[发明专利]以富勒烯衍生物为核的星型聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能高分子材料及其制备方法，尤其涉及一种以富勒烯衍生物为核的星型聚合物及其制备方法。

背景技术

自从1985年发现C60以来，以之为代表的富勒烯类化合物因其特有的球状结构和特殊性能受到各个学科领域的重视，在随后的研究中，又有C20、C24、C32、C40、C70、C78、C82等多种形式的富勒烯化合物被发现，对它们的性质的深入研究结果表明，这一类化合物有可能在太阳能转换、储氢材料、燃料电池、功能高分子材料、光限幅材料以及生物医用等多个学科领域中应用。其中，尤以C60研究得最多。

尽管以C60为代表的富勒烯化合物具有在多个领域中应用的潜能，但由于其具有的大环芳烃结构使之在各种溶剂中的溶解度极低。如C60在甲醇、乙腈、四氢呋喃、正己烷、环己烷、氯仿、苯、甲苯等溶剂中的饱和溶解度分别只有0.009、0.02、0.046、0.054、0.5、1.8、3.2mg/mL，即便在二硫化碳和三氯苯这样的被认为是C60的良溶剂的溶剂中，其溶解度也只有12和20mg/mL；在如水这样的溶剂中甚至是不溶的，这为其性质研究和应用造成了不小的障碍，也限制了其最终应用。尤其是在生物医用领域，尽管发现C60可能具有抗HIV(阻塞HIV病毒中心孔洞)病毒、切割DNA、光动力学治疗以及清除游离基等作用，但由于其不溶于水的性质，使得对它的直接应用几乎不可能。因此，在过去的20来年中，大量的研究工作试图通过各种化学改性手段使C60可以溶解在常见的有机溶剂或/特别是水中。

幸运的是，以C60为代表的富勒烯化合物分子中具有大量的可参加化学反应的双键，是典型的缺电子芳烃，因而有可能与亲核试剂反应制得相应的衍生物从而使之在保留原来富勒烯分子特有性质的前提下具有较好的溶解性，如C60的氢化、卤化以及氨加成反应等，本发明就涉及一种利用氨加成反应及后续反应制备C60可溶性衍生物的方法。

众所周知多数聚合物材料是由线性高分子组成的。高分子的线性结构使之具有了良好的力学性能，但也正是因为其线性结构使得高分子在熔体和溶液状态下具有很高的粘度，尤其是在熔体状态下，高粘度带来了加工中的高能耗问题。在这方面，星型聚合物具有先天的优势，与线性聚合物相比，星型高分子的粘度决定于其臂的分子量而不是整个高分子的分子量大小。在相同分子量的情况下，星型聚合物比线性聚合物具有更好的溶解性能和更低的粘度且其他性能相当，因而特别有利于加工制造。而且，星型聚合物还可以用作其他聚合物的加工助剂、共混增容剂、水处理剂等，因而受到高分子科学领域中的广泛关注。但星型聚合物通过一般的聚合方法难以制得，多数需通过活性聚合得到。从聚合途径上看，制备星型聚合物有两种途径：一是通过多官能度的核与单官能度的活性聚合物链间的化学反应，二是以多官能度的核为引发剂引发单体聚合来制备星型聚合物。

以C60为代表的富勒烯具有较大的不饱和度，用它制备的衍生物，尤其是连接了化学官能团的衍生物往往具有多加成的特征：在一个富勒烯分子上具有多个结合基团，因而可以用作星型聚合物中的核。选择适当的接枝基团制备富勒烯衍生物，通过结合基团与其他活性链的反应或引发单体聚合有可能制备星型聚合物。所得到的星型聚合物将具有接枝高分子链的性质，也将具有富勒烯的特殊性质。制备这种聚合物一方面可以得到新型的高分子材料，另一方面也可以改善富勒烯的溶解性以促进其应用。