~(13)C-NMR研究铁系聚丁二烯(顺1,4-1,2)的链结构

前已报道,以高活性铁催化剂可以制得性能良好的含顺-1,4-1,2结构的等二元聚丁二烯。文献已有用~(13)C-NMR研究以钴,钼催化剂合成的这种等二元聚合物的报导。本工作用~(13)C-NMR进行了研究,得到的聚合物的~(13)C-NMR图谱表明,聚合物的脂碳部分共有十一个共振峰,烯碳部分有九个峰。通过改进Furukawa的经验参数,并应用Randall的方法,这些共振峰的归属得到了令人满意的结果。确认该聚合物是双烯和单烯的无规共聚物,但偏离Bernoulli分布,趋向于一级Markov分布。     

用13C-NMR研究 1,2-聚丁二烯的分子运动——1,2-聚丁二烯分子运动对微观结构的依赖性

本工作用200兆赫脉冲傅里叶变换 NMR 波谱仪测定了一系列1,2-聚丁二烯样品在溶液中13C核自旋-晶格弛豫时间(T1)和核Overhauser效应(NOE)。较系统地研究了1,2-聚丁二烯的分子运动与化学结构、序列结构和大分子链节构成的关系,分析了乙烯基的内旋转运动。实验结果表明,顺1,4-链节中各碳的nT1值比1,2-链节中相应各碳的nT_1值长1倍左右;对于相同的链节,当其两旁由1,2-链节变为顺1,4-链节时,其各类碳的nT_1值都大大增加;随着1,2-链节增加,各类碳的nT_1值都明显缩短。乙烯基叔碳的nT_1值大于端碳,经计算表明,引起乙烯基叔、端碳的nT_1值不相等的主要因素是乙烯基在垂直于主链的平面上的摆动。     

全同1,2-聚丁二烯的合成及用13C-NMR方法研究1,2-聚丁二烯的序列结构

采用Cr/Al催化体系,成功地合成了全同1,2-聚丁二烯(PBD),并用DSC方法、X-射线衍射、红外光谱及¹³C-NMR的方法进行结构与物性测定,得如下结果:全同1,2-PBD的熔点为124.3℃;三角晶系中,分子链成螺旋结构,晶胞参数为a=17.3Å,c=6.5Å;在红外光谱中,其特征谱带出现在694.4cm^-1处;在¹³C-NMR谱中仅出现四条谱峰,其化学位移分别为142.51,111.56,39.26,37.43ppm。     

1,2-聚丁二烯~(13)C-NMR弛豫的溶剂效应

本文测定了一系列具有不同微观结构的1,2-聚丁二烯样品在四种溶剂的50.3MHz ~(13)C自旋-晶格弛豫时间(T_1)和核Overhauser效应(NOE)值。并用Schaefer logx~2相关时间分布模型对实验数据进行了拟合。研究了1,2-聚丁二烯在溶液中的~(13)C-NMR弛豫的溶剂效应及其与结构的关系。发现聚合物与溶剂的溶解度参数之差△δ越大,聚合物在溶液中协同链段运动趋向越明显,~(13)C自旋-晶格弛豫速率(1/T_1)越大;1,2-链节较少,分子链较柔顺时,~(13)C-NMR弛豫受溶剂影响较显著。NMR弛豫参数对结构变化的反应在良溶剂中比在不良溶剂中敏感。     

~(13)C-NMR化学位移与聚合物的构象——Ⅰ.1,2-聚丁二烯乙烯基叔碳(-CH=)的~(13)C-NMR谱研究

本文应用半经验方法来解析无规1,2-聚丁二烯乙烯基叔碳(—CH=)的~(13)C-NMR谱图。研究指出只有主链CH与乙烯基叔碳之间的gauche排列和由此产生的屏蔽效应对后者的化学位移的改变作出了贡献。因此,可以直接利用键概率来归属十个五元组立构异构体的排列顺序。由于上述原因,得到了对于无规1,2-聚丁二烯乙烯基叔碳的~(13)C-NMR谱的一种新的归属,并且通过研究全同和间同1,2-聚丁二烯的~(13)C-NMR谱图予以证明。     

辐射交联顺1,4-聚丁二烯的NMR研究

用１３Ｃ ＮＭＲ方法,测定了辐射交联顺１,４ 聚丁二烯在室温下的自旋 晶格弛豫时间（Ｔ１）,核Ｏｖｅｒｈａｕｓｅｒ因子（ＮＯＥ）,和１３Ｃ ＮＭＲ线宽．以及凝胶本体１Ｈ ＮＭＲ的Ｔ１和Ｔ２弛豫时间,结果表明,辐射交联顺１,４ 聚丁二烯体系中,随着凝胶含量的增加各碳核质子的Ｔ１值变化很小,而—ＣＨ２—核的ＮＯＥ因子明显降低和１３Ｃ ＮＭＲ线宽增宽．以及１Ｈ ＮＭＲ的Ｔ１和Ｔ２表现的双指数弛豫特性反映了交联体系中大分子链段长程运动受阻以及饱和交联叔碳核—ＣＨ对链段运动的影响．     

辐射交联顺1,4-聚丁二烯的NMR研究

用１３ＣＮＭＲ方法,测定了辐射交联顺１,４聚丁二烯在室温下的自旋晶格弛豫时间（Ｔ１）,核Ｏｖｅｒｈａｕｓｅｒ因子（ＮＯＥ）,和１３ＣＮＭＲ线宽．以及凝胶本体１ＨＮＭＲ的Ｔ１和Ｔ２弛豫时间,结果表明,辐射交联顺１,４聚丁二烯体系中,随着凝胶含量的增加各碳核质子的Ｔ１值变化很小,而—ＣＨ２—核的ＮＯＥ因子明显降低和１３ＣＮＭＲ线宽增宽．以及１ＨＮＭＲ的Ｔ１和Ｔ２表现的双指数弛豫特性反映了交联体系中大分子链段长程运动受阻以及饱和交联叔碳核—ＣＨ对链段运动的影响．     

1,2-聚丁二烯分子运动的~(13)C-NMR研究——Ⅱ.分子运动的温度依赖性

本文用200MHz脉冲傅利叶变换波谱仪测定了1,2-聚丁二烯样品在不同温度下的~(13)C-T_(19)NOE,线宽和化学位移等~(13)G自旋弛豫参数,研究了1,2-聚丁二烯分子运动的温度依赖性.结果发现,在-10—-30℃之间,样品中各碳核的NOE和谱线宽度随温度变化的曲线斜率增加,表明此时长程链运动冻结;各碳核nT_1随温度的变化均在-45℃左右出现极小值.     

~(13)C-NMR研究聚丁二烯的序列结构

本文采用~13C-NMR方法研究了不同催化体系制备的聚丁二烯。经分析指出,聚丁二烯分子链的三种序列(顺-1,4-序列、反-1,4-序列和1,2-序列)和十七类脂碳碳核为~13C-NNR谱贡献了十六个谱峰。经数据的解析,得到一组计算聚丁二烯脂碳部分各谱峰化学位移的经验参数。在本文条件下,应用该组参数得到的计算值与实验值符合较好。本文确认了聚丁二烯反-1,4-序列第四峰(T_4)的存在。初步研究了聚丁二烯~13℃-NMR谱图的定量处理问题。     

端羟基液体聚丁二烯微观结构的13C-NMR研究

本文研究了在乙醇溶剂中用过氧化氢引发聚合的端羟基液体聚丁二烯(简称丁羟)的¹³C-NMR谱,发现了RCH=CHCH₂OH(反式)和RR′C=CHCH₂OH共振峰,肯定了这两种端基结构。确定了在聚合过程中乙醇转移到分子链端的主要结构是RCH=CHCH₂CH(OH)CH₃(顺式和反式),它占羟基总量8%左右。工作还确认,在丁羟中尚存在少量的长支化结构以及醇、醛端基结构。     

1,2-聚丁二烯长链支化的研究

本文研究了1,2-结构含量在80～90%的1,2-聚丁二烯的长链支化,发现聚合物的立体规整性与聚合物的分子量无关,可以用GPC-自动粘度计联用技术研究其长链支化,产生支化的临界分子量为40万左右。     

无定形1,2-聚丁二烯的分子链结构与分子链的相互作用

本工作用聚合物玻璃化转变温度,内聚能密度和分子链内旋转势垒及异构化能表征分子链的相互作用;提出了在混合溶剂中用特性粘数法测定内聚能密度,和从聚合物玻璃化转变时的自由体积及稀溶液性质计算分子链内旋转参数等方法。     

含反-1,4聚丁二烯链段的顺-1,4聚丁二烯橡胶的合成、鉴认和性能

顺-1,4聚丁二烯橡胶是合成橡胶中的第二大品种,具有耐磨、生热低等优点,是轮胎胎面胶的重要组成部分。本工作研究了含量少反-1,4聚丁二烯链段的顺-1,4丁二烯橡胶的合成、鉴认及其生胶、母胶和硫化胶的性能。     

顺-1,4-聚丁二烯的工艺性质——Ⅰ.钛盐催化聚合顺-1,4-聚丁二烯的性质

研究了用钛盐催化剂制备而具有不同分子量的顺-1,4-聚丁二烯的性貭。 各种具有不同分子量的顺-1,4-聚丁二烯生胶的性貭很相似:(1)凝胶含量低于1％,(2)玻璃化温度在—110至—114℃之间,(3)顺-1,4结构含量在93至97％(表1A)。但门尼粘度则随[η]值而激增(图1)。从生胶的应力-应变曲线可见各种顺-1,4-聚丁二烯样品在拉伸时并没有结晶现象(图2)。 顺-1,4-聚丁二烯在滚筒上的加工性能对配炼温度极敏感。在25℃,40℃和60℃滚筒温度下的加炭黑配炼试验中,发现唯有在25℃下配炼才得到光滑的混合物,由此可制得抗张强度超过200公斤/厘米~2的硫化物中,如果配炼系在40℃或60℃下进行,则顺-1,4-聚丁二烯趋向于破碎(图4),得不到光滑的混合物,由此而制得的硫化物丧失抗张强度(图3)。 根据下列试验结果:(1)将顺-1,4-聚丁二烯分别在25℃,40℃和60℃下进行素炼,在素炼过程中都不产生疑胶,无明显的降解(图6),又素炼后链节结构并无变化(表3);(2)温度对滚炼的影响是可逆的(表4)。我们认为,在40℃或60℃下配炼得到的硫化物之所以丧失抗张强度可能由于炭黑没有均匀分散。从合炭黑硫化物断面的显微镜照片亦可看到在25℃下配炼的硫化物确不同于在40℃和60℃下配炼里（图5A）。当含炭黑硫化物的定伸强度（M300％）超过60公斤、厘米2时,则抗张强度显著下降（图8）.但采用适当的硫用量去控制交联程度则可以得到抗张强度超过20公斤/厘米2的硫化物（图8和表1B）.顺-1,4-聚丁二烯硫化物的弹性和抗磨耗性都远胜地天然橡胶（表1B）。研究了顺-1,4-聚丁二烯生胶的分子量对硫化物的机械性质的影响,发现在很宽的分子量范围内（[n]2.5-3.6）,硫化物的抗张强度者在200公斤/厘米2左右;但弹性则随生胶的[n]值而增（图9）.     

链结构对1,2-聚丁二烯辐照行为的影响

在γ射线照射下,线型聚合物或是交联,或是裂解,或二者兼有之。这取决于聚合物的化学结构。在辐照交联过程中聚合物的交联度及裂解度与辐照剂量成比例。有的文献认为溶胶分数与辐照剂量成正比^[1],有的认为与剂量的1/2次方成正比^[2]。     

1,2-聚丁二烯分子链的结构和内旋转运动

实验订定了1,2-链节含量分别为8％,30％和90％的1,2-聚丁二烯在30℃甲苯溶液中的Mark-Houwink方程[η]=KMa。发现不同样品的α值基本相同,而K值确实随1,2-链节含量的增加而减小,说明溶液中分子链线团变得紧密了。用线膨胀法和Stockmayer-Fixman方程及分子链的统计力学方法,分别得到了样品的玻璃化温度Tg,和它们的分子链内旋转空间位阻因子σ。它们二者符合Tg=A(σ—b),其中A=174(K),b=0.68。反映了1,2-链节对分子链内旋转的阻碍作用。进一步的研究表明,低1,2-链节含量对应着较低的分子链内旋转势垒和内旋转异构化能。     

聚丁二烯1,2-结构含量和SBS中聚丁二烯段1,2-结构含量的调节

以正丁基锂为引发剂,环己烷为溶剂,研究了四氢呋喃(THF)对聚丁二烯1,2-结构和丁苯嵌段共聚物SBS中聚丁二烯段1,2-结构含量的影响,指出在一定温度下,聚丁二烯1,2-结构含量与体系中THF的浓度有指数关系。控制体系中THF的浓度和聚合反应温度,可调节聚合产物中聚丁二烯1,2-结构含量。     

稀土顺-1,4-聚丁二烯的搅拌溶液结晶

本工作研究了稀土顺-1,4-聚丁二烯(Ln-PB)的搅拌溶液结晶行为,发现当结晶温度为-15—-79℃、搅拌速度为180转/分时,经过一段时间,就有乳白色的丝状物缠绕在搅拌棒上.在电镜下可以看到,这些丝状物是由平行排列的纤维晶组成的.沉积在搅拌棒上的Ln-PB的量随结晶温度的下降而增加,大约在-65℃左右达到极大值.而后又随结晶温度的下降而减少.结晶温度愈高、沉积在搅拌棒上的Ln-PB的平均分子量愈高,分布愈窄,所以可利用搅拌溶液结晶的方法对Ln-PB进行分级.     

顺1,4及反1,4聚丁二烯共混及共聚物结晶形态结构研究

本文用电镜、电子衍射及DSC等研究了顺1,4PB及反1,4PB的共混及共聚物的形态结构。观察了室温下两相结构分布随组分变化的规律及反1,4PB含量对顺1,4PB低温结晶、片层厚度和球晶大小的影响。进一步讨论了这两种不能形成类质同象结构物质结晶的相互影响。     

13C-NMR研究稀土催化聚戊二烯-1,3的末端链结构

用13C-NMR方法研究了稀土催化聚戊二烯-1,3的末端链结构及聚合温度对聚合物微观结构的影响。结果指出,聚合物的末端活性增长链是以头-尾或尾-头加成生成的anti-和syn-四种 π-烯丙基。聚合温度降低时,顺-1,4含量增加,这可解释为由于 anti-和 syn-异构化的作用。同时解释了反-1,2结构形成的过程。