一種2，2，2－三氟乙基甲基丙烯酸酯負離子聚合方法
2023-12-05 22:03:11
專利名稱：一種2，2，2－三氟乙基甲基丙烯酸酯負離子聚合方法
技術領域：
本發明涉及高分子化合物合成領域，特別涉及負離子聚合領域。
背景技術：
Tadashi Narita等人發表的文章(T.Narita，T.Hagiware，H.Hamana，Masaru Goto，Makromol.Chem(1986)187731-737)中，指出用Zn(C2H5)2和丁基鋰(LiC4H9)製得的LiZnC4H9(C2H5)2作引發劑在甲苯溶劑中引發聚合2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)，在0℃、-20℃和-78℃下，生成的聚2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(PTFEMA)單體轉化率分別為87.9％、98％和31.9％，值得注意的是，雖然在-20℃下得到幾乎化學定量的單體轉化率，但這些聚合反應時間需要7天，且當以四氫呋喃(THF)為溶劑時此引發體系所得聚合物單體轉化率為0。文章所指出的引發體系是在甲苯、THF等溶劑中引發聚合TFEMA的情況，包括不同的引發劑、不同溶劑、聚合反應時間和單體轉化率等情況。該方法的聚合時間長。
發明內容
本發明的目的是提供一種在保持高引發效率、高單體轉化率的同時，聚合時間短的2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEMA)負離子聚合方法。
本發明是在反應容器中加入有機溶劑，再加入有機銅，然後加入有機鋰形成聚合溶液，經2～30分鐘，優選15～30分鐘，有機銅和有機鋰反應生成引發劑有機銅鋰(RLi/A2BCu)；然後加入濃度為3～21％wt的2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯單體在-50℃～30℃聚合(這裡所述的濃度值是依照公式單體質量/(單體質量+溶劑質量)×100％，計算得到)，反應2～120分鐘，優選40～90分鐘，生成聚2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯，單體濃度優選6～18％wt；所述有機銅的通式表示為A2BCu，其中A為有機基團，B為磷(P)原子或氮(N)原子；所述有機鋰的通式為RLi，其中R為C1-6的烷基、苯基、苄基、烯丙基或聚合物短鏈；有機鋰在所述聚合溶液中的濃度為0.0105～0.042mol/L，有機銅對有機鋰的摩爾比例為(0.25～1.5)∶1，優選1∶1。
有機溶劑是四氫呋喃(THF)、N，N-二甲基甲醯胺(DMF)、甲苯中的一種或多種。
有機銅通式中的有機基團A，是C2-6的烷基、苯基(Ph-)、或環己基(Cy-)，優選苯基或環己基。
前述聚合物短鏈是異戊二烯短鏈或聚苯乙烯短鏈。
有機鋰的通式中的R，優選正丁基或異戊二烯短鏈。當R為異戊二烯短鏈時，生成的有機鋰為異戊二烯短鏈雙鋰，可由通式Li-(Ip)3-6-Li表示。
用本發明中的引發劑引發TFEMA聚合，所得聚合物PTFEMA的單體轉化率高(≈100％)，聚合時間短(40分鐘內單體轉化率可達100％時)，所得聚合物PTFEMA的數均分子量(Mn)為1×103～2×104，相對分子量分布(MWD)為1.23～1.29，引發效率多大於60％，具有很高的工業價值。
單體轉化率採用稱重法測量，在加入單體之前稱得加入單體的重量(M1)，待完全生成聚合物後，終止、乾燥後再稱聚合物的重量(M2)，單體轉化率＝M2/M1×100％。
引發劑引發效率＝理論的數均分子量/實驗所得數均分子量×單體轉化率，實驗所得數均分子量可以用GPC凝膠色譜儀測試得到。
附圖1是2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯的單體轉化率-時間的關係圖。
實施方式為了進一步說明本發明，提供如下精選的實施例，但在具體實現中應不限於本文件所提供的這些實施例。
本發明方法中所使用的有機銅使用現有方法製得。參見A.M.Augiar等人的文章(A.M.Augiar，J.Giaein，and A.Mills，J.org.Chem.，27，674(1962))。有機鋰也使用現有方法製得或市購。
各實施例的準備步驟皆是用常規的方法將聚合瓶除氧除溼除雜質，然後在聚合瓶中充入氮氣；聚合反應的終止步驟用甲醇終止反應，經沉澱後真空乾燥得聚2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯；中間三步和對應的條件如下述；各實施例中TFEMA單體轉化率、引發劑引發效率、生成的PTFEMA聚合物採用凝膠滲透色譜法測定數均分子量Mn見表1，核磁共振(NMR)結果證明所得反應產物為聚2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(PTFEMA)。
實施例1在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；
加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應時間40分鐘；實施例2在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二環己胺銅(Cy2NCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的異戊二烯短鏈雙鋰(Li-(Ip)3-6-Li)(Cu∶Li＝1∶1)，反應20分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例3在-50℃溫度下，加入30ml含0.1575mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝0.25∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例4在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF溶劑；然後加入0.42mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1.5∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例5在0℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的0.76mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例6在-50℃溫度下，加入30ml含0.315mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF溶劑；然後加入0.315mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的5.3mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例7
在-50℃溫度下，加入30ml含1.26mmol二苯基膦銅(DPPCu)的DMF溶劑；然後加入1.26mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例8在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF/甲苯(15/15，v/v)混合溶劑；然後加入0.63mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例9在10℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二環己胺銅(Cy2NCu)的THF的溶劑；然後加入0.63mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例10在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二乙基胺膦銅(Et2NCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例11在-10℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二叔丁基胺銅((t-Bu)2NCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例12在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二叔丁基膦銅((t-Bu)2PCu)的THF溶劑；
然後加入0.63mmol的己基鋰(C6H13Li)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例13在-20℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二己基胺銅(C6H13)2NCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的苯基鋰(C6H5Li)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例14在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的苄基鋰(C7H7Li)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例15在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的甲基鋰(CH3Li)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例16在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的聚苯乙烯基鋰(PStLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應20分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例17在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF/甲苯/DMF(10/10/10，V/V/V)混合溶劑；然後加入0.63mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應15分鐘，生成有機銅鋰；
加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應40分鐘；實施例18在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應2分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應時間40分鐘；實施例19在-50℃溫度下，加入30ml含0.63mmol二苯基膦銅(DPPCu)的THF溶劑；然後加入0.63mmol的正丁基鋰(n-BuLi)(Cu∶Li＝1∶1)，反應30分鐘，生成有機銅鋰；加入已精製過的1.5mlTFEMA單體，反應時間40分鐘；從以上實施例可以看出採用本發明中的有機銅鋰RLi/A2BCu引發體系引發2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯單體，單體轉化率多為100％，引發劑引發效率多大於60％，聚合反應時間短，遠高於現有技術，單體轉化效率與時間的關係見附圖1。
表1
權利要求
1.一種2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯負離子聚合方法，其特徵在於先在裝有有機溶劑的反應容器加入預先製備好的有機銅，然後加入有機鋰形成聚合溶液，經2～30分鐘，有機銅和有機鋰反應生成引發劑有機銅鋰(RLi/A2BCu)後，加入質量百分比濃度為3～21％的2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯單體，在-50℃～30℃下進行聚合反應，反應時間2～120分鐘，獲得聚2，2，2-三氟乙基甲基丙烯酸酯；所述有機銅的通式表示為A2BCu，其中A是C2-6的烷基、苯基或環己基，B為磷原子或氮原子；所述有機鋰的通式表示為RLi，其中R為C1-6的烷基、苯基、苄基、烯丙基或聚合物短鏈；有機鋰在所述聚合溶液中的濃度為0.0105～0.042mol/L，有機銅對有機鋰的摩爾比例為(0.25～1.5)∶1；有機溶劑是四氫呋喃(THF)、N，N-二甲基甲醯胺(DMF)、甲苯中的任一種或多種。
2.根據權利要求1所述的聚合方法，其特徵在於所述的聚合物短鏈是異戊二烯短鏈或聚苯乙烯短鏈。
3.根據權利要求1所述的聚合方法，其特徵在於所述有機鋰通式中的R是正丁基。
4.根據權利要求2所述的聚合方法，其特徵在於所述的聚合物短鏈是異戊二烯短鏈。
5.根據權利要求1～4任一所述的聚合方法，其特徵在於有機銅和有機鋰在有機溶劑中反應15～30分鐘。
6.根據權利要求1～5任一所述的聚合方法，其特徵在於單體濃度為6～18％wt。
7.根據權利要求1～6任一所述的聚合方法，其特徵在於聚合反應的時間為40～90分鐘。
8.根據權利要求1～7任一所述的聚合方法，有機銅對有機鋰的摩爾比例是1∶1。
全文摘要
一種2，2，2－三氟乙基甲基丙烯酸酯負離子聚合方法，屬於高分子材料負離子聚合領域。本方法先在裝有有機溶劑的反應容器加入預先製備好的有機銅，然後加入有機鋰，反應2～30分鐘生成有機銅鋰後，加入2，2，2－三氟乙基甲基丙烯酸酯單體，在－50℃～30℃下進行聚合反應，反應時間2～120分鐘，獲得聚2，2，2－三氟乙基甲基丙烯酸酯。本發明具有引發效率高，單體轉化率高的優點。
文檔編號C08F4/60GK1865297SQ20061008940
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月23日 優先權日2006年6月23日
發明者韓丙勇, 黃增彪, 安鋒, 楊萬泰 申請人:北京化工大學