Method Article

융합 고리 사이클로옥텐 단량체를 기반으로 하는 해중합 가능한 올레핀 폴리머

DOI:

10.3791/64182

⸱

December 16th, 2022

 ,  ,  , 
1School of Polymer Science and Polymer Engineering, University of Akron

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

여기에서는 트랜스-사이클로부탄 융합 사이클로옥텐(tCBCO)의 제조, 해중합성 올레핀 폴리머를 제조하기 위한 중합 및 온화한 조건에서 이들 폴리머의 해중합을 위한 프로토콜에 대해 설명합니다. 또한, 해중합성 네트워크의 준비 및 이 시스템에 기초한 경질 선형 플라스틱의 압축 성형을 위한 프로토콜이 설명된다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

합성 폴리머의 소비 증가와 폴리머 폐기물의 축적으로 인해 지속 가능한 재료에 대한 새로운 경로가 절실히 요구되었습니다. 단량체(CRM)로의 화학적 재활용을 통해 폐쇄 루프 폴리머 경제성을 달성하는 것은 그러한 유망한 경로 중 하나입니다. 우리 그룹은 최근 트랜스 사이클로 부탄 융합 시클로 옥텐 (tCBCO) 단량체의 개환 복분해 중합 (ROMP)에 의해 제조 된 폴리머를 기반으로하는 새로운 CRM 시스템을보고했습니다. 이 시스템은 주변 온도에서의 중합 용이성, 온화한 조건에서 단량체에 대한 정량적 해중합, 광범위한 기능 및 열기계적 특성을 포함한 몇 가지 주요 이점을 제공합니다. 여기에서는 탄성 폴리머 네트워크의 준비 및 선형 열가소성 폴리머의 압축 성형을 포함하여 tCBCO 기반 모노머 및 해당 폴리머의 제조에 대한 자세한 프로토콜을 간략하게 설명합니다. 우리는 또한 고 고리 변형 E- 알켄 tCBCO 단량체의 제조 및 이들의 살아있는 중합을 간략하게 설명합니다. 마지막으로, 선형 폴리머 및 폴리머 네트워크의 해중합 절차도 시연됩니다.

Introduction

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합성 폴리머의 다재다능하고 견고한 특성으로 인해 현대 인간 존재의 유비쿼터스 고정 장치가 되었습니다. 반대로, 동일한 견고하고 환경 저항성이 있는 특성으로 인해 폴리머 폐기물이 매우 지속됩니다. 이것은 지금까지 만들어진 모든 합성 폴리머의 상당 부분이 매립지1로 보내졌다는 사실과 함께환경 영향에 대한 정당한 우려를 제기했습니다2. 또한 전통적인 폴리머 경제의 개방 루프 특성으로 인해 석유 화학 자원이 꾸준히 소비되고 탄소 발자국이 증가했습니다3. 따라서 폐쇄 루프 폴리머 경제에 대한 유망한 경로는 매우 인기가 있습니다.

단량체로의 화학적 재활용(CRM)은 그러한 경로 중 하나입니다. 기존 재활용에 비해 CRM의 장점은 여러 공정 주기에 걸쳐 특성이 저하되는 재료의 기계적 재활용과 달리 깨끗한 폴리머를 제조하는 데 사용할 수 있는 단량체의 재생으로 이어진다는 것입니다. 개환 중합에 기초한 중합체는 CRM 재료4에 대한 특히 매력적인 경로로 나타났다. 중합의 열역학은 일반적으로 두 가지 반대 요인 사이의 상호 작용입니다 : 중합 엔탈피 (ΔH p, 일반적으로 음....

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Protocol

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참고 : 아래에 설명 된 프로토콜은 이전에15,18,19에보고 된 실험 절차의 자세한 형식입니다. 소분자 및 중합체의 특성화는 이전에보고되었다 15,18. 또한 단량체와 폴리머의 합성 및 폴리머의 해중합은 니트릴 장갑, 보안경 및 실험실 코트를 포함한 적절한 개인 보호 장비(PPE)를 사용하여 흄 후드 내부에서 수행해야 합니다.

1. tCBCO 단량체 제조15

  1. [2+2] 포토덧셈
    1. 석영 튜브에, 말레산 무수물 (5.4 g, 55.1 mmol, 1 당량), 시클로옥타디엔 (7.42 mL, 6.55 g, 61 mmol, 1.1 당량), 및 150 mL의 건조 아세톤을 첨가한다.
    2. 석영 플라스크를 고무 격막으로 밀봉하고 Schlenk 라인의 N2 에 연결된 6인치 바늘과 더 작은 블리드 바늘을 삽입합니다. ~30분 동안

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Results

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여기에서 논의된 대표적인 결과는 이전에 발표된15,18,19입니다. 그림 5는 G2(적색 곡선)15를 갖는 종래의 ROMP와 G1/PPh3(흑색)18을 갖는 EM1의 살아있는 ROMP에 의해 제조된 중합체 P1에 대한 GPC 트레이스를 보여준다. 리빙 ROMP에 의해 제조된 중합체는 G2를 갖는 종래의 ROMP에 의해 제조된 중합체에 대해 보이는 다소 .......

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Discussion

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tCBCO 단량체는 일반적인 전구체로부터 제조될 수 있다: [2+2]말레산 무수물 및 1,5-시클로옥타디엔, 무수물의 광시클로부가물 1. 조 무수물 1은 정제하기 어렵지만 쉽게 가수 분해 될 수 있기 때문에, 조 광반응 혼합물은 메탄올 분해 조건을 거쳐 쉽게 분리 가능한 메틸 에스테르 산 2를 수득한다. 컬럼 크로마토그래피 후 2의 재결정화는 2의 순수한 트랜스-사이클로부탄 이성질체를 얻는 데 중요합니다. 2. 디에스테르 단량체 M1 및 M2, 이미드 단량체 M3, 및 에스테르 가교결합제 XL을 포함하는, 여기에 요약된 바와 같이 몇몇 상이한 tCBCO 단량체를 제조하기 위해 용이.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 작업에 대한 특허 출원(PCT/US2021/050044)이 출원되었습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

우리는 DMR-2042494 보조금에 따라 애크런 대학교와 국립 과학 재단의 자금 지원을 인정합니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1 및 3 드람 바이알VWR66011-041, 66011-100
1,4-부탄디올시그마-알드리치240559-100G
1,5-사이클로옥타디엔아크로스AC297120010
1-부탄올FisherA399-1
20mL 섬광 바이알VWR66022-081
아세트산 무수물Alfa-Aesar
아세톤FisherA18-20
알루미늄 백업 TLC 플레이트SilicycleTLA-R10011B-323
수산화암모FisherA669-212
아닐린TCIA0463500G
BD precisionglide (18 G)Fisher
클로로포름FisherC298-4
순환용 컬럼(질산은 처리된 실리카겔반경 약 1cm, 길이 25cm, 양쪽 끝에 내부 나사산 d
-클로로포름캠브리지 동위원소DLM-7-100
디클로로메탄VWRBDH1113-19L
EDC. HCl; 3-(3-디메틸아미노프로필)-1-에틸-카르보디이미드 염산염Chemimpex00050
에틸 아세테이FisherE145-20
에틸 비닐 에테르Sigma-Aldrich422177-250ML
유리 크로마토그래피 컬럼자체 제작D = 20mm, L= 450mm 및 D = 40mm, L = 450mm기둥에는 한쪽 끝에 테프론 마개가 장착되어 있으며 필요한 경우 용매 저장소를 수용할 수 있도록 24/40 접지 유리 조인트가 장착되어 있습니다.
Grubbs Catalyst 1세대(M102)Sigma-Aldrich579726-1G
Grubbs Catalyst 2세대(M204)Sigma-Aldrich569747-100MG
HexanesFisherH292-20
유압 프레스Carver Instruments#3912온도 제어 모듈과 결합(아래 참조)
염산Fisher
말레산 무수물ACROSAC125240010
메탄올FisherA412-20
마이크로 에센셜 하이드리온 pH 종이 (1-13 pH)Fisher14-850-120
Normject Luer Lock 주사기 (1, 3 및 10 mL)VWR89174-491, 53547-014 및 53547-010
광반응기 챔버RayonetRPR-100
QuadraPure TU (촉매 제거제)Sigma-Aldrich655422-5G
석영 튜브내 FavricatedD = 2 ", L = 12.5"및 D = 1.5", L = 10.5 "
RotavapBuchi
SciLog Accu 디지털 정량 펌프 MP-40Parker500 mL 용량
Siliaflash 불규칙 실리카, F60SilicycleR10030B-25KG
질산은ACROSAC197680050
수산화나트륨VWRBDH9292-2.5KG
강철 금형자체 제작캐비티의 전체 치수: 길이 20mm, 너비 7mm, 깊이 1mm, 게이지 치수: 길이 10mm, 너비 3mm)
강판자체 제작100mm x 150mm x 1mm
테플론 몰드 (6-캐비티)자체 제작전체 캐비티 치수: 길이 25 mm, 너비 8.35 mm, 깊이 0.8 mm; 게이지 치수: 길이 5 mm, 너비 2 mm)
테프론 시트 (두께 0.005인치)McMaster-Carr8569K61
온도 제어 모듈OmegaC9000A 및 C9000° C 유닛 (모듈 2개, 상단용 1개, 하단용 1개)
트리페닐 포스핀TCIT0519500G
UV 램프RayonetRPR2537A 및 RPR3000A
진공 펌프Welch Duoseal
Whatman 여과지(2등급)VWR09-810F여과지
AAL042950B늄 로 포장)트 AA87617K4 사 금형

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Geyer, R., Jambeck, J. R., Law, K. L. Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances. 3 (7), 1700782(2017).
  2. Barnes, D. K. A., Galgani, F., Thompson, R. C., Barlaz, M. Accumulation and fragmentation of pla....

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