光控“极简”START聚合体系的构建及Y型含氟两亲性聚合物的合成与性能研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ws2005102
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当前,凭借氟原子较小的原子半径、较低的极化率以及较高的键能,含氟聚合物在航空航天、石油化工、电子信息和医药等领域得到了广泛应用,这些氟化材料的开发极大地改变了人们的生活。根据含氟链段所处位置的不同,可以细分为主链型和侧链型含氟聚合物,其中主链型含氟聚合物克服了传统含氟均聚物因结晶度高和溶解性差而带来的问题,并且表现出许多独特的性能。但是,合成主链型含氟聚合物的常规方法过于繁琐、条件过于苛刻,因此,开发一种绿色、简单的制备方法具有重要的意义。近年来,随着光化学的发展,多种绿色、节能的光诱导聚合体系也应运而生。其中,以三(2,2’-联吡啶)二氯化钌(Ru(bpy)3Cl2)等为代表的贵金属催化剂所构建的光氧化还原猝灭催化体系在有机合成和聚合物的合成等领域得到了广泛而深入的研究,这也为制备主链型含氟聚合物提供了一种温和、高效的方法。但是对于功能性氟化材料来说,贵金属在体系中的微量残留也会对材料的性能产生影响,因此构建一种无金属、组分简单和绿色高效的方法来制备主链型含氟聚合物是十分必要的。卤素键(XB)是一种由受电子卤素(X)和给电子碱基(B)形成的非共价键。即使在没有任何光催化剂存在的情况下,也能够吸收可见光产生分子内单电子转移(SET),在温和条件下生成自由基中间体。这种现象的发现或许能够进一步丰富主链型含氟聚合物的合成方法,为简单、高效的制备功能性氟化材料提供一种新的可行的方法。因此,本文基于α,ω-二碘代全氟烷烃的碳-碘键(C-I)可以作为该体系中的卤素键供体,在可见光照射下能够与胺或卤化物盐(卤素键合受体)原位生成激发态的卤素键(XB)络合物,通过与α,ω-非共轭双烯的不断加成成功制备出主链型含氟交替共聚物。通过对α,ω-非共轭双烯的功能化设计引入亲水链,合成了Y型含氟两亲性聚合物。具体研究内容如下:体系1:基于胺或卤化物盐催化的主链型含氟交替共聚物的简单光化学合成本文通过α,ω-二碘代全氟烷烃与胺类/卤化物盐之间的卤素键络合作用,在可见光的诱导下能够与α,ω-非共轭双烯逐步加成,成功制备出主链型含氟交替共聚物。其中,当胺作为卤素键合受体时,所制备的聚合物链末端的碘官能团容易向含有活泼氢的胺发生链转移,但向聚合体系中添加少量水可以稳定自由基中间体,有效促进聚合。当卤化物盐作为卤素键合受体时,聚合并没有发生链转移现象,所合成的含氟交替共聚物是以-CF2-I和双键封端的。该聚合体系组分简单,只存在α,ω-二碘代全氟烷烃和α,ω-非共轭双烯、催化剂和溶剂,在室温可见光诱导一定时间就可以获得主链型含氟交替共聚物。该方法的建立为简单、温和的制备功能性氟化材料提供了一种新的可行的途径。体系2:Y型含氟两亲性聚合物的合成及其性能研究在体系一的工作中,我们发现全氟碘代烷烃与胺类之间存在卤素键合作用,而胺催化剂廉价易得且绿色环保,α,ω-非共轭双烯又具有结构易于设计的特点,于是我们设计合成了一种Y型含氟两亲性聚合物。本文首先对α,ω-非共轭双烯进行结构设计,合成了含有亲水链长度不同的α,ω-非共轭双烯,随后在胺的催化、可见光的诱导下,与全氟烷基碘进行加成,得到了一系列具有两条短碳氟链和一条亲水链的Y型含氟分子。通过亲疏水比的调整,并对其进行还原消碘,该系列含氟两亲性聚合物表现出良好的表面活性及润湿性,这为设计合成新型含氟表面活性剂提供了一种新的思路。
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