论文部分内容阅读
本论文参照文献报道的方法合成了两种新型环三硫酯化合物o-xylenyl-1,3-dithiolane-2-thione(XDTT)和4,7-diphenyl-[1,3]-dithiepane-2-thione(DPDTT)。实验表明,在引发剂引发下,XDTT不能发生开环聚合,而DPDTT则可以发生开环聚合生成聚合物。
将合成的XDTT和DPDTT作为RAFT试剂用于苯乙烯和丙烯酸正丁酯的自由基聚合。实验表明,通过XDTT和DPDTT制备的聚合物的分子量远远大于其理论计算值;聚合物经胺解后,分子量大幅度下降且与其理论计算值接近。而以线形三硫酯为RAFT试剂合成的聚合物为两段结构,每个聚合物链上只有一个三硫酯基团,聚合物胺解前后的分子量相差约两倍。上述结果表明,XDTT和DPDTT存在下合成的聚合物链上含有多个三硫酯基团。如果将三硫酯基团看作节点,则所制备的聚合物具有多嵌段结构。
通过研究XDTT和DPDTT的浓度对苯乙烯聚合的影响以及聚合动力学,结合线形三硫酯调控聚合的机理,发现不同环三硫酯体系形成多嵌段聚合物的机理有着明显的不同。
聚合体系中XDTT浓度在一定范围内的升高,所得聚合物胺解前后的分子量、单体转化率均呈下降趋势,而每个聚合物链上含有的三硫酯基团的平均数目逐渐增大。选择合适的XDTT浓度,胺解后可以得到分子量与理论计算值吻合、分子量分布窄的产物。聚合反应动力学研究表明,在反应的初级阶段,聚合反应更接近普通的自由基共聚反应,XDTT仅作为共单体参与聚合反应;当XDTT进入到聚合物链以后,体系表现出典型的活性聚合的特征;ln([M]0/[MD随时间线性增长,胺解前后分子量随转化率线性增长。
聚合体系中DPDTT浓度在一定范围内升高,在相同聚合时间下,所得聚合物胺解前后的分子量、单体转化率均呈下降趋势,每个聚合物链上含有的三硫酯基团的平均数目逐渐增大。聚合物胺解前的分子量分布都为双峰,随着DPDTT浓度的提高,低分子量峰逐渐增强。聚合反应动力学研究表明,在反应的初级阶段,体系中的自由基迅速向DPDTT转移,引发DPDTT开环聚合形成聚三硫酯。其后,聚合反应表现出典型的活性聚合的特征,ln([M]0/MD随时间线性增长,胺解前后分子量随转化率线性增长。利用烷氧胺(TEMPO-Phenylethane)引发聚合时,由于TEMPO-Phenylethane对聚合同样起到调控作用,聚合过程中整条聚合物链的分子量和分子量分布都得到了调控,而且每个聚合物链中三硫酯基团平均数目基本保持不变。
本论文还研究了XDTT和DPDTT对丙烯酸正丁酯聚合的调控行为。发现由于丙烯酸正丁酯聚合速度比较快,而自由基增长链与三硫酯形成的中间态自由基断裂速度慢,导致聚合初期都出现了约半小时的诱导期。加入5vol.%苯乙烯以降低聚合速度;环三硫酯对聚合的调控效果得到了改善,消除或缩短了诱导期。
将通过XDTT和DPDTT合成的均聚物作为大分子RAFT试剂,进一步引发共聚反应。实验结果表明,所获得的共聚产物的分子量在胺解后都有提高。通过共聚反应可以合成具有(BAB)n结构的多嵌段共聚物。对共聚物的热分析发现,链中的各嵌段具有良好的相容性,无论共聚物中苯乙烯含量多少,均仅有一个玻璃化转变温度Tg。
综上所述,在新型的环三硫酯存在下,通过环三硫酯的开环聚合和RAFT聚合反应,采用一步和两步聚合反应制备了具有可控分子量、窄分子量分布嵌段的多嵌段均聚物和共聚物。上述聚合方法为多嵌段聚合物的合成提供了一种新颖和简单的制备方法。