聚氧化苯乙烯的合成与性能研究

环氧化合物的聚合物被广泛地应用于表面活性剂，增塑剂，涂料和膜等领域。到目前为止，二乙基锌作为络合催化剂的一种，在合成高分子量，高规整度的环氧化合物的均聚产物方面发挥着重要的作用。由于氧化苯乙烯中苯环的存在，使得氧化苯乙烯的开环聚合行为不同于其它的环氧化合物。在迄今为止的催化体系中，聚氧化苯乙烯的数均分子量只能达到800～4000，分子量分布大于100，玻璃化转变为32-40 ℃，且反应通常需要进行10-60天才能得到较高的聚合产率。本工作采用二乙基锌／α-氧化蒎烯为主要催化体系，对氧化苯乙烯的聚合行为、聚合物结构与性能进行了研究，并研究了不同的旋光性催化配体对氧化苯乙烯不对称聚合结果的影响。实验结果表明：一．二乙基锌／α-氧化蒎烯催化体系可以有效地催化氧化苯乙烯的均聚。聚合反应进行72小时即可以有很高的产率（90％），较高的粘度以及分子量（数均分子量大于2.0 * 10~4）。其催化效率远远大于以往的催化体系。二．所得的聚氧化苯乙烯产物为无色透明的塑料状固体，当其对数比浓粘度为1.38dL/g时，玻璃化转变温度为50 ℃，数均分子量可以达到4.07 * 10~4，重均分子量为2.3 * 10~5，分子量分布为5.7。该聚合物的热分解温度为240～250 ℃（5％weight loss，under N_2）。聚合物在空气中长期放置会发生缓慢氧化降解反应而导致聚合物分子量下降。聚氧化苯乙烯在80 ℃下压膜，可以得到无色透明的薄膜，但较脆。该聚氧化苯乙烯溶于氯仿、二氯甲烷、甲苯、苯、四氢呋喃、二氧六环等溶剂，不溶于己烷、甲醇、丙酮等。聚氧化苯乙烯膜耐碱不耐浓硫酸，通常不溶于水，但在沸水中煮过后膜呈不透明状，显示出一定的水溶性。三．催化体系中二乙基锌同α-氧化蒎烯的比例变化对聚合反应的结果有较大的影响。当二乙基锌／α-氧化蒎烯为2:1时，聚氧化苯乙烯的产率、粘度、玻璃化转变温度和分子量都达到最高值，相反当比例为1:3和1:4时，只能得到低分子量的聚合物。二乙基锌与α-氧化蒎烯的预反应时间对于聚合反应的结果没有明显的影响。四．聚合反应的产率随反应时间的增长而增长，表明该体系具有阴离子活性聚合的特点。同时，在相同的单体与催化剂比例中，聚氧化苯乙烯的分子量和产率随着氧化苯乙烯单体的浓度降低而增加。五．聚合反应在80 ℃达到最高值，在室温下产率极低而分子量仍然较高，在100 ℃下却导致分子量下降。聚合物的高温处理结果表明，在聚合体系中同时存在着增长与分解反应，两种反应对于温度的依赖程度不同。六．采用二乙基锌／α-氧化蒎烯、Stilbene oxide、环氧肉桂醇等大位阻的环氧化合物作为催化剂配体同样可以催化氧化苯乙烯得到高分子量的聚合物。催化体系同样适用于环氧丙烷、环氧化环己烯的开环聚合。七．采用旋光α-氧化蒎烯、二苯基乙二醇、环氧肉桂醇等手性化合物为配体可以引发氧化苯乙烯的不对称聚合，其中手性环氧肉桂醇的不对称选择能力最强，所得聚合物的旋光值可达-17.2°。八．通过旋光纯的氧化苯乙烯单体的聚合证实了氧化苯乙烯聚合反应的开环方向为β位，所得的旋光性聚氧化苯乙烯同对应的外消旋体相比，其基本性能并无明显差异，两种聚合物同为无定型结构，其中旋光性聚氧化苯乙烯具有较高的立体规整度和热分解温度，同时在添加了防老剂和紫外线吸收剂的两种聚合物中，旋光性聚氧化苯乙烯具有十分优异的耐老化性能。