不同接枝长度的HPC-g-PS共聚物制备成膜，并观察其成膜情况。

3.工作进度及具体安排

2013.03.04～03.29（第八学期01～04周）毕业实习

2013.04.01～04.26（第八学期05～08周）进行实验，制备HPC-Br引发剂、HPC-g-PS共聚物,得出实验数据

2013.04.29～05.05（第八学期09周）拟定论文构架，写出中期报告

2013.05.06～06.01（第八学期10～13周）完成论文初稿，补充实验及数据，修改并最终完成论文

2013.06.03～06.10（第八学期14周）论文送审

2013.06.10～2013.06.14（第八学期第15周）论文答辩

4.指导教师意见

指导教师：

年月日

说明：

开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。

本科毕业设计（论文）中期报告

填表日期：

2013年5月8日

学院（部）

班级

学生

姓名

课题名称：

课题主要任务：

（1）制备两个不同取代度的HPC-Br大分子引发剂；

（2）分别采用不同取代度的大分子引发剂引发聚苯乙烯的原子转移自由基聚合反应，制备不同接枝密度和支链长度的羟丙基纤维素接枝聚苯乙烯的共聚物（HPC-g-PS）。

1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果

制备出两个不同取代度的HPC-Br大分子引发剂（-OH与BiBB的比例分别为1:

05，1:

1），初步探索接枝反应的条件。

2、存在的具体问题

大分子引发剂的溶解速率较慢；

接枝反应体系的的物质配比、反应温度以及反应时间尚不明确，有待进一步确定。

3、下一步的主要研究任务，具体设想与安排

继续探索接枝反应的物质配比、反应温度以及反应时间，以制备羟丙基纤维素接枝聚苯乙烯共聚物并进行表征。

4、指导教师对该生前期研究工作的评价

指导教师签名：

日期：

毕业设计（论文）指导教师评阅表

学号

班级

专业

姓名

评阅项目

标准

满分

得分

业务能力

与水平

有收集、综合和正确利用各种信息并获取新知识的能力。

能应用所学的基础理论与专业知识，独立分析和解决实际问题，完成了任务书规定的任务，所得结论具有应用或参考价值，工作中有创新意识。

30

论文质量

条理清晰，结构严谨；

文笔流畅，语言通顺；

方法正确，分析、论证充分；

设计、计算正确，工艺可行，设计图纸质量高，标准使用规范；

专业名词术语准确。

规范化

技术材料齐