高分子聚合物是現代社會最通用的材料,它以其豐富的形態和多重的性能已經滲透到了我們生活的方方面面。其中,極性烯烴單體聚合形成的聚合物含有雜原子官能團,其在粘性、韌性、界面性質(染色性和印刷性)、與溶劑或其它聚合物的相容性方面較傳統的非極性聚烯烴材料有明顯的優勢。雖然自由基聚合、陰離子聚合和路易斯酸堿聚合能夠實現對于這類單體的聚合,卻不能有效控制聚合物的立體化學。配位聚合是控制非極性烯烴聚合過程立體化學最有效的方法,然而,極性烯烴單體中的雜原子在配位聚合過程中非常容易使金屬中心中毒,從而使其失活,因此,極性烯烴單體的立體選擇性聚合研究相對較少,特別是含有強配位能力吡啶的極性烯烴單體一直無法實現聚合過程的立體選擇性控制。因而,開發簡單高效的催化體系并實現對于吡啶基單體的可控聚合是非常重要的挑戰。
大連理工大學呂小兵教授團隊的徐鐵齊教授研究組在前期工作中利用四齒酚醚稀土催化劑實現了極性烯烴2-乙烯基吡啶的等規選擇性聚合,得到半結晶性等規聚2-乙烯基吡啶,等規度(mmmm)達到88%,熔點達到205℃。
最近,該研究組進一步利用簡單的稀土金屬烷基化合物Lu(CH2SiMe3)3(THF)x(Py)2?x (x = 0, 1, 2),首次高活性(TOF>4000 h-1)同步實現了活性聚合和等規選擇性聚合。等到具有幾乎完美結構的等規聚合物,等規度(mmmm)大于99%,熔點達到217℃。進一步,聚合物的立體選擇性可以通過外加路易斯堿的量進行調控,獲得等規度精確可調的聚合物,等規度可調控范圍為37-99%。基于這一特點通過聚合過程中路易斯堿的添加和移除首次制備了等規-無規立體多嵌段聚合物。
以上相關成果分別發表在ACS Catalysis (ACS Catal. 2016, 6, 4907-4913)和Macromolecular (Macromolecules, 2018, 51, 2240–2246)上。論文的第一作者為大連理工大學化工與環境生命學部博士生閆超,通訊作者為徐鐵齊教授。
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