用于轻松分析和处理水中不溶性芳香族聚合物的纳米胶囊策略
高分子材料对于我们的日常生活至关重要。在寻找新的功能材料时，科学家们将重点放在由刚性芳香族骨架组成的聚合物上，这些聚合物表现出独特的电子/光学性能、耐热性和机械优势。然而，由于芳香族聚合物刚性高、自聚集性强，不溶于有机溶剂和水，这限制了其加工和进一步发展。目前的增溶方法主要依赖于将侧链安装到聚合物主链上，这是费力且昂贵的，此外还会导致不期望的性能变化。
为了解决这个问题，日本东京工业大学化学与生命科学实验室的科学家们利用所谓的弯曲芳香族两亲物(即表面活性剂)研究了这种难以处理、不溶性芳香族聚合物的水溶性。6 月 5 日发表在《Angewandte Chemie》上，Shinji Aoyama、Lorenzo Catti 和 Michito Yoshizawa 证明，他们实验室开发的基于蒽的两亲物AA及其五甲基苯衍生物PBS能够通过环化，高效地在水中溶解各种不溶性芳香族聚合物。 。AA和PBS是一类新型两亲物的代表，由具有两个亲水侧链的疏水性弯曲芳香族框架组成。在水中，这些芳香族两亲物形成胶束状纳米胶囊，可以封装多种疏水性分子。
为了实现水溶性，对聚合物和芳香族两亲物进行了简单的研磨-超声处理方案。对所得澄清水溶液的紫外-可见分析清楚地显示出源自增溶聚合物的新吸收带。该方法的高度通用性允许溶解多种聚合物，包括聚(对亚苯基-2,6-苯并双恶唑))(PBO;Zylon TM)、聚(苯并咪唑并苯并菲咯啉)(BBL)和众所周知的不溶性聚(对亚苯基) (PP)。在相同条件下，水溶解效率比传统两亲物( SDS和SDS)高出50倍以上。DTAC)。
“除了高效的水溶性之外，我们惊讶地发现所得的PP溶液表现出前所未有的强蓝色荧光(30% 量子产率 ( F F ))。虽然PP在固态下仅显示出微弱的荧光，但使用我们的纳米胶囊策略，荧光可以增加约 10 倍”，Catti 博士说。
通过原子力显微镜(AFM)对溶解的聚合物进行结构分析。获得的数据与分子模型研究相结合，表明聚合物溶解为被芳香族两亲物包围的小束(厚度约1 nm)。
重要的是，通过简单的过滤方案将溶解的聚合物水性加工成薄膜。扫描电子显微镜(SEM)证明，所获得的亚微米厚薄膜由紧密缠结的聚合物纤维的致密网络组成。此外，混合聚合物溶液的过滤提供了获得多组分聚合物薄膜(例如，PBO - BBL)的途径。回收的两亲物完全可重复使用，进一步促进了该方法的可持续性。
该团队总结道：“虽然这项研究的重点是 1D 聚合物，但我们相信该方法的通用性将使我们能够在未来处理各种 2D 和 3D 聚合物。这些聚合物的掺杂和加工预计将有助于开发前所未有的芳香族材料。”
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