一种可控/活性自由基聚合方法技术

技术编号:6512851 阅读:542 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种可控/活性自由基聚合方法使用9,9’-双氧杂蒽-9,9’二醇(简称BIXAN)及衍生物热引发或紫外光/可见光引发,可应用于苯乙烯类、甲基丙烯酸酯类等单体的聚合。在通常的自由基聚合条件下,该类化合物既能作为引发剂引发上述类单体聚合,又能控制单体聚合过程,得到分子量和分子量分布均可控的聚合物,由BIXAN分解形成的两个半频那醇自由基片段则留在聚合物两端;也可采用普通自由基引发剂与BIXAN协同引发聚合,形成一端含有半频那醇片段的活性聚合物;合成出的一端或两端含有活性端基的大分子引发剂,能继续引发单体聚合,可以制得两种或两种以上单体组成的嵌段共聚物。本发明专利技术反应条件温和,适用范围广泛,无色/无味(无需对产品进行后处理),反应速度快。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用一类9,9’ -双氧杂蒽-9,9’ 二醇(简称BIXAN)化合物用作活性自由基引发控制剂,热引发或紫外光(可见光)引发聚合合成结构精确可控的(嵌段)聚合物的活性自由基聚合方法,可以使自由基聚合中的单体以可控/活性方式聚合。
技术介绍
自由基聚合活性化是近年来人们研究的一个热点。在通常的自由基聚合过程中, 一旦引发之后,对自由基缺乏有力的控制手段。大量存在的自由基不断地发生链转移和双基终止,使得已引发的自由基不能同步增长,获得聚合物的分子量分布宽,一般地,Mw/Mn > 2. 5。通过自由基聚合的活性化,能控制反应条件和反应时间,合成特定结构,特定分子量且低分散的聚合物,并通过所得聚合物的活性特征进一步聚合其他单体,合成嵌段聚合物,从而实现对聚合物组成、拓扑、结构的精确控制,以实现特定的性能。1982年,Otsu等人在自由基聚合体系中加入引发转移终止剂(iniferter),如四苯基乙烷类化合物,在加热或紫外光照射下分解出自由基,引发单体聚合,同时它又可以与产生的自由基发生可逆链转移及链终止,从而首次提出了活性自由基聚合的概念。该方法可以控制分子量和分子量分布,但是Otsu等人的方法产生的聚合物一般分子量分布比较宽,因而人们在不断研究新的方法。最常用的是在自由基聚合体系中加入稳定自由基,如氮氧自由基TEMPO (Georges, et al.,Macromolecules, 26, 2987,1993),从而使大部分自由基处于休眠状态,与少量活性自由基处于动态平衡,减少了不可逆双基链终止及链转移的机会,从而实现了可控/活性自由基聚合,此法的缺点是聚合必须在较高温度下进行(120°C )。Matyjaszewski等人披露了原子转移自由基聚合(ATRP)技术(K. Matyjaszewski, PCT WO 96/30421),即在单体中加入低价过渡金属(如1价铜,2价铁,2价镍等)卤化物作为催化剂,加入联吡啶等金属络合物,可以引发单体发生活性自由基聚合,并且可以得到分子量分布很窄(Mw/Mn = 1. 1 1. 8)的聚合物。用此法可以合成多种拓扑形态的聚合物, 但要在工业上推广,还必须解决清除留在聚合物中的过渡金属以及金属络合物合成复杂且造价昂贵的问题。加入双硫酯进行可逆加成断裂链转移反应(RAFT),同样可以得到了分子量分布很窄(Mw/Mn = 1. 1 1.8)的聚合物(Chiefari J. et al. Macromolecules, 31, 5559,1998), 但双硫酯的片段在聚合物中的是本体的缺陷,同时双硫酯的合成也较为困难,反应过程有色有味。与TMEPO —样,RAFT体系需要加入传统热分解引发剂。上述方法的共同之处是,建立一个微量的增长自由基与大量休眠种之间的快速动态平衡,从而实现可控的活性自由基聚合。受到上述几种活性自由基方法的启发,1996年, Ranby和杨专利技术一种活性光接枝聚合技术,光照条件下氧杂蒽酮夺氢,基材表明形成自由基用于引发单体接枝聚合。而氧杂蒽酮夺氢后生成的半频那醇自由基可以很好的和基材上增长自由基发生耦合从而形成休眠种。休眠种在光照条件下能重新断裂活化,进一步发生接枝聚合。耦合和断裂过程不断交替发生,很好的控制接枝聚合过程,实现了一种新的自由基聚合方法。本专利技术通过使用一种C-C弱键连接的双氧杂蒽双醇的引发剂,能在热和可见光/ 紫外光照条件下均裂生成大量的半频那醇自由基。大量的半频那醇自由基一方面能引发自由基聚合,更重要的一方面能与增长自由基耦合形成活性休眠种,从而很好的控制反应进程,实现了温和条件下的活性自由基聚合方法。活性自由基生产出的结构精确、分子量和分布可控的聚合物在自主装系统、生物材料、分散剂、有机薄膜等领域有着广泛的用途。本专利技术涉及的活性聚合方法体系简单,只需要加入单体和引发控制剂就可以实现可控/活性聚合,且适用范围广泛,能普遍用于乳液聚合、悬浮聚合等各种聚合方法。反应过程中生成的半频那醇自由基,属于一种低毒的碳自由基,不含金属离子和各种络合物,无色无味,生产的聚合物不需要进行后处理即可使用,大大简化了生产过程。对于一些对温度敏感的单体或是生物材料,光聚合尤其是可见光聚合,无疑是最适合的聚合办法,本专利技术涉及的聚合方法能在很小的光强照射下,室温或低于室温引发乙烯类单体聚合,对基体材料几乎没有任何影响。其温和的聚合条件,高效的过程控制,无色无味体系简单,特别适合大规模工业化生产。
技术实现思路
本专利技术提供一种高效的可控/活性聚合方法,使用(式1)所示的自由基引发控制剂,提供在温和的条件下精密控制分子量和分子量分布(PDI =Mw/Mn)的活性自由基聚合物的制造方法,并使用合成出来的聚合物(式2和式3)作为大分子引发剂,引发其他单体聚合合成嵌段聚合物。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种可控/活性自由基聚合方法,其特征在于包括下列步骤:1)在一种或多种单体和一种或多种溶剂组成的混合物中,单独加入如式(1)所示的引发控制剂,或者加入自由基引发剂和如式(1)所示引发控制剂BIXAN或者衍生物组成双引发体系配比;自由基引发剂为BPO、AIBN或1173,BIXAN或者衍生物与自由基引发剂的摩尔配比为1∶1-10∶1;其中引发剂和单体摩尔比例控制在1∶10-1∶1000;单体与溶剂摩尔比例控制在1∶10-10∶1;其中所述单体为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类、丙烯酰胺类或苯乙烯类单体;其中,Y占1,2,3,4的任何一个或者多个位置,Y为H,Cl,甲基,乙基,异丙基,叔丁基,苯基,苯甲基,环己基或乙酰基取代基;2)常温下搅拌10分钟,使引发剂充分溶解,通入惰性气体,在氧气除去后,开始搅拌,加热温度在50到120度,或可见光/紫外光辐照光强为0.1-50毫瓦每平方厘米,反应时间为0.5-20小时;引发控制剂引发单体聚合,得到分子量和分子量分布均可控的聚合物,如式(2)和式(3)所示;其中聚合度n=20-500,R1为甲基或H;R2为苯基、取代苯基、酯基或取代酯基;R为聚合物端基、引发剂片段或膜表面;Y占1,2,3,4的任何一个或多个位置,Y为H,Cl,甲基,乙基,异丙基,叔丁基,苯基,苯甲基,环己基或乙酰基取代基;式(2)所述的聚合物为两端带有半频那醇片段的聚合物,式(3)所述的聚合物为一端带有半频那醇片段的聚合物。...

【技术特征摘要】
1. 一种可控/活性自由基聚合方法,其特征在于包括下列步骤 1)在一种或多种单体和一种或多种溶剂组成的混合物中,单独加入如式(1)所示的引发控制剂,或者加入自由基引发剂和如式(1)所示引发控制剂BIXAN或者衍生物组成双引发体系配比;自由基引发剂为ΒΡ0、ΑΙΒΝ或1173,BIXAN或者衍生物与自由基引发剂的摩尔配比为1 1-10 1 ;其中引发剂和单体摩尔比例控制在1 10-1 1000;单体与溶剂摩尔比例控制在1 10-10 1 ;其中所述单体为甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类、丙烯酰胺类或苯乙烯类单体;其中,Y占1,2,3,4的任何一个或者多个位置,Y为H,Cl,甲基,乙基,异丙基,叔丁基, 苯基,苯甲基,环己基或乙酰基取代基;2)常温下搅拌10分钟,使引发剂充分溶解,通入惰性气体,在氧气除去后,开始搅拌, 加热温度在50到120度,或可见光/紫外光辐照光强为0. 1-50毫瓦每平方厘米,反应时间为0. 5-20小时;引发控制剂引发单体聚合,得到分子量和分子量分布均可控的聚合物,如式(2)和式(3)所示;其中聚合度η = 20-500, R1为甲基或H ;R2为苯基、取代苯基、酯基或取代酯基;R为聚合物端基、引发剂片段或膜表面;Y占1,2,3,4的任何一个或多个位置,Y为H,Cl,甲基,乙基,异丙基,叔丁基,苯基,苯甲基,环己基或乙酰...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨万泰郑雪枫岳淼
申请(专利权)人:北京化工大学
类型:发明
国别省市:11

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