甲基丙烯酸2-N,N-二甲氨基乙酯与甲基丙烯酸甲酯的氧化共聚合的机理研究

研究了CuCl/五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)催化的甲基丙烯酸2-N,N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)与甲基丙烯酸甲酯(MMA)在氧气存在下的氧化共聚合,通过改变单体配比、催化剂浓度和反应温度对实验条件进行研究.结果显示,在本实验中的单体配比([DMAEMA]∶[MMA]=10∶0～5∶5)、催化剂浓度([CuCl/PMDETA3]=3.1×10-5 mol/L～6×10-3 mol/L)和反应温度(30～80℃)下,聚合均可以顺利发生,而且聚合过程中单体转化率和所得聚合物的分子量都随着反应进行而增加,且分子量呈现宽分布.1H-NMR结果显示所得聚合物中含有DMAEMA和MMA的单体单元.DSC结果显示所得聚合物是一个部分相容体系.利用此方法所得的PDMAEMA进行MMA的原子转移自由基聚合(ATRP)扩链过程则证实,所得聚合物具有C—Cl末端官能团.由此可以认为,在以上过程中,O2先将CuCl氧化成[Cu(Ⅱ)Cl]+,[Cu(Ⅱ)Cl]+再将二甲胺基氧化成N—CH2.自由基,N—CH2.自由基与[Cu(Ⅱ)Cl]+构成反向ATRP体系,从而得到以C—Cl为末端的聚合物.     

过渡金属催化烯烃异构化反应的研究II.Cp2TiCl2/i-C3H7MgBr体系用于1,5-已二烯的催化异构化研究

本文报道了Cp_2TiCl_2/i-C_3H_7MgBr体系用于1,5-己二烯催化异构化的主要研究结果:(1)从1,5-己二烯可以同时生成环化产物(甲叉环戊烷和甲基环戊烯)和直链产物(1,4-己二烯,2,4-己二烯和1,3-己二烯)。甲叉环戊烧和1,4-己二烯是中间产物,甲基环戊烯和2,4-己二烯是异构化终点产物。(2)研究了反应温度、溶剂、催化剂用量和Ti/Mg比例等反应条件对反应的影响。选择适当的条件可以使甲基环戊烯的产率高达90%。     

铑催化剂的制备及其催化取代苯乙炔不对称聚合研究

以1,5-环辛二烯(cod)和2,5-降冰片二烯(nbd)为配体,合成了[Rh(cod)Cl]_2和[Rh(nbd)Cl]_2两种铑催化剂,利用红外吸收光谱、核磁共振对其进行测试表征,准确确定其结构,且[Rh(nbd)Cl]_2的收率高达79.4%。再用四种手性氨作为助催化剂和[Rh(cod)Cl]_2或[Rh(nbd)Cl]_2形成催化体系催化含十二烷基的取代苯乙炔单体(1)聚合,聚合物重均分子量最高达49.39万,按照螺旋选择聚合机理诱起了聚合物主链上的螺旋结构;此外,首次在无助催化剂的作用下,用[Rh(nbd)Cl]_2催化含有L-丙氨醚、L-缬氨醚、L-苯丙氨醚取代基的苯乙炔单体(2、3、4)进行不对称聚合,三种聚合物产率高且分子量大,通过自配位螺旋选择聚合诱起三大分子主链上的螺旋结构,所得聚合物Poly(2)、Poly(3)、Poly(4)的主链顺式构型所占百分比分别为70%、77%、77%,因此取得了比较理想的催化效果。     

界面缩聚法制备间苯二甲酰双酚酸酯聚芳酯

以四丁基氯化铵为相转移催化剂,双酚酸甲酯或双酚酸乙酯与间苯二甲酰氯界面缩聚,合成得到了侧链含酯基的聚芳酯.在吡啶、三乙胺、碳酸氢钠、氢氧化钠中选择合适的催化剂,既可以发生聚合反应又不会使双酚酸酯的酯基发生水解.聚合反应在7种溶剂中进行,通过探讨聚合反应机理以解释溶剂对聚合反应产率以及聚合物特性黏数的影响.以二氯甲烷为溶剂,在优化的聚合条件下较高产率地得到了高特性黏数的聚合物.DSC及TGA分析表明,间苯二甲酰双酚酸酯类聚芳酯具有比间苯二甲酰双酚酸好的热稳定性,热分解温度可从200℃提高到300℃.     

带树枝状侧链聚苯乙炔的合成与结构表征

合成了带树枝状聚苯甲醚修饰基团的苯乙炔单体,在Rh[(nbd)Cl2]2催化剂的作用下得到了侧链带聚苯甲醚树枝的新型聚苯乙炔衍生物,用红外吸收光谱、核磁共振谱、紫外可见吸收光谱和凝胶渗透色谱表征了聚合物的结构.发现聚合物的重均分子量达到了57300,在氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃等有机溶剂中有良好的溶解性能.由于侧链上聚苯甲醚树枝体积庞大,聚合物主链采取立构规整的顺-顺式构象,紫外可见吸收光谱在440nm附近出现了显著的共轭主链的吸收肩峰;立构规整的顺-顺式构象使树枝状侧链形成了对主链保护的"夹套效应",聚合物热分解温度从聚苯乙炔母体的225℃提高到295℃.     

丙烯聚合用TiCl_4/MgCl_2催化剂的研究——聚合温度和烷基铝的影响

研究了不同助催化剂和不同聚合温度对催化剂TiCl4/MgCl2/9,9-双(甲氧基甲基)芴(BMMF)丙烯聚合性能的影响.研究结果发现该催化剂在高温(100℃)聚合时,采用还原能力和络合能力较弱的烷基铝(Hex3Al)为助催化剂可以得到高的立构选择性(97%)和高活性.100℃聚合时不同的助催化剂对催化剂得到的聚丙烯结构有重要影响.助催化剂为Me3Al聚合得到的中等等规聚丙烯含量比其他烷基铝高.助催化剂为Et3Al聚合得到聚丙烯链结构中含有少量乙烯共聚单元;而助催化剂为Me3Al,iBu3Al和Hex3Al聚合得到聚丙烯链结构中没有发现共聚单元.     

聚{N-[2-(4′-硫代乙酸苄酯基)丙酰基]-对氨基苯乙炔}的合成和热稳定性及有序纳米结构的形成

采用两性离子型的催化剂Rh+[η-C6H5(nbd)B-(C6H5)3]实现了含手征性中心和硫代乙酸酯基的苯乙炔单体的聚合,用红外光谱、核磁共振氢谱和紫外-可见吸收光谱表征了聚合物的结构,证实得到了预期产物.聚合物的重均分子量达到了73200,在氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷等有机溶剂中有良好的溶解性能.聚合物热稳定性高,在氮气氛围下热分解温度为336℃,在900℃的高温下有31%的重量残留.用扫描电子显微镜观察发现,在浓度为5.0mg/mL的聚合物氯仿溶液形成的薄膜中有微米长度的棒状有序结构;由浓度为0.5mg/mL的聚合物氯仿稀溶液形成的薄膜表面有晶体析出.用透射电子显微镜观察聚合物在氯仿溶液中缓慢形成的微结构,发现当浓度高于1.0mg/mL时,聚合物在碳膜上形成铺展的薄膜,薄膜由纳米尺寸的丝带状结构取向排列而成;当浓度低于0.5mg/mL时,聚合物形成具有规则几何形态的微晶体.在聚合物热稳定性的显著提高和有序微结构的形成过程中,聚苯乙炔侧链中的手征性中心发挥了关键的作用.     

以膦酰杂菲为侧基的1-戊炔聚合反应及其结构与热力学性质

以2-(6-氧化-6-氢-二苯基(c,e)<1,2>氧杂膦酰基)-1,4-二羟基苯(ODOPB)结构单元为中心,在两侧通过酯化反应分别引入4-(4-戊炔氧基)苯甲酰基和4-丁氧基苯甲酰基,得到了1-戊炔衍生物单体M-34,同时合成了不含9,10-二氢-9-氧杂-10-膦杂菲-10-氧化物(简称膦酰杂菲,DOPO)基元的M-34模型化合物M-0.分别以[Rh(nbd)Cl]2和Rh(nbd)B(C6H5)4为催化剂,研究了催化剂浓度和聚合时间对M-34和M-0聚合反应收率的影响.结果表明,由于DOPO存在较大π共轭结构和较强极性效应,降低了催化剂的活性,使得聚合产物P-34分子量较低,但改善了P-34的溶解性,并诱导P-34主链基本采取全反式构型,从而有利于增强侧基之间的相互作用,使这种含有DOPO的聚1-戊炔衍生物呈现良好的热稳定性,且优于其不含DOPO模型聚合物P-0的热稳定性.但同时DOPO的引入也增加侧基的体积,为链段运动提供了较大的自由体积,使得P-34的Tg低于不含DOPO模型聚合物P-0的Tg.     

极少量1,4-戊二烯对典型Ziegler-Natta催化剂催化的丙烯聚合反应及聚丙烯性质的影响

以9,9-二(甲氧基甲基)芴(BMMF)为内给电子体的MgCl2/TiCl4催化剂与三乙基铝(TEA)组成典型Ziegler-Natta催化剂体系,催化丙烯本体聚合,考察极少量1,4-戊二烯作为共聚单体对聚合反应行为的影响.结果发现,在[1,4-戊二烯]/[丙烯]共单体摩尔比非常低(0.1%)的范围内,随着1,4-戊二烯浓度增大,催化剂活性迅速降低,[1,4-戊二烯]/[丙烯]比为0.08%时仅为约初始的1/4.但由特性黏数得到的聚合物分子量对1,4-戊二烯浓度呈现不规则变化,1,4-戊二烯并未使聚合物分子量单调降低,而在极低浓度时反而使其有所提高.凝胶渗透色谱(GPC)表征结果不但进一步确认了聚合物分子量的变化规律,还表明1,4-戊二烯并未使聚合物链发生支化.动态剪切流变测试结果显示极少量的1,4-戊二烯使聚合物的剪切黏度上升,模量提高,松弛时间延长;聚合物的拉伸黏度在拉伸流变测试中呈现相同的规律.通过1,4-戊二烯/氢气在聚合反应中协同作用的探讨,提出了对MgCl2/TiCl4/BMMF-TEA催化的丙烯/1,4-戊二烯反常共聚合行为的解释.     

7-氧杂降冰片烯的官能化及其开环易位聚合

设计合成了含氧化乙烯重复单元和咪唑盐侧基的降冰片烯类单体,用Grubbs催化剂(PCy3)2Ru(CHPh)Cl2(1)和(SIMes)(PCy3)Ru(CHPh)Cl2(2)对单体进行了开环易位聚合(ROMP).考察了单体在不同条件下(溶剂、温度等)的聚合反应,尤其是在离子液体中ROMP的聚合特征.结果表明,2的催化活性比1的高;2催化单体在有机溶剂中聚合所得聚合物的分子量不可控,而在离子液体[BMIm]PF6中能够顺利进行均相聚合反应,且对聚合物的分子量可控性较好.用核磁共振谱(NMR)对合成的单体及聚合物的结构进行了表征.用差示扫描量热法(DSC)测定聚合物的玻璃化转变温度为-17.34℃,采用循环伏安法测得聚合物的电化学稳定窗口为3.0V.     

单茂钪催化非共轭双烯环化聚合及与乙烯共聚合的研究

以(C5Me4SiMe3)Sc(CH2C6H4NMe2-o)2和[Ph3C][B(C6F5)4]组成的单茂钪催化体系催化非共轭双烯均聚合及与乙烯共聚合,考察了聚合条件及非共轭双烯结构对聚合活性、产物分子量和微结构的影响.单茂钪催化体系中,单体浓度、聚合温度、聚合溶剂以及烷基铝试剂对1,5-己二烯的聚合活性和选择性以及聚合产物的分子量和分子量分布均有较大影响.室温甲苯溶剂中,单茂钪可以催化1,5-己二烯,1,6-庚二烯,1,7-辛二烯,1,9-癸二烯四种非共轭双烯聚合获得相应的聚合物;除1,9-癸二烯聚合获得不溶的交联聚合物外,其它非共轭双烯聚合均获得可溶的环烯烃聚合物.1,5-己二烯聚合形成亚甲基-1,3-环戊基(MCPN)五元环和四元环开环形成的3-乙烯基四亚甲基(VTM)结构单元.1,6-庚二烯聚合完全环化形成亚甲基-1,3-环己基(MCHX)六元环和乙烯基-1,2-环戊基(ECPN)五元环结构单元,1,7-辛二烯聚合形成亚甲基-1,3-环庚基(MCHP)七元环结构单元和未环化的悬挂己烯(HEB)结构单元.室温1.01×105Pa乙烯压力下,单茂钪催化体系还可以快速催化非共轭双烯1,5-己二烯,1,6-庚二烯,1,7-辛二烯,1,9-癸二烯与乙烯共聚合,获得含有环状结构单元、悬挂双键结构单元和聚乙烯嵌段的无规共聚物.在单茂钪催化非共轭双烯均聚合及与乙烯共聚合中,非共轭双烯的链长直接影响了其聚合活性和选择性.     

用稀土催化剂合成特高顺式聚丁二烯

本文较详细地考察了丁二烯在Nd(naph)_3-Al(i-C_4H_9)_2H-Al(i-C_4H_9)_2Cl催化体系中聚合时,催化剂用量及组份配比,聚合温度对聚合物微观结构及分子量的影响。首次采用稀土催化体系合成出了[η]_甲苯~30℃为3.0-3.5(分升/克),顺-1,4链节含量达99％的聚丁二烯。提出了聚合物的活性链端为π-烯丙基氯化物结构,聚合物的微观结构取决于活性链端的链增长和异构化的相对速度的假设。     

利用β-环糊精提高聚碳酸1,2-丙二酯的热稳定性

将聚碳酸1,2-丙二酯与β-环糊精在60℃下固相共混,得到了两者的内含复合物.线性的聚碳酸1,2-丙二酯穿入β-环糊精分子空腔形成准聚轮烷结构,导致聚合物分子链的刚性增大,主链上受热易发生断裂的碳酸酯键由于受到环糊精空腔的保护变得稳定,聚碳酸1,2-丙二酯的热稳定性得到提高.实验结果表明,所得内含复合物的玻璃化转变温度(T_g)提高了5℃,在N_2氛围下10%热失重温度(T_(d-10%))增加了33℃.     

单体结构对全息聚合物分散液晶光栅稳定性的影响

使用3种不同化学结构的单体材料制备了全息聚合物分散液晶光栅,并从光栅形貌、衍射能力、驱动特性、聚合物热稳定性4个方面评价了光栅的热稳定性.研究发现,含有刚性结构单体材料体系的光栅形貌、衍射能力等方面在200℃的温度下没有明显变化.表明光栅的热稳定性与单体材料的化学结构密切相关,单体材料中含有刚性结构有助于光栅热稳定性的提高.利用热重分析(TGA)对光栅中聚合物材料热分解温度进行了测定,并结合Freeman-Carroll微商法计算出了上述聚合物的分解活化能和分解反应级数.结果发现,含有刚性结构的聚合物材料的热分解温度、分解活化能和分解反应级数都高于柔性链结构材料,进一步验证了材料体系中刚性结构的添加有助于提高光栅的热稳定性.     

较高等规度丙烯腈成纤聚合物的合成

以无水氯化镁为添加剂,考察了不同条件下的丙烯腈聚合反应,研究了溶剂种类、聚合温度和氯化镁与丙烯腈的摩尔配比对聚合反应及聚合物等规度的影响,并确定了最佳反应条件,正己烷为溶剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,聚合温度为60℃,氯化镁与丙烯腈的摩尔比为2∶1.在此条件下,研究了单体浓度和引发剂浓度对丙烯腈(AN)均聚合、丙烯腈/衣康酸(AN/IA)二元共聚合和丙烯腈/衣康酸/丙烯酸甲酯(AN/IA/MA)三元共聚合反应的影响,并获得了较高等规度(三单元组全同分数30.2%～55.9%)的丙烯腈均聚物和共聚物.不同等规度的丙烯腈聚合物的热分析(DSC及TGA)表明,随着聚合物等规度的提高,聚合物的环化放热峰值温度向高温区移动,而且随着聚合物等规度的提高,环化放热峰变宽.随着聚合物等规度的提高,聚合物的热稳定性变差,热失重增加,碳收率降低.     

配体骨架烷基取代基对α-二亚胺镍催化乙烯聚合的影响

合成了4种α-二亚胺镍催化剂Ar—NC(R1)C(R2)N—ArNiBr2[Ar=2,6-dimethylphenyl,R1=CnH2n+1,R2=CmH2m+1;其中Cat1:m=1,n=1;Cat2:m=2,n=1;Cat3:m=3,n=1;Cat4:m=2,n=2],考察了聚合温度、催化剂浓度和催化剂配体骨架碳原子上烷基取代基对乙烯聚合反应活性、聚合物链结构和结晶性能的影响.实验发现,当配体骨架上烷基取代基R1和R2不同时,催化剂具有较高的活性,且聚合物分子量也较高;其中,Cat2和Cat3在20℃,乙烯常压和5.8mmol/L催化剂用量下,乙烯聚合活性达1.86×103kgPE/(molNi.h)和1.92×103kgPE/(molNi.h),聚合物分子量(Mw)达6.82×105和1.019×105.聚乙烯链结构分析表明,甲基支链在聚乙烯支链中占主导地位,支化度主要受反应温度的影响;同时还发现,配体骨架碳原子上烷基取代基不同的二亚胺镍催化合成聚乙烯的长支链比例相对较高,特别是在较高反应温度40℃下,己基及以上长支链比例明显增加.     

水介质中ATRP法制备PDMAEMA及其温敏性

在30℃下以溴化亚铜-溴化铜混合物为催化剂,五甲基二乙烯三胺(PMDETA)为配体,在水介质中利用原子转移自由基聚合法(ATRP)合成聚合度达到300的聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)。核磁共振结果显示,聚合反应符合一级反应动力学描述。利用紫外可见分光光度计(UV-Vis)表征该聚合物的温敏性,结果表明,随着PDMAEMA聚合物链长的增加,其最低临界溶解温度(LCST)可降低至31.4℃。     

含膦酰杂菲侧基聚乙炔的合成与热稳定性

以2-(6-氧化-6-氢-二苯基(c,e)<1,2>氧杂磷酰基)-1,4-二羟基苯(ODOPB)结构单元为中心,在两侧通过酯化反应分别引入4-乙炔基苯甲酰基和4-烷氧基苯甲酰基,并作为乙炔单体,在[Rh(nbd)Cl]2催化下,30℃聚合得到了含磷酰杂菲(DOPO)基团的聚乙炔.1H-NMR和GPC分析表明,由于DOPO存在较大π共轭结构和较强极性效应,在诱导聚乙炔主链采取高反式构型的同时,增加了分子链内相邻侧基之间的相互作用,使整个分子链趋向二维共平面结构,有利于增强分子链之间的相互作用.TGA显示,与不含磷酰杂菲侧基的模型聚乙炔相比,DOPO的引入使聚乙炔呈现良好的热稳定性,起始热分解温度(T5%)接近400℃,说明通过增强分子链内侧基间相互作用有助于提高热稳定性.     

由高效双键易位闭环反应合成环状聚ε-己内酯

研究了合成环状大分子的一种新方法,即借助活性开环聚合反应和高效双键易位闭环反应(RCMR)合成环状聚ε-己内酯.首先,ε-己内酯在环状引发剂2,2-二丁基-2-锡-1,3-二氧环庚烷(DSDOP)的作用下,进行活性开环聚合反应,获得双羟基封端的聚ε-己内酯(PCLOH);然后,在对甲苯磺酸、1,3-二环己基碳二亚胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)的作用下,将PCLOH与3-丁烯酸反应转化为双烯丙基封端的聚ε-己内酯(allylPCL);在Grubbs催化剂(Cl2(Cy3)2Ru CHPh)的作用下,将allylPCL经RCMR环化成环状聚ε-己内酯,并采用SEC,NMR,TGA以及DSC等技术对聚合物的结构和热力学性能进行了表征,SEC和黏度表征结果显示环状聚ε-己内酯具有较小的动态力学体积,TGA和DSC表征结果显示环状聚ε-己内酯的热分解温度较其线型前体高13℃,环化的结果使其熔点和结晶度下降.结果表明allylPCL在较稀(2.5×10-5mol/L)体系中,借助Grubbs催化剂进行的RCMR分子内环化反应效率高,环化产物无需进一步分离提纯.     

二氧化碳-氧化环己烯共聚物的合成和热性能研究

采用三元催化剂(Y(Cl3COO)3-ZnEt2-glycerin)催化二氧化碳与氧化环己烯共聚反应,制备了高分子量二氧化碳与氧化环己烯共聚物(PCHC).8 h内催化剂平均活性达到11.8 kg polymer/mol Zn,PCHC主链上碳酸酯单元含量大于95%,数均分子量达到7.0×104.研究了PCHC的玻璃化转变温度和分子量的关系,当PCHC的数均分子量(Mn)低于8.5×104时,玻璃化转变温度(Tg)随Mn增加而升高;Mn高于8.5×104时,Tg对Mn的依赖性不大.当PCHC的分子量充分高时,其玻璃化转变温度可以达到120℃,PCHC的自由体积特征常数K=1.91×105.研究了聚合物分子量对其热稳定性的影响,结果表明提高分子量有利于提高PCHC的热分解温度.通过实施聚合反应和后处理,三元催化剂转化为相应的金属氧化物(主要为氧化锌)残留在聚合物中,采用Kissinger方法得到纯PCHC(除去金属氧化物)的热分解表观活化能约为199.9 kJ/mol,含金属氧化物(Zn含量4400×10-6)PCHC的热分解表观活化能下降为143.9 kJ/mol.因此氧化锌能够促进PCHC的热降解,减少PCHC中氧化锌的含量有利于改善PCHC的耐热性能.