[发明专利]巨环形碳二亚胺及其衍生物、其合成以及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种巨环形碳二亚胺(macrocyclic carbodiimide，MC-CDI)及其合成方法，巨环形碳二亚胺经进一步反应可转化为巨环形酰基尿素(MC acylurea)和巨环形尿素(MC-urea)等。MC-CDI能当作添加剂，于有机高分子材料作为水解稳定剂。通过酰基尿素的热分解特性，羧酸(acids)或酸酐(anhydride)官能化的MC acylurea可作为改质型PU的合成的中间体。

背景技术

依据IUPAC的定义，巨环形分子(macrocycle，MC)为一种环状高分子(cyclicpolymer)，通常由15个以上的原子组成(参见IUPAC Compendium of ChemicalTerminology 2nd Edition(1997))。环形高分子或巨环形分子有许多有趣而不同于一般直线型分子及高分子(linear polymer)的物理性质(参见J.Roovers，P.M.Toporowski，Macromolecules 1983；16，843；J.A.Semlyen，Cyclic polymers，2nd ed.Dordrecht：KluwerPublishers；2000；和C.W.Bielawski，D.Benitez，R.H.Grubbs，Science 2002，297，2041)，如低粘度(viscosity)、高溶解度(solubility)、较低的水力体积(hydrodynamic volume)等。近年来在高分子基础科学和应用发展上，引起极大的研究兴趣，例如在溶液中可与溶剂有较好的兼容性(compatibility)，使得粘度较低、溶解度较高。这些现象主要来自环形高分子本身结构呈现相对较少的末端官能基(functionality of terminal end groups)，导致不同于直线型分子和高分子的特殊性质。现今环形高分子结构的特征判断主要是依据环形高分子具备低水力体积的特性。

在1980年代，更有许多研究从事于环形寡聚物(Cyclic Oligomers)的合成并运用在开环聚合反应上(Ring-Opening Polymerization)，其中以美国GE公司对环形碳酸酯寡聚物(Oligomeric Cyclic Carbonates)的研究最具代表性和商业潜力(参见J.C.Carnahan，U.S.Patent，patent no.4,273,717(1981)；D.J.Brunelle，T.L.Evens等人，Polymer Preprints1989，30，569；E.P.Boden，D.J.Brunelle等人，Polymer Preprints 1989，30，571；T.L.Evens，C.B.Berman等人，Polymer Preprints 1989，30，573；K.R.Stewart，PolymerPreprints 1989，30，575)。此技术是以双酚A(Bisphenol A)制备出前体(precursor)，双酚A二氯甲酸酯(Bisphenol Abischloroformate)，然后在拟高度稀释(pseudo-high dilution)的溶液中合成出环形碳酸酯寡聚物。在阴离子型触媒的作用下，环形碳酸酯寡聚物可进行开环聚合(Ring-Opening Polymerization，ROP)，在250℃的押出机中约2-5分钟即可转变成高分子量的聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)。此外，此种环形碳酸酯寡聚物的粘度低，不仅能提高产能，更可解决大型对象不易射出成形的难题。此种以巨环形分子作为反应射出成形(Reaction Injection Molding，RIM)原料的加工方法将是高分子工业中的一项重要技术。

然而，环形碳酸酯寡聚物的开环聚合反应需在250℃以上的高温方能获得高Tg、高分子量的产物。如此高耗能的生产方式显然是巨环形分子进行开环聚合制备高分子材料的缺点。