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金属调控的活性自由基聚合(LRP)是一种强大的制备具有预定结构聚合物的方法。然而,该技术需要较高的金属络合物用量和偏高的反应温度,这使得其在工业层面上的应用受到限制。许多研究人员在减少催化剂用量、降低反应温度上做了大量的探索。近几年来,电子转移再生活化剂引发的原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)和单电子转移活性自由基聚合(SET-LRP)广泛的注意。然而这些技术也有一些限制,例如室温下进行的ARGET ATRP的稳定性不高,而诸如丙烯腈等单体的SET-LRP中零价铜的用量还有些偏高。因此,本课题力图在这两种新型活性自由基聚合体系的基础上开发出易于商品化以及廉价的试剂、催化剂用量少、操作简便和更加高效的催化体系。
首先,研究了以2-溴异丁酸乙酯(EBiB)作为引发剂,以溴化铜(CuBr2)作为催化剂并以广泛使用的三(2-二甲氨基乙基)胺(Me6TREN)作为配体兼还原剂调控的甲基丙烯酸甲酯的本体以及溶液活性自由基聚合。考察了不同溶剂、催化剂浓度和反应温度对聚合反应的影响。在优化的条件下实现了聚合反应的活性可控。聚合反应速率随着温度升高而增加,并且计算得到的聚合反应的表观活化能为51.11KJ/mol。
其次,探索了Me6TREN作为还原剂用于调控高活性单体丙烯腈的活性自由基聚合反应。同样研究了不同溶剂、单体浓度和催化剂浓度对于反应的影响。通过选择合适的反应介质以及单体浓度提高了聚合反应速率并实现了对聚合反应产物的分子量和分子量分布的良好控制。以上的动力学探究表明该体系调控的丙烯腈的活性自由基聚合按照ARGET ATRP和SET-LRP的共同机理进行。
最后,研究了采用锌粉作为还原剂联用 ppm浓度的溴化铜(CuBr2)调控的丙烯腈的活性自由基聚合,聚合反应展现出典型的活性特征,如拟一级线性动力学,线性增长的数均分子量和窄分子量分布。探究了不同溶剂、催化剂用量以及引发剂浓度对聚合反应,聚合反应物的分子量和分子量分布的影响。实验结果表明,EC的效果要优于 NMP,DMF和DMSO,催化剂用量减少从2.5ppm增加到50ppm都会导致聚合反应速率的二升一级可控性的增加。通过凝胶渗透色谱(GPC)、核磁共振氢谱((1)H NMR)以及扩链反应证实了最后得到的聚合物的高的末端官能度。