[发明专利]受控自由基聚合的方法以及用于受控自由基聚合的装置

说明书

本发明公开了一种受控自由基聚合的方法和装置，向一管式反应器中提供第一混合物，包括至少一种第一单体；至少一种第一配体；至少一种引发剂；和至少一种第一溶剂；将第一混合物进料至管式反应器中以使单体发生聚合，得到第一聚合物，管式反应器具有表面包含催化活性的催化剂腔室；向一反应器中提供第二混合物，包括第一聚合物、未反应的第一混合物、至少一种第二单体、至少一种第二配体、至少一种还原剂和至少一种第二溶剂；将第二混合物进料至反应器中以进行链增长反应，得到第二聚合物。

技术领域

本发明涉及单体的受控构造聚合的方法和装置，更具体地，涉及生产具有广泛可控的分子量范围、低分散度和高转化率的聚合物的装置和方法。

背景技术

原子转移自由基聚合(ATRP)是生产具有可控分子量和低分散度的聚合物的方法。典型的ATRP系统包含单体、引发剂、金属盐催化剂混合物、配体和溶剂。由于聚合过程缓慢，传统的ATRP需要高浓度催化剂以驱动反应，达到合适的反应速率和单体转化率。因此，由常规ATRP产生的聚合物产品总是具有金属盐催化剂的颜色，限制了该产品的应用。例如公开号为US8883941B的美国发明专利，披露了用于控制单电子转移活性的自由基聚合的方法和设备，低温条件下在管式反应器中进行聚合反应，但整个过程均需要过渡金属或过渡金属盐化合物作为催化剂。

此外，由于成本高，转化率低，反应速度慢和难以扩大规模，很少有ATRP工艺的工业实例应用见诸报道。因此，人们一直在持续努力研究如何使用ATRP工艺生产制造成本合理、性能可靠、大规模的具有所需性能的聚合物。

综上所述，本领域迫切需要研发出成本合理、性能可靠、大规模的具有所需性能的聚合物的生产设备和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种受控自由基聚合的方法。

本发明提供了一种受控自由基聚合的方法，包括步骤：第一步，含有第一单体、引发剂、第一配体和第一溶剂的聚合体系连续流过含有催化表面的管式反应器，产生具有高官能度的第一聚合物；第二步，将来自第一步的第一聚合物泵送到反应器中，通过扩链反应合成高分子量和低PDI(Polymer dispersity index，多分散性)的聚合物和/或嵌段共聚物。

本发明第一方面，公开了一种受控自由基聚合的方法，包括步骤：

(1)向一管式反应器中提供以下组分的第一混合物：

至少一种第一单体；

至少一种第一配体；

至少一种引发剂；和

至少一种第一溶剂；

(2)将所述第一混合物进料至所述管式反应器中以使所述第一单体发生聚合反应，得到第一聚合物，所述管式反应器包含具有催化活性的表面；

(3)向一反应器中提供以下组分的第二混合物：

步骤(2)反应得到的所述第一聚合物；

步骤(2)中未反应的第一混合物；

至少一种第二单体；

至少一种第二配体；

至少一种还原剂；

至少一种第二溶剂；

(4)使所述第二混合物在步骤(3)所述的反应器中进行链增长反应，得到第二聚合物，其中所述具有催化活性的表面为金属或金属化合物的表面。

在另一优选例中，所述的反应器是半间歇式反应器。

在另一优选例中，所述第一聚合物具有1.05-2.0的多分散性。

在另一优选例中，所述第一聚合物的分子量范围为300-10000g/mol。