离子液体对TERP法聚合的影响及其动力学研究

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为了实现合成单一分散、结构可控的聚合物,人们投入了大量的精力研究可控自由基聚合(CRP)方法,但绝大多数CRP方法目前仍然无法像普通自由基聚合那样实现大规模的工业生产。目前,有机碲化合物引导的自由基聚合(TERP)法因其适用的单体更多,反应速率更快,反应操作条件简单,无需要提纯、过柱等复杂工艺,在日本成功的运用到大规模的工业生产中。但是出于环境方面和操作安全性方面考虑,如何进一步提高TERP法的可控性,降低或者避免助催化剂——二甲基二碲醚的使用仍是目前值得研究的关键点。本文以2-甲基-2-碲甲基丙酸乙酯(EIB-TeMe)为链转移剂在本体或加入1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF6)情况下聚合甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸甲酯(MA)和苯乙烯(St),并运用福田GPC分峰法对具体的可控动力学进行了研究。本文证明了[Bmim]PF6是TERP法的优良溶剂。在本文研究的反应体系中,TERP聚合MMA在不使用二甲基二碲醚的情况下能够在半小时内得到转换率约100%,分子量为10000,PDI小于1.1的PMMA产物。若将MMA单体对链转移剂(EIB-TeMe)的比例提高,能得到分子量达到17万且分散度在1.12的PMMA聚合产物。通过紫外-可见与125Te核磁两种方法的检测分析表明,[Bmim]PF6与EIB-TeMe之间存在着积极的路易斯酸碱类作用。正是此类作用,降低了简并链转移反应的活化能,提高了简并链转移速率常数kex,从而增强了TERP的可控性。通过对动力学方程的理论分析证明了TERP方法的活性和可控性在[Bmim]PF6溶液聚合中都有提高。而且这类提高并不限于[Bmim]PF6离子液体,TERP法与离子液体是完全兼容的。同时,离子液体对于其它CRP方法的活性同样是有利的,但是对于它们的可控性则不一定有利。在离子液体对于CRP的活化-失活反应速率常数(kact、kdact)没有影响的情况下,离子液体的使用是不利于CRP聚合得到分子量分布窄的聚合产物。
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