以芳香醛/酮为可见光催化剂的表面引发可控自由基接枝聚合研究
批准号:
51773014
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
马育红
依托单位:
学科分类:
高分子材料物理
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘莲英、张均、杨倩、张文秀、谈呈、王祎然
中文摘要
新兴的无金属有机催化剂催化的可见光可控自由基聚合,已成为高分子化学的热点。见报导的催化剂有10-苯基吩噻嗪、5,10-二氢吩嗪、苝、荧光素和叶绿素衍生物等,开发低成本和有实用价值的催化剂是核心。最近,我们发现苯甲醛衍生物可以催化甲基丙烯酸酯的可见光可控自由基聚合,基于这一结果,提出了以芳香族醛/酮为Photoredox催化剂的可见光表面接枝聚合思路。研究受限条件下的可见光可控自由基聚合规律,开发一种可见光驱动的,能快速启/停,对基材和底物友好的表面接枝聚合技术。通过研究:(1) 光催化剂的结构与可见光表面接枝聚合性能的关系,以及与引发官能团的匹配;(2)第三组分对接枝聚合反应活性和可控能力的影响;(3) 光催化剂催化的大分子有机官能团转化反应;和(4)基于此类光催化剂的可见光表面接枝层微结构的构建及应用。发展一种基材表面接枝层三维结构可设计,并且多种官能团空间分布可定位的表面接枝聚合方法。
英文摘要
In the past two years, the emerging of metal-free organic photoredox catalysts in visible/solar light induced controlled free radical polymerization has been growing to an attractive topic in polymer chemistry. The reported catalysts are mainly derivatives of 10-phenyl phenothiazine, 5,10-dihydrophenazine, perylene (polynuclear aromatics), chlorophyll and fluorescein, etc. The development of the low cost catalysts for potential commercial applications is still a great challenge. Very recently, we demonstrated that the derivatives of simple aromatic carbonyl compounds, benzaldehyde derivatives, could catalyzed the controlled free radical polymerization of methacrylates under visible light irradiation. Inspired by this unexpected result, we proposed to study the visible-light induced surface initiated controlled free radical grafting polymerization with aromatic carbonyl compounds as photoredox catalysts. The objective of this project is to develop a platform technology of grafting polymerization featured with visible light induced, fast on/off, and benign to the substrates and the bio-active species. Combined the visible light-induced click and group transfer reactions with the photoredox catalysts, a wide range of functional groups could be bonded to the grafted polymer chains or brushes. The scope of the project includes (1) the relationship of the aromatic carbonyl compounds and their performance as photoredox catalysts in grafting polymerization, and the synergic effects with initiating groups; (2) the effects of the electron donor, such as the tertiary amines, on the performance of the grafting polymerization; (3) the groups transfer reactions of the grafted chains with the aromatic carbonyl catalysts under visible light irradiation; and (4) the applications of the grafting polymerization technology in the fabrication the 3D nano-/micro-architecture of the grafted layers. In addition, the expected results of this project would be of importance for applications in bioactive species immobilizing, tissue engineering and sensor fabricating.
系统研究了芳香醛催化的可见光自由基活性聚合(LCRP)和硫醇-烯的点击聚合,以接改性为应用场景。主要成果有:(Ⅰ) p-(N,N-二苯基胺基)苯甲醛(DPAB)有较高的光催化活性,而且无需添加叔胺助还原剂。聚合温度与DPAB催化的光RAFT有正协同效应,在聚合反应温度分别为33℃,40℃和50℃时,DPAB/4-氰基-4-(苯基硫代甲酸酯基)戊酸调控的MMA聚合的表观速率常数分别为0.019, 0.056和0.102 h-1,并保持高嵌段效率。2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯的直接光解可以引发(甲基)丙烯酸酯的CRP,对丙烯酸酯的调控能力更优。热对可见光聚合的协同效应为提高LCRP的反应速率提供了一种解决方案。(Ⅱ) DPAB能催化对苯二甲硫醇和二乙二醇二乙烯基醚的点击聚合,调整两单体的摩尔比,可制备α,ω-二乙烯基和α,ω-二巯基聚硫醚。在此基础上,以三羟甲基丙烷三(巯基乙酸)与季戊四醇三烯丙基醚为单体,DPAB作为催化剂,在硅片表面接枝了交联结构的聚硫醚薄膜,巯基的密度达到了9000 /nm2(厚度层范围内)。利用表面-SH的反应活性,将PMMA接枝在聚硫醚薄膜的表面,接枝层表面杨氏模量由378.7 MPa上升到了2.4 GPa。建立了一种以交联的聚硫醚为柔性的中间阻尼层,刚性的PMMA为表面保护层的复合接枝保护层的方法。(Ⅲ)利用LiOCH3与乙烯基醚的络合作用,实现了其自由基接枝聚合。聚乙二醇单乙烯基醚接枝层在0.1M NaOH和0.1 M HCl中浸泡30天,厚度无明显变化,解决了接枝层耐水解性能差的难题。研究了锂盐结构对乙烯基醚自由基均聚合的影响,发现LiI对烷基乙烯基醚更有效,其机理是Li+与乙烯基醚的CH2=CH-O-络合,降低了乙烯基醚双键的电子云密度。DFT计算和NMR证实了络合作用不仅存在于CH2=CH-,而且也跟CH2=CH-O的O原子相互作用。LiI的加入显著提高了异丁基乙烯基醚自由基聚合的单体转化率和选择性。(Ⅳ) 发展了一种通用的以二甲基氨基苯为合成子的有机材料表面改性技术,利用二甲基氨基苯基在UV光辐照时产生α-氨基甲基自由基这一反应,将各种官能团,如-CHO,-CN,-B-OH,-SO3H和-SH等,以共价键连接到大分子链上。作为应用,制备了HBP-BOPP-HBP复合膜并获得了高的储能密度和充放电效率。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
登录
查看更多内容
Direct Photolysis RAFT Polymerization of (Metha)acrylate with 2-Cyano-2-propyldodecyl Trithiocarbonate as Mediator
以2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯为介体的(甲基)丙烯酸酯的直接光解RAFT聚合
DOI:
10.1002/macp.202100340
发表时间:
2022
期刊:
Macromolecular Chemistry and Physics
影响因子:
2.5
作者:
[Jianxiong Zhang, Junjing Duan, Dong chen, Yuhong Ma, Wnatai Yang]
通讯作者:
Wnatai Yang
Visible Light-Induced RAFT Polymerization of Methacrylate with 4-(N,N-diphenylamino)benzaldehyde as Organophotoredox Catalyst and the Effect of Temperature on the Polymerization
4-(N,N-二苯氨基)苯甲醛为有机光氧化还原催化剂的甲基丙烯酸酯的可见光诱导RAFT聚合及温度对聚合的影响
DOI:
10.1002/macp.201900022
发表时间:
2019
期刊:
Macromolecular Chemistry and Physics
影响因子:
2.5
作者:
[Zhang Wenxiu, Zhang Xianhong, Ma Yuhong, Chen Dong, Yang Wantai]
通讯作者:
Yang Wantai
DOI:
10.1002/pola.29167
发表时间:
2018
期刊:
J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem.
影响因子:
作者:
[Qian Yang, Xianhong Zhang, Yuhong Ma, Dong Chen, Wantai Yang]
通讯作者:
Wantai Yang
Polythioethers with Controlled alpha,omega-End Groups Prepared by Visible Light Induced Thiol-Ene Click Polymerization of Dithiol and Divinyl Ether with 4-(N,N-diphenylamino)benzaldehyde as Organocatalyst
4-(N,N-二苯氨基)苯甲醛为可见光诱导硫醇-烯点击聚合制备α,omega端基受控聚硫醚
DOI:
10.1002/macp.201900557
发表时间:
2020
期刊:
Macromolecular Chemistry and Physics
影响因子:
2.5
作者:
[Wang Yiran, Zhang Xianhong, Ma Yuhong, Chen Dong, Zhao Changwen, Yang Wantai]
通讯作者:
Yang Wantai
Radical Homopolymerization of Vinyl Ethers Activated by Li+-π Complexation in the Presence of CH3OLi and LiI
CH3OLi 和 LiI 存在下 Li-γ 络合激活乙烯基醚的自由基均聚
DOI:
10.1039/d1py01619a
发表时间:
2022
期刊:
Polymer Chemistry
影响因子:
4.6
作者:
[Junjing Duan, Yi Gong, Dong Chen, Yuhong Ma, Changtong Song, Wantai Yang]
通讯作者:
Wantai Yang
共 11 条
有机锂盐调控的乙烯基醚自由基聚合—机理和应用研究
-
批准号:22171017
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:60.00万元
-
批准年份:2021
-
负责人:马育红
-
依托单位:
有机锂盐调控的乙烯基醚自由基聚合-机理和应用研究
-
批准号:--
-
项目类别:--
-
资助金额:60万元
-
批准年份:2021
-
负责人:马育红
-
依托单位:
光致氧化还原催化的可见光活化可控自由基聚合及其应用研究
-
批准号:21474006
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:88.0万元
-
批准年份:2014
-
负责人:马育红
-
依托单位:
以ZnO-g-PSS纳米线为模板的PEDOT/PSS纳米线/管的大规模制备研究
-
批准号:51273013
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:80.0万元
-
批准年份:2012
-
负责人:马育红
-
依托单位:
有机Te和Bi化合物调控的光活化可控自由基聚合研究
-
批准号:21074006
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:32.0万元
-
批准年份:2010
-
负责人:马育红
-
依托单位:
阳离子与自由基可控聚合相结合制备接枝共聚物
-
批准号:20174002
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:18.0万元
-
批准年份:2001
-
负责人:马育红
-
依托单位:
国内基金
海外基金