Transcript NMP
Нитроксильные радикалы контролирующие агенты полимеризации Содержание • Введение: радикальная полимеризация (РП) и радикальная контролируемая полимеризация (РКП) • Механизм РКП • Применение РКП для синтеза инженерных пластиков Введение: Радикальная полимеризация (РП) • Самый востребованный процесс производства полимеров (~50% всех производимых полимеров) + широкий выбор мономеров, блок-сополимеры + проработанность технологии + просто осуществить, широкий выбор условий -Сложно контролировать топологию, состав… - медленное инициирование, быстрый обрыв цепи (время жизни цепи ~ 1с) • Какие полимеры востребованы? + высококачественные, но не дорогие + наноструктуры - Получаются в основном методами живой ионной полимеризации – дорого, жесткие условия, не много мономеров • Выход – радикальная контролируемая/ «живая» полимеризация Введение: Радикальная полимеризация (РП) Инициирование Рост цепи Обрыв цепи Pn+m • Молекулярная масса полимера падает с конверсией • Полидисперсность > 1,5 Введение: как можно контролировать РП • Уменьшение вклада реакции необратимой рекомбинации полимерных радикалов за счет: • Снижение подвижности полимерных радикалов • Конкурирующей реакции (обратимая деакивация роста цепи) Введение Радикальная контролируемая/ «живая» полимеризация • 5 конференций ACS, посвященных РКП • Более 15 тыс. статей • > 1000 патентов • Растущий интерес в промышленности • Применение: материалы с заданными свойствами Сходства и различия РП и РКП • Радикальный механизм • Широкий круг мономеров, толерантность к функциональным заместителям • Широкий выбор условий (растворители, давление, температура, примеси) • Низкая стереоселективность • Длительное время жизни полимерной цепи • Быстрое (по сравнению со временем процесса) инициирование • Длительное время • Кинетика – эффект Фишера Ингольда • Молекулярная масса увеличивается с конверсией, узкое ММР •Контроль структуры получаемых макромолекул РКП в присутствии стабильных радикалов (Nitroxide mediated polymerization - NMP) рекомбинация Инициирование kt kd R O N Алкоксиамин kc Инициирующая система – N O + R Рост цепи M kd,ds RMn O N kc,ds N O + RMn + M Спящие цепи Обрыв цепи kp стандартное инициирование (АИБН, БПО) в присутствии нитроксилов или Инициирование алкоксиаминами kt,ds Медиатор – нитроксильный «мертвые цепи» Кинетика определяется kd и kc радикал Радикальная контролируемая полимеризация (РКП) – основные характеристики 2,0 4 1,8 4 1,6 4 1,4 4 1,2 Mn, г/моль 8,0x10 6,0x10 4,0x10 2,0x10 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 Полидисперсность 5 1,0x10 1,0 1,0 Конверсия •Линейный рост молекулярной массы полимера от конверсии – контролируемый режим • Уменьшение полидисперсности от конверсии – контролируемый режим • Полидисперсность полимера при высокой конверсии меньше 1,5 • Реинициирование полимеризации – «живой» характер полимеризации Quirk, R.P., Lee, B. - Experimental Criteria for Living Polymerizations // Polym. Int. -1992,- 27,- 359-367. РКП в присутствии стабильных радикалов (Nitroxide mediated polymerization - NMP) Стирол, акрилаты Стирол TEMPO TIPNO Стирол, акрилаты Метакрилаты (ограниченная функционализация концевых групп) DPAIO SG1 Стабильность, отсутствие побочных реакций Примеры использования радикальной контролируемой полимеризации в присутствии нитроксилов для синтеза инженерных пластиков Synthesis of the triblock PS-b-PEO-b-PS O H O n HO + Cl O CH2Cl2 O P(O)(OEt)2 O + O O n O O 10 eq PEO N O O 0°C-TEA n 100% SG1 80°C-2.5h HO O O EtOH O O O n O OH SG1 OH O 110°C 5 eq PS O OH + HO O O SG1 O O O n O OH PS PS-b-PEO-b-PS Mw (g.mol-1) 1H NMR Pat. WO/2004/014926 1600-9000-1600 PEO/PS = 75/25 wt% 3500-9000-3500 PEO/PS = 56/44 wt% Morphology of PS-b-PEO-b-PS film by Atomic Force Microscopy 1µm x 1µm 1µm x 1µm 34 wt % PEO PS matrix PEO cylinders 56 wt% PEO Lamellae 75 wt% PEO PS cylinders in PEO matrix Domain size : ≈ 30 nm Cylinder size : ≈ 20 nm Li1CoO x 2 LiCoOLi+ 2 Li+ Bertin, D. et al. WO/2007/113236 Lithiu m metal PS PEO PS Заключение • Структура полимера определяет свойства материала • Радикальная полимеризация в присутствии нитроксилов – удобный метод получения полимеров сложной структуры