树形高分子

你可别小看这种样子有些怪怪的树形高分子，正是由于它结构上的这些特点，才使得它具有许多独特的性能。

比如说，在原来的石油废水里加入树形高分子之后，在很短的时间里油水就分离开来，目前这项技术已经在辽河油田得到了应用。

另外树形高分子不仅能够降低染料废水中的色度，使它变得澄清，也能用作染色工艺工程中的助染剂，大大提高染料的着色能力及抗水性能。

除了上述的一些水处理领域外，树形高分子还可作为缓释药物载体、信息贮存材料、导电材料、纳米材料、光电子开关等等。科学家们还将它用于乳化炸药稳定剂，可使其贮存期由1个月增加到8个月。

树形高分子是一种用低廉的化学品合成的淡黄色稠状高分子，化学稳定性好，在水溶液中具有良好的溶解能力，耐酸碱能力强，本身无毒无污染，是一种性能良好的添加剂。新型添加剂能使乳化炸药达到要求，并且国内尚未无树形分子生产厂家。因此，对树形高分子进行投资生产并开发其在多领域中的应用，将具有广阔的市场前景。

爆速>成5340m/s，储存期>1年 市场容量：新型添加剂，国内首创，市场潜力巨大。

由于目前树形高分子合成还比较困难，尽管已有不少产品实现了商品化，但成本相对来说还比较高，这限制了其大规模应用，尽管如此树形高分子现已用作絮凝剂。高分子絮凝剂的絮凝机理与其结构密切相关，超支化结构的絮凝剂由于采取更为伸展的构象，因而可能获得普通线形高分子絮凝剂所不具有的絮凝效果。钱锦文采用高价铈盐和多羟基小分子有机物为氧化还原体系，引发AM单体自由基聚合，制得了星形超支化聚丙烯酰胺(SPAM)絮凝剂。周贵忠瞠研究发现第4代PAMAM树形分子处理酸性TNT水样时，具有很好的絮凝效果。

在此基础上，有些研究者，还把树形高分子引入造纸工业，用于湿部助留剂，并进行了中试研究，为这种新型结构产品在造纸工业中的进一步开发与应用打下了很好的基础。

是由中心核、内层重复单元和外层端基三部分组成。它的结构很独特，既不像线形高分子那样细长，也不像网形高分子那样星罗棋布。我们可以看到：它就像树枝一样逐层伸展出去，所以科学家们形象的称之为“树形高分子”。

说到“高分子”这个词，老百姓或许会觉得有点陌生，但利用高分子材料制成的物品，在我们的周围却比比皆是。轮胎、塑料袋、尼龙绳甚至计算机的外壳…….这些都是利用高分子材料制成的，高分子在我们的生活中几乎无处不在。

高分子有个共同的结构特性，这就是：它们都是由简单的结构单元以重复的方式连接而成的。这种结构单元被称为链节。链节间连接的方式不同，所形成的高分子物质也不同，其性质会有很大差异。因此，按连接形式的不同，我们可以把高分子分成线形、网形、支链形以及树形高分子等等。

其中聚酰胺－胺型（PAMAM）树形分子是通过扩散法合成得到的，其组成一般具有以下共性：①中心核区域；②辐射状连接中心核的分支单元组成的内部区域；③由大量端基官能团组成的外层。

树形分子的组成和合成过程决定了其独特的结构特点：

① 精确的分子结构：传统线性聚合物的分子量分散系数一般都大于1，结构也不统一。而树形分子是通过许多重复步骤合成的，在每一步骤中都保持了对其物理性质和结构的控制，因此分子可以按设计思路精确生长，最终多分散系数接近于1。

② 高度的几何对称性：虽然树形分子中核和分支单元具有多官能度，但由于重复分步反应的精确控制，反应途径具有一致性，故所得分子结构均匀，内部分支单元高度对称。这种对称性既影响到树形分子的物理性质也影响到其化学性质。

③ 大量的表面官能团：树形分子的增长过程就是重复单元的几何增长过程，当增长达到一定分子代后，大量分支单元的末端基就会在外层聚集，使树形分子内层得到有效保护，同时树形分子具有多功能性，大量官能团在外层的富集为树形分子的应用提供了物质基础。

④ 分子内存在空腔：树形分子每生成一代便具有一层分支结构，层与层之间形成大量空腔，这有利于主客体化学与分子催化的研究。

⑤ 分子量具有可控性：由于树形分子是多步重复的方法合成的，在逐步增长的过程中，每一步的分子量都是精确控制的，并可根据不同的用途选择不同的分子代数。

⑥ 分子本身具有纳米尺寸：分子自身的增长或分子间的组装可以获得纳米结构，有利于在纳米技术领域的应用。

自从1985年，Tomalia首次成功合成聚酰胺胺类树形分子（PAMAM）以来，二十年里，已合成出200多种树形分子，主要合成方法包括扩散法和收敛法。目前世界上主要推广商业树形分子的公司主要有Dendritech, Inc. (Midland, MI), Dutch State Mines (DSM, The Netherlands),以及Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)等。

打破传统高分子合成常规路线，采用逐步合成持方法合成树形高分子。合成的高分子结构特殊，因此带来其特殊的性质和应用。一般来说，常用乳化炸药的添加剂有乳胶稳定剂、乳胶促进剂和晶型改性剂等，如固体粉末、大豆磷脂质、蜂蜡和硼砂等。

目前，国内外出现大量有关高分子添加剂的报道，如聚丁二酰亚胺、聚丙烯酰胺等高分子作乳化炸药的添加剂，对其稳定性有大大的提高。本项目合成的树形高分子中含有的基因与以上提到的二类高分子相似，并且在水中有很好的稳定性，实验结果表明，树形高分子对乳化炸药的稳定性优于二酰亚胺和聚丙烯酰胺。

可用于特殊乳化体系——乳化炸药体系中作稳定剂。

以PAMAM树形分子作为制备纳米颗粒和半导体量子点的模板，其优点如下：(1)树形分子模板独特的化学组成和结构，使它们能得到很好的“复制产物”；(2)由于树形分子内部有大量的空腔，能把量子点包裹在其内部，并有效阻止量子点的聚集，保证它们的稳定性；(3)由于封闭的量子点主要是受空间位阻的限制，故其表面并没有被钝化，能有效地参与催化反应；(4)树形分子的树枝可作为选择性“门户”，以控制小分子（基质）接近被封装的具有催化作用的量子点；(5)树形分子的表面的大量官能团易改性，从而能控制量子点的溶解性，并且还可以实现分子间的组装，以获得纳米结构，有利于其在纳米技术领域的应用。因此以树形分子为模板制备的量子点不仅稳定，并且其尺寸以及尺寸分布都能得以控制。更重要的是树形分子在稳定量子点的同时，不像其它表面剂或稳定剂那样会钝化其表面，能使量子点的催化性能和光学性能得以保持。同时，还可以通过调节所用树形分子的代数来精确控制量子点的尺寸。所以用树形分子为模板制备量子点/树形分子纳米复合材料将具有重要的理论意义和应用前景。

另一种常见的PPI（聚丙烯亚胺）树形分子的合成是通过丙烯腈和一级胺的Michael加成，随后将腈基加氢成为一级胺，如此反复进行加成和氢化而成。商业的PPI树形分子通常是-NH2为端基的。