光敏型氮氧自由基的合成及其调控MMA光活性聚合反应动力学研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zmy_java
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光聚合较热聚合具有更高的聚合速率和更低的反应温度,且体系适用单体广。近年来,有学者将光聚合应用于氮氧自由基调控聚合(NMP),并成为该领域的研究热点。氮氧自由基一旦捕获链增长自由基就生成烷氧基胺封端。由于R-ON<键不能在室温下直接通过光照再次打开,因此,NMP仅限于高温下(120℃)热聚合来制备嵌段共聚物。鉴于此,本文首先对调控剂4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(HTEMPO)进行改性,合成了具有光敏特征的氮氧自由基调控剂。其次,以N-乙基-3-咔唑丙烯酸-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯-1-氧自由基(C-TEMPO)为调控剂,以Irgacure369为引发剂,与C-TEMPO组成双分子引发/调控体系,研究了光敏型氮氧自由基调控下甲基丙烯酸甲酯(MMA)的溶液光聚合反应动力学行为;并将所制备的C-TEMPO封端的MMA均聚物(PMMA-C-TEMPO)作为大分子引发剂,在室温条件下引发第二单体甲基丙烯酸正丁酯(n-BMA)进行嵌段共聚合,制备了PMMA-b-P(n-BMA)二嵌段共聚物。主要研究工作和结论如下:  1.以4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(HTEMPO)和N-乙基-3-咔唑丙烯酸为反应物,以4-二甲胺基吡啶(DMAP)为催化剂,N,N-二环己基碳二亚胺(DCC)为脱水剂,在冰盐浴下进行酯化反应,制备了光敏型氮氧自由基调控剂—N-乙基-3-咔唑丙烯酸-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯-1-氧自由基(C-TEMPO)。利用红外光谱(FTIR)、核磁氢谱(1H NMR)、元素分析(EA)、质谱(MS)和电子顺磁共振谱(EPR)对C-TEMPO的分子组成与化学结构进行了综合表征,并用紫外—可见吸收光谱(UV-Vis)和荧光光谱(FS)对C-TEMPO的光谱特性和光敏性能进行了测定。  2.对光聚合的实验条件进行优化,探讨了引发剂种类和用量、辐照光强和辐照时间及调控剂与引发剂的配比对光聚合体系反应动力学的影响。经过优化选择,光聚合的优化反应条件为:选用Irgacure369为光引发剂,用量为2.5wt.%,引发剂/调控剂=1∶1,辐照光强为2.0mW/cm2。  3.在选定的优化实验条件下,以Irgacure369为光引发剂,C-TEMPO为调控剂,研究了MMA溶液体系的光聚合反应动力学。研究表明:该聚合体系呈现出活性聚合动力学特征,单体转化率与辐照时间(ln[M0]/[Mt]~t)为一级线性动力学关系;聚合物的数均分子量(Mn)与单体转化率呈线性增长;聚合产物分子量的多分散性指数(PDI)较窄,PDI=1.17~1.48。并通过GPC、FTIR和1H NMR,对聚合产物进行了综合表征。  4.将自制的以光敏基团封端的均聚物(PMMA-C-TEMPO),作为大分子引发剂,在室温下引发第二单体n-BMA进行嵌段聚合,制备了PMMA-b-P(n-BMA)嵌段共聚物。通过红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)对制备的PMMA-b-P(n-BMA)进行了综合表征。数均分子量从均聚物的27,199增长到嵌段共聚物的45,343,分子量分布的PDI由1.29增加到1.71,这表明在室温下成功地制备了嵌段共聚物。  5.在室温条件下,PMMA-C-TEMPO中的>NO-R键可以用紫外光重新打开,可以二次引发第二单体的光聚合,这说明用光敏化技术可以实现NMP的活性光聚合(photo-living polymerization)。
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