萘酯氮氧自由基调控下MMA活性光聚合动力学研究

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目前,氮氧自由基调控聚合(NMP)作为可控/“活性”自由基聚合方法经典方法,简单易操作,应用广泛,但在动力学上,反应速率慢,聚合速率低,需要高温反应条件。并且大多数稳定氮氧自由基只对苯乙烯及其衍生物具有调控能力,尽管目前已开发了一系列具有开链结构的新型高活性的氮氧自由基,但是其原料价格昂贵,合成过程复杂,产物难以分离这些因素都限制了这类氮氧自由基更广泛的应用。此外在聚合过程中高温导致的链增长自由基和氮氧自由基之间的歧化终止以及氢转移等副反应也极大影响反应的可控程度。而光聚合具有引发速度快,聚合速度快,操作简单,反应温度低等特因此,利用光聚合的优点来弥补NMP的缺点,将氮氧自由基调控体系应用到光聚合体系中,集中在如何解决使NMP能在更低的温度(如40~50℃,甚至在室温)、更短的时间(几小时,甚至几分钟)、具有更高的单体转化率(如99.9%);并扩大单体的适用范围,特别是在丙烯酸甲酯和羧酸乙烯酯单体上具有重大的研究意义。本文首先以分子内光敏化原理为理论基础,用光敏剂1-萘甲酸及氮氧自由基为原料实验室合成了一种新型稠环类光敏化位阻胺衍生物,即1-萘甲酸-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯-1-氧自由基(S-TEMPO),经过综合表征确定所合成产物结构的正确性后,在体系中以Irgacure184为引发剂,与S-TEMPO调控剂组成双分子引发/调控体系,研究了在不同条件下甲基丙烯酸甲酯(MMA)的可控/活性本体光聚合,得出光聚合的最佳实验条件,然后以S-TEMPO封端的MMA均聚物(PMMA-S-TEMPO)大分子休眠种作为体系的引发/调控剂,在光聚合的最优实验条件下加入第二单体甲基丙烯酸异冰片酯(IBOMA)进行嵌段共聚生成PMMA-b-PIBOMA,并对制备所得的嵌段共聚物进行了综合表征。主要研究工作和结论如下:  1.萘酯氮氧自由基(S-TEMPO)的合成及表征  无水四氢呋喃为反应溶剂,DCC(N,N-二环己基碳二亚胺)为脱水剂,在催化剂DMAP(4-二甲胺基吡啶)催化下,1-萘甲酸和HTEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶醇-1-氧自由基)在冰盐浴下进行酯化反应,合成了新型光敏化调控剂1-萘甲酸-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯-1-氧自由基(S-TEMPO)。通过FTIR、1H NMR、EA、ESR、UV-Vis和FS进行综合表征,确定了产物S-TEMPO结构及光谱性能。  2.光聚合最优实验条件的确立  主要讨论了四个因素对光聚合反应的影响,①辐照光强;②引发剂种类;③引发剂浓度;④引发剂与调控剂的摩尔比,并最终确立了光聚合体系的优化实验条件,为光聚合反应动力学研究及嵌段共聚物的制备奠定了实验基础。  3.萘酯氮氧自由基调控下的MMA光聚合反应动力学研究  在优化实验条件下,以Irgacure184为引发剂,研究了S-TEMPO调控下的甲基丙烯酸烯酸甲酯(MMA)的可控/活性本体光聚合动力学规律和调控机理。并通过FTIR、GPC表征技术进行表征,结果表明:单体转化率与辐照时间(ln[M]/[M0]~t)呈现一级线性动力学特征;单体转化率(ln[M]/[M0])和聚合物的数均分子量(Mn)呈线性增长关系,且多分散性系数(PDI)在1.20~1.30之间,分子量分布很窄,聚合体系呈现出可控/活性聚合的动力学特征。另外,通过1H NMR、UV-Vis表征手段对聚合产物的结构及光谱性进行了表征。  4.将S-TEMPO封端的MMA均聚物(PMMA-S-TEMPO)大分子休眠种作为体系的引发-调控剂,加入第二单体甲基丙烯酸异冰片酯(IBOMA),在优化实验条件下进行扩链反应,得到了特定结构的PMMA-b-PIBOMA嵌段共聚物。并通过GPC、1HNMR、FTIR等多种表征技术对嵌段聚合物进行了综合表征。
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