可逆加成-断裂转移法
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图1 RAFT聚合原理图RAFT聚合涉及到以下多个步骤:(1)引发,引发剂分解产生初级自由基,初级自由基引发单体生长形成增长自由基。
(2)预平衡,增长自由基迅速被CTA 捕获,建立预平衡。
CTA捕获增长自由基后形成RAFT-加成自由基中间体结构,该中间体可逆断裂形成大分子链转移剂和再引发自由基。
(3)再引发,再引发自由基引发单体聚合形成新的增长自由基。
(4)链平衡,增长自由基被大分子链转移剂捕获,形成RAFT-加成自由基中间体,中间体可逆断裂形成新的大分子链转移剂合新的增长自由基,从而实现了可逆加成-断裂链转移过程。
(5)链终止,增长自由基之间通过双基终止或歧化的方式形成死链。
图2 实验原理图聚合控制的好坏取决于自由基休眠种是否容易形成,以及自由基休眠种能否再次引发聚合,这就要求自由基休眠种具有一定的稳定性但稳定性不能太高,因此不同种类的单体需要相应的CTA才可以实现可控聚合。
但经过近二十年的迅猛发展,目前对于不同单体适用的CTA已有了清楚的认识,使得丙烯酸酯类、丙烯酰胺类、甲基丙烯酸酯类、甲基丙烯酰胺类、苯乙烯类、醋酸乙烯酯类和乙烯基吡咯烷酮类均可以采用RAFT方法进行聚合。
3、活性聚合的实施图3苯乙烯GPC谱图流出曲线知,第六次样品峰值保留保留时间较短,这是因为随着反应的进行,聚合度增加,分子尺寸增加,保留时间越短。
图4 苯乙烯标准曲线苯乙烯标准曲线,计算出苯乙烯在两次取样中的标准浓度,。
图5 三组样品的紫外谱图(第三次取样)波长在240nm处取得:C3=0.0108uL/mL(第四次取样)波长在240nm处取得:C4=0.0094uL/mL(第七次取样)波长在240nm处取得:C7=0.0029uL/mL。
可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合概述与最新研究进展摘要可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合是一种十分重要的“活性”自由基聚合方法。
这种聚合方式被人们发现以来,RAFT聚合被化学和材料界广泛应用于聚合物的设计和合成上。
本文对RAFT聚合的产生、反应机理等做了简要描述,并综述了其最新研究进展。
关键词RAFT聚合“活性”自由基聚合链转移剂前言活性聚合最早由美国科学家Szwarc于1956年提出。
所谓活性聚合是指那些不存在任何使聚合链增长反应停止或不可逆转副反应的聚合反应。
经历了60年的发展,活性聚合已从最早的阴离子聚合扩展到其它典型的链式聚合:如阳离子(1986年),自由基(1993年)等,并在人们的生产和生活中产生了巨大影响。
活性聚合是高分子发展史上最伟大的发现之一。
活性聚合中依引发机理的不同,分为阴离子活性聚合、阳离子活性聚合、活性自由基聚合、配位活性聚合等。
活性自由基聚合较其它几种聚合方式可聚合的单体多,反应温度范围较宽,能采用的溶剂种类和聚合方法多[1],因而引起了化学和材料界的极大重视。
活性自由基聚合依据其方法可分为引发转移终止(Iniferter)法,稳定自由基聚合(SFRP,NMP)法,原子转移自由基聚合(ATRP)法[2]和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法[3]。
其中Iniferter法的缺点是聚合过程难以控制,所得聚合物的相对分子质量与理论值偏差较大,相对分子质量分布较宽;NMP的主要缺点表现在需要使用价格昂贵氮氧自由基,而且氮氧自由基的合成较为困难;ATRP 的劣势则表现在当聚合一些能与过渡金属催化剂形成配位键的单体(如丙烯酸)时的控制力不强,而且较难除去金属离子和催化剂,此外还需要较为苛刻的反应条件(对除氧的要求较高)[4]。
相比而言,可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法有着其它几种无法比拟的优点(如反应条件温和、适用单体范围广等),使得“活性”自由基聚合技术的发展又向前迈进了一步[5]。
可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合概述与最新研究进展摘要可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合是一种十分重要的“活性”自由基聚合方法。
这种聚合方式被人们发现以来,RAFT聚合被化学和材料界广泛应用于聚合物的设计和合成上。
本文对RAFT聚合的产生、反应机理等做了简要描述,并综述了其最新研究进展。
关键词 RAFT聚合“活性”自由基聚合链转移剂前言活性聚合最早由美国科学家Szwarc于1956年提出。
所谓活性聚合是指那些不存在任何使聚合链增长反应停止或不可逆转副反应的聚合反应。
经历了60年的发展,活性聚合已从最早的阴离子聚合扩展到其它典型的链式聚合: 如阳离子(1986年),自由基(1993年)等,并在人们的生产和生活中产生了巨大影响。
活性聚合是高分子发展史上最伟大的发现之一。
活性聚合中依引发机理的不同,分为阴离子活性聚合、阳离子活性聚合、活性自由基聚合、配位活性聚合等。
活性自由基聚合较其它几种聚合方式可聚合的单体多,反应温度范围较宽,能采用的溶剂种类和聚合方法多[1],因而引起了化学和材料界的极大重视。
活性自由基聚合依据其方法可分为引发转移终止(Iniferter)法,稳定自由基聚合(SFRP,NMP)法,原子转移自由基聚合(ATRP)法[2]和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法[3]。
其中Iniferter法的缺点是聚合过程难以控制,所得聚合物的相对分子质量与理论值偏差较大,相对分子质量分布较宽;NMP的主要缺点表现在需要使用价格昂贵氮氧自由基,而且氮氧自由基的合成较为困难;ATRP 的劣势则表现在当聚合一些能与过渡金属催化剂形成配位键的单体(如丙烯酸)时的控制力不强,而且较难除去金属离子和催化剂,此外还需要较为苛刻的反应条件(对除氧的要求较高)[4]。
相比而言,可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法有着其它几种无法比拟的优点(如反应条件温和、适用单体范围广等),使得“活性”自由基聚合技术的发展又向前迈进了一步[5]。
可逆加成断裂链转移自由基聚合(Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer,RAFT)是一种广泛应用于聚合物化学中的方法。
它是一种控制聚合反应的技术,可以产生具有可控结构和分子量的聚合物。
在RAFT聚合中,通过引入RAFT试剂(通常是一种含有烷硫酰基(thiocyano)功能基团的物质),在聚合反应中引入转移自由基(transfer radical),从而实现聚合反应的可控性。
具体而言,RAFT试剂可以与自由基引发剂和聚合物链末端的自由基相互作用,形成RAFT中间体。
RAFT中间体可以进行链转移反应,将转移自由基从聚合物链转移到RAFT试剂上,从而控制聚合反应的分子量和分子量分布。
整个聚合过程可概括为以下步骤:
1. 引发剂引发自由基聚合反应。
2. RAFT试剂与聚合物链末端的自由基发生反应,形成RAFT中间体。
3. 链转移反应发生,将自由基从聚合物链转移到RAFT试剂上。
4. 重复步骤1-3,直到达到所需聚合物的分子量。
5. 终止反应,得到控制结构和分子量的聚合物。
因为RAFT聚合技术具有灵活性和可调性,可以在较宽的反应条件下进行,因此在聚合物材料的制备中得到了广泛应用。
它可以用于合成各种聚合物,如聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸酯等,同时提供了对聚合物链结构和性质的精确控制。
可逆加成-断裂链转移自由基聚合可逆加成-断裂链转移自由基聚合是一种重要的聚合反应机制,常用于合成高分子材料和控制聚合反应的分子结构。
在这种反应中,通过链转移反应,聚合物链的增长和断裂同时进行,从而实现聚合物的精确控制和调控。
在可逆加成-断裂链转移自由基聚合中,聚合反应一般由两个主要步骤组成:加成反应和链转移反应。
首先,通过加成反应将单体分子添加到活性自由基上,形成一个新的自由基。
这个过程中,单体分子中的双键会和活性自由基发生反应,形成一个新的化学键。
接下来,通过链转移反应,新生成的自由基和链转移剂之间发生反应,将聚合物链转移到链转移剂上,从而控制聚合物的长度和分子量分布。
可逆加成-断裂链转移自由基聚合的优点是可以实现聚合物的精确控制,得到具有特定结构和性质的聚合物。
在聚合反应中,链转移剂的选择和添加量可以调节聚合物的长度和分子量分布,从而控制聚合物的物理性质和化学性质。
此外,可逆加成-断裂链转移自由基聚合还具有高反应活性和高收率的优点,可以在相对较温和的条件下进行,避免了很多不必要的副反应和副产物的生成。
可逆加成-断裂链转移自由基聚合的应用非常广泛。
例如,在高分子材料领域,可逆加成-断裂链转移自由基聚合可以用于合成具有特定结构和性能的功能性聚合物。
这些功能性聚合物可以用于制备高性能材料,如高分子涂料、高分子纤维和高分子薄膜等。
此外,可逆加成-断裂链转移自由基聚合还可以用于合成生物可降解聚合物,用于制备环境友好型材料。
在可逆加成-断裂链转移自由基聚合中,链转移剂的选择和添加量对聚合物的性质和结构具有重要影响。
链转移剂的选择应考虑其与聚合物链的亲和性和反应活性,以及对聚合反应的影响。
此外,添加量的控制也是实现聚合物精确控制的关键因素。
过高或过低的添加量都会导致聚合物的结构和性质发生变化,影响聚合反应的效果。
可逆加成-断裂链转移自由基聚合是一种重要的聚合反应机制,可以实现对聚合物的精确控制和调控。
通过链转移反应,可以控制聚合物的长度和分子量分布,从而调节聚合物的物理性质和化学性质。
(Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer,简称RAFT)可逆加成-断裂-链转移(RAFT)聚合是实现可控/“活性”自由基聚合的一种主要方法。
由于其广阔的应用前景,自98年首次报道以来,迅速成为高分子化学研究领域的热点。
RAFT聚合时在传统自由基聚合的体系中引入一种被称为RAFT试剂的化合物,通过与自由基进行可逆加成/断裂反应来实现分子链的“活性”增长。
RAFT反应过程已基本确立,但对加成/断裂反应速率常数的大小却又争议,是当前RAFT聚合机理研究的主要内容。
共聚反应体系中RAFT试剂的选择原则:RAFT共聚反应所选用的RAFT试剂既要能够实现产物分子量及分布的可控性,又不能对共聚速率产生较大的缓聚作用,缓聚作用如果很大,不仅延长了聚合时间,还使得聚合体系中死聚物含量增大,加宽了产物的PDI。
可控/“活性”自由基聚合的重要意义在于它结合了自由基聚合和活性聚合的优点:一方面,可以精确控制大分子链的增长过程,从而得到预设分子量、分子量分布窄的聚合物,可以合成嵌段聚合物、规整结构的星型聚合物和梳状聚合物等以往无法合成的聚合物;另一方面,它适用单体范围广、单体易共聚、聚合条件比较温和并能应用于水介质体系。
RAFT 试剂是一种高效的可逆链转移试剂,通过增长自由基与链转移剂之间可逆的链转移平衡反应实现对聚合过程的控制。
相比其他可控/“活性”自由基聚合技术,RAFT 聚合具有反应条件比较温和,适用单体范围广等优点。
可控/“活性”自由基聚合基本特征是在活性种与休眠种之间存在一个平衡反应:休眠种可以在催化剂存在下活化,也可以在适当条件下(如加热等)自活化以形成活性种,在单体存在条件下,活性种可以增长,直到其再次失活变为休眠种,活性种失活的同时还可能发生终止及链转移等副反应。
可以简单的认为休眠种每 k act 秒活化一次变为活性种,在活性种状态停留k deact 秒后又回到休眠种的状态。