[发明专利]一种环形聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种环形聚合物及其制备方法。

技术背景

在高分子科学领域中，聚合物材料的结构与性能间关系的研究是一个永恒的课题。继Pederson等（J Am Chem Soc 1967, 89: 2495-2496. J Am Chem Soc 1967, 89: 7017-7036.）在1967年首次报道了冠醚的合成以及与金属离子的络合以来，环形结构聚合物的合成和性能研究在近年来引起了人们极大的兴趣和关注(Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2202–2213.)。环形结构具有非常高的稳定性和均等性，在自然界中可以找到各种关于环形结构的模型，生物学家们也发现在生命体内存在着多种环形拓扑结构的DNA等(Cell. Mol. Life Sci. 2009, 66, 2599–2602.)。本着探索自然界奥秘的目的，人们在对生物体内环形拓扑结构研究的基础上，开展了系列环形结构的仿生研究课题。

环形聚合物由于其结构的特殊性，与相同分子量的线形聚合物相比较，在诸多性能方面具有明显的差异，包括旋转半径、本征粘度、临界温度、折光指数、荧光发射光谱、密度、偶极距、玻璃化转变温度、熔融温度、相形态、熔体粘度、热稳定性、相容性和表面性能等(J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2010, 48, 251–284.)。例如，在溶液行为方面，环形聚苯乙烯(PS)在环己烷中的θ温度为28℃，而线形PS对照物的θ温度则为35℃(Macromolecules 1987, 20, 493–497.)。环形PS与线形PS对照物在环己烷中的本征粘度比值[η]_c/[η]_l随着分子量的减小在0.64-0.70之间变化，流体力学半径比值[R_n]_c/[R_n]_l随着分子量的减小在0.83-0.96之间变化(Macromolecules 1987, 20, 498–451.)。环形PS与线形PS对照物在四氢呋喃中的SEC曲线峰值比[M_p]_c/[M_p]_l随着分子量的增大在0.90-0.70之间变化(Macromol. Chem. Phys. 2005, 205, 1035–1042.)，均方旋转半径比值<R_g>_c²/<R_g>_l²则落在0.50-051之间(Griffiths, P. C. In Cyclic Polymers, 2nd ed.; Semlyen, J. A., Ed.; Kluwer Acad. Publ.: Dordrecht, Boston, London, 2000; Chapter11.)。在荧光发射光谱中，环形PS在280 nm和334 nm的发射光谱强度随着PS分子量的减小而增强(J. Am. Soc. 2000, 122, 2130–2131.)，而线形PS对照物的发射光谱强度则不受聚合物浓度和分子量大小的影响。在本体性能方面，环形PS的T_g受分子量变化的影响基本可以忽略，当分子量为7 kDa时环形聚合物就已经达到与高分子量线形PS相同的T_g，而线形PS的T_g则随分子量具有较大的变化；基于这一特点，可以设想将传统PS聚合物材料中小分子量部分的线形PS替换为环形PS，在降低熔体粘度、方便加工的同时还可以提高材料的T_g(Macromolecules 2001, 34, 9002–9005.)。与线形聚丁二烯(PB)对照物相比，环形PB的熔体粘度降低了10倍，高弹模量降低了5倍。同样，由于聚合物中端基化作用的影响，环形聚2-乙烯基吡啶（P2VP）的热稳定性要比线形P2VP对照物的高(Macromolecules 2002, 35, 1604–1610.)，环形聚环氧乙烷(PEO)的熔融熵要比线形PEO对照物的低(Macromolecules 1995, 28, 104–109.)。