Depolymeriseerbare olefinische polymeren op basis van gesmolten cycloocteenmonomeren

Summary

Hier beschrijven we protocollen voor de bereiding van trans-cyclobutaan gesmolten cyclooctenen (tCBCO), hun polymerisatie om depolymeriseerbare olefinische polymeren te bereiden en de depolymerisatie van deze polymeren onder milde omstandigheden. Daarnaast worden protocollen beschreven voor de voorbereiding van depolymeriseerbare netwerken en compressiegieten van stijve lineaire kunststoffen op basis van dit systeem.

Abstract

De groeiende consumptie van synthetische polymeren en de opeenhoping van polymeerafval hebben geleid tot een dringende behoefte aan nieuwe routes naar duurzame materialen. Het bereiken van een closed-loop polymeereconomie via chemische recycling naar monomeer (CRM) is zo'n veelbelovende route. Onze groep meldde onlangs een nieuw CRM-systeem op basis van polymeren bereid door ring-opening metathesis polymerisatie (ROMP) van trans-cyclobutaan gesmolten cycloocteen (tCBCO) monomeren. Dit systeem biedt verschillende belangrijke voordelen, waaronder het gemak van polymerisatie bij omgevingstemperaturen, kwantitatieve depolymerisatie tot monomeren onder milde omstandigheden en een breed scala aan functionaliteiten en thermomechanische eigenschappen. Hier schetsen we gedetailleerde protocollen voor de bereiding van op cbcogebaseerde monomeren en hun bijbehorende polymeren, inclusief de voorbereiding van elastische polymeernetwerken en compressiegieten van lineaire thermoplastische polymeren. We schetsen ook de bereiding van E-alkene tCBCO monomeren met hoge ringspanning en hun levende polymerisatie. Ten slotte worden ook de procedures voor de depolymerisatie van lineaire polymeren en polymeernetwerken gedemonstreerd.

Introduction

De veelzijdige en robuuste aard van synthetische polymeren heeft ze tot een alomtegenwoordige vaste waarde van het moderne menselijke bestaan gemaakt. Aan de andere kant maken dezelfde robuuste en milieubestendige eigenschappen polymeerafval buitengewoon persistent. Dit, samen met het feit dat een groot deel van alle synthetische polymeren die ooit zijn gemaakt op stortplaatsen is beland¹, heeft legitieme zorgen gewekt over hun milieueffecten². Bovendien heeft het open-loop karakter van de traditionele polymeereconomie een gestaag verbruik van petrochemische hulpbronnen en een toenemende koolstofvoetafdruk veroorzaakt

Protocol

OPMERKING: De onderstaande protocollen zijn gedetailleerde vormen van experimentele procedures die eerder zijn gerapporteerd 15,18,19. Karakterisering van de kleine moleculen en polymeren is eerder gemeld^15,18. Bovendien moeten syntheses van monomeren en polymeren en depolymerisatie van polymeren worden uitgevoerd in een zuurkast met geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen (PPE), waaronder nitrilhandschoenen, veiligheidsbrillen en een laboratoriumjas.

1. tCBCO monomeerpre....

Results

Hier worden representatieve resultaten besproken 15,18,19. Figuur 5 toont de GPC-sporen voor polymeer P1 bereid door conventionele ROMP met G2 (rode curve)¹⁵ en levende ROMP van EM1 met G1/PPh₃ (zwart)¹⁸. Het polyme.......

Discussion

De tCBCO-monomeren kunnen worden bereid uit een veel voorkomende precursor: het [2+2] fotocycloadduct van maleïnezuuranhydride en 1,5-cyclooctadieen, anhydride 1. Aangezien het ruwe anhydride 1 moeilijk te zuiveren is, maar gemakkelijk kan worden gehydrolyseerd, wordt het ruwe fotoreactiemengsel onderworpen aan methanolysisvoorwaarden om het gemakkelijk isosoleerbare methylesterzuur 2 te verkrijgen. De herkristallisatie van 2 na kolomchromatogra.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1 and 3 dram vials	VWR	66011-041, 66011-100
1,4-butanediol	Sigma-Aldrich	240559-100G
1,5-cyclooctadiene	ACROS	AC297120010
1-butanol	Fisher	A399-1
20 mL scintillation vials	VWR	66022-081
Acetic Anhydride	Alfa-Aesar	AAL042950B
Acetone	Fisher	A18-20
Aluminum backed TLC plates	Silicycle	TLA-R10011B-323
Ammonium hydroxide	Fisher	A669-212
Aniline	TCI	A0463500G
BD precisionglide (18 G)	Fisher
Chloroform	Fisher	C298-4
Column for circulation (to be packed with silver nitrate treated silica gel)			Approximately 1 cm radius and 25 cm long, with inner thread on either end
d-Chloroform	Cambridge Isotopes	DLM-7-100
Dichloromethane	VWR	BDH1113-19L
EDC.HCl; 3-(3-dimethylaminopropyl)-1-ethyl-carbodiimide hydrochloride	Chemimpex	00050
Ethyl Acetate	Fisher	E145-20
Ethyl Vinyl Ether	Sigma-Aldrich	422177-250ML
Glass chromatography columns	Fabricated in-house	D = 20 mm, L= 450 mm and D = 40 mm, L = 450 mm	The columns are fitted with a teflon stopcock at one end and a 24/40 ground glass joint to accommodate a solvent reservoir if needed.
Grubbs Catalyst 1st Generation (M102)	Sigma-Aldrich	579726-1G
Grubbs Catalyst 2nd Generation (M204)	Sigma-Aldrich	569747-100MG
Hexanes	Fisher	H292-20
Hydraulic press	Carver Instruments	#3912	Coupled with temperature control modules (see below)
Hydrochloric acid	Fisher	AA87617K4
Maleic Anhydride	ACROS	AC125240010
Methanol	Fisher	A412-20
Micro essential Hydrion pH paper (1-13 pH)	Fisher	14-850-120
Normject Luer Lock syringes (1, 3 and 10 mL)	VWR	89174-491, 53547-014 and 53547-010
Photoreactor chamber	Rayonet	RPR-100
QuadraPure TU (catalyst scavenger)	Sigma-Aldrich	655422-5G
Quartz tubes	Favricated in-house	D=2", L=12.5" and D=1.5", L=10.5"
Rotavap	Buchi
SciLog Accu Digital Metering Pump MP- 40	Parker		500 mL capacity
Siliaflash Irregular Silica, F60	Silicycle	R10030B-25KG
Silver Nitrate	ACROS	AC197680050
Sodium hydroxide	VWR	BDH9292-2.5KG
Steel Mold	Fabricated in-house	Overall dimensions of mold cavity: length 20 mm, width 7 mm and depth 1 mm; gauge dimensions: length 10 mm, width 3 mm)
Steel Plates	Fabricated in-house	100 mm x 150 mm x 1 mm
Teflon Mold (6-cavities)	Fabricated in-house	Overall cavity dimensions: length 25 mm, width 8.35 mm and depth 0.8 mm; gauge dimensions: length 5 mm, width 2 mm)
Teflon Sheets (0.005" thick)	McMaster-Carr	8569K61
Temperature Control Modules	Omega	C9000A and C9000	°C units (two modules, one for top and one for bottom)
Triphenyl Phosphine	TCI	T0519500G
UV lamps	Rayonet	RPR2537A and RPR3000A
Vacuum pump	Welch Duoseal
Whatman Filter Paper (grade 2)	VWR	09-810F	filter paper