高活性聚異丁烯(HR PIB)是鏈末端主要含有外烯烴功能基團(tuán)(含量>60%,75%以上更佳)的低分子量聚異丁烯。伴隨著潤(rùn)滑油/燃料添加劑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中環(huán)保要求的不斷提高,市場(chǎng)上HR PIB的需求不斷增加,因而受到科研界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。目前,商業(yè)化的HR PIB合成方法還是采用BASF技術(shù),即使用BF3/醚體系進(jìn)行HR PIB合成。這種方法的主要缺點(diǎn)在于,BF3呈氣態(tài),難以處理,對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)。采用金屬氯化物/醚(AlCl3(或FeCl3、TiCl4和RAlCl2等)×R2O)的配合物體系進(jìn)行高活性聚異丁烯的合成是近年來的研究熱點(diǎn),這種方法展現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。但是,這種方法一般采用有機(jī)溶劑或氯代烷烴有機(jī)溶劑,氯代烷烴有毒,有機(jī)溶劑易揮發(fā);這制約了其進(jìn)一步工業(yè)化生產(chǎn)。因此如何通過環(huán)境友好型溶劑合成HR PIB需要進(jìn)一步研究探索。離子液體是由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子/有機(jī)陰離子組成的特殊熔融鹽,其極低的蒸汽壓和在環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定性,被公認(rèn)為是一種可以替代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的一種綠色溶劑,在有機(jī)合成與催化、大分子合成、電化學(xué)、納米材料等方面得到廣泛的應(yīng)用。
伍一波教授團(tuán)隊(duì)通過分子模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,在篩選出的離子液體([Bmim][PF6])溶劑中進(jìn)行了異丁烯的正離子聚合,在不添加任何第三組分的條件下,合成了外烯烴含量約80%的高活性聚異丁烯。離子液體的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能為異丁烯的正離子聚合提供微反應(yīng)場(chǎng)所,聚合反應(yīng)的所有基元反應(yīng)均發(fā)生在相互接觸異丁烯液滴表面。[PF6]-陰離子在調(diào)控正離子聚合反應(yīng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。首先,[PF6]-協(xié)助引發(fā)體系H2O/TiCl4離解為離子對(duì)H+---TiCl4OH-; 隨后,H+---TiCl4OH-引發(fā)異丁烯快速聚合進(jìn)行鏈增長(zhǎng),此時(shí),離子液體中陰離子[PF6]-能分散增長(zhǎng)碳正離子的部分電荷而穩(wěn)定碳正離子,并降低碳正離子的聚合活性,使增長(zhǎng)反應(yīng)速率減慢,聚合更加溫和。當(dāng)鏈增長(zhǎng)到一定程度, [PF6]-與大分子增長(zhǎng)鏈末端上的甲基H發(fā)生靜電吸引, [PF6]-捕獲H+使增長(zhǎng)碳正離子發(fā)生β-H消除形成外烯烴聚異丁烯;另一部分β-H消除產(chǎn)物發(fā)生向單體的鏈轉(zhuǎn)移,繼續(xù)引發(fā)異丁烯單體聚合。[PF6]-的這種作用類似于傳統(tǒng)溶劑中第三組份的作用,它們都抑制了聚合反應(yīng)體系中碳正離子的異構(gòu)化反應(yīng)的發(fā)生,提高了聚合產(chǎn)物的選擇性。另外,外烯烴聚異丁烯在離子液體中的低溶解性促使其一旦生成便快速與離子液體相分離,避免了離子液體溶劑與聚合產(chǎn)物分離過程。這項(xiàng)研究工作為高活性異丁烯的合成提供了一種新的方法。
圖1. [Bmim][PF6]離子液體中異丁烯單體的聚合過程
圖2. 異丁烯與H2O/TiCl4引發(fā)體系在[Bmim][PF6]離子液體中正離子聚合的機(jī)理
以上相關(guān)成果發(fā)表在Polymer Chemistry (Polymer Chemistry, 2019, doi: 10.1039/c8py01141a),上。論文的第一作者為北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生李曉寧,通訊作者為北京石油化工學(xué)院伍一波教授,共同通訊作者為郭文莉教授。
論文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/py/c8py01141a#!divAbstract
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