离子液体作溶剂的自由基聚合行为研究

发布时间：2018-08-18 11:33

【摘要】：离子液体(ILs)作为一种绿色溶剂,具有无毒、不挥发、热稳定、易于回收等诸多特点,与许多无机化合物、有机化合物及高聚物都有良好的相容性,不仅可以替代挥发性有机溶剂广泛应用于电化学、化学合成、有机合成等过程中,而且可以作为溶剂应用于自由基聚合反应中。与传统有机溶剂相比,离子液体作溶剂除具有上述优点外还可以显著提高自由基聚合的聚合反应速率及分子量。这一有趣现象已引起国内外众多学者的研究和关注,但到目前为止尚未澄清离子液体导致自由基聚合速率显著增加及分子量提高的原因及机理。鉴于离子液体的诸多优点及在聚合物合成领域潜在的应用前景有必要对离子液体作溶剂的自由基聚合行为展开深入研究,阐明离子液体导致自由基聚合速率增加及分子量提高的根本原因及机理。本文以离子液体作溶剂的甲基丙烯酸甲酯(MMA)自由基聚合反应体系为研究对象,考察了聚合温度、离子液体浓度、离子液体的阴阳离子类型对甲基丙烯酸甲酯聚合行为及产物分子量的影响,并与甲基丙烯酸甲酯本体聚合及甲苯作溶剂的溶液聚合行为及产物分子量特征进行对比,明确离子液体导致自由基聚合反应速率增加及分子量提高的原因。采用改善相容性及模拟扩散链终止实验对提出观点进行了验证,在此基础上提出了机理性解释。通过上述研究得出以下结论:(1)与甲苯作溶剂相比,离子液体作溶剂确实可以提高甲基丙烯酸甲酯的聚合反应速率及产物聚甲基丙烯酸甲酯的分子量,分子量为溶液聚合时的2倍以上。(2)离子液体作溶剂时甲基丙烯酸甲酯聚合行为与甲基丙烯酸甲酯本体聚合行为相似都有显著的自动加速特征,离子液体作溶剂时自动加速出现的更早,且离子液体的浓度越高自动加速出现的越早。(3)离子液体作溶剂的自由基聚合反应出现聚合反应速率显著提高的原因是离子液体的加入导致自由基聚合体系产生了自动加速效应,而自动加速效应导致了聚合产物分子量的提高。(4)离子液作溶剂时聚合反应出现较早的自动加速效应,聚合反应速率及分子量显著提高的原因是离子液体的加入使聚合产物在反应体系中溶解性下降所致。
[Abstract]:As a green solvent, ionic liquid (ILs) has many characteristics, such as nontoxic, non-volatile, stable, easy to recover, and has good compatibility with many inorganic compounds, organic compounds and polymers. Volatile organic solvents can be used not only in electrochemical, chemical and organic synthesis processes, but also as solvents in free radical polymerization. Compared with the traditional organic solvent, ionic liquid as solvent not only has the above advantages, but also can significantly improve the polymerization rate and molecular weight of free radical polymerization. This interesting phenomenon has been studied and paid attention to by many scholars at home and abroad, but up to now, the reason and mechanism of ionic liquid leading to the increase of free radical polymerization rate and molecular weight have not been clarified. In view of the advantages of ionic liquids and their potential applications in polymer synthesis, it is necessary to study the free radical polymerization behavior of ionic liquids as solvents. The basic cause and mechanism of the increase of free radical polymerization rate and molecular weight caused by ionic liquids are explained. In this paper, the polymerization temperature and ionic liquid concentration of methyl methacrylate (MMA) free radical polymerization system using ionic liquid as solvent were investigated. The effects of anionic and anion types of ionic liquids on the polymerization behavior and molecular weight of methyl methacrylate were compared with the bulk polymerization of methyl methacrylate and the solution polymerization of toluene as solvent. The reason for the increase of reaction rate and molecular weight of free radical polymerization caused by ionic liquids was determined. The experimental results of improving compatibility and simulating diffusion chain termination are used to verify the viewpoint, and on the basis of this, a mechanical explanation is proposed. The conclusions are as follows: (1) compared with toluene as solvent, ionic liquid as solvent can improve the polymerization rate of methyl methacrylate and the molecular weight of polymethyl methacrylate. The molecular weight of methyl methacrylate was more than 2 times that of solution polymerization. (2) the behavior of methyl methacrylate polymerization was similar to that of methyl methacrylate bulk polymerization when ionic liquid was used as solvent. Ionic liquids are automatically accelerated earlier when they are used as solvents. The higher the concentration of ionic liquids, the earlier the self-accelerating reaction appeared. (3) the rate of radical polymerization in ionic liquids as solvent increased significantly because the addition of ionic liquids led to the automatic acceleration effect of the free radical polymerization system. The automatic acceleration effect leads to the increase of molecular weight of polymerization products. (4) the polymerization reaction has an early automatic acceleration effect when ionic liquid is used as solvent. The increase of polymerization rate and molecular weight is due to the decrease of solubility of polymerization products in the reaction system due to the addition of ionic liquids.
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O631.5

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本文编号：2189337