CN113292707B - 一种端基功能化超支化聚烯烃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种端基功能化超支化聚烯烃的制备方法。制备方法如下:以3‑烯丙基‑环辛烯作为单体,引入几种带有末端官能团的烯烃作为链转移剂,在几种Grubbs催化剂存在的情况下通过开环易位聚合反应及交叉复分解反应的同时发生,直接得到端基功能化的聚烯烃。与现有技术相比,本发明涉及的制备方法可以通过一锅法同时实现超支化聚烯烃的制备及其端基的功能化;通过催化剂的选用、单体浓度的变化、链转移剂种类及浓度的变化、反应温度及时间的控制等手段实现对于反应转化率、产物结构、端基单元种类及其数量等的控制。

Description

一种端基功能化超支化聚烯烃的制备方法
技术领域
本发明属于聚烯烃合成技术领域,涉及一种端基功能化超支化聚烯烃的制备方法;具体涉及一类端基为羟基或酯基或羧基或氰基或碳碳双键的功能型超支化聚烯烃类聚合物及其制备方法。
背景技术
功能型聚合物是一类端基修饰有特定官能团的聚合物,是合成嵌段共聚物、支化聚合物、以及交联结构的重要前体。与聚合物的主链相比,末端基团占比很小,但功能化的末端基团往往可以改变聚合物的形态,从而引起聚合物性能的很大变化。通过易位聚合方法合成功能聚合物则是文献中报道较多的技术手段。这一种方法利用不同烯烃间的选择性实现端基修饰,从而实现功能聚合物的合成。
超支化聚合物由于其具有独特的结构特征,含有大量的末端,若能对这些末端进行修饰引入特定的功能化基团,将有望制备出具有优越性能的材料。然而,目前制备端基功能化的超支化聚合物仍面临许多困难:受反应原理制约,可引入的基团种类有限;通过超支化聚合物的端基修饰得到目标产物,使得合成工序进一步增加。因而这种聚合物材料的实际应用受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种端基功能化超支化聚烯烃的制备方法;通过一锅法一步制备支化程度可控、端基种类可控(端基单元明确)的端基功能化超支化聚烯烃。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
本发明涉及一类聚烯烃功能聚合物的合成方法,环烯烃
Figure BDA0003095479300000011
和链转移剂在催化剂存在的情况下通过开环易位聚合反应及交叉复分解反应的同时发生,得到端基功能化的聚烯烃;所述链转移剂为带有末端官能团的烯烃;x为1~10。本发明的体系中,环烯烃单体只要满足自身开环后无法重排成为稳定的五元环、六元环,即可实现本发明的目的。
作为本发明的一个实施方案,所述聚合反应是在惰性气流下进行聚合反应。具体是将环烯烃、链转移剂、催化剂(还可含溶剂),在惰性气体保护下加入反应体系中,进行聚合反应。
本发明的方法得到的产物的末端官能团种类取决于所用链转移剂的末端官能团,通过选用带有不同种类末端官能团的烯烃链转移剂,可以制备不同端基功能化的超支化聚烯烃。
本发明的方法得到的产物的端基单元为羟基、酯基、羧基、氰基或碳碳双键。反应程度取决于反应时间、温度、浓度、催化剂种类等因素。产物结构式包括:
Figure BDA0003095479300000021
其中,R为-CH2OH、-COOH、-COOCH3
Figure BDA0003095479300000022
或-CH2CH2CH3;n为5~600,m为1~2。m与n的具体数值根据不同的合成条件而变化。其中,m代表的重复单元指该处括号上方部分,包括n。
作为本发明的一个实施方案,所述环烯烃为3-烯丙基-环辛烯。
作为本发明的一个实施方案,所述带有末端官能团的烯烃中末端官能团为羟基、酯基、羧基、氰基或烷基。
作为本发明的一个实施方案,所述链转移剂包括顺-2-丁烯-1,4-二醇
Figure BDA0003095479300000023
马来酸
Figure BDA0003095479300000024
马来酸二甲酯
Figure BDA0003095479300000025
1,4-二氰基-2-丁烯
Figure BDA0003095479300000026
顺-4-辛烯
Figure BDA0003095479300000027
中的至少一种。
作为本发明的一个实施方案,所述催化剂为金属有机催化剂;所述金属有机催化剂包括含钌、钼或钨的金属有机催化剂中的至少一种。
作为本发明的一个实施方案,所述聚合反应中催化剂种类可以选择Grubbs第二代催化剂、第三代催化剂、Hoveyda-Grubbs第二代催化剂等。催化剂本身的催化活性越高,相同条件下聚合反应所得产物的副产物越少、产物的分子量越高;催化剂的活性越低,相同条件下聚合反应所得产物的副产物越多、产物的分子量越低。
作为本发明的一个实施方案,所述链转移剂与环烯烃单体的摩尔比为10~20∶1。链转移剂用量过高会导致分子量偏低;过低则难以保证足够多的端基实现功能化修饰。作为具体示例,环烯烃与链转移剂的摩尔比为10∶1或20∶1。
作为本发明的一个实施方案,所述聚合反应中环烯烃单体与催化剂的摩尔比为200∶1。催化剂的含量越高,聚合反应速率越快,反之亦然。
温度越低,产物的支化程度越低;升高温度有利于支化程度的提高。作为本发明的一个实施方案,所述聚合反应的温度为25~50℃,反应时间为12~24h。
作为本发明的一个实施方案,所述聚合反应为本体聚合(不加入溶剂)或于有机溶剂以0.75M~1.0M间的浓度进行反应。选择环烯烃单体浓度为0.75M~1.0M,是因为反应的单体浓度较低时,反应的速率较慢,相同时间内单体的聚合转化率较低,副产物含量越高,所得产物的分子量也较低;反应单体浓度较高(或本体聚合)时,反应速率较快,相同时间内单体的转化率较高,副产物含量越低,所得产物的分子量也相应较高。
进一步的,所述有机溶剂包括氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷、甲苯中的至少一种。
本发明还涉及一种聚烯烃功能聚合物,结构式为:
Figure BDA0003095479300000031
其中,R为-CH2OH、-COOH、-COOCH3
Figure BDA0003095479300000032
或-CH2CH2CH3;n为5~600,m为1~2。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1)本发明首次采用含有末端官能团的烯烃链转移剂用于3-烯丙基-环辛烯的复分解反应,从而制备超支化聚烯烃材料。
2)本发明通过改变催化剂的种类、链转移剂的种类及用量、单体的浓度、反应时间及温度等,可以实现对聚烯烃产物端基结构、支化度、分子量及其分布的控制。
3)与现有工艺相比,本发明提出的路线通过一锅法一步制备支化程度可控、端基种类可控的端基功能化超支化聚烯烃,无需对所得聚合物进行进一步后修饰即可得到端基功能化的超支化聚烯烃。这一方法可以提升端基功能化聚烯烃的实际生产能力,从而推广其应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明的端基功能化超支化聚烯烃的合成示意图;
图2为实施例1中单体于Hoveyda-Grubbs第二代催化剂催化下,与顺-2-丁烯-1,4-二醇发生聚合反应后所得产物的结构及核磁共振氢谱;
图3为实施例2中单体于Grubbs第三代催化剂催化下,与顺-2-丁烯-1,4-二醇发生聚合反应后所得产物的结构及核磁共振氢谱;
图4为实施例3中单体于Grubbs第二代催化剂催化下,与马来酸发生聚合反应后所得产物的结构及核磁共振氢谱;
图5为实施例4中单体于Grubbs第二代催化剂催化下,与马来酸二甲酯发生聚合反应后所得产物的结构及核磁共振氢谱;
图6为实施例5中单体于Grubbs第二代催化剂催化下,与1,4-二氰基-2-丁烯发生聚合反应后所得产物的结构及核磁共振氢谱;
图7为实施例6中单体于Grubbs第二代催化剂催化下,与顺-4-辛烯发生聚合反应后所得产物的结构及核磁共振氢谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种支化程度可控、端基种类可控的端基功能化超支化聚烯烃的合成方法,合成路线如图1所示,具体包括以下步骤:
取3-烯丙基-环辛烯(1mmol于1ml四氢呋喃中),置于2ml样品瓶中,加入Hoveyda-Grubbs第二代催化剂(3.13mg,溶于20μL四氢呋喃中)和链转移剂顺-2-丁烯-1,4-二醇(4.41mg,溶于20μL四氢呋喃中),在氩气下反应24h(反应温度为50℃),而后加入乙烯基乙醚/四氢呋喃溶液(v:v=50%)0.5ml终止反应,产物结构如图2所示:n为8,m为1,单体的转化率为54.8%,产物的支化程度为29.9%。
实施例2
本实施例涉及一种支化程度可控、端基种类可控的端基功能化超支化聚烯烃的合成方法,合成路线如图1所示,具体包括以下步骤:
取3-烯丙基-环辛烯(1mmol于1ml四氢呋喃中),置于2ml样品瓶中,加入Grubbs第三代催化剂(4.42mg,溶于20μL四氢呋喃中)和链转移剂顺-2-丁烯-1,4-二醇(4.41mg,溶于20μL四氢呋喃中),在氩气下反应24h(反应温度为25℃),而后加入乙烯基乙醚/四氢呋喃溶液(v:v=50%)0.5ml终止反应,产物结构如图3所示:n为10,m为1,单体的转化率为42.6%,产物的支化程度为14.9%。
实施例3
本实施例涉及一种支化程度可控、端基种类可控的端基功能化超支化聚烯烃的合成方法,合成路线如图1所示,具体包括以下步骤:
取3-烯丙基-环辛烯(1mmol于1ml四氢呋喃中),置于2ml样品瓶中,加入Grubbs第二代催化剂(4.43mg,溶于20μL四氢呋喃中)和链转移剂马来酸(17.41mg,溶于100μL四氢呋喃中),在氩气下反应24h(反应温度为50℃),而后加入乙烯基乙醚/四氢呋喃溶液(v:v=50%)0.5ml终止反应,产物结构如图4所示:n为6,m为1,单体的转化率为91.8%,产物的支化程度为15.0%。
实施例4
本实施例涉及一种支化程度可控、端基种类可控的端基功能化超支化聚烯烃的合成方法,合成路线如图1所示,具体包括以下步骤:
取3-烯丙基-环辛烯(1mmol于1ml四氢呋喃中),置于2ml样品瓶中,加入Grubbs第二代催化剂(4.43mg,溶于20μL四氢呋喃中)和链转移剂马来酸二甲酯(14.41mg,溶于100μL四氢呋喃中),在氩气下反应24h(反应温度为50℃),而后加入乙烯基乙醚/四氢呋喃溶液(v:v=50%)0.5ml终止反应,产物结构如图5所示:n为26,m为1,单体的转化率为64.3%,产物的支化程度为18.2%。
实施例5
本实施例涉及一种支化程度可控、端基种类可控的端基功能化超支化聚烯烃的合成方法,合成路线如图1所示,具体包括以下步骤:
取3-烯丙基-环辛烯(1mmol于0.7ml四氢呋喃中),置于2ml样品瓶中,加入Grubbs第二代催化剂(4.43mg,溶于20μL四氢呋喃中)和链转移剂1,4-二氰基-2-丁烯(5.31mg,溶于100μL四氢呋喃中),在氩气下反应24h(反应温度为50℃),而后加入乙烯基乙醚/四氢呋喃溶液(v:v=50%)0.5ml终止反应,产物结构如图6所示:n为21,m为1,单体的转化率为36.1%,产物的支化程度为16.8%。
实施例6
本实施例涉及一种支化程度可控、端基种类可控的端基功能化超支化聚烯烃的合成方法,合成路线如图1所示,具体包括以下步骤:
取3-烯丙基-环辛烯(1mmol于0.7ml四氢呋喃中),置于2ml样品瓶中,加入Grubbs第二代催化剂(4.43mg,溶于20μL四氢呋喃中)和链转移剂顺-4-辛烯(5.61mg,溶于100μL四氢呋喃中),在氩气下反应(反应温度为50℃),而后加入乙烯基乙醚/四氢呋喃溶液(v:v=50%)0.5ml终止反应,产物结构如图7所示:n为31,m为1,单体的转化率为61.2%,产物的支化程度为31.8%。
综上,本发明通过一锅法一步制备支化程度可控、端基种类可控的端基功能化超支化聚烯烃,无需对所得聚合物进行进一步后修饰即可得到端基功能化的超支化聚烯烃。根据本发明方法制备的聚烯烃材料其粘度低、流动性好,支化程度与分子量可控,可广泛应用于涂料、润滑剂、聚合物加工流动改善剂、胶黏剂、固化剂等领域。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一类聚烯烃功能聚合物的合成方法,其特征在于,3-烯丙基-环辛烯和链转移剂在催化剂存在的情况下,同时发生开环易位聚合反应及交叉复分解反应,得到端基功能化的聚烯烃;所述链转移剂为顺-2-丁烯-1,4-二醇、马来酸二甲酯、马来酸、1,4-二氰基-2-丁烯、顺-4-辛烯中的至少一种;
所述聚烯烃功能聚合物结构式为:
Figure DEST_PATH_IMAGE002
,其中,R为-CH2OH、-COOH、-COOCH3
Figure DEST_PATH_IMAGE004
或-CH2CH2CH3;n为5~600,m为1~2;
所述催化剂为Grubbs催化剂;包括Grubbs第二代催化剂、Grubbs第三代催化剂、Hoveyda-Grubbs第二代催化剂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的聚烯烃功能聚合物的合成方法,其特征在于,所述环烯烃与催化剂的摩尔比为200:1。
3.根据权利要求1所述的聚烯烃功能聚合物的合成方法,其特征在于,所述环烯烃与链转移剂的摩尔比为10~20:1。
4.根据权利要求1所述的聚烯烃功能聚合物的合成方法,其特征在于,所述聚合反应的温度为25~50 ℃,反应时间为12~24h。
5.根据权利要求1所述的聚烯烃功能聚合物的合成方法,其特征在于,所述聚合反应为本体聚合或于有机溶剂以0.75M~1.0M的浓度进行反应。
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