[发明专利]一种可持续高分子材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可持续高分子材料及其制备方法，涉及高分子合成化学技术领域。该方法将自然界中广泛存在的蒎烯原料与乙烯基醚类或环氧类化合物，在非金属路易斯酸催化作用下反应，高效制备高分子量的聚烯烃或聚醚类高分子材料。此外，通过改变聚合反应外部条件(如单体种类、反应温度、催化剂用量等)，可以便捷地制备不同分子量、侧基组成、序列分布的无规或嵌段共聚物。本发明选用的阳离子杂化聚合方法反应条件温和、简单安全；反应单体原料具有来源广泛，简单廉价的优点；制备的聚合物具有高分子量且无金属残留，符合绿色可持续化学发展理念。

技术领域

本发明涉及高分子合成化学技术领域，具体地涉及一种可持续高分子材料及其制备方法，尤其涉及一种基于天然有机单体原料在含硼非金属催化剂作用下制备可持续高分子材料的方法。

背景技术

随着绿色可持续化学的发展，天然生物质原料在制备高分子材料中扮演越来越重要的角色。蒎烯作为一种价格低廉、来源广泛的生物质有机分子，其结构中含有类似异丁烯的双键基团，是一种潜在的制备高分子材料的天然原料。

目前基于单体蒎烯制备高分子材料的合成方法主要有两种：(1)蒎烯经过多步化学反应转化成内酯、内酰胺或环氧化合物单体，再通过开环聚合制备聚酯、聚酰胺或聚醚类高分子，虽然制备的高分子材料具有很好的应用潜力，但这种方法合成过程冗长而且复杂；(2)借助于金属催化剂(如铝、钛或铜类金属有机物)的催化作用，通过阳离子聚合制备聚蒎烯均聚物及其共聚物。这种方式虽然简易方便，但聚合物分子量往往不高和分子量分布较宽，并且存在明显的金属残留问题，不利于这类高分子材料在生物医药、光学以及微电子器件等领域的应用。因而寻找简单高效的聚合策略，是目前制备蒎烯类高分子材料面临的主要难题。

杂化共聚是将两种或两种以上具有不同类型单体聚合形成新共聚物的反应，它为合成新型高分子和高分子化学改性提供了捷径。目前，杂化聚合的发展仍不够成熟，存在很多缺陷，例如适用于聚合的单体种类相对有限，聚合机理研究不够深入，引发剂和催化体系有待优化，因而杂化共聚在实际应用研究中非常有限。综合上述情况，开拓杂化共聚的单体类型，特别是不依赖于化石原料的天然有机分子(如蒎烯)，充分发挥杂化共聚聚合反应优势，可能会成为解决上述蒎烯类高分子合成难题、同时促进杂化聚合发展的有效方案，这对制备绿色可持续高分子材料具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的一是提供一种克服了杂化共聚聚合原料依赖于化石原料的困境的可持续高分子材料的制备方法。本发明采用常规含硼非金属路易斯酸催化剂，催化自然界中广泛存在的有机原料蒎烯自身或蒎烯与通用型单体乙烯基醚类或环氧化合物进行聚合反应。通过改变单体的投料比、聚合反应温度等条件，调控不同单体在杂化聚合过程中活性种反应速率，从而实现对聚合物分子量、结构序列和性质的调控，制备没有金属残留的高分子量的聚烯烃或聚醚类高分子材料。

本发明的目一的是通过以下技术方案来实现的：一种可持续高分子材料的制备方法，包括通过蒎烯单体之间互相聚合反应或通过蒎烯单体与乙烯基醚类单体化合物、环氧类化合物中的一种进行聚合反应制备高分子量的聚烯烃或聚醚类高分子材料；所述聚合反应如式Ⅰ或式Ⅱ或式Ⅲ所示：

式Ⅰ：

式Ⅱ:

式Ⅲ：

式中x,y分别代表聚合物的聚合度，所述x大于等于1，所述y大于等于1。

进一步地，所述蒎烯单体与乙烯基醚类单体化合物或环氧类化合物的投料比为1:99-99:1，更进一步的所述蒎烯单体与乙烯基醚类单体化合物或环氧类化合物的投料比为25:75-75:25。

进一步地，所述乙烯基醚类单体化合物(CH₂CH-OR₁)包括直链烷基乙烯基醚(1)、异丙基乙烯基醚(2)、2-氯乙基乙烯基醚(3)中一种或多种。