原子转移自由基聚合引发催化体系的研究及偶氮新材料的制备

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaxianfeiaini
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本论文主要研究了以下内容: (1)以a-N,N--乙基二硫代氨基甲酸基代丁酸乙脂(EDDCB)为引发剂,用不同的催化体系进行了苯乙烯(St)的ATRP研究,通过不同催化体系研究了DC基团和催化剂中卤素原子(Br和C1)之间的交换反应情况,并研究了溶剂极性对聚合的影响。 (2)通过改变DC基团上和N原子相连的烷基的结构,研究了作为引发剂时DC基团的结构对St的ATRP的影响。 (3)以N,N-二乙基二硫代氨基甲酸萘苄酯(NMDC)为引发剂引发苯乙烯的ATRP,合成了紫外光和荧光标记的聚苯乙烯(PS),研究了不同单体和引发体系的比例对聚合的影响。 (4)以MN-二乙基二硫代氨基甲酸异丁腈酯(DCIA),α-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸基代异丁酸乙脂(EDCIB)和α-N,N-二苄基二硫代氨基甲酸基代异丁酸乙脂(EBDCIB)为引发剂引发甲基丙烯酸甲酯(MMA)和St的ATRP,研究了DC基团和催化剂中卤素原子(Br和C1)之间的交换反应情况,以及引发剂的结构对聚合的影响。 (5)以二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)为引发剂,引发St的ATRP,研究了催化剂浓度和温度对聚合的影响,并对聚合过程中出现的诱导期进行了探讨。 (6)将N-溴代丁二酰亚胺(NBS)作为新型引发剂引入到ATRP体系,研究了对St的引发聚合性能。 (7)研究了N,N-二烷基二硫代氨基甲酸铜Cu(SC(S)N(R)2)2/(bpy)系列有机铜盐催化剂对MMA反向ATRP的控制性能,以Cu(SC(S)N(C4H9)2)2/(bpy)为例对MNiA聚合的动力学进行了研究,同时研究了配体的存在与否对聚合的影响。 (8)以二硫代化合物,α-二硫代萘甲酸异丁腈酯(CPDN),为RAFT试剂,用RAFT法合成了分子量和分子量分布可控的具有荧光性能的聚合物.聚丙烯酸-2-萘酯(P2NA),研究了2NA的RAFT聚合行为和所得聚合物的光学性质。 (9)研究了在CPDN调控下的MMA的RAFT聚合体系中,添加N,N-二乙基二硫代氨基甲酸镍(II)(Ni(dtc)2)或N,N-二乙基二硫代氨基甲酸钻(Ⅱ)(Co(dtc)2对聚合的影响,考察了Ni(dtc)2和CPDN的浓度对聚合的影响。 通过以上这些研究,得到以下一些结论: (1)通过ATRP法以引发剂的方式合成ω端是DC基团的聚合物时,用EDDCB、NMDC、BDC类引发剂可以克服文献所报道的DC基团和催化剂中卤素原子(Br和Cl)之间的交换反应,使DC基团比较容易地接到聚合物的末端。EDDCB作为引发剂时可以很好地引发St的聚合,聚合呈现活性可控的特征,即聚合动力学为一级线性关系;聚合物的分子量随着单体转化率的升高而线性增长,同时聚合物的分子量分布指数维持在较低的水平(Mw/Mn最低可达1.17))。聚合速度随着溶剂极性的增大而加快。极性大的溶剂可消除聚合过程中出现的诱导期。DC基团上和N原子相连的烷基的结构对St的ATRP聚合速度影响不大,无论是本体还是溶液聚合都呈现出活性可控的特征。溶液聚合可消除本体聚合过程中出现的诱导期现象。当BDC和BPDC作为引发剂时,引发效率稍高一些。NMDC是对一个对St十分高效的引发剂,本体和溶液体系都呈现出很好的活性可控特征,聚合速度随着引发剂和催化剂浓度的降低而下降,同时溶液聚合也可消除本体情况下出现的诱导期现象。合成的聚合物分别在327nm和282nm处分别有较强的荧光吸收和紫外吸收。DCIA、EDCIB和EBDCIB三种引发剂对St的引发效率要高于对MMA的引发效率。引发剂结构对St和MMA的聚合速度和引发效率影响都不大,溶剂极性较大时反应速度稍快,但都比本体体系下要慢。MMA自身热聚合的影响因素基本可以忽略不计,ATRP催化体系的加入不仅可以加快聚合速度,而且可以提高聚合的可控性。TMTD为引发剂引发St的ATRP聚合时,会发生DC基团和硫氰酸根基团之间的交换反应。聚合呈现活性可控特征。动力学研究表明,该体系的聚合速度对催化剂起始浓度呈0.28次方关系,根据阿累尼乌斯曲线计算得到该体系活化焓(△E#app)的焓值是103(kJ/mol)。聚合过程中发现的晶体簇合物(([Cu(Me2dtc)]2}n)是导致该体系产生较长诱导期的主要原因。 (2)N-溴代丁二酰亚胺(NBS)作为一种新型的引发剂可以直接引发St的聚合,聚合呈现活性可控的特征。聚合速度随着催化剂浓度和聚合温度的升高而加快。 (3)以催化剂的方式通过反向ATRP法也可以合成∞端是DC基团的聚合物,R基团的结构对MMA聚合的控制性有较大的影响,即只有当Cu(SC(S)N(R)2)2结构上R为乙基或更长的烷基时才可以取得较好的控制性能,而R为甲基时,聚合基本失控。以Cu(SC(S)N(C4H9)2)2/(bpy)为例研究表明,配体的存在与否对聚合几乎没有影响。对MMA聚合的动力学研究发现,聚合速度对引发剂AIBN的起始浓度呈近2次方的关系,对催化剂的起始浓度呈反1.15次方关系。根据阿累尼乌斯曲线计算得到的该体系的活化焓(△E#app)焓值是87.1(kJ/m01)。 (4)CPDN可以很好地控制2NA的聚合,聚合呈现活性可控特征。聚合速度随着聚合温度的升高而加快,随着CPDN浓度的升高而降低。聚合物溶液在270nm处有明显的紫外吸收,在444am处有明显的荧光吸收。聚合物溶液的荧光吸收强度在CHCl3中最强,在EtOAc和CH2C12溶液中荧光吸收强度基本相当并都弱于其在CHCl3中的吸收强度。聚合物溶液的荧光吸收强度在相同的发色团浓度下随着聚合物分子量的增大而增强。即RAFT聚合法可以通过对聚合物分子量的设计来达到所需要的荧光强度。 (5)在较高的温度下添加Ni(dtc)2(或Co(dtc)2)可以很好地控制以CPDN为RAFT试剂的MMA的RAFT聚合,Ni(dto)2(或Co(dtc)2)对聚合有明显的加速效果。Ni(dtc)2的浓度对聚合影响不大,只有当Ni(dtc)2的添加量非常少时,聚合速率才有所下降,但仍然比没有添加Ni(dtc)2时要快。
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