2.1.4 BAMO-r-THF制备
3,3-二叠氮甲基氧丁环(BAMO)与四氢呋喃(THF)无规共聚反应方程式如式(2-16)所示。Manser详细研究了BAMO与THF本体聚合、溶液聚合对聚合产物分子结构的影响[4-8]。
1.本体聚合
第一种方法:-5 ℃下,将起始剂1,4-丁二醇(1,4-BDO)与催化剂BF3·OEt2溶解在THF溶剂中制成溶液,然后15 min内将BAMO单体滴加到起始剂中。加料结束1 h内BAMO、THF单体迅速减少,随后THF消耗速率下降;5 h后75%的BAMO和55%的THF发生聚合,20 h后BAMO聚合转化率达到稳定状态的98%,而THF聚合转化率则在38 h后才达到稳定状态的85%。按剩余单体量计算,最终聚醚聚合物中BAMO含量为56%,THF为44%。由于BAMO和THF单体活性不同,共聚单体在聚合物链上分布不均匀,聚合物链结构中间BAMO单元居多,两端THF居多。
第二种方法:为了获得高无规度的BAMO-r-THF共聚醚,Manser仍先将起始剂1,4-BDO与BF3·OEt2催化剂溶解在-5 ℃的THF中,然后将BAMO单体在42 h的全部聚合期间内均匀滴加完毕。这种情况下,滴加3 h后BAMO单体在混合溶液中才能达到足够浓度参与聚合反应,而此时30%的THF单体已经聚合。不过,一旦BAMO开始聚合,两种单体消耗速率即为1:1,这种消耗速率将持续23 h。随后,由于THF单体含量较少,BAMO单体聚合占优势。45 h后达到平衡状态,整个过程87%的THF和96%的BAMO参与聚合反应。采用这种加料方式,在聚合的大部分过程中THF过量,聚合体系的黏度相对较低,直到最后2 h黏度才会明显上升。
第三种方法:将BAMO、THF、1,4-BDO和BF3·OEt2同时加入,-5 ℃下搅拌30 min,然后停止搅拌,聚合40 h,可得到较理想的无规共聚物。该方法可解决搅拌困难的问题,被认为是适于放大的聚合方法。
2.溶液聚合
溶液聚合可降低聚合体系黏度。在目前报道的溶液聚合中,溶剂有利于BAMO单体聚合,不利于THF聚合。例如,室温下THF本体聚合时转化率可达90%,而相同温度下在60%的CH2Cl2溶液中THF转化率仅有27%。Manser以CH3NO2作溶剂进行BAMO与THF共聚时发现,24 h后BAMO转化率达到98%,THF仅为52%。由于阳离子聚合时对许多杂质较敏感,使用溶液聚合不仅加大了实验工作量,而且使聚醚制备成本提高,在不考虑聚合反应热的前提下,应选择本体聚合。
目前,BAMO-r-THF通用制备方法为:向经N2置换过的250 mL(或3 L)三口烧瓶中依次加入计量好的起始剂、THF单体和路易斯酸催化剂,并将三口烧瓶放在冰浴中搅拌、冷却,预反应30 min后开始滴加单体BAMO,滴加过程中控制滴加速度和滴加时间,滴加完毕后再反应48 h。然后,加入计量好的水终止反应,再加入稍高于化学计量的氨水中和酸性催化剂。搅拌10 min后将反应聚合物用适量CH2C12稀释,并用等体积水洗涤至中性;减压脱除溶剂CH2Cl2,再加入等体积甲醇萃取数次,最后减压、旋转得到BAMO-r-THF共聚醚产物。