苯并18-冠-6修饰的咪唑卡宾催化合成聚酯类生物降解高分子

来源 :山西师范大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:gongfangqing
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本文主要研究了苯并18-冠-6醚修饰的咪唑盐在高纯氮气氛围下与氢化钠反应原位生成的苯并18-冠-6醚修饰的咪唑卡宾,在温和的条件下协同苄醇(BnOH)催化ε-己内酯(ε-CL)开环均聚、2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯(DTC)开环均聚以及ε-CL与DTC的开环无规共聚。通过目的性的调控聚合反应条件:比如催化剂用量([M]/[C])、聚合反应温度(T)和时间(t)、单体浓度([M])、引发剂用量([I])以及共聚反应中两单体投料比([DTC]/[ε-CL])来摸索反应条件对聚合反应的调控作用,以重量法对苯并18-冠-6醚修饰的咪唑卡宾催化ε-CL开环均聚反应进行动力学研究和热力学研究,并以1H/13CNMR谱、IR谱、DSC谱等谱图技术分析手段证实了各聚合物的结构特征,揭示其可能的聚合机理。实验结果表明,苯并18-冠-6醚修饰的咪唑卡宾协同苄醇(B18C6imY/BnOH)体系对环酯开环均聚及其共聚都展现出了较高的活性。ε-CL在B18C6imY/BnOH体系的作用下开环均聚反应的最优条件为:[ε-CL]/[C]=900,[ε-CL]=2.0mol/L,[ε-CL]/[I]=200,在THF溶剂中10℃下反应60min,ε-CL转化率可以达到98.03%,均聚物(PCL)分子量为4.01×104g/mol,分子量分布为1.48。实验结果揭示了ε-CL在B18C6imY/BnOH体系作用下开环均聚反应动力学行为:开环聚合速率与ε-CL浓度和卡宾用量均呈一级线性关系,即Rp=Kp[ε-CL][B18C6imY],聚合反应表观活化能为39.73kJ/mol。通过PCL的DSC扫描曲线可知,PCL的熔融温度为65.0℃。利用1HNMR对聚合物测试分析,揭示了ε-CL在B18C6imY/BnOH体系作用下开环均聚反应机理为“单体活化”机理。2,2-二甲基三亚甲基环碳酸酯(DTC)在B18C6imY/BnOH体系作用下开环均聚反应的最优条件为:[DTC]/[C]=400,[DTC]=2.0mol/L,[DTC]/[I]=200,在THF溶剂中15℃下反应50min,在此条件下,DTC转化率达到96.93%,制得的聚合物(PDTC)分子量为4.11×104g/mol,分子量分布为1.22。PDTC的DSC扫描曲线清晰的展示了PDTC在初次扫描过程(a)中的两熔融峰,这表明PDTC中存在两种晶型。经过液氮骤冷后,二次扫描曲线(b)仅出现一个熔融峰,由此推断骤冷处理后的PDTC仅剩一种晶型。ε-CL和DTC在B18C6imY/BnOH体系作用下开环共聚合的最优反应条件为:单体物质的量比DTC/CL=50:50,[DTC+CL]/[C]=400,[DTC+CL]=2.0mol/L,[DTC+CL]/[I]=200,在THF溶剂中15℃下反应60min,在此条件下,制得的共聚物P(CL-co-DTC)分子量Mn=3.24×104g/mol,分子量分布PDI=1.44,单体转化率为94.87%。通过用1H NMR测试分析在低转化率条件下获得的不同组分共聚物的手段来探究不同投料比对共聚合的影响,经过对1H NMR图谱分析计算得到两环状单体竞聚率分别为rDTC=18.42,rCL=0.058,rDTC×rCL≈1,说明B18C6imY/BnOH体系用于催化ε-CL和DTC开环共聚反应在理想状态下表现为无规共聚且共聚反应进程中DTC的聚合反应速率要大于ε-CL的反应速率。DSC曲线显示,不同投料比的P(CL-co-DTC)的玻璃化转变温度(Tg)均在两均聚物PCL(-60℃)和PDTC(-28℃)的Tg之间。据1HNMR测得P(CL-co-DTC)的化学结构结果可知,ε-CL和DTC在B18C6imY/BnOH体系催化作用下开环共聚反应的机理为“单体活化”机理。
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