高分子化学中的活性/可控自由基聚合教学

活性/可控自由基聚合自20世纪90代被报道到现在经历了30余年的发展,其反应机理和相关理论比较成熟,对高分子化学和功能高分子材料产生重大的影响。而目前本科生高分子化学的教学中对该部分的内容没有足够的重视,很多专业受学时的限制并未对该部分的内容进行讲授,制约了学生的知识面和科学研究思维。针对如何将普通自由基聚合转变为可控/活性自由基聚合这一问题,通过问题的提出、寻找解决策略及其发展趋势等,循序渐进教学,启发学生进行知识创新,提高学生对知识的运用能力和解决问题的能力。     

活性/可控自由基无皂乳液聚合

活性自由基聚合与无皂乳液聚合都是近年来研究的热点课题,而活性自由基无皂乳液聚合兼具两种聚合方法的优点,有着重要的理论研究意义和广泛的工业应用前景.目前,实现活性自由基无皂乳液聚合主要通过两种途径:一是先利用活性自由基聚合方法制备含有活性引发基团的水溶性或两亲性聚合物,将这类聚合物溶解或分散在水中,无需加入其他乳化剂的条...     

醋酸乙烯(VAc)的活性/可控自由基聚合

本文综述了醋酸乙烯(VAc)单体的活性/可控自由基聚合研究进展.醋酸乙烯是一种重要的单体,是生产聚醋酸乙烯(PVAc)和聚乙烯醇(PVA)的原料.传统的自由基聚合方法如溶液、乳液、悬浮和分散等都可以用来实现VAc的聚合,得到不同分子量的PVAc和PVA.由于醋酸乙烯增长自由基的高活性,存在向聚合物链的链转移从而导致聚合物的分子量分布比较宽,为了得到分子量分布更窄的聚合物,活性可控聚合方法也被用来实现VAc的聚合.     

水介质中可控/活性自由基聚合的研究进展

综述了均相水溶液体系和分散，悬浮，乳液及微乳液等非均匀相水溶液体系中的可控／活性自由基聚合的研究现状，对一些最常见的可控自由基聚合方法，如氮氧调控聚合，原子转移自由基聚合和可逆加成－继裂链转移聚合方法的聚合情况进行了详细的介绍，展望了水介质中可控／活性自由基聚合的发展方向及前景。     

原子转移自由基聚合及可控自由基聚合

以作者在原子转移自由基聚合领域的研究成果为主导,结合国内外文献,对近年来出现的颇具影响的可控自由基聚合体系与进行了评述与展望。     

聚醋酸乙烯酯的光引发可控合成——介绍一个高分子化学综合实验

本实验开展了醋酸乙烯酯的可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT),分别运用偶氮二异丁腈(AIBN)引发和可见光引发两种方式进行了聚合反应,运用核磁共振和凝胶色谱等多种手段对所得聚合物结构进行了表征与分析。通过比较AIBN引发与光引发所获得聚合物端基结构的异同,加深了学生对RAFT聚合方法原理的理解。同时,运用该方法实现了聚合物两端端基结构的高度功能化,深入体会聚合物合成设计概念。本综合实验教学不仅通过对比法加深了学生对实验原理和专业知识的理解,提升了学生创新研究能力,而且训练了学生的实验操作技能、大型仪器使用能力和结果分析能力,提升了综合素质。     

有机硫化物用于自由基活性/可控聚合

综述了有机硫化物用于自由基活性聚合的研究进展，对其机理和活性特征进行了简要的讨论。有机硫化物用于自由基活性聚合的研究工作可以追溯到上个世纪80年代，N，N－二乙基二硫代氨基甲酸酯用作光引发一转移－终止剂（Iniferter)，其聚合具有一定的活性特征，但分子量分布较宽，以二硫代羰酸酯和三硫代碳酸酯为链转移剂的可逆加成裂解链转移（RAFT）自由基聚合的发现，在活性自由基聚合领域是一个重要突破，用二硫代羰酸和三硫代碳酸酯作转移剂，在60Co γ-射线辐照下实现了St,AA,MA和MMA等单体的活性自由基聚合，是硫化物用于自由基活性聚合的又一新的进展。     

"活性"/可控自由基聚合新进展

概述了当前“活性”／可控自由基聚合(CPR)的三种主要方法，硝基氧调介聚合(NMP)、原子转移自由基聚合(ATRP)、可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)，特别是近年来的进展情况。     

氟烯烃的活性/可控自由基聚合研究进展

含氟聚合物具有优异而独特的性能,主要是通过氟烯烃的聚合反应合成的。自从上世纪90年代以来,活性/可控自由基聚合反应获得极大的进展,发展了多种活性自由基聚合的方法,为聚合物的精确设计、合成提供了强有力的手段。氟烯烃的活性/可控自由基聚合反应研究始于上世纪70年代,碘转移聚合已经成功地应用于含氟热塑性弹性体的商业化生产。文献已经报道的氟烯烃活性/可控自由基聚合反应包括碘转移聚合(ITP)、烷基硼自由基聚合、原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成断裂链转移聚合(RAFT)或黄原酸酯交换法(MADIX)等。通过这些方法可以制备出分子量确定、结构多样化的含氟聚合物,如嵌段、接枝和遥爪聚合物等,使含氟聚合物的应用范围得到进一步拓展。本文结合本课题组的研究工作,对氟烯烃活性/可控自由基聚合反应的研究进展进行了简要综述。     

可控/“活性”自由基聚合制备聚乙烯及聚卤代烯烃

可控/“活性”自由基聚合(CLRP)可以用于制备分子量分布窄、分子链缺陷少的聚合物,如聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氯乙烯(PVDC)和聚偏氟乙烯(PVDF),且易控制上述单体与其他单体共聚得到嵌段聚合物。本文调研了近年来可控/“活性”自由基聚合(如碘转移聚合(ITP)、氮氧稳定自由基聚合(NMP)、可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合和金属催化的活性自由基聚合(OMRP)等)制备聚乙烯和聚卤代烯烃等方面的工作,并指出了未来的发展方向。     

衰减链转移(DT)聚合醋酸乙烯酯的动力学

在醋酸乙烯酯的普通自由基聚合体系中加入少量碘（质量分数为0.57%～0.86%）,用偶氮二异丁腈作引发剂合成聚醋酸乙烯酯,对其聚合反应的动力学及反应机理进行了研究。 考察了碘质量分数对聚合反应速率、聚合物分子量及分子量分布的影响,发现随着碘浓度的增加,聚合物分子量及分子量分布得到更好的控制;对聚合过程进行了核磁跟踪,考察了聚合过程中几种化合物的变化情况,特别是初级自由基与碘生成的加合物A-I（A来自引发剂分裂后产生的自由基）及单体加合物A-Mn-I（M代表单体单元）的变化情况;对聚合物结构作了详细的1H NMR分析,结果表明,聚合过程中分子量随时间延长而逐渐增大,分子量分布随单体转化率增加而变窄,聚合终期,单体转化率达到80%左右时,所得聚合物分子量分布窄（Mw/Mn≤1.41）,且含有碘端基。该方法的自由基聚合具有活性/可控的性质。     

Kinetics of Controlled/Living Radical Polymerization in Emulsified Systems

Summary : For the controlled/living radical polymerization (CLRP) in which the active period during the chain formation is extremely small, ϕ_A < 1, such as the cases of usual SFRP and ATRP, the polymerization rate can be made larger by increasing the average number of monomeric units added during a single active period, . The -value is inversely proportional to the trapping agent concentration [X], and the polymerization rate is controlled by [X]. For small particles, even with a single trapping agent, [X] in the particle could be larger than that in corresponding bulk polymerization, and the polymerization rate decreases with D, where D_p is the particle diameter. On the other hand, for CLRPs whose ϕ_A-value is not very much smaller than unity, say ϕ_A>0.01, such as some of RAFT polymerization systems, the polymerization rate can be made larger by increasing the kinetic chain length for a given initiation frequency. For such reaction systems, the polymerization rate can be enhanced significantly by employing the emulsified polymerization systems.     

乳液体系中“活性”/控制自由基聚合研究进展

"活性"/控制自由基聚合(CRP)可用于合成具有精确结构和窄分子量分布的聚合物.乳液聚合具有环保、经济、易控的优点,但乳液体系为多相体系,控制试剂的相间分配和迁移较均相系统复杂,这使乳液"活性"/控制自由基聚合面临一些挑战,诸如控制聚合特征差、乳液稳定性下降等.本文介绍了近年来乳液体系中的原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)的研究进展,包括体系的特性、面临的挑战、解决的方法,以及工程与商业运用的前景和需要解决的问题.     

Cobalt‐Mediated Radical Polymerization of Vinyl Acetate and Acrylonitrile in Supercritical Carbon Dioxide

Cobalt‐mediated radical polymerization (CMRP) of vinyl acetate (VAc) is successfully achieved in supercritical carbon dioxide (scCO₂). CMRP of VAc is conducted using an alkyl‐cobalt(III) adduct that is soluble in scCO₂. Kinetics studies coupled to visual observations of the polymerization medium highlight that the melt viscosity and PVAc molar mass (M_n) are key parameters that affect the CMRP in scCO₂. It is noticed that CMRP is controlled for M_n up to 10 000 g mol⁻¹, but loss of control is progressively observed for higher molar masses when PVAc precipitates in the polymerization medium. Low molar mass PVAc macroinitiator, prepared by CMRP in scCO₂, is then successfully used to initiate the acrylonitrile polymerization. PVAc‐b‐PAN block copolymer is collected as a free flowing powder at the end of the process although the dispersity of the copolymer increases with the reaction time. Although optimization is required to decrease the dispersity of the polymer formed, this CMRP process opens new perspectives for macromolecular engineering in scCO₂ without the utilization of fluorinated comonomers or organic solvents.

     

Preparation of Well‐Defined PVOH/C60 Nanohybrids by Cobalt‐Mediated Radical Polymerization of Vinyl Acetate

Summary: Poly(vinyl acetate) chains end‐capped by a Co(acac)₂ complex [PVAc‐Co(acac)₂] were prepared by bulk cobalt‐mediated radical polymerization (CMRP) of vinyl acetate and used for grafting fullerene (C60) with four PVAc arms at low temperature (30 °C). A photoactive water‐soluble poly(vinyl alcohol)/C60 nanohybrid was then prepared by hydrolysis of the PVAc arms of the nanohybrid. Because of photoactivity and very low cytotoxicity, this type of water‐soluble nanohybrid is very promising for the photodynamic cancer therapy.

Strategy for the preparation of PVAc/C60 nanohybrid and hydrolysis of PVAc/C60 nanohybrid into PVOH/C60 nanohybrid.     

Monte Carlo Simulation of Controlled/Living Radical Polymerization in Emulsified Systems

A new MC simulation method is proposed for the controlled/living radical polymerization in a dispersed medium, assuming an ideal miniemulsion system. This tool is used to consider the effects of particle size on the polymerization rates and the molecular weight distributions. For NMP, the polymerization kinetics are basically governed by two conflicting factors, (i) the confined space effect that promotes the coupling reaction between a radical and a trapping agent and (ii) the isolation effect of radicals into different particles that suppresses the overall frequency of bimolecular termination. For RAFT polymerization, a significant rate enhancement by reducing the particle size could be observed only for the systems with fast fragmentation of adduct radicals.

     

First Nitroxide‐Mediated Controlled/Living Free Radical Polymerization in an Ionic Liquid

Summary: The controlled/living radical polymerizations of methyl acrylate in 50% v/v of an ionic liquid initiated by the alkoxyamine generated in situ from 4‐oxo‐2,2,6,6‐tetramethyl‐1‐piperidinyl‐N‐oxyl (4‐oxo‐TEMPO) and 2,2′‐azoisobutyronitrile (AIBN) at 140–155 °C are reported. The number‐average molecular weights increased linearly with conversion, and polydispersity indices are approximately 1.4 in the best case. The rates of polymerization were greater than in anisole, and similar to the rate of spontaneous polymerization in the ionic liquid.

(filled symbols) and (open symbols) vs. conversion for the MA polymerization in the presence of [4‐oxo‐TEMPO]/[AIBN] (2.8:1) in 50% v/v anisole with 0.03 M AIBN (squares) and 50% v/v [hmim][PF₆] with 0.03 M AIBN (circles), and 0.06 M AIBN (triangles).     

丙烯腈可控/"活性"自由基聚合研究进展

可控/"活性"自由基聚合能有效控制聚合物的分子量及其分布,并且能调控其微观拓扑结构。聚丙烯腈及其共聚物具有良好的成纤成膜性能,是一类应用十分广泛的聚合物。本文综述了可控/"活性"自由基聚合法合成聚丙烯腈及其共聚物的研究现状与进展,从氮氧自由基法(NMP)、引发转移终止剂法(iniferter)、原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合等方面对丙烯腈均聚物和共聚物的合成研究作了全面的总结,提出了存在的问题,并且对今后的研究方向作了展望。