CN107163202B - 聚n-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于有机发光材料技术领域的聚N‑乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物及其制备方法。本发明先通过阳离子聚合制备具有端甲氧基的聚异丁烯,再通过更换共引发剂二次引发合成N‑乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物。本发明制备的三嵌段共聚物软段为异丁烯,两端为硬段N‑乙烯基咔唑,该三嵌段共聚物具有较强的荧光强度,可溶于较多的有机溶剂,极易成膜,克服了聚N‑乙烯基咔唑成膜困难的问题,可用于光电导体材料,包括导电胶、电池以及静电复印。
Description
技术领域
本发明属于有机发光材料技术领域,具体涉及聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物及其制备方法。
背景技术
有机光电材料是继无极发光材料后新兴起的前沿领域,聚乙烯基咔唑(poly(N-vinyl carbazole),PVK)凭借其独特的含氮稠环结构,具有高效空穴传输性能和较宽禁带的蓝光性能,常被用作空穴传输材料和发光主体材料。虽然PVK在稀溶液中具有较好的荧光强度,但随着浓度的增高由于荧光浓度猝灭现象,其荧光强度会很弱,且PVK不易成膜,从而极大的限制了它的应用。
基于聚异丁烯的热塑性弹性体有着许多独特的性能,如优良的机械性能、韧性、化学稳定性、阻隔性能以及良好的加工特性和可回收性。US 2180083(A)中曾提到过,相较于纯聚异丁烯,聚异丁烯的聚合物在聚N-乙烯基咔唑存在的情况下,抗拉伸强度增强,拉伸率降低,强度增大,反冲弹性提高。
专利CN201610071651.9中曾提到通过金刚烷衍生物来改性聚N-乙烯基咔唑,得到一种具有高荧光效率的高分子发光材料。
目前还没有任何文献报道关于以聚异丁烯为软段,聚N-乙烯基咔唑为硬段的具有光电特性的三嵌段共聚物。
发明内容
本发明针对现有技术中聚乙烯基咔唑随着浓度的增高荧光减弱,且不易成膜的技术问题,提出聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物及其制备方法。
具体技术方案如下:
聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物,其特征在于,所述三嵌段共聚物如结构式I所示,
所述三嵌段共聚物的数均分子量为2000~300000g/mol,分子量分布在1.1~3.0之间,聚异丁烯占三嵌段共聚物的质量百分比为60~95%,聚N-乙烯基咔唑占三嵌段共聚物的质量百分比为5~40%。
所述三嵌段共聚物在331nm波长激发下,荧光发射峰位于361nm;所述三嵌段共聚物的热分解温度为400℃。
聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物的制备方法,包括如下步骤:
1)低温条件下,向混合溶剂中加入引发剂、第三组分和共引发剂,陈化,随后加入异丁烯聚合,结束后加入封端剂反应,加入甲醇终止反应,得到具有端甲氧基的聚异丁烯;
2)更换共引发剂加入到步骤1)中具有端甲氧基的聚异丁烯中,再加入N-乙烯基咔唑单体聚合,加入甲醇终止反应,洗涤,干燥,得到聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物。
步骤1)中低温条件为-100℃~0℃,陈化时间为1-30min,聚合时间为30-180min,封端剂反应时间为30-45min;步骤2)中聚合时间为10min-5h。
步骤1)中所述混合溶剂为己烷与氯甲烷的混合物、己烷与二氯甲烷的混合物、氯乙烷或氯丁烷;所述引发剂为双官能团苯基化合物;所述第三组分为胺类、酯类、酰胺类、醇类或酮类;所述共引发剂为四氯化钛、三氟化硼、氯化铝、氯化铁、二氯乙基铝或三氯三乙基二铝;所述封端剂为1,1-二苯基乙烯或1,1-二(4-甲基苯基)乙烯。
进一步地,所述己烷与氯甲烷的混合物中己烷重量比为0wt%-100wt%,氯甲烷重量比为100wt%-0wt%;所述己烷与二氯甲烷的混合物中己烷重量比为0wt%-100wt%,二氯甲烷重量比为100wt%-0wt%。
进一步地,所述双官能团苯基化合物为5-叔丁基-1,3-二(1-甲氧基-1甲基乙基)苯、5-叔丁基-1,3-二(1-酰氧基-1甲基乙基)苯、5-叔丁基-1,3-二(1-氯-1甲基乙基)苯或二枯基氯。
进一步地,所述胺类为2,6-二叔丁基吡啶、六氢吡啶、4-甲基-2,6-二叔丁基吡啶或二异丙基乙基胺;酯类为乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸叔丁酯;酰胺类为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或三乙基胺;醇类为乙醇、丙醇或丁醇;酮类为丙酮、丁酮、戊酮或苯丙酮。
步骤2)中所述共引发剂为三氟化硼或三氯化硼。
步骤1)中引发剂、第三组分、共引发剂和封端剂的摩尔比例为1.0:(0.1~10):(1.0~60):(1.0~10)。
进一步地,步骤1)中所述引发剂的浓度为1mol/L~10-5mol/L,所述第三组分的浓度为0.1mol/L~10-6mol/L,所述共引发剂的浓度为10mol/L~10-4mol/L,所述封端剂的浓度为0.1mol/L~10-6mol/L。
步骤2)中所述共引发剂的浓度为1mol/L~10-5mol/L,加入量与步骤1)中共引发剂相同。
步骤1)中异丁烯的浓度为0.5mol/L~20mol/L。
本发明的有益效果为:本发明通过将N-乙烯基咔唑嵌段在聚异丁烯两端从而增大其荧光效率,得到具有高荧光强度的聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物;该三嵌段共聚物可溶于较多的有机溶剂,极易成膜,克服了聚N-乙烯基咔唑成膜困难的问题。本发明聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物可用于光电导体材料,包括导电胶、电池以及静电复印。
附图说明
图1为实施例4的聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物1H NMR图。
图2为实施例6的聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物和聚N-乙烯基咔唑在331nm波长激发下的荧光谱图。
具体实施方式
下述反应式为制备聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物的流程图。
其中,混合溶剂为己烷与氯甲烷的混合物、己烷与二氯甲烷的混合物、氯乙烷或氯丁烷。
引发剂为双官能团苯基化合物;所述双官能团苯基化合物为5-叔丁基-1,3-二(1-甲氧基-1甲基乙基)苯、5-叔丁基-1,3-二(1-酰氧基-1甲基乙基)苯、5-叔丁基-1,3-二(1-氯-1甲基乙基)苯或二枯基氯。
第三组分为胺类、酯类、酰胺类、醇类或酮类;所述胺类为2,6-二叔丁基吡啶、六氢吡啶、4-甲基-2,6-二叔丁基吡啶或二异丙基乙基胺;酯类为乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸叔丁酯;酰胺类为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或三乙基胺;醇类为乙醇、丙醇或丁醇;酮类为丙酮、丁酮、戊酮或苯丙酮。
共引发剂1为四氯化钛、三氟化硼、氯化铝、氯化铁、二氯乙基铝或三氯三乙基二铝。
封端剂为1,1-二苯基乙烯或1,1-二(4-甲基苯基)乙烯。
更换共引发剂二次引发合成N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物的共引发剂2为三氟化硼或三氯化硼。
以下的实施例便于更好地理解本发明,但不限于本发明。下述实施例如无特殊说明,均为常规方法。
实施例1
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-100℃,向处理好的聚合瓶内加入回流过的正己烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-甲氧基-1甲基乙基)苯(0.001M)与共引发剂四氯化钛(0.036M)陈化组成的引发剂体系,陈化30min之后加入中间段单体异丁烯(IB)(5.33M),反应180min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.001M),反应30min后得到两端为甲氧基的聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(0.036M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(NVK)(0.08M),反应10min,最后加入甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例2
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-90℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为80/20的正己烷/一氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-酰氧基-1甲基乙基)苯(0.0056M)与共引发剂三氯三乙基二铝(0.336M)、6HPy(0.0224M)陈化组成的引发剂体系,陈化15min之后加入中间段单体异丁烯(20M),反应150min后加入封端剂1,1-二(4-甲基苯基)乙烯0.6ml(0.0224M),反应40min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BF3(0.336M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(0.64M)反应30min,最后加入甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例3
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-80℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为50/50的正己烷/一氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-氯-1甲基乙基)苯(0.00005M)与共引发剂三氟化硼(0.0006M)、EtOAc(0.0004M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(0.64M),反应100min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.0004M),反应45min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BF3(0.0006M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(0.047M)反应1.5h,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例4
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-80℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为60/40的正己烷/二氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-甲氧基-1甲基乙基)苯(0.0037M)与共引发剂四氯化钛(0.1332M)、质子捕捉剂DTBP(0.0148M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(10M),反应60min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.0148M),反应30min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(0.1332M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(0.073M)反应2h,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。制备的聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物1H NMR图如图1。
实施例5
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-70℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为20/80的正己烷/一氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂二枯基氯(0.001M)与共引发剂氯化铝(0.018M)、丁醇(0.01M)陈化组成的引发剂体系,陈化10min之后加入中间段单体异丁烯(1.25M),反应45min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.002M),反应30min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(0.018M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(0.156M)反应3h,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例6
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-60℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为40/60的正己烷/二氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-甲氧基-1甲基乙基)苯(0.01M)与共引发剂四氯化钛(0.08M)、DMF(0.02M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(12.5M),反应60min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.02M),反应45min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(0.08M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(2.43M)反应1.5h,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。制备的聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物和聚N-乙烯基咔唑在331nm波长激发下的荧光谱图如图2。
实施例7
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-50℃,向处理好的聚合瓶内加入一氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-氯-1甲基乙基)苯(0.005M)与共引发剂三氯三乙基二铝(0.02M)、丙酮(0.005M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(2.67M),反应60min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.02M),反应45min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(0.02M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(0.04M)反应2h,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例8
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-40℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为60/40的正己烷/二氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂二枯基氯(0.005M)与共引发剂二氯乙基铝(0.48M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(1.79M),反应60min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.04M),反应45min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BF3(0.24M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(0.058M)反应2.5h,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例9
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-30℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为50/50的正己烷/二氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-酰氧基-1甲基乙基)苯(0.005M)与共引发剂三氯三乙基二铝(0.04M)、6HPy(0.0005M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(1.34M),反应60min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.01M),反应45min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(0.04M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(0.098M)反应3h,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例10
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-20℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为50/50的正己烷/二氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-甲氧基-1甲基乙基)苯(0.1M)与共引发剂四氯化钛(1.2M)、质子捕捉剂DTBP(0.01M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(12.5M),反应45min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.4M),反应45min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(0.4M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(1.55M)反应30min,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例11
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度10℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为50/50的正己烷/二氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-氯-1甲基乙基)苯(0.1M)与共引发剂四氯化钛(6M)、EtOAc(0.1M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(8.93M),反应30min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.1M),反应45min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(6M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(1.74M)反应10min,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例12
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度0℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为40/60的正己烷/一氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-甲氧基-1甲基乙基)苯(1.0M)与共引发剂四氯化钛(10M)、DMF(0.5M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(3.57M),反应30min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(1.0M),反应30min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(10M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(0.054M)反应30min,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例13
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-90℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为30/70的正己烷/二氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-甲氧基-1甲基乙基)苯(0.05M)与共引发剂四氯化钛(0.5M)、丁醇(0.2M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(8.93M),反应30min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.4M),反应45min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(0.5M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(0.287M)反应1h,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例14
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-80℃,向处理好的聚合瓶内加入体积比为20/80的正己烷/一氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-甲氧基-1甲基乙基)苯(0.05M)与共引发剂四氯化钛(1.0M)、丙酮(0.05M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(13.39M),反应60min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.05M),反应45min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(1.0M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(0.97M)反应1.5h,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
实施例15
向真空手套箱中打入冷液并冷却至聚合温度-70℃,向处理好的聚合瓶内加入二氯甲烷作为溶剂30ml,混合均匀;然后加入引发剂5-叔丁基-1,3-二(1-甲氧基-1甲基乙基)苯(0.05M)与共引发剂四氯化钛(0.5M)、质子捕捉剂DTBP(0.1M)陈化组成的引发剂体系,陈化5min之后加入中间段单体异丁烯(8.93M),反应60min后加入封端剂1,1-二苯基乙烯(0.1M),反应45min后得到具有两端为甲氧基聚异丁烯;向端甲氧基的聚异丁烯中加入BCl3(0.5M),加入硬段单体N-乙烯基咔唑(1.11M)反应2h,最后加入以反应终止为准的甲醇(CH3OH),终止反应后将产物脱除溶剂,在35℃下真空干燥至恒重。
表1合成聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物的实验数据
实施例1-15合成聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的三嵌段共聚物的实验数据如表1,可以看出异丁烯单体转化率为80%~100%,N-乙烯基咔唑单体转化率为50%~90%。
Claims (9)
1.聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的嵌段共聚物,其特征在于,所述嵌段共聚物如结构式I所示:
2.聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的嵌段共聚物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)低温条件下,向混合溶剂中加入引发剂、第三组分和共引发剂,陈化,随后加入异丁烯聚合,结束后加入封端剂反应,加入甲醇终止反应,得到具有端甲氧基的聚异丁烯;
2)更换共引发剂加入到步骤1)中具有端甲氧基的聚异丁烯中,再加入N-乙烯基咔唑单体聚合,加入甲醇终止反应,洗涤,干燥,得到聚N-乙烯基咔唑和聚异丁烯的嵌段共聚物
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述低温条件为-90℃~0℃,聚合时间为30-180min,封端剂反应时间为30-45min;步骤2)中聚合时间为10min-5h。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述混合溶剂为己烷与氯甲烷的混合物、己烷与二氯甲烷的混合物;
所述引发剂为双官能团苯基化合物;
所述第三组分为胺类、酯类、酰胺类、醇类或酮类;
所述共引发剂为四氯化钛、三氟化硼、氯化铝、氯化铁、二氯乙基铝或三氯三乙基二铝;
所述封端剂为1,1-二苯基乙烯或1,1-二(4-甲基苯基)乙烯。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述双官能团苯基化合物为5-叔丁基-1,3-二(1-甲氧基-1甲基乙基)苯、5-叔丁基-1,3-二(1-酰氧基-1甲基乙基)苯、5-叔丁基-1,3-二(1-氯-1甲基乙基)苯。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述胺类为2,6-二叔丁基吡啶、六氢吡啶、4-甲基-2,6-二叔丁基吡啶、二异丙基乙基胺或三乙基胺;酯类为乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸叔丁酯;酰胺类为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺;醇类为乙醇、丙醇或丁醇;酮类为丙酮、丁酮、戊酮或苯丙酮。
7.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述共引发剂为三氟化硼或三氯化硼。
8.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中引发剂、第三组分、共引发剂和封端剂的摩尔比例为1.0:(0.1~10):(1.0~60):(1.0~10)。
9.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中所述共引发剂加入量与步骤1)中共引发剂相同。
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