戊二酸锌催化环状酸酐与环氧丙烷开环共聚合反应

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随着人口的不断增长,科技的不断进步,地球上资源日益短缺,人们对材料性能的要求也日益提高,这就迫使人们研究高性能的高分子合成材料来满足人们的需求。聚酯作为环境友好高分子材料在生物、医药等领域具有广泛的应用。其中环状酸酐与环氧化合物开环聚合是合成聚酯的一种有效方法,特别是在合成脂肪族聚酯和功能型聚酯方面具有明显的优势。目前利用环状酸酐和环氧化合物开环聚合合成聚酯方面还存在很多问题,例如催化活性不高、聚酯中聚醚的含量比较大以及聚酯材料分子量小等问题。因此,开发设计高效催化剂应用于环状酸酐与环氧化合物的开环聚合成为人们研究的焦点。本文的研究工作包括四个方面,分别考察了戊二酸锌催化邻苯二甲酸酐(PA)、马来酸酐(MA)、琥珀酸酐(SA)以及衣康酸酐(IA)分别与环氧丙烷(PO)开环共聚合反应。第一,利用戊二酸锌催化邻苯二甲酸酐与环氧丙烷开环聚合合成聚酯,并对聚酯的的结构进行表征,所合成聚酯的数均分子量可达到4.7×10~3,分子量分布指数很窄,说明戊二酸锌能够有效催化苯酐与环氧丙烷开环聚合。详细考察了反应条件对PA与PO反应的影响,结果表明,随着反应温度和反应时间的增大聚合产率提高;随着PO单体摩尔比的增大,共聚反应的产率先增大后减小。确定最佳反应条件为:单体摩尔比PA/PO为1,反应温度100℃,催化剂浓度0.01g/ml,反应时间20h。第二,利用戊二酸锌催化马来酸酐与环氧丙烷开环聚合合成聚酯,所得聚酯的数均分子量在4.4×10~3左右,分子量分布指数接近1。在100℃,催化剂浓度0.01g/ml时,反应40h后,聚合物收率可达96.4%。随着聚合反应温度和催化剂浓度提高,所得共聚物的产率越高,单体摩尔比对聚合物的结构有明显的影响,马来酸酐与环氧丙烷等摩尔投料或马来酸酐过量时,所得聚酯结构几乎完全交替。聚合反应的最佳条件为单体等摩尔比,聚合反应温度100℃、催化剂浓度0.01g/ml时,反应时间40h。研究不饱和聚酯的顺反异构化反应,结果表明,室温条件下,聚酯能够由顺式转变为反式,并随反应时间的增大转化率提高。第三,考察了戊二酸锌催化琥珀酸酐与环氧丙烷开环聚合反应。得到的聚酯数均分子量达到4.6×10~3,分子量分布指数很窄,通过研究聚合反应,结果发现随着反应时间和反应温度的增大,聚合反应产率也逐渐提高,所得聚合物最高产率为93.6%;随着聚合单体PO摩尔含量的增大,聚酯中聚醚链节的变化明显。琥珀酸酐与环氧丙烷共聚合反应的最佳条件为:单体摩尔比为1,反应温度100℃,催化剂浓度为0.01g/ml,反应时间为50h。第四,利用戊二酸锌催化衣康酸酐与环氧丙烷开环聚合,表征了聚合物的结构。研究发现,衣康酸酐与环氧丙烷开环聚合反应,交联、异构化现象明显。考察催化剂浓度、单体摩尔比、反应温度、反应时间以及溶剂等条件对聚合反应的影响,发现衣康酸酐与环氧丙烷摩尔比为1,聚合物的凝胶含量最高可达89.4%,聚合反应过程中聚合物的收率随温度和时间的增大而增大。最佳反应条件为:单体摩尔比为1,反应温度为100℃,催化剂浓度0.01mg/ml,反应时间为96h。
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