嵌段共聚物和其制备方法_2

文档序号:9650144阅读:来源:国知局
和一个氧原子组成。环状酯的环尺寸还反 映在为RlP Ry定义的链长中。例如,对于ε-己内酯而言,Rx为具有5个原子的链长,对应 于环中的C 5H1。基团。因此,对于第一环状酯,环尺寸为7对应于Rx的链长为5。相同的原 则适合于第二环状酯和R y的链长。也就是说,对于环中具有单个酯官能团的环状酯,Rx或 Ry(视情况而定)的链长对应于第一或第二嵌段所基于的环状酯的尺寸减二。同样地,在环 上包含两个酯官能团的环状酯,丙交酯的环尺寸是6。对于丙交酯而言,R x的链长是1。
[0038] 本发明的嵌段共聚物可以具有任何通常已知的嵌段共聚物的结构,和优选的类型 选自:
[0039] A-B二嵌段共聚物,
[0040] A-B-A或B-A-B三嵌段共聚物,
[0041] (A-B)n嵌段共聚物,其中η是整数,且为2-20,
[0042] (B-A)n嵌段共聚物,其中η是整数,且为2-20,
[0043] A(B-A)n嵌段共聚物,其中η是整数,且为2-20,
[0044] B(A-B)n嵌段共聚物,其中η是整数,且为2-20,
[0045] 其中,A表示第一嵌段和B表示第二嵌段。
[0046] 在其中嵌段共聚物包含两种或更多种A嵌段的实施方式中,根据生产嵌段共聚物 的方法的条件,这些A嵌段在链长方面可以相同或不同,即可以具有相同或不同的分子量。
[0047] 同样,在其中嵌段共聚物包含两种或更多种B嵌段的实施方式中,根据生产嵌段 共聚物的方法的条件,这些B嵌段在链长方面可以相同或不同,即可以具有相同或不同的 分子量。
[0048] 嵌段共聚物可以是线形嵌段共聚物、星型嵌段共聚物,如Y-型支链嵌段共聚物、 H-型嵌段共聚物、和梳型、或刷型嵌段共聚物。
[0049] Y型支链嵌段共聚物是在中心点互相连接的三个支链的嵌段共聚物。该共聚物类 型是更加上位的术语星型嵌段共聚物的下位。
[0050] H-型支链嵌段共聚物是由中央连接基(或桥连)互相连接的四个支链的嵌段共聚 物。该共聚物的类型是更上位的术语星型嵌段共聚物的下位。由其延伸出四个支链的桥连 可以是短烃链,例如具有二到六个碳原子的链长。
[0051] 梳型或刷型嵌段共聚物是具有作为主链(梳或刷的基础)的线型分子链的嵌段共 聚物,由主链延伸出大量支链(梳或刷的齿)。
[0052] 星型嵌段共聚物是具有由其延伸出大量支链的中心点的嵌段共聚物。
[0053] 上述嵌段共聚物类型中的支链的至少一个包含至少一个第一嵌段和至少一个第 二嵌段。在实施方式中,每个支链包含至少一个第一嵌段和至少一个第二嵌段。
[0054] 本发明人相信调整嵌段共聚物类型的灵活性是本发明方法的优势。可以通过选择 合适的引发剂来调整嵌段共聚物的类型。例如,如果选择季戊四醇作为引发剂,那么可以形 成具有四个支链的星-型嵌段共聚物,每个支链是如本文中定义的嵌段共聚物。
[0055] 嵌段共聚物可以包含具有以下一般结构的第三嵌段或进一步的嵌段
[0057] 其中,Rz是具有1-38个原子的链长的有机基团和n3至少为2。根据最终嵌段共聚 物所期望的分子量和性质,与叫和η 2相似,η 3至少为2,然而本领域技术人员理解η 3至少 为20、优选至少为100、更优选至少为500、1000,或甚至至少为5000。作为实际的上限,η 3 可以是10000。
[0058] 如果邻近-0-的原子是碳原子,即不是杂原子,嵌段共聚物中的第三(或进一步 的)嵌段的有机基团R z是任选包含一个或多个杂原子的支链或直链烃基。Rz可以包含一 个或多个不饱和基团(-C = C-)。优选Rz是支链或直链烃基,更优选Rz是支链或直链脂肪 族基。1^可以是饱和脂肪族基。
[0059] 考虑到本发明基于环状酯的开环聚合反应的方法,嵌段共聚物中的Rz可以来源于 第三环状酯的环。优选第三或任何进一步的嵌段是通过通过具有4-40个原子的环尺寸的 第三或进一步的环状酯(例如此处公开的环状酯)开环获得的第三或进一步的聚合物的嵌 段。优选第三或进一步的环状酯是内酯。
[0060] 在具体的实施方式中且考虑到上述方法,Rr^以来源于在环中包含两个酯官能团 的环状酯,其中酯官能团用R yS团连接。在该具体的实施方式中,环尺寸可以是6-52。
[0061] 在嵌段共聚物包含第三或进一步的嵌段的实施方式中,本领域技术人员理解优选 的嵌段结构以所有可能的组合包括C或进一步的嵌段,该组合包括但不限于A-B-C、A-C-B、 C-A-B、B-A-C、B-C-A、C-B-A和与本文公开的A-B型嵌段共聚物相当的重复结构。
[0062] 嵌段共聚物可以具有任何所期望得分子量,其从较低分子量(如果所期望的是蜡 状材料)到较高分子量(以便得到所期望的机械性质或熔体粘度)。优选数均分子量(Mn) 至少为2000g/mol,实际的上限是例如150000g/mol。更优选的仏是30000到100000g/mol 或 50000 到 80000g/mol。
[0063] 嵌段共聚物的重要方面是它们显示出较低的多分散指数,优选至多为3。本文所 定义的多分散指数或PDI意思是重均分子量和数均分子量的比(M w/Mn)。更优选PDI是1-3 或1-2。作为将任意酯交换反应降低到最小的方法的结果,获得了低多分散性。
[0064] 本发明人发现本文公开的通式I的催化剂化合物将聚合物链的任意酯交换反应 降低到最小。通过 13C NMR光谱支持了该酯交换反应最小化趋势,本发明人观察到至少 80%、优选至少90%、更优选至少95%的所有与第一环状酯的α -甲基碳有关的信号在嵌 段共聚物的13C NMR光谱中以单峰的形式存在,和至少80 %、优选至少90 %、更优选至少 95%的所有与第二环状酯的α-甲基碳有关的信号在所述13C NMR光谱中以单峰的形式存 在。在将第三环状酯作为嵌段共聚的实施方式中,该嵌段具有类似的性质。
[0065] 该嵌段共聚物的组成并不特别限定,和可以选择嵌段共聚物的组成以便适合于所 希望的应用。然而,通常优选嵌段共聚物中的第一嵌段的量为5-95wt%和嵌段共聚物中的 第二嵌段的量为95-5wt%,基于嵌段共聚物中第一和第二嵌段的组合重量。
[0066] 在优选的实施方式中,嵌段共聚物由一个或多个如本文所定义的第一嵌段和一个 或多个如本文所定义的第二嵌段组成。
[0067] 嵌段共聚物优选是嵌段共聚酯。
[0068] 嵌段共聚物可以通过下述方法制备,该方法包含:提供具有12-40个原子的环尺 寸第一环状酯和具有4-11个原子的环尺寸的第二环状酯,和使用式I化合物作为催化剂, 将第一和第二环状酯进行开环共聚反应。
[0070] 其中,
[0071] M是金属且选自第2族的金属和第12族的金属;
[0072] Z选自氢、硼氢化物、铝氢化物、二价碳基、甲娃烷基、氢氧基团、烷氧基团、芳氧基 团、羧酸酯基、硫代羧酸酯基、二硫代羧酸酯基、碳酸酯基、氨基甲酸酯基、胍基团、胺基团、 硫化物基团、勝基团、腺基团、亚胺基团、氛化物、氛酸酯基、硫代氛酸酯基、置氣基、硝基、娃 氧化物和卤素;
[0073] X 选自 0、N、S和P
[0074] R1是有机连接结构部分和具有至少一个、优选至少二个原子的链长,
[0075] R2是有机结构部分,选自氣、C i i。的烷基、甲娃烷基、C i 6的烷氧基、C 3 8的环烷基、 C3 s的环烷氧基、芳基、芳氧基、Cl i。的胺基、Cl i。的硝基、Cl i。的氰基、卤素(F、Cl、Br、I)和 包含1-4个选自氧、硫、氮、和磷的杂原子的5-或6-元杂环。
[0076] R3是任选的有机基团和可以与R2相同或不同
[0077] R4、R5、R6、R7是有机结构部分,可以相同或不同,选自氢、C i i。的烷基、甲硅烷基、C i 6 的烷氧基、C3 8的环烷基、C 3 8的环烷氧基、芳基、芳氧基、C 1 1()的胺基、C 1 1()的硝基、C I i。的氛 基、卤素(F、Cl、Br、I)和包含1-4个选自氧、硫、氮、和磷的杂原子的5-或6-元杂环。
[0078] R8是有机结构部分,选自氣、C i i。的烷基、甲娃烷基、C i 6的烷氧基、C 3 4的环烷基、 C3 4的环烷氧基、芳基、芳氧基、Cl i。的胺基、Cl i。的硝基、Cl i。的氰基、卤素(F、Cl、Br、I)和 包含1-4个选自氧、硫、氮、和磷的杂原子的5-或6-元杂环,
[0079] 以及其中通过第一和第二环状酯的连续聚合进行共聚反应。
[0080] 本文所用的术语"连续聚合"应该理解为环状酯的连续开环聚合。在该聚合技术 中,一次聚合一种环状酯,和只有在第一环状酯已经基本上变为聚合物之后,再将第二环状 酯加入反应中。因此,连续聚合技术与共聚技术完全不同,在共聚技术中,在反应期间的同 一时间添加或者以其它方式存在两种环状酯,该技术可以称为"一锅"或"单次进料"技术。 该方法可以通过第一环状酯的开环聚合,随后第二环状酯的开环聚合,或通过第二环状酯 的开环聚合,随后第一环状酯的开环聚合来进行。就基团Z而言:
[0081] 硼氢化物可以是BH4 XRX,其中X是0-3的整数,和R是二价碳基或烷氧化物,
[0082] 铝氢化物可以是AlH4 XRX,其中X是0-3的整数和R是二价碳基或烷氧化物,
[0083] 二价碳基可以是任何烃、-CR3、-Ar (芳基)、-CR = CR2、-C ^ CR,其中R是氢、任选 取代的烷基、任选取代的芳基,
[0084] 甲硅烷基可以是-SiR3,其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基,
[0085] 烷氧基团可以是-0R,其中R任选取代的烷基,
[0086] 羧酸酯基可以是_0C( = 0)R,其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基,
[0087] 硫代羧酸酯基可以是_SC( = 0)R,其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基,
[0088] 二硫代
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