CN101016353A - 基于p－乙烯基苯磺酰氯封端剂的大分子单体的合成方法 - Google Patents

基于p－乙烯基苯磺酰氯封端剂的大分子单体的合成方法 Download PDF

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Abstract

基于P－乙烯基苯磺酰氯封端剂的大分子单体的合成方法属于高分子化学领域。现有封端剂存在封端反应活性不高的特点，封端时需要大大过量且反应条件大多较为苛刻如低温、反加封端剂等。本发明步骤：第一步：用阴离子聚合的方法合成活性聚苯乙烯；第二步：用环氧乙烷将活性链的碳负离子转化为氧负离子；第三步：用下列正加法、反加法、低温、高温反应方法之一采用P－乙烯基苯磺酰氯封端剂封端活性链，所述的封端剂P－乙烯基苯磺酰氯的物质的量稍大于活性聚苯乙烯链，封端时间2～24h。本发明提的合成方法具有较高的反应活性，可以在稍微大于活性聚苯乙烯物质的量时，且无论正加封端剂还是采用反加法在较宽的温度范围内均能到较高的封端效率。

Description

基于P-乙烯基苯磺酰氯封端剂的大分子单体的合成方法
技术领域
本发明属于高分子化学领域，特别涉及C08L高分子化合物的组合物。
背景技术
封端法制备大分子单体又叫终止剂法，是指先制备活性聚合物，再用带有功能性基团的封端剂封端，进而制得带有双键等能够发生进一步反应得功能性基团的大分子单体。封端法因为反应性基团的活性高，是阴离子方法合成大分子单体的主要途径，已经应用于工业化生产。封端法采用不同的封端剂可制得带不同末端聚合性基团的大分子单体。常用的封端剂有：(甲基)丙稀酰氯、对乙烯基苄氯、氯醋酸乙烯酯、马来酸酐、环氧氯丙烷、烯丙基氯2-氯乙基乙烯基醚、二甲基乙烯基氯硅烷等。但用封端法制得大分子单体的反应为大分子活性链与小分子之间的反应，封端剂自身的活性和用量以及与之相适应的反应的温度、溶剂环境、加料方式、反应时间等都极大影响了最后的大分子单体的产率与质量；因而不能保证100％的官能化，或者反应中有负反应发生而造成产物双峰分布。
文献1(Carrot G，Hilborn J，Knauss D M.Polymer，1997，38(26)：6401.)报道了用对乙烯基苄氯封端活性聚苯乙烯的方法制备大分子单体，但封端剂需要大大过量，为活性链的4～6倍，并且只有在混有大量的极性溶剂存在下才会单峰分布，但分布仍不是很窄，有肩峰出现。文献2(MK Lai，JY Wang，RCC Tsiang.Polymer，2005，46(8)：2558.)在合成文献1的大分子单体时虽然做到了产物的窄分布，但封端反应要求在-80℃的低温环境中进行，条件较为苛刻，并且需要调节四氢呋喃的用量来达到较高的双键含量。文献3(Y.Tsukahara，K.Tsutsumi，Y. Yamashita，and S.Shimada，Macromolecules，1990，23(25)，5201.)采用反加活性聚苯乙烯的方法，在较苛刻的条件下，用大大过量的封端剂甲基丙稀酰氯封端环氧乙烷钝化后的活性聚苯乙烯，得到的大分子单体的双键含量仅为88％。
发明内容
本发明的目的在于利用一种反应活性较高的封端剂在较宽松的条件下合成大分子单体。
本发明实现步骤如下：
第一步：用阴离子合成方法合成活性聚苯乙烯
以环己烷为溶剂，四氢呋喃为引发剂解缔剂，正丁基锂为引发剂，5～70℃下用阴离子聚合的方法合成活性聚苯乙烯；或者以四氢呋喃为溶剂，正丁基锂为引发剂，-60～-78℃条件下用阴离子聚合的方法合成活性聚苯乙烯；
Figure A20071006308000041
第二步：用环氧乙烷将活性链的碳负离子转化为氧负离子
在氮气保护下向聚合瓶中通入环氧乙烷气体，直到溶液的橘红色变为淡黄色为止，在5～50℃水浴锅中反应0.5～1小时；反应的环氧乙烷与聚苯乙烯活性链的摩尔比为1∶1；
Figure A20071006308000042
第三步：用下列方法之一采用封端剂P-乙烯基苯磺酰氯封端活性聚苯乙烯，所述的封端剂P-乙烯基苯磺酰氯的物质的量为活性聚苯乙烯的1.2～7倍，封端反应时间2～24小时
正加低温法：向经过第二步反应的以环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯溶液中加入等体积的四氢呋喃，直接用注射器加入1.2～7倍于活性聚苯乙烯的封端剂P-乙烯基苯磺酰氯，用液氮-酒精浴控制反应温度于-40～-78℃进行封端反应6～24小时；或者为以四氢呋喃做溶剂的聚合聚苯乙烯则直接加P-乙烯基苯磺酰氯，用液氮-酒精浴控制反应温度于-40～-78℃进行封端反应6～24小时；
反加低温法：把经过第二步反应的以环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯溶液反加入到等体积的用四氢呋喃溶解的1.2～7倍于活性聚苯乙烯的P-乙烯基苯磺酰氯溶液中，用液氮-酒精浴控制反应温度于-40～-78℃进行封端反应6～24小时；或者把以四氢呋喃为溶剂的聚苯乙烯，反加入到用四氢呋喃溶解的P-乙烯基苯磺酰氯溶液中，用液氮-酒精浴控制反应温度于-40～-78℃进行封端反应6～24小时；
正加高温法：直接用注射器加入1.2～7倍于活性聚苯乙烯的P-乙烯基苯磺酰氯到经过第二步反应的以环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯溶液中。在0～50℃的温度范围内进行封端反应2～12小时；
反加高温法：把经过第二步反应的环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯溶液反加入到环己烷稀释的1.2～7倍于活性聚苯乙烯的P-乙烯基苯磺酰氯溶液中，在0～50℃的温度范围内进行封端反应2～12小时。
聚合物溶液在甲醇中沉淀、四氢呋喃中溶解，如此反复三次，最后样品放入真空烘箱室温烘干24小时，即得大分子单体；该步骤是聚合物沉淀现有的常规技术。
本发明提出的用来合成大分子单体的新的封端剂P-乙烯基苯磺酰氯具有较高的反应活性，并且可以在较宽松的反应条件和反应环境，较少的封端剂用量，与不同分子量的活性聚苯乙烯反应，无论采用正加还是反加法均可以得到双键含量较高的窄分布大分子单体。
附图说明
图1实施例1的GPC谱图
图2实施例1的1H NMR谱图
具体实施方式
实施例1：
通氮气-抽真空-煤气灯烤瓶-通氮气，如此反复3次，持续通氮气，使反应瓶中保持正压。用倒料管向反应器中加入28ml的环己烷、再用注射器依次加入2.2ml苯乙烯和0.5ml的四氢呋喃，开动搅拌。在一定温度下向反应器中缓慢滴入正丁基锂引发剂将体系调成橙黄色且保持1min不褪色。然后一次性快速注入1.85ml正丁基锂溶液(0.38mol/L)，此时溶液呈碳负离子的橘红色。放入50℃水浴锅中，持续反应0.5小时。即得活性得聚苯乙烯长链。
在氮气保护下向聚合瓶中通入环氧乙烷气体，直到溶液的橘红色变为淡黄色为止，25℃水浴锅中反应半小时。
把28ml四氢呋喃加入到与环氧乙烷反应过的聚苯乙烯溶液中。放入液氮-酒精浴中搅拌，用注射器直接加入0.5ml P-乙烯基苯磺酰氯(约4倍于活性链)，-40℃封端反应24小时。
聚合物溶液在甲醇中沉淀、四氢呋喃中溶解，如此反复三次，最后样品放入真空烘箱室温烘干24小时，即得大分子单体。由产物数均分子量Mn＝2838和(Mw/Mn＝1.05)1H NMR谱图计算得双键含量为93.50％。
实施例2：
通氮气-抽真空-煤气灯烤瓶-通氮气，如此反复3次，持续通氮气，使反应瓶中保持正压。用倒料管向反应器中加入30ml的环己烷、再用注射器依次加入3ml苯乙烯和0.5ml的四氢呋喃，开动搅拌。在一定温度下向反应器中缓慢滴入正丁基锂引发剂将体系调成橙黄色且保持1min不褪色。然后一次性快速注入1.5ml正丁基锂溶液(0.45mol/L)，此时溶液呈碳负离子的橘红色。放入50℃水浴锅中，持续反应0.5小时。即得活性得聚苯乙烯长链。
在氮气保护下向聚合瓶中通入环氧乙烷气体，直到溶液的橘红色变为淡黄色为止，聚合的聚苯乙烯在25℃水浴锅中反应半小时.
用注射器把0.42ml P-乙烯基苯磺酰氯(约4倍于活性链)加入到30ml四氢呋喃中，然后将与环氧乙烷反应过的聚苯乙烯溶液加入到上述P-乙烯基苯磺酰氯溶液中。放入液氮-酒精浴中搅拌，-40℃封端反应6小时。
聚合物溶液在甲醇中沉淀、四氢呋喃中溶解，如此反复三次，最后样品放入真空烘箱室温烘干24小时，即得大分子单体。由产物数均分子量Mn＝4011(Mw/Mn＝1.04)和1HNMR谱图计算得双键含量为90.90％。
实施例3：
取标号分别为①②③的三个反应瓶，分别按照下面的步骤合成活性聚苯乙烯并与环氧乙烷反应。
通氮气-抽真空-煤气灯烤瓶-通氮气，如此反复3次，持续通氮气，使反应瓶中保持正压。用倒料管向反应器中加入30ml的环己烷、再用注射器依次加入3ml苯乙烯和0.5ml的四氢呋喃，开动搅拌。在一定温度下向反应器中缓慢滴入正丁基锂引发剂将体系调成橙黄色且保持1min不褪色。然后一次性快速注入1.5ml正丁基锂溶液(0.87mol/L)，此时溶液呈碳负离子的橘红色。放入50℃水浴锅中，持续反应0.5h。即得活性得聚苯乙烯长链。
在氮气保护下向聚合瓶中通入环氧乙烷气体，直到溶液的橘红色变为淡黄色为止，0℃水浴锅中反应半小时.
直接用注射器加入0.66ml(约3倍于活性链)封端剂P-乙烯基苯磺酰氯到经过第二步反应的以环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯链中。分别把①号样放入50℃水浴中、②号样放入20℃水浴、③号样放入0℃冰水浴中封端反应2.5小时。
聚合物溶液分别在甲醇中沉淀、四氢呋喃中溶解，如此反复三次，最后样品放入真空烘箱室温烘干24小时，即得大分子单体。由①②③产物各自的数均分子量Mn＝2096(Mw/Mn＝1.06)、2150(1.05)、2050(1.05)和1H NMR谱图计算得双键含量(双键量与聚苯乙烯量得比值)分别为为93.65％、92.56％、93.46％。
实施例4：
通氮气-抽真空-煤气灯烤瓶-通氮气，如此反复3次，持续通氮气，使反应瓶中保持正压。用倒料管向反应器中加入30ml的环己烷、再用注射器依次加入3ml苯乙烯和0.5ml的四氢呋喃，开动搅拌。在一定温度下向反应器中缓慢滴入正丁基锂引发剂将体系调成橙黄色且保持1min不褪色。然后一次性快速注入0.7ml正丁基锂溶液(0.79mol/L)，此时溶液呈碳负离子的橘红色。放入50℃水浴锅中，持续反应0.5小时。即得活性得聚苯乙烯长链。
在氮气保护下向聚合瓶中通入环氧乙烷气体，直到溶液的橘红色变为淡黄色为止，25℃水浴锅中反应半小时.
把经过与环氧乙烷反应活性聚苯乙烯溶液，反加入到环己烷稀释的0.1mlP-乙烯基苯磺酰氯(约1.2倍于活性链)溶液中。25℃封端反应8小时。
聚合物溶液在甲醇中沉淀、四氢呋喃中溶解，如此反复三次，最后样品放入真空烘箱室温烘干24小时，即得大分子单体。由产物数均分子量Mn＝5059(Mw/Mn＝1.06)和1H NMR谱图计算得双键含量为95.20％。
实施例5：
取标号分别为①②③的三个反应瓶，分别按照下面的步骤合成活性聚苯乙烯并与环氧乙烷反应。
通氮气-抽真空-煤气灯烤瓶-通氮气，如此反复3次，持续通氮气，使反应瓶中保持正压。用倒料管向反应器中加入30ml的环己烷、再用注射器依次加入3ml苯乙烯和0.5ml的四氢呋喃，开动搅拌。在一定温度下向反应器中缓慢滴入正丁基锂引发剂将体系调成橙黄色且保持1min不褪色。然后一次性快速注入0.69ml正丁基锂溶液(0.87mol/L)，此时溶液呈碳负离子的橘红色。放入50℃水浴锅中，持续反应0.5小时。即得活性得聚苯乙烯长链。
在氮气保护下向聚合瓶中通入环氧乙烷气体，直到溶液的橘红色变为淡黄色为止，50℃水浴锅中反应半小时.
直接用注射器向①号样中加入0.085ml(1倍于聚苯乙烯活性链)封端剂P-乙烯基苯磺酰氯到经过第二步反应的以环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯链中；②号样中加入0.25ml(3倍于聚苯乙烯活性链)；③号样中加入0.59ml(7倍于聚苯乙烯活性链)。25℃封端反应4小时。
聚合物溶液分别在甲醇中沉淀、四氢呋喃中溶解，如此反复三次，最后样品放入真空烘箱室温烘干24小时，即得大分子单体。由①②③产物各自的数均分子量Mn＝5196(Mw/Mn＝1.06)、5447(1.06)、5321(1.05)和1H NMR谱图计算得双键含量(双键量与聚苯乙烯量得比值)分别为为89.03％、90.03％、91.50％。
实施例6：
取标号分别为①②③的三个反应瓶，分别按照下面的步骤合成活性聚苯乙烯并与环氧乙烷反应。
通氮气-抽真空-煤气灯烤瓶-通氮气，如此反复3次，持续通氮气，使反应瓶中保持正压。用倒料管向反应器中加入30ml的环己烷、再用注射器依次加入3ml苯乙烯和0.5ml的四氢呋喃，开动搅拌。在一定温度下向反应器中缓慢滴入正丁基锂引发剂将体系调成橙黄色且保持1min不褪色。然后一次性快速地分别向①号样中注入1.38ml、②号样中0.69ml、③号样中0.35ml正丁基锂溶液(0.87mol/L)，此时溶液呈碳负离子的橘红色。放入50℃水浴锅中，持续反应0.5小时。即得活性得聚苯乙烯长链。
在氮气保护下向聚合瓶中通入环氧乙烷气体，直到溶液的橘红色变为淡黄色为止，50℃水浴锅中反应半小时.
直接用注射器向①号样中加入0.5ml(3倍于聚苯乙烯活性链)封端剂P-乙烯基苯磺酰氯到经过第二步反应的以环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯链中；②号样中加入0.25ml(3倍于聚苯乙烯活性链)；③号样中加入0.125ml(3倍于聚苯乙烯活性链)。50℃封端反应3小时。
聚合物溶液分别在甲醇中沉淀、四氢呋喃中溶解，如此反复三次，最后样品放入真空烘箱室温烘干24小时，即得大分子单体。由①②③产物各自的数均分子量Mn＝2622(Mw/Mn＝1.05)、4930(1.06)、9417(1.05)和1H NMR谱图计算得双键含量(双键量与聚苯乙烯量得比值)分别为为93.62％、92.03％、92.89％。
实施例7：
通氮气-抽真空-煤气灯烤瓶-通氮气，如此反复3次，持续通氮气，使反应瓶中保持正压。用倒料管向反应器中加入30ml的环己烷、再用注射器依次加入3ml苯乙烯和0.5ml的四氢呋喃，开动搅拌。在一定温度下向反应器中缓慢滴入正丁基锂引发剂将体系调成橙黄色且保持1min不褪色。然后一次性快速注入1.5ml正丁基锂溶液(0.87mol/L)，此时溶液呈碳负离子的橘红色。放入50℃水浴锅中，持续反应0.5h。即得活性得聚苯乙烯长链。
在氮气保护下向聚合瓶中通入环氧乙烷气体，直到溶液的橘红色变为淡黄色为止，10℃水浴锅中反应半小时。
直接用注射器加入0.66ml(约3倍于活性链)封端剂P-乙烯基苯磺酰氯到经过第二步反应的以环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯链中。0℃下封端反应。
用注射器分别在反应2、6、12小时取出部分聚合物溶液，分别编号为①②③，聚合物溶液在甲醇中沉淀、四氢呋喃中溶解，如此反复三次，最后样品放入真空烘箱室温烘干24h，即得大分子单体。由①②③产物各自的数均分子量Mn＝2180(Mw/Mn＝1.05)、2003(1.06)、2109(1.05)和1H NMR谱图计算得双键含量(双键量与聚苯乙烯量得比值)分别为为94.36％、95.21％、95.50％。

Claims (1)

1、一种基于P-乙烯基苯磺酰氯封端剂的大分子单体的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：用阴离子合成方法合成活性聚苯乙烯
以环己烷为溶剂，四氢呋喃为引发剂解缔剂，正丁基锂为引发剂，5～70℃下用阴离子聚合的方法合成活性聚苯乙烯；或者以四氢呋喃为溶剂，正丁基锂为引发剂，-60～-78℃条件下用阴离子聚合的方法合成活性聚苯乙烯；
第二步：用环氧乙烷将活性链的碳负离子转化为氧负离子
在氮气保护下向聚合瓶中通入环氧乙烷气体，直到溶液的橘红色变为淡黄色为止，在5～50℃水浴锅中反应0.5～1小时；反应的环氧乙烷与聚苯乙烯活性链的摩尔比为1∶1；
第三步：用下列方法之一采用封端剂P-乙烯基苯磺酰氯封端活性聚苯乙烯，所述的封端剂P-乙烯基苯磺酰氯的物质的量为活性聚苯乙烯的1.2～7倍，封端反应时间2～24小时；
正加低温法：向经过第二步反应的以环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯溶液中加入等体积的四氢呋喃，直接用注射器加入1.2～7倍于活性聚苯乙烯的封端剂P-乙烯基苯磺酰氯，用液氮-酒精浴控制反应温度于-40～-78℃进行封端反应6～24小时；或者为以四氢呋喃做溶剂的聚合聚苯乙烯则直接加P-乙烯基苯磺酰氯，用液氮-酒精浴控制反应温度于-40～-78℃进行封端反应6～24小时；
反加低温法：把经过第二步反应的以环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯溶液反加入到等体积的用四氢呋喃溶解的1.2～7倍于活性聚苯乙烯的P-乙烯基苯磺酰氯溶液中，用液氮-酒精浴控制反应温度于-40～-78℃进行封端反应6～24小时；或者把以四氢呋喃为溶剂的聚苯乙烯，反加入到用四氢呋喃溶解的P-乙烯基苯磺酰氯溶液中，用液氮-酒精浴控制反应温度于-40～-78℃进行封端反应6～24小时；
正加高温法：直接用注射器加入1.2～7倍于活性聚苯乙烯的P-乙烯基苯磺酰氯到经过第二步反应的以环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯溶液中。在0～50℃的温度范围内进行封端反应2～12小时；
反加高温法：把经过第二步反应的环己烷为溶剂的活性聚苯乙烯溶液反加入到环己烷稀释的1.2～7倍于活性聚苯乙烯的P-乙烯基苯磺酰氯溶液中，在0～50℃的温度范围内进行封端反应2～12小时。
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