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化学前沿讲座期末作业.
化学前沿讲座
课程论文
论文题目:ATRP(原子转移自由基聚合)的研究进展
学生姓名: 胡 锦
学 号: 142312139
学 院: 化学化工学院
完成时间: 2014年12月
ATRP(原子转移自由基聚合)的研究进展
摘要:原子转移自由基聚合(ATRP)是目前研究的热点之一。原子转移自由基聚合(ATRP)反应是实现活性聚合的一种颇为有效的途径,可以合成分子最可控、分子量分布窄的各种聚合物。ATRP的独特之处在于使用了有机卤代物作引发剂,并用过渡金属催化剂或退化转移的方式使链增长,自由基被可逆钝化成休眠种,有效地抑制了自由基双基终止的反应。ATRP可合成多种结构形式的、结构清晰的嵌段、接枝、星型、超支化高聚物,大大拓宽了高聚物的应用范围,具有非常广泛的应用前景。本文介绍了ATRP的研究进展,包括ATRP反应的特点、聚合反应机理、应用、研究现状及前景展望。
关键词:活性自由基聚合;原子转移自由基聚合;引发剂;自由基双基终止;机理
一、自由基聚合
自由基聚合是工业上生产聚合物的重要方法。它具有宽广的单体选择范围,温和的反应条件(无氧,0~100 ℃),甚至可在水中进行悬浮或乳液聚合。它的这些特点决定了其在聚合物生产中的主导地位,约有 70% 以上的塑料源于自由基聚合。但自由基聚合的慢引发、快增长、易发生链终止和链转移等特点,决定了自由基聚合反应过程难以控制,其结果常常导致聚合产物呈现分子量宽分布,分子量大小和分子结构不可控,有时甚至会发生支化、交联等,从而严重影响了聚合物产品的性能。
活性自由基聚合是将活性聚合的可控性引入自由基聚合,使增长链自由基可逆钝化,即引入可逆终止 (又叫可逆失活)反应,使增长链 自由基与其它物质 (如外加链转移剂等)可逆结合成休眠的活性种,称之为休眠种。休眠种可以再活化并继续进行链增长反应。在此基础上,当得到的聚合物分子量符合理论计算值,且分子量分布窄(Mw /M n≤ 1.3)时,该聚合过程为控制聚合。以上对反应速率的控制和对分子量的控制统称为可控自由基活性聚合[1]。
1995年,王锦山博士首次提出的原子转移自由基聚合[2](Atom Transfer Radical Polymerization,简写 ATRP),由于这种自由基聚合反应具有聚合过程活性可控, 能够合成低分散度和确定分子量及分子结构的聚合物[3],因此引起了世界各国高分子学家的极大兴趣,纷纷开展该领域研究,取得了许多创新性的研究成果,展示了良好的发展前景。
可控自由基活性聚合领域先后出现了Iniferter(Initiator-transfer agent term inator, Iniferter)法[4,5]、EMPO( 2,2,6,6—tetram ethyl —1—pipendinyloxyl,TEMP0)体系][6,7]、可逆加成一断裂链转移活性自由基聚合[8,9](Reversible addition fragm entation chain transfer,RAFT ) 、原子转移自由基 (Atomtransferradical polym- erization ,ATRP)聚合等。其中原子转移自由基聚合正在成为该研究领域的热点[10-13]。活性聚合中依引发机理的不同,分为阳离子活性聚台、阴离子活性聚合、配位活性聚合、自由基活性聚合等。至今为止发展最完善的是阴离子活性聚合,由此成功地获得了单分散聚合物、预定结构和序列的嵌段共聚物、接枝共聚物。然而,阴离子活性聚合对反应条件要求苛刻,可聚合的单体也比较少.应用范围很有限。
与其他类型聚合反应相比,自由基聚合可聚台的单体多、反应条件温和、易控制,实现工业化生产容易。当今市场上60%以上的合成聚合物产品是由自由基聚合工艺制备的。所以,活性自由基聚合具有极高的实用价值。
但是,自由基不稳定,极易发生双自由基终止反应,难以实现自由基活性聚合。从20世纪70年代开始,人们就努力寻找获得自由基活性聚合的途径[ 14] 。
二、原子转移自由基聚合
2.1 原子转移自由基聚合(ATRP)的特点
新材料的合成技术是21世纪优先发展的三大产业之一。高分子合成化学技术的发展促进了能满足各种要求的新材料不断问世,成为合成材料技术取得日新月异进展的重要基础之一。20世纪50年代配位聚合技术的出现,开辟了立构规整聚合的新纪元;而各种活性聚
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