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近十年来,许多含有过渡金属基团的聚合物得到了大家愈来愈广泛的关注,因为它们往往具有不同于常规有机聚合物的光电性能和催化性能。同时,这类聚合物也成为了新型化学材料的一个重要来源。对含有过渡金属基团的聚合物的研究主要集中在主链上,相对而言,对侧链上含有过渡金属基团的聚合物的研究并不多。与此同时,对主链或者侧链中含有金属一金属键的聚合物的研究也很少。我们认为:侧链上过渡金属基团的相互作用可能会改变聚合物的性质;并且,侧链中具有包含金属一金属键的过渡金属基团可能会增强这种相互作用。从而得到一些新颖的金属有机共聚物。
可控/活性自由基聚合体系是合成多官能团化的、具有丰富结构的高分子的一种非常重要的聚合物合成手段。当前得到广泛应用的可控/活性自由基聚合方法有原子转移自由基聚合(ATRP)、氮氧调控自由基聚合(NMP)和可逆加成一断裂链转移自由基聚合(RAFT)等。同时,我们注意到,研究金属有机化合物在活性自由基聚合中的作用是当前研究的一个热点。比较有代表性的研究都集中在ATRP的研究领域。而在其他的活性自由基聚合领域中,金属化合物参与的反应并不多见。我们认为:研究金属有机化合物在这些活性自由基聚合反应中的作用可以有效地发现一些新颖的催化剂或者链转移试剂,同时可以拓展金属有机化合物在聚合物合成中的研究领域。
本文将集中研究金属有机共聚物的合成与性质表征以及金属有机化合物参与的活性/可控自由基聚合反应的方法学。
首先,我们研究了四烃基二锡氧烷作为引发剂,引发苯乙烯本体的A17RP聚合反应,得到了很多有趣的结果。引发剂(四烃基二锡氧烷)在苯乙烯中的浓度是一个很关键的因素。我们成功地使用了化合物A(1,3-二氯-1,1,3,3’-四正丁基二锡氧烷)在苯乙烯本体的稀溶液和中等浓度溶液中引发了苯乙烯的ATRP反应,得到了预期的产物,这是首次使用含有Sn—X键的化合物担当ATRP反应的引发剂。我们对化合物A在其稀溶液和中等浓度溶液中所得到的聚合物进行了扩链反应的测试,结果表明:以上两种溶液中得到的聚合物可以担当活性自由基聚合的大分子引发剂。我们根据聚合的结果推测了聚合反应的假设机理。它与经典的ATRP反应相似,但是它通过3种不同的聚合途径进行,得到3种不同的聚合结果。在稀溶液和中等浓度溶液中,化合物A可以很有效地引发苯乙烯的ATRP反应,但是在其浓溶液中却不能办到。根据假设的聚合途径,我们对稀溶液中聚合的结果进行了必要的校正。校正的结果显示:聚合物的GPC数据与其理论值十分吻合。这也证实了我们推断的聚合途径是可行的。为了进一步验证推测的机理,我们使用SEM,TEM,AFM观察了聚合物的微观结构,得到了与假设的机理相吻合的结果。在电镜下,我们也偶然发现了一些具有纳米管和纳米球结构的聚合物微观形态。我们考虑:这是由于聚合物中存在着少量的铜盐造成的。因此,我们主动在聚合物中加入了过量的铜盐,同样得到了纳米管状的微观结构。其次,我们设计合成了一个新颖的Mn—Re双核金属类RAFT聚合链转移试剂,并且将其应用到了苯乙烯的本体热引发聚合当中,得到了比较好的结果。聚合物的数均分子量随着转化率呈线性的增长,同时聚合物的多分散系数也较窄(PDI<1.5)。这个新的链转移试剂的发现,不仅为RAFT聚合反应提供了一种新的选择,而且也拓展了此类含有S<,7>CPR<,3>配体的Mn—Re双核金属有机化合物的研究领域。基于RAFT聚合的机理,我们推测了该反应的机理。虽然聚合物的多分散系数仍然不是很理想(PDI>1.2),但是我们相信,通过改变离去基团和修饰双核金属中心,可以有效地增强该化合物的链转移常数,从而得到更好的结果。
第三,我们设计合成了4种新颖的RAFT聚合的链转移试剂(CTA),以期将其应用到MMA在疏水性离子液体[Bmim]PF<,6>中的自由基聚合反应。根据测试的结果,我们推测:聚合的过程不是标准的RAFT 过程。虽然没有得到标准的RAFT 活性聚合的特征,但是这些研究工作为我们进一步研究MMA在离子液体中的聚合反应提供了帮助。
最后,我们设计合成了三种侧链上含有Mn—Re双核金属-金属键的金属有机共聚物,表征了它们的结构,测试了这些金属有机共聚物的性能。由测试的结果可以看出:这三种金属有机共聚物的玻璃化转变温度与常规的聚苯乙烯有着明显的不同,呈现或高或低的变化。虽然我们还没有得到其变化的规律,但是其性能已经发生了改变。三种聚合物的紫外-可见光谱数据显示:它们的紫外吸收与常规聚苯乙烯的紫外吸收也有着明显的不同,这也显示出金属单体的引入,成功地改变了共聚物的性能。通过这种方法,我们可以合成一类新颖的金属有机共聚物。