镧系金属有机络合物引发的活性聚合在甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯之间的共聚合中的应用

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甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯类单体用镧系元素有机络合物引发时,不但可以进行活性均聚,而且还可以进行活性共聚。两种以上的单体混合后聚合,可以得到无规共聚物,不同的两种单体用逐次加料法可以得到单分散嵌段共聚物。

在MMA与甲基丙烯酸乙酯(EMA)或甲基丙烯酸异丙酯 (i
-PrMA)的无规共聚中,三价络合物Sm(C5Me5)2H及二价络合物Sm(C5Me5)2H(THF)2均可以用作引发剂。从图和图的组成曲线可以计算出两种单体的竞聚率r1和r2。从表可以看出,EMA与MMA的反应性基本相同,因此MMA 单元在共聚物中均匀分散。与此相反,i-PrMA 的反应性较小,难以聚合,所以共聚物中MMA的含量较高。

MMA与其他甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯可以顺利进行嵌段共聚而得窄分布双嵌段或多嵌段共聚物(表)。结果发现,单体的立体阻碍作用越大,聚合速率越慢。若丙烯酸酯的α位的立体阻碍作用小,则其聚合速率大于甲基丙烯酸酯。同类甲基丙烯酸酯之间相比,酯基上的立体阻碍作用越大,聚合速率便越小。若甲基丙烯酸叔丁酯(t-BuMA)在0°C聚合1h,则只有2%的单体聚合。但若增加t-BuMA的量、升温并延长反应时间,可得到含任意量t-BuMA的嵌段共聚物。无论MMA同何种单体共聚,所得嵌段共聚物的分子量分布均较窄。

表二MMA与其他甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯的嵌段共聚


聚合温度
:0°C;溶剂:甲苯;时间:1h;引发剂; Sm(C5Me5)2H,0.2% (mol)。

采用镧系络合物作引发剂并通过逐次加料法,还成功地合成了MMA与丙烯酸丁酯(BuA)的ABA型三嵌段共聚物
图三。这在普通的阴离子聚合中是难以实现的。例如,普通的MMA碳阴离子虽可以引发BuA聚合,但反过来BuA的碳阴离子引发MMA聚合则较困难。而在镧系元素引发的两种单体的嵌段共聚中,正如图三所示,可以相互引发。

两种聚合结果的差异来源于两种不同的聚合机理。普通阴离子聚合中,活性中心为碳阴离子,MMA的碳阴离子的活性远大于BuA碳阴离子,而单体的活性却恰恰相反,由活性大的MMA碳阴离子引发反应性高的单体BuA聚合可顺利进行,反之则难度较大。


因此,如不采取特殊措施(如添加冠醚等),由普通阴离子聚合法难以合成图三所示的ABA型三嵌段共聚物。镧系络合物引发上述两种单体聚合时,活性中心均为烯醇盐,活性基本相同,可以相互引发而生成三嵌段共聚物。另外,这一反应还可以在较高温度下进行(0°C)。 因此,这一结果无疑是极性单体嵌段共聚物合成中的一个重要进展。



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