模块法合成支化苯乙烯/二烯烃热塑性弹性体

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随着高分子科学基础以及应用研究的深入发展,对聚合物各级结构的精确调控要求逐渐提高,如何设计精准高效的合成方法,实现高分子各级结构的高度精确控制,是高分子化学研究中亟待解决的重要科学问题。将构成的正交点击反应与活性阴离子聚合有机结合,以具有可点击官能团的小分子以及聚合物作为合成的基本模块,通过模块化合成过程实现聚合物近程结构的序列、功能、拓扑结构和远程结构的链组装、折叠、螺旋的精准控制,是高分子精准合成方法进一步发展的全新途径。本文立足于模块化合成方法,通过设计含有硅氢、胺基、炔基等可点击基团的小分子模块及分子量和端基结构明确的聚合物模块,应用乌吉四组分反应、硅氢加成反应和巯基-炔基点击反应等高效点击反应,运用多种模块互相组合以模块化的合成过程来解决高分子精准合成领域中的难题。主要研究结果如下:(1)采用乌吉四组分反应(Ugi-4CR)与硅氢加成的正交反应,应用设计合成的小分子异构体单元模块(3-二甲基硅基苯胺和4-二甲基硅基苯胺),合成了分子量和化学组成完全相同、仅连接单元取代基构造结构不同的同分异构单分散聚合物,建立了Ugi-4CR与硅氢加成正交反应合成单分散聚合物的方法。研究表明,对位连接单元连接的单分散六聚体与间位连接单元连接的单分散六聚体相比,具有更大分子尺寸和更高玻璃化转变温度。通过调控异构体单元的序列,合成了具有不同构造结构的连接单元在链中序列精确的同分异构单分散聚合物。探究取代基呈不同键角连接单元对于聚合物链折叠的调控机制,发现对位连接单元使得分子链沿垂直方向折叠,间位连接单元使得分子链沿水平方向伸展,链折叠方式的差异使得聚合物的回转半径(Rg)(Δ=2.4(?))和玻璃化转变温度(Tg)(Δ=16.1°C)产生了显著的区别。合成了区别于传统的单体序列以及立体序列的全新的序列结构—“构造序列”,实现了聚合物链折叠的调控。(2)应用阴离子聚合合成结构明确的端基硅氢/双炔基功能化聚苯乙烯模块Si H-PS-yne2(重均分子量为5.7 kg/mol,链端平均硅氢/炔基数目为1.0/2.0),应用硅氢加成反应合成了支化程度可控的长支链超支化聚合物(支化因子介于0.33~0.52)。应用巯基-炔基点击反应,采用芘基团对聚合物的不同种类的端基-相邻双炔基(DA)和独立单炔基(MA)进行标记,得到了芘标记超支化聚合物,实现了聚合物的拓扑功能化。通过对芘标记聚合物进行荧光测试,绘制芘基团的基激缔合体和芘单体的荧光强度之比(IE/IM)对相邻双炔基占总炔基比例(fDA)的校正曲线,应用校正曲线得到支化结构发散程度的表征参数—fDA(取值范围0~1),fDA结果表明模块化合成方法能够合成接近无缺陷发散树形结构的(fDA=0.99)的超支化聚苯乙烯。(3)应用阴离子聚合得到了结构明确的端基胺基/硅氢功能化的聚苯乙烯模块(数均分子量为3.0 kg/mol,一条链中平均NH2/Si H个数均为1.0)。应用Ugi-4CR与硅氢加成的正交循环得到第二代树枝状聚合物(Dendri Mac),数均分子量为50.9 kg/mol,外层臂数8.3符合理论臂数8臂,建立了树枝状聚合物的模块化合成方法。通过阴离子聚合设计结构明确的端基硅氢/双炔基聚丁二烯模块(Si H-PB-yne2)和端基硅氢功能化的聚苯乙烯(PS-Si H)模块,应用聚丁二烯大分子单体进行硅氢加成得到超支化聚丁二烯(Hyper PB),支化因子为0.36。PS-Si H与Hyper PB进行硅氢加成得到的超支化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段聚合物(SBS),加氢后得到超支化结构的SEBS(加氢度99.8%),实现了具有超支化结构的弹性体的合成。此种超支化SEBS与线形SEBS1651混合,提升了SEBS1651的力学性能,拉伸强度提升了22.0%,断裂伸长率由450%提升到了550%。
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