一种梯形低聚物的合成方法
阅读说明：本技术 一种梯形低聚物的合成方法 (Synthesis method of trapezoidal oligomer ) 是由 王果 杜柑宏 郭松 于 2020-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种梯形低聚物的合成方法,其特征在于包括有以下步骤：将亲双烯体和双环戊二烯经过除水除氧处理,随后将亲双烯体与双环戊二烯加入到高压反应釜中,然后加入路易斯酸和溶剂,经连续狄尔斯-阿德耳反应生成所需的梯形低聚物。本发明还公开了应用上述合成方法制得的梯形低聚物。与现有技术相比,本发明的合成方法能够制得结构规整的梯形低聚物。(The invention discloses a synthesis method of a trapezoidal oligomer, which is characterized by comprising the following steps: the dienophile and the dicyclopentadiene are subjected to water removal and oxygen removal treatment, then the dienophile and the dicyclopentadiene are added into a high-pressure reaction kettle, then Lewis acid and solvent are added, and the required ladder-shaped oligomer is generated through continuous Diels-Alder reaction. The invention also discloses a trapezoidal oligomer prepared by applying the synthesis method. Compared with the prior art, the synthesis method can prepare the trapezoidal oligomer with a regular structure.)
技术领域
本发明涉及聚合物合成技术领域，具体指一种梯形低聚物的合成方法。
背景技术
梯形聚合物是一类具有双链结构的线型聚合物。相比于常规的单链线型聚合物，其主链刚性更强，具有更高的热稳定性以及高的化学稳定性。与具有交联结构的聚合物相比，又具有可加工的特点，因此受到人们广泛的关注。
常见的梯形聚合物合成方法主要有逐步聚合法和后关环法。其中，后关环法是先通过聚合形成单链高分子，随后再进行分子内的关环反应形成梯形结构。然而，这种方法往往会由于关环反应效率不高，导致形成的梯形聚合物中，主链结构具有较多的缺陷。而采用逐步聚合法，可有效避免这些缺陷结构的形成。
环戊二烯是一类重要的化工原料，可与亲双烯体发生狄尔斯-阿德耳反应制备得到下述结构的烯烃化合物：
其中，R1、R2、R3、R4为氢原子、碳原子数为1-20的烃基或芳基，m＝0～1；
该烯烃化合物又可与环戊二烯继续发生狄尔斯-阿德耳反应，形成规整的梯形低聚物。专利公布号为CN1694913A，CN101319020A的发明专利报道了一种以这类末端含双键的梯形低聚物为原料，通过开环共聚得到环烯烃共聚物，这些聚合物具有优异的光学性能，高的热稳定性以及高的机械强度，广泛应用于光学材料、偏振片以及液晶显示器等领域，具有重要的应用价值；专利公布号为CN107011610A的发明专利报道了一种以这类低聚物为原料制备得到的聚烯烃膜，该聚烯烃膜可作为触控面板的基材，并有效提高与透明导电层的密合性。
然而，有关如何合成该类梯形低聚物的报道仍然比较少，相关的研究也比较匮乏。这是因为，当环戊二烯作为反应原料时，由于环戊二烯既可作为狄尔斯-阿德耳反应的双烯体，也可作为亲双烯体，因此环戊二烯容易发生自身的二聚，三聚等反应，生成的产物含有至少两个双键以上，如DCPD，TCPD等，无法得到上述结构规整的梯形低聚物。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种梯形低聚物的合成方法，该合成方法能够制得结构规整的梯形低聚物。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种应用上述合成方法制得的梯形低聚物。
本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种梯形低聚物的合成方法，其特征在于包括有以下步骤：将亲双烯体和双环戊二烯经过除水除氧处理，随后将亲双烯体与双环戊二烯加入到高压反应釜中，然后加入路易斯酸和溶剂，经连续狄尔斯-阿德耳反应生成所需的梯形低聚物。
优选地，所述梯形低聚物的通式为：
其中，n为0～20中的任意整数，R1、R2为氢原子、碳原子数为1-20的烃基或芳基，X为碳原子或氮原子中的一种。
进一步，所述亲双烯体的通式为：
其中，R1、R2为氢原子、碳原子数为1-20的烃基或芳基，X为碳原子或氮原子。
再进一步，所述的亲双烯体为下述化合物中的至少一种：
优选地，所述路易斯酸催化剂为氯化锌、氯化铝、氯化铁、四氯化钛、氧化锌、氧化铝、氧化铁、氧化钛、高岭土、沸石、三氟甲磺酸甲酯、三氟化硼及其配合物中的至少一种；进一步，所述的路易斯酸催化剂为四氯化钛。
优选地，所述的溶剂为正己烷、正庚烷、环戊烷、环己烷、甲苯、二甲苯、环戊二烯中至少一种；进一步，所述的溶剂为环戊烷。
优选地，所述亲双烯体与双环戊二烯的摩尔比为1:2～1:20；进一步，所述亲双烯体与双环戊二烯的摩尔比为1:5～1:10。通过调节原料中的亲双烯体与双环戊二烯之间的投料比例，可以调节低聚物链节长度以及分子量。
优选地，所述路易斯酸催化剂的用量为亲双烯体和双环戊二烯总重量的0.01～5％；进一步，所述路易斯酸催化剂的用量为亲双烯体和双环戊二烯总重量的1～3％。
优选地，所述狄尔斯-阿德耳反应的反应温度为170～250℃；进一步，反应温度为190～220℃。
本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种应用上述合成方法制得的梯形低聚物。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在路易斯酸催化剂作用下，促进了双环戊二烯的解聚反应，生成环戊二烯，随后路易斯酸催化剂与生成的环戊二烯相互作用，使得环戊二烯只能作为双烯体参与到狄尔斯-阿德耳反应中，并与加入的亲双烯体或低聚物链末端的双键反应，逐步聚合并最终形成了结构规整的梯形低聚物。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
将乙烯和双环戊二烯经过纯化装置纯化进行除水除氧，按摩尔比1：5的投料比加入到反应釜中，将3质量份的四氯化钛和50质量份的无水正己烷一起加入到反应釜中，开动搅拌，并升温至反应温度190℃保温反应4h后，降至室温，将反应后的混合液加入到500质量份的无水乙醇中，立即析出大量白色沉淀，过滤得到沉淀，并用无水乙醇洗涤多次后，在室温下真空干燥24h，最终称量得到聚合物的收率为87.4％。
实施例2：
将丙烯和双环戊二烯经过纯化装置纯化进行除水除氧，按摩尔比1：10的投料比加入到反应釜中，将3质量份的氧化钛和50质量份的无水环己烷一起加入到反应釜中，开动搅拌，并升温至反应温度170℃，保温反应4h后，降至室温，将反应得到的混合液加入到500质量份的无水乙醇中，立即析出大量白色沉淀，过滤得到沉淀，并用无水乙醇洗涤多次后，在室温下真空干燥24h，最终称量得到聚合物的收率为81.9％。
实施例3：
将辛烯和双环戊二烯经过纯化装置纯化进行除水除氧，按摩尔比1：15的投料比加入到反应釜中，将0.5质量份的氯化铝和50质量份的无水甲苯一起加入到反应釜中，开动搅拌，并升温至反应温度220℃，保温反应4h后，降至室温，将反应得到的混合液加入到500质量份的无水乙醇中，立即析出大量白色沉淀，过滤得到沉淀，并用无水乙醇洗涤多次后，于室温下真空干燥24h，最终称量得到聚合物的收率为72.1％。
实施例4：
将环己烯和双环戊二烯经过纯化装置纯化进行除水除氧，按摩尔比1：20的投料比加入到反应釜中，将0.01质量份的氧化铝和50质量份的甲苯一起加入到反应釜中，开动搅拌，并升温至反应温度170℃，保温反应4h后，降至室温，将反应得到的混合液加入到500质量份的无水乙醇中，立即析出大量白色沉淀，过滤得到沉淀，并用无水乙醇洗涤多次后，于室温下真空干燥24h，最终称量得到聚合物的收率为56.3％。
实施例5：
将2-丁烯和双环戊二烯经过纯化装置纯化进行除水除氧，按摩尔比1：5的投料比加入到反应釜中，将5质量份的四氯化钛和50质量份的环戊烷一起加入到反应釜中，开动搅拌，并升温至反应温度220℃，保温反应4h后，降至室温，将反应得到的混合液加入到500质量份的无水乙醇中，立即析出大量白色沉淀，过滤得到沉淀，并用无水乙醇洗涤多次后，于室温下真空干燥24h，最终称量得到聚合物的收率为85.2％。
实施例6：
将乙烯和双环戊二烯经过纯化装置纯化进行除水除氧，按摩尔比1：2的投料比加入到反应釜中，将3质量份的沸石和50质量份的环戊烷一起加入到反应釜中，开动搅拌，并升温至反应温度190℃，保温反应4h后，降至室温，将反应得到的混合液加入到500质量份的无水乙醇中，立即析出大量白色沉淀，过滤得到沉淀，并用无水乙醇洗涤多次后，于室温下真空干燥24h，最终称量得到聚合物的收率为87.4％。
实施例7：
将苯基-(2-苯亚乙基)胺和双环戊二烯经过纯化装置纯化进行除水除氧，按摩尔比1：5的投料比加入到反应釜中，将5质量份的四氯化钛和50质量份的二甲苯一起加入到反应釜中，开动搅拌，并升温至反应温度220℃，保温反应4h后，降至室温，将反应得到的混合液加入到500质量份的无水乙醇中，立即析出浅黄色沉淀，过滤得到沉淀，并用无水乙醇洗涤多次后，于室温下真空干燥24h，最终称量得到聚合物的收率为68.8％。
实施例8：
将环己烯和双环戊二烯经过纯化装置纯化进行除水除氧，按摩尔比1：5的投料比加入到反应釜中，将1质量份的四氯化钛和50质量份的环戊烷一起加入到反应釜中，开动搅拌，并升温至反应温度250℃，保温反应4h后，降至室温，将反应得到的混合液加入到500质量份的无水乙醇中，立即析出大量白色沉淀，过滤得到沉淀，并用无水乙醇洗涤多次后，于室温下真空干燥24h，最终称量得到聚合物的收率为79.3％。
实施例9：
将辛烯和双环戊二烯经过纯化装置纯化进行除水除氧，按摩尔比1：5的投料比加入到反应釜中，将0.05质量份的三氟化硼和50质量份的正己烷一起加入到反应釜中，开动搅拌，并升温至反应温度230℃，保温反应4h后，降至室温，将反应得到的混合液加入到500质量份的无水乙醇中，立即析出大量白色沉淀，过滤得到沉淀，并用无水乙醇洗涤多次后，于室温下真空干燥24h，最终称量得到聚合物的收率为69.3％。
实施例10：
将乙烯和双环戊二烯经过纯化装置纯化进行除水除氧，按摩尔比1：7的投料比加入到反应釜中，将0.01质量份的四氯化钛和50质量份的正己烷一起加入到反应釜中，开动搅拌，并升温至反应温度200℃，保温反应4h后，降至室温，将反应得到的混合液加入到500质量份的无水乙醇中，立即析出大量白色沉淀，过滤得到沉淀，并用无水乙醇洗涤多次后，于室温下真空干燥24h，最终称量得到聚合物的收率为78.4％。
比较例1：
将乙烯和双环戊二烯经过纯化装置纯化进行除水除氧，按摩尔比1：5的投料比加入到反应釜中，将50质量份的正己烷加入到反应釜中，开动搅拌，并升温至反应温度190℃，保温反应4h后，降至室温，将反应得到的混合液加入到500质量份的无水乙醇中，无固体析出。
对上述得到的梯形低聚物进行核磁表征，计算得到的平均聚合度如下表1所示。
表1：
催化剂
反应温度(℃)
亲双烯体/双环戊二烯摩尔比
平均聚合度
实施例1
四氯化钛
190
1:5
10
实施例2
氧化钛
170
1:10
16
实施例3
氯化铝
220
1:15
21
实施例4
氧化铝
170
1:20
23
实施例5
四氯化钛
220
1:5
9
实施例6
沸石
190
1:2
4
实施例7
四氯化钛
220
1:5
8
实施例8
四氯化钛
250
1:5
8
实施例9
三氟化硼
230
1:5
9
实施例10
四氯化钛
200
1:7
12
通过上述实验结果可以看出：
(1)实施例中，在路易斯酸催化剂作用下，促进了双环戊二烯的解聚反应，生成环戊二烯，随后路易斯酸催化剂与生成的环戊二烯相互作用，使得环戊二烯只能作为双烯体参与到狄尔斯-阿德耳反应中，并与加入的亲双烯体或低聚物链末端的双键反应，逐步聚合并最终形成了结构规整的梯形低聚物；
而比较例中，由于未加入催化剂，双环戊二烯单体无法进行有效的聚合反应，只能生成油状小分子物质，这是因为环戊二烯既可当双烯体，也可当亲双烯体，因此在不加入催化剂条件下，环戊二烯不断发生二聚反应，导致无法作为双烯体参与反应，最终使得聚合度无法上升，因此无法得到规整的梯形低聚物；
(2)从表1可见，通过调节原料中的亲双烯体与双环戊二烯之间的投料比例，可以调节低聚物链节长度以及分子量，从而得到了不同平均聚合度的梯形低聚物。