不饱和聚醚的可控构筑、后功能化及其应用

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:taorong19880903
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聚丁二烯的主链结构中含有不饱和双键,具有较优异的低温性能,可通过调控链段结构中双键的加成形式对其性能进行调控,也可利用双键引入特定的官能团以达到赋予其特定功能的目的。然而,聚丁二烯结构中缺乏极性功能基团,这一突出不足使其应用范围受到限制。聚醚主链含有丰富极性醚键,端部为活性羟基具有较好的链段柔顺性和低温性能。然而,聚醚链段主链惰性,缺乏用于后功能化进而赋予特殊功能的化学活性基团。针对以上两种聚合物性能方面的不足及各自优势,本论文通过一系列高效、可控聚合技术的运用构筑系列不饱和聚醚,以实现聚丁二烯与聚醚性能优势的相互结合。(1)分别利用钌配合物及碱催化缩聚反应构筑双键位于主链重复单元内的不饱和聚醚—聚丁烯二醇(PBD)。红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱(NMR)、凝胶渗透色谱仪(GPC)及飞行时间质谱(MALDI-TOF)证实两种催化策略均可成功获得目标产物。在钌配合物催化缩聚反应体系中可通过控制反应温度有效调控PBD结构中顺式-2-丁烯醚和2-乙烯基乙醚结构单元的比例,当缩聚温度由45℃升至65℃,产物结构中2-乙烯基乙醚单元由4.76%提高至12.61%。在碱催化缩聚体系中通过选择不同异构单体可实现PBD结构中顺式-2-丁烯醚和反式-2-丁烯醚异构单元含量的调控,得到聚合物结构中顺式-2-丁烯醚含量分别为0%,50%和100%的PBD产物。为揭示此类聚合物结构中极性醚键的键入、双键的键入及异构形式对聚合物热性能的影响,系统对比了 PBD、端羟基聚丁二醇(HTPB)和聚四氢呋喃(PTHF)的热性能,DSC研究结果表明:2-乙烯基乙醚单元含量的升高导致主链中非共轭双键数量减少,PBD的璃化转变温度(Tg)上升,但同时造成PBD链段规整性降低,结晶性降低;反式-2-丁烯醚单元的存在使得PBD的Tg明显上升;相对于HTPB,极性醚键的键入显著提高了 PBD分子极性水平,导致分子间相互作用力增大,Tg随之上升,但分子间作用力的增大并未导致其出现明显的结晶行为;相对于PTHF,双键的引入使PBD结晶性显著降低。另外,TGA结果表明,钌配合物催化所得PBD结构中叔碳的存在使其热分解温度较碱催化缩聚PBD低。而PBD结构中高键能双键的存在导致其热分解温度较PTHF更高。相对于HTPB较好的热稳定性,PBD氧杂原子的引入导致其热稳定性下降。探讨了 PBD作为热固性树脂基体的潜在可能,全反射红外(ATR-FTIR)证明聚合物可热固化为弹性体。(2)利用阴离子开环聚合(AROP)构筑了双键位于侧基的梳型不饱和聚醚,之后利用可见光催化的巯基-烯点击反应将双键修饰为柔性烷基,实现其后功能化,考察了其对PVC的增塑及抗静电作用。首先,以烯丙基缩水甘油醚为单体,利用AROP制备聚烯丙基缩水甘油醚(PAGE)中间产物;之后,以PAGE为前驱体,借助巯基-烯点击反应将柔性烷基引入其侧链,获得烷基功能化聚烯丙基缩水甘油醚(PAGEbutane)目标产物。FTIR、NMR及GPC证实所得聚合物结构与设计一致,且PAGE的分子量可通过改变单体与引发剂的投料比灵活调控。热性能研究结果显示柔性烷基的键入导致PAGE的Tg进一步降低。PAGEbutane的Tg为-74.97℃,且具有较好的热稳定性。PAGEbutane的添加在不损失PVC强度同时可将材料的断裂伸长率由31%提高至212%,同时可将材料表面电阻率由5.73+1.83×1015 Ω降低至8.28±1.58×1012 Ω,产生一定的抗静电效果。这一复合功能的产生主要是由于其独特的化学结构,具有极性聚醚主链及柔性非极性侧基。相对于DOP增塑剂,PAGEbutane体现出更为优异的耐抽出及耐挥发性。(3)利用阴离子开环聚合(AROP)构筑了双键位于侧基的超支化不饱和聚醚,之后利用巯基-烯反应对侧基双键进行修饰构建了一系列由聚醚骨架(HPE)和阴离子、阳离子、两性离子组成的超支化聚合物,分别标记为HPEanionic、HPEcationic和 HPEzwitterionic。FTIR 和 NMR 表征了所得超支化聚合物中间体和最终产物的化学结构。系统研究了三种超支化聚合物作为表面活性剂的应用潜能。结果显示三种超支化聚合物均可明显降低溶液的表面和界面张力。超支化表面活性剂的CMC值均在0.1 mg/mL左右。三种表面活性剂均体现出较低的krafft点(≤6℃)及对油性表面的良好润湿性。为了进一步探索其应用前景,提出将HPEanionic作为乳液聚合的稳定剂。利用动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)观察证实可获得稳定的乳液。此外,与传统的小分子复合表面活性剂合成的乳液相比,以HPEanionic为稳定剂合成的乳液具有更好的耐盐性。产生这一有益结果可能是由于HPEanionic特殊的超支化结构,可为乳胶粒子的稳定提供静电斥力和空间位阻的协同作用。
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