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可逆休眠自由基聚合是合成具有窄分子量分布、预定分子结构的大分子的有效手段。本文开发了一种低浓度含碘络合物存在下的可逆休眠自由基聚合体系,开发了络合物种类,并优化了可控聚合条件,论文的主要工作如下:
将自由基引发剂偶氮二异庚腈(ABVN)或偶氮二异丁腈(AIBN)、2-碘-2-甲基丙腈(CP-I)和碘络合物加入到甲基丙烯酸甲酯(MMA)的可逆-休眠自由基聚合体系(RDRP)中通过引发剂持续分解产生的自由基与络合物反应原位生成有机碘鎓盐调控单体的聚合过程。在该体系中,所加入的络合物低至20-80ppm(相对于单体),极大程度地避免了催化剂对聚合过程及产物的不利影响。研究的碘络合物包括:四丁基三碘铵(BNI-I2)、三丁基甲基三碘化磷(BMPI-I2)和1-乙基-3-甲基三碘咪唑鎓(EMZI-I2)。首先探究了络合物浓度、引发剂浓度和体系温度对聚合的影响,所得结果如下:添加络合物使聚合速率变小,引发剂浓度的增加及聚合温度提高都会使聚合速率变大;当增加络合物用量并降低温度(65℃)时,聚合体系的可控性大大提高。引发剂浓度对聚合可控性的影响较为复杂,当引发剂浓度较低时转化率很低,过高浓度的引发剂虽然使单体转化率得到有效提高,但会使体系对分子量及分子量分布的调控性变差。在65℃下当[MMA]0∶[CP-I]0∶[ABVN]0∶[BNI-I2]0=500∶1∶0.1∶0.04时产物分子量与理论值相近,Mw/Mn值很小(Mw/Mn<1.20),具有很好的活性特征;我们还证明了BMPI-I2和EMZI-I2也都具有很好的调控性。另外,还实现了几种甲基丙烯酸酯、苯乙烯和丙烯酸酯的RDRP,结果表明聚甲基丙烯酸酯的分子量分布普遍较窄,聚苯乙烯的次之,聚丙烯酸酯的最宽。将α-碘代苯乙酸乙酯作为碘代化合物,在[MMA]0∶[EPh-I]0∶[ABVN]0∶[BNI-I2]0=500∶1∶0.2∶0.04的投料比下,相较于空白对照组,络合物的加入使体系实验组可控性变好,转化率更高。
利用1H-NMR和GPC表征了碘封端聚合物链PMMA-I的结构,计算得到碘封端聚合物链所占比例(链端保有度)为97.0%,并通过扩链反应及PMMA-b-PSt的合成进一步验证了其链端活性。最后,利用以碘络合物BMPI-I2和热引发剂ABVN作为起始物质的可逆休眠自由基聚合技术在乙醇溶液中制备了聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)-b-聚(甲基丙烯酸苄酯)嵌段共聚物,并得到了纳米级球形胶束。
将自由基引发剂偶氮二异庚腈(ABVN)或偶氮二异丁腈(AIBN)、2-碘-2-甲基丙腈(CP-I)和碘络合物加入到甲基丙烯酸甲酯(MMA)的可逆-休眠自由基聚合体系(RDRP)中通过引发剂持续分解产生的自由基与络合物反应原位生成有机碘鎓盐调控单体的聚合过程。在该体系中,所加入的络合物低至20-80ppm(相对于单体),极大程度地避免了催化剂对聚合过程及产物的不利影响。研究的碘络合物包括:四丁基三碘铵(BNI-I2)、三丁基甲基三碘化磷(BMPI-I2)和1-乙基-3-甲基三碘咪唑鎓(EMZI-I2)。首先探究了络合物浓度、引发剂浓度和体系温度对聚合的影响,所得结果如下:添加络合物使聚合速率变小,引发剂浓度的增加及聚合温度提高都会使聚合速率变大;当增加络合物用量并降低温度(65℃)时,聚合体系的可控性大大提高。引发剂浓度对聚合可控性的影响较为复杂,当引发剂浓度较低时转化率很低,过高浓度的引发剂虽然使单体转化率得到有效提高,但会使体系对分子量及分子量分布的调控性变差。在65℃下当[MMA]0∶[CP-I]0∶[ABVN]0∶[BNI-I2]0=500∶1∶0.1∶0.04时产物分子量与理论值相近,Mw/Mn值很小(Mw/Mn<1.20),具有很好的活性特征;我们还证明了BMPI-I2和EMZI-I2也都具有很好的调控性。另外,还实现了几种甲基丙烯酸酯、苯乙烯和丙烯酸酯的RDRP,结果表明聚甲基丙烯酸酯的分子量分布普遍较窄,聚苯乙烯的次之,聚丙烯酸酯的最宽。将α-碘代苯乙酸乙酯作为碘代化合物,在[MMA]0∶[EPh-I]0∶[ABVN]0∶[BNI-I2]0=500∶1∶0.2∶0.04的投料比下,相较于空白对照组,络合物的加入使体系实验组可控性变好,转化率更高。
利用1H-NMR和GPC表征了碘封端聚合物链PMMA-I的结构,计算得到碘封端聚合物链所占比例(链端保有度)为97.0%,并通过扩链反应及PMMA-b-PSt的合成进一步验证了其链端活性。最后,利用以碘络合物BMPI-I2和热引发剂ABVN作为起始物质的可逆休眠自由基聚合技术在乙醇溶液中制备了聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)-b-聚(甲基丙烯酸苄酯)嵌段共聚物,并得到了纳米级球形胶束。