[发明专利]一种制备环状聚合物的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于环状化合物的制备，涉及一种制备环状聚苯乙烯的方法及装置。

背景技术

环型聚合物由于缺少端基，因而在某些方面具有与线型聚合物完全不同的性质。如环型聚合物具有较小的流体力学半径、粘性降低、较大的折射指数和较高的玻璃化转变温度。在过去的几十年中，尽管环型聚合物的合成手段相对于线型的聚合物来说要求高得多，但环型聚合物的特殊性质及其重要性引起了高分子界广泛的注意。

到目前为止，环型聚合物的合成方法主要有两种：一种是通过环型小分子不断发生扩环反应得到环型聚合物的扩环法，另一种是利用α,ω-双官能团的线型聚合物的单分子内的关环法。关环法对单体的要求低、单体的选择范围广，是目前合成环型聚合物的主要方法。

近来，可控自由基聚合(CRP)的发展，例如氮氧稳定自由基聚合(NMP)，原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移(RAFT)自由基聚合等，由于使用这些聚合手段可以广泛得到具有双功能化端基和分子量分布窄的线型聚合物前体，因而引起了合成环型聚合物的广泛关注。另外，Sharpless等最近提出的“click”化学由于它的的高效，反应几乎定量地完成，并且反应条件温和等特点，给利用α,ω-双官能团的线型聚合物通过关环反应合成环型聚合物带来了很大的方便。Grayson et al.等第一次报道了通过α-炔,ω-叠氮双官能团的线型PS 的CuAAC关环反应几乎定量地得到了环型PS（参见：Laurent, B. A.; Grayson, S. M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4238–4239.）。最近，Zhao et al. 等报道了利用“click”化学和ATRP方法成功制备了侧链含有偶氮苯基团的环型液晶聚合物(SCLCP)（参见：Han, D. H.; Tong, X.; Zhao, Y.; Galstian, T.; Zhao, Y. Macromolecules, 2010, 43, 3664.）。传统方法中，主要操作手段是使用一个较大的容器加入溶解了催化剂的大量溶剂，然后将完全溶解了线状聚合物的少量溶液加入微量注射泵中，微量注射泵缓慢而持续的将此溶液加入催化反应体系中，待反应完成后先减压蒸馏浓缩溶液，然后经过中性氧化铝柱除去铜催化剂，再将剩余溶液滴入甲醇沉淀剂中，最后抽滤烘干得到聚合物。此操作比较繁琐，产量也很低。

到目前为止，关环法合成环状聚合物的最大瓶颈仍然是环状聚合物的产量极低，因为此法需要在极稀溶液中进行。因此研究如何提高关环法的产量，是十分有意义的。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种制备环状聚苯乙烯的方法及装置。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种制备环状聚合物的装置，包括：

一反应室，反应室的顶部设有一开口；

一冷凝液容纳室，冷凝液容纳室的底部和顶部各设有一开口，并且冷凝液容纳室的底部还设有一溶剂出口；

一冷凝回流装置，和冷凝液容纳室顶部的开口相连；

并且，一连接管通过冷凝液容纳室底部的开口插接于冷凝液容纳室内，所述连接管位于冷凝液容纳室内的一端为封闭端，近封闭端的侧面设有至少一个出气孔；所述连接管的另一端为开口端，该开口端与反应室顶部的开口相连；

所述冷凝液容纳室底部的溶剂出口的水平位置低于连接管的出气孔；并且溶剂出口和反应室之间通过管路连通，管路之间设有阀门。

优选的技术方案中，所述制备环状聚合物的装置，包括：

一反应室；

一冷凝回流装置；

一溶剂蒸馏头，溶剂蒸馏头设有一上连接口和一下连接口；其中，上连接口和冷凝回流装置相连，下连接口和反应室相连。

上述技术方案中，所述连接关系都为密闭连接。

本发明同时要求保护一种制备环状聚苯乙烯的方法，包括以下步骤：

(1) 构建上述制备环状聚合物的装置，开启冷凝装置，在无氧条件下，在反应室内加入沉淀剂、溶剂、配体和催化剂，加热使反应室内的液体沸腾，蒸汽从连接管的出气孔流出上升到冷凝装置后冷凝回流到冷凝液容纳室内，调节反应室内的温度，冷凝装置中冷凝液回流速度，以及冷凝液容纳室和反应室之间管路中的阀门，使得冷凝液容纳室内的液体的体积恒定；其中，沉淀剂的沸点高于溶剂的沸点，沉淀剂和溶剂的体积比9～25∶1；反应室内液体的体积和冷凝液容纳室内液体的体积比为6～15∶1；因此冷凝液容纳室内以溶剂为主，溶剂为聚合物的良溶剂；