三羟甲基苯酚与环己酮共聚行为研究

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羟醛缩合反应是增长碳链的重要反应之一,通过反应可将两个简单的分子变成一个较复杂的分子。环己酮和三羟甲基苯酚在碱性条件下可以发生羟醛缩合反应,形成一种结构可控的聚合物。本文通过核磁共振(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)以及产率来分析不同条件下该聚合物的结构及分子量;核磁共振主要表征聚合物中酚环之间亚甲基键数量、环己酮与酚环之间亚甲基键数量、酚环上未反应的羟甲基数量、酚环数量及环己酮数量之间的比例关系和聚合物的分子量。通过研究反应条件对产物结构及分子量的影响,为控制产物结构及分子量提供重要理论依据。本研究中羟醛缩合反应主要是以氢氧化钡为催化剂在水介质中进行的催化缩聚反应,在反应结束时通过加入硫酸生成硫酸钡沉淀将催化剂去除。  本文研究三羟甲基苯酚与环己酮被亚甲基键(通过缩合反应脱水生成)连接在一起的过程。研究了对产物结构及分子量有影响的反应条件(温度、时间和反应物料比);研究表明,在间歇操作下缩合而成的产物,其环己酮的引入量只有14.8%;分析表明,由于三羟甲基苯酚在间歇反应过程中浓度较高,导致其发生自聚反应生成酚醛聚合物。为使三羟甲基苯酚与环己酮反应更充分,采用半连续法将三羟甲基苯酚加入到反应体系中。通过对比间歇法和半连续法,发现半连续法合成出的聚合物中环己酮的引入量达到了23.1%,环己酮与三羟甲基苯酚在聚合物结构中分布较均匀,且产物支化度较低。本研究对控制聚合物的结构有重要的意义,主要研究内容包括以下两部分:  (1)在低温条件下甲醛与苯酚通过加成反应生成三羟甲基苯酚,产率达到70.1%,纯度达到99%。通过间歇法在不同反应条件下合成出三羟甲基苯酚-环己酮共聚物,采用核磁共振表征产物中各个基团中氢的比例及连接在酚环与环己酮之间亚甲基的存在,采用凝胶渗透色谱仪测定聚合物分子量并且分析其组成。通过分析产率、分子量及组成的变化,对反应过程有了清晰的研究,并且得到较优反应条件为反应温度80℃,三羟甲基苯酚与环己酮摩尔比1:1。  (2)通过半连续法研究环己酮与三羟甲基苯酚之间的缩聚反应过程,对比了其与间歇法在相同反应条件下的产物结构。通过核磁氢谱图分析表明,在半连续法下合成出的产物支化度较低,环己酮与三羟甲基苯酚的分布较均匀。在半连续操作下不同反应条件对产物中环己酮引入量、羟甲基含量、酚环之间亚甲基含量、酚环与环己酮之间亚甲基含量、分子量和支化度的影响;研究结果表明,随着反应温度升高,环己酮的引入量、酚环与环己酮之间的亚甲基含量和分子量均增加,羟甲基含量和酚环之间的亚甲基含量均减少,支化度增加直到平衡;随着反应物料中环己酮比例增加,环己酮的引入量和酚环与环己酮之间的亚甲基含量增加,羟甲基的含量、酚环之间的亚甲基含量和分子量均减小,支化度降低;随着反应时间的加长,环己酮的引入量、酚环与环己酮之间的亚甲基含量和分子量均增加,羟甲基的含量和酚环之间的亚甲基含量均减少,支化度先增加后降低。
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