[发明专利]基于液态金属的自由基聚合催化剂的制备方法与用途

说明书

本发明公开了高分子材料合成技术领域内的基于液态金属的自由基聚合催化剂的制备方法与用途，该催化剂制备时，将镓基液态合金加温至60‑80℃熔融；加入无水乙醇溶液，搅拌使得液态合金分散成粒径为300‑800μm金属粒子，搅拌过程中溶液温度保持50‑60℃；然后降温至3‑5℃后，取出含有金属粒子的溶液，在空气环境下过滤，液态金属在接触氧气后，金属粒子表面迅速形成0.5‑5 nm厚度的氧化层；最后蒸干金属粒子表面附着的乙醇，获得基于液态金属的自由基聚合催化剂。该催化剂在室温下无需引发剂即可与单体直接发生氧化还原反应形成自由基，可取代自由基聚合中的链引发所需的引发剂，具有节约能源和聚合反应速度快等优势。

技术领域

本发明属于高分子材料合成领域，具体涉及一种自由基聚合催化剂的制备与应用。

背景技术

当前大部分聚合物都是用自由基聚合的方法合成，自由基聚合需要经过四个基元反应，为链引发、链增长、链转移和链终止。其中最先发生的基元反应是链引发，而链引发最常用的是以引发剂先反应形成游离基，进而游离基与单体反应形成初级自由基，然后进行链增长、链转移和链终止等基元反应完成聚合。其中所述引发剂产生游离基需要引发条件或添加催化剂，引发条件一般为光、热、辐射、电解和等离子体引发等，且大部分引发剂本身具有致癌性。用引发剂进行自由基聚合，需考虑如引发剂在单体溶液内分散均匀与否；其分解速率、分解条件和半衰期等因素，这些因素会影响到自由基聚合产物的时间、分子量分布等。其不足之处在于：上述聚合反应需要引发剂，方可与单体发生反应形成自由基，使得反应条件相对较为苛刻。而本发明则简化了聚合步骤，只需要添加本发明制备的基于液态金属的催化剂即可与单体直接形成初级自由基，制备自由基聚合物，这使得聚合过程无污染且保障了工作人员的神体健康。

已知的液态金属有铷、铯、钫、汞、镓，但被钫的放射性、铯和铷的极不稳定性、汞的毒性限制了使用，唯有镓因低熔点、高沸点、低毒性、低蒸气压而作为室温液态金属的最优选择。现有技术中，公开的以液态金属作为催化剂的技术，例如CN113713810A，公开的一种三氧化铝-钌镓铟液态合金复合催化剂；CN113750995A，公开的一种二氧化钛负载铂镓铟液态合金复合催化剂及其制备方法和应用；CN113751010A，公开的一种二氧化钛负载铜镓铟液态合金催化剂及其制备方法和应用。现有公开的技术中，是以含镓的化合物作为添加在载体上的物质而制备的催化剂，未见有直接以镓基液态金属作为催化剂使用的记载。

发明内容

本发明目的是提供一种基于液态金属的自由基聚合催化剂的制备方法与用途，使其制备获得的自由基聚合催化剂可用于自由基聚合反应，取代聚合中链引发基元反应所需的引发剂。

为此，本发明提供的一种基于液态金属的自由基聚合催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1）取镓基合金液态金属，所述液态金属为镓的重量含量为50%-80%，铟10-26%、锡6-17%、锌4-7%；

2）在惰性气体保护下升温至60-80℃，200-250 rpm转速下搅拌1-1.5 h使液态金属熔融成熔体；然后加入无水乙醇溶液，溶液与液态金属体积比例为15-20：1，搅拌1.5-2 h使得液态金属分散成金属粒子并均匀分布在溶液中，所述金属粒子的粒径为300-800 μm；搅拌过程中溶液温度保持50-60℃，转速为200-400 rpm；

3）溶液整体降温至3-5℃后，取出含有金属粒子的溶液，在空气环境下过滤，液态金属在接触氧气后，金属粒子表面迅速形成0.5-5 nm厚度的氧化层；

4）将带有氧化层的金属粒子平铺在培养皿内，于30±2℃的温度下，在真空条件下蒸干金属粒子表面附着的乙醇，获得基于液态金属的自由基聚合催化剂。

本发明所制备获得的基于液态金属的自由基聚合催化剂，可用于自由基聚合反应，取代聚合反应中的链引发基元反应所需的引发剂，与单体进行氧化还原反应直接形成初级自由基；所述单体为带有碳碳双键的化合物。

进一步地，所述单体为苯乙烯、异戊二烯、丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯酸或1,3-丁二烯之一。