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大连理工大学马红卫课题组 Macromolecule:活性阴离子共聚合诱导结晶方法
2022-08-11  来源:高分子科技

  作为一种传统的聚合方法,活性阴离子聚合凭借其 “活性”、“可控”的优势在功能性聚合物以及产业化弹性体材料的合成方面有着重要意义。而受到其聚合机理的限制(反离子配位能力极差、活性中心状态复杂等),在对非极性单体聚合中得立体结构调控效果差。而结晶性聚合物具备高耐热性、高强度、高耐溶剂等优势,在材料应用中有着不可或缺的重要性,同时其结晶性能以及形貌得研究更是高分子物理得重点研究方向。因而如何实现活性阴离子聚合方法制备可结晶聚合物是当前阴离子聚合领域所面临的众所周知得“痛点”!


  建立一种既能保持阴离子聚合的“活性”优势、同时能够制备可结晶性非极性聚烯烃的新方法,不但能为活性阴离子聚合领域增添新的活力,更可以立足高分子合成有效推动全新聚合物结构与性能构效研究。近期,大连理工大学马红卫课题组设计了一种利用含桥结构1,1-二苯基乙烯(DPE)衍生物与共轭二烯烃交替共聚合制备结晶聚烯烃的新方法。与调控聚合物链中烯烃立构规整性制备结晶聚烯烃策略不同,该方法主要实现了聚合物链中单元构造调控诱导结晶,为活性阴离子聚合方法学研究注入了新的活力。


  9-亚甲基-9 H-噻吨(MTAE)作为一种新的DPE衍生物,因为其两苯环由硫原子相连使整个分子呈现一种类似于桥平面的结构。并且其在与2,3-二甲基-1,3-丁二烯(DMBD)共聚时发生活性种析出和产物不溶于常见溶剂的现象,其合成方法如图1所示。



1. DPE -二烯烃衍生物的交替聚合物合成


  利用核磁氢谱及MALDI-TOF-MS谱图证明了其为交替结构。如图2所示,WAXS图像展现出的尖锐的结晶衍射峰证明了新型结晶聚烯烃MTAE-alt-DMBD的成功合成。

 


2. DPE -二烯烃衍生物的交替聚合物WAXS/WAXD谱图


  为了探究链结构对此类结晶聚烯烃的影响,设计了如下几组对比实验并通过多种核磁谱图对其链结构进行了详细分析(见图3)


  第一组对比实验是对比共聚过程中共轭二烯烃单体结构对聚集态结构的影响,利用MTAEIp共聚合制备了MTAE-alt-Ip。而后利用同样具有桥平面结构的9,9-二甲基-10-亚甲基-9,10-二氢蒽(MMAE)Ip共聚制备了MMAE-alt-Ip。第二组对比实验是对比共聚过程中DPE衍生物单体结构对聚集态结构的影响。这部分工作选用了苯环之间没有直接或通过其它原子间接相连而处于分离状态的DPE,作为具有桥平面结构的DPE衍生物的对比单体。并通过增加DPE 和 DMBD 的投料比获得的DPE-alt-DMBD。而后还利用具有桥平面结构的MMAEDMBD共聚制备了MMAE-alt-DMBD。如图2所示,四组对比实验中仅MMAE-alt-DMBD为半结晶聚合物。

 


3. . DPE -二烯烃衍生物交替聚合物链结构


1. 结晶性交替共聚物链结构及聚集态结构


  如表1所示,半结晶聚合物MTAE-alt-DMBD与非结晶MTAE-alt-Ip(半结晶聚合物MMAE-alt-DMBD与非结晶MMAE-alt-Ip)中二烯烃的1,4-加成结构十分相近。主要的不同点在于结构单元中DMBD具有两个甲基取代基而Ip具有一个甲基取代基。半结晶聚合物MTAE-alt-DMBDMMAE-alt-DMBD与非晶聚合物DPE-alt-DMBD具有相同的二烯烃结构。主要不同点在于DPE的两个苯环处于分离状态,MTAEMMAE的苯环则由硫原子或碳原子相连接呈现桥平面的结构。这表明交替共聚物的构造结构可能在其聚集状态中起关键作用。因此,结晶行为可能是由于 MTAE 或 MMAE 平面结构在 DMBD 的两个甲基的空间位阻作用下发生了规则排列,并使分子链在共聚过程中形成了有序的晶体结构。


  综上所述,这种基于活性阴离子共聚合,通过调控共聚单体结构来制备新型结晶聚烯烃的方法,即活性阴离子共聚合诱导结晶(CCPIC),有望突破以往通过调控立构规整程度以制备结晶聚烯烃的思路,在保证 “活性”、“可控”的优势下为活性阴离子聚合制备结晶聚合物提供全新的方法。


  以上相关结果以在线发表在Macromolecules期刊上,论文第一作者为博士生王雪飞,通讯作者为马红卫副教授。


  原文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.2c01074

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(责任编辑:xu)
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