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2007年第2期甘肃石油和化工2007年6月

超支化聚合物在纳米材料中的应用

许文静
(焦作师范专科学校,河南焦作454001)

摘要:介绍了超支化聚合物概况,综述了近年来超支化聚合物在纳米材料的制备及改性方面
的应用进展。
关键词:超支化聚合物;纳米材料;表面改性

超支化聚合物(hyperbranchedpolymer,HBP)是一类新兴的高分子材料,它与树枝状大分子既相
似又有不同之处。树枝状大分子(dendrimer)和超支化聚合物的结构如图1所示。二者均高度支化,
分子表面均密集着大量有反应活性的官能团,而且研究发现二者在性能上具有相似之处。其不同之
处在于:首先,树枝状大分子结构非常规整,对称,无缺陷,呈球形,超支化聚合物分子规整性较前者
差,呈椭球形;再者,超支化聚合物的相对分子质量分布较树枝状大分子宽,具有多分散性;第三,树枝
状大分子是分频合成的,每一步反应产物需要仔细分离、提纯,过程复杂、制备困难,价格昂贵,超支化
聚合物可由一釜法(onestep)合成,制备较简便、经济、易于实现工业化,更具有应用潜力。研究发现
超支化聚合物与树枝状大分子在结构和性能上的相似之处,加之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。

图1超支化聚合物(a)及树枝状大分子(b)

超支化聚合物理论是在1952年由Flory[1]提出,他描述了这种非结晶、无缠绕的超支化聚合物合
成的可能性,同时还对其特性做了一些预测。但并未引起足够重视。1987年,杜邦公司Kim[2]申请
了第一个关于超支化聚苯合成的专利,1988年在洛杉矶美国化学会上公布了这一成果,1990年报道
了关于超支化聚合物的合成与表征方法并创造了超支化(hyperbranched)这一名词[3],从此,超支化
聚合物逐渐成为聚合物化学中一个重要的分支。至今,已开发合成了超支化聚苯、聚酯、聚醚、聚胺、
聚酰胺、聚氨酯、聚硅氧烷及乙烯基单体的超支化聚苯乙烯等[4~6],特别是在最近,研究人员对超支

收稿日期:2007-01-27。
作者简介:许文静(1966-),女,河南焦作人,硕士,讲师,研究方向为功能高分子。

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实用技术甘肃石油和化工2007年第2期

化聚合物的合成、结构和性能越来越重视,已经成为高分子领域中的又一热点。
超支化聚合物是核壳结构的大分子,分子的壳层高度支化,末端聚集大量的活性官能团,分
子之间无缠结,因此表现出许多纯型聚合物所不具有的特殊性能,如良好的溶解性、低溶液黏度、高反
应活性,并且可以通过封端反应加以改性,达到裁制的性能。超支化聚合物合成操作较简单,易于工
业化,这些性能使得超支化聚合物在聚合物共混、黏合剂、涂料、薄膜、高分子液晶、药物缓释、纳米及
有机!无机杂化材料等许多方面显示出诱人的应用前景。

1超支化聚合物用于制备纳米材料

纳米材料的制备是纳米科技的基础。纳米粒子粒径小,表面能大,极容易发生团聚,超支化聚合
物的核壳结构的内核或外壳具有分散粒子的作用,不仅可作为小分子反应的场所或模板,而且还对
生成的纳米粒子起稳定作用,改变超支化分子的结构和尺寸,还可以控制生成不同大小的纳米粒子。
ZhaoMQ等[7]利用超支化聚(胺-酰胺)作为制备纳米材料的纳米反应器,通过超支化聚(胺-酰
胺)分子内部空隙还原Cu2+为Cu粒子,也即在超支化内部的Cu2+被化学法还原成粒径为4~64nm
[8]-
的团簇。PerignonN也以超支化聚(胺-酰胺)为纳米反应器,以NaBH4还原AuCl4,得到稳定
[9]
性良好的金纳米粒子,其大小在4~9nm之间。Bao等通过在超支化聚氨酯体系中,用NaBh4化学
还原金离子,得到稳定性好的单分散金纳米粒子。MeckingS等[10]在超支化的聚甘油介质中获得了
形态规整、尺寸小、分布窄的钯纳米等。
LiuSH等[11]以超支化聚氨酯为稳定剂和模板,室温下用紫外光辐照制备了面心立方的纳米Ag
粒子。超支化聚氨酯在光还原的过程中起到了稳定、分散和纳米反应器的效果,并能有效防止纳米银
的氧化。作者还在超支化聚合物的介质中,室温下用硫代醋酸铵原位反应制备了分布窄、稳定、粒度
[12][13]
在4~10nm的球形-Ag2S纳米晶体。NechanickyMA等用超支化聚硅烷作前驱体,通过
滤渗透和高温烧蚀,制得2种晶型的碳化硅-SiC和-SiC的复合粒子。
磁性聚合物材料是一类很有发展潜力的功能材料。SunQH等[14]以超支化聚硅烷为前驱体,在

惰性气氛中通过烧蚀制备了有纳米中孔结构和导电性的磁性陶瓷,并发现在氮气(N2)气氛下生成的

纳米晶