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【複材資訊】Science:破局有機矽卡脖子難題!
來源:澎湃 政務:中國(guó)複合材料學(xué)會(huì) | 作者:profefd1a | 發(fā)布時(shí)間: 2023-09-13 | 1039 23次浏覽: | 分享到:
有機矽合成(chéng)仍存在以下問題:
1、有機矽合成(chéng)的卡脖子問題是易受到環狀低聚矽氧烷污染;2、低聚矽氧烷存在潛在毒性,解決其污染問題勢在必行;3、聚合物鏈端的反咬過(guò)程與環狀單體開(kāi)環存在不可避免的競争。
有鑒于此,圖盧茲大學(xué)Tsuyoshi Kato等人發(fā)現利用簡單的醇與陰離子鏈端的配位可以防止矽氧烷鏈的反咬過(guò)程,避免了環狀雜質的産生。通過(guò)精心設計的季膦陽離子充當自猝滅系統,響應配位醇的損失,從而在環反咬反應開(kāi)始之前阻止反應進(jìn)行。利用這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)效應的結合實現了八元矽氧烷環D4的熱力學(xué)控制ROP,避免産生環狀低聚矽氧烷副産物。

1901年,F. Kipping 首次合成(chéng)了穩定的矽烷酮;1943年,道(dào)康甯公司首次實現了矽烷酮的工業化生産。由于其特殊的物理和化學(xué)性質,不同形式有機矽材料(油、橡膠、凝膠和樹脂)得到了極爲廣泛的應用。

然而,有機矽合成(chéng)仍存在以下問題:

1、有機矽合成(chéng)的卡脖子問題是易受到環狀低聚矽氧烷污染

盡管有機矽的合成(chéng)取得了重要進(jìn)展,但一個衆所周知的卡脖子問題是無論使用何種(zhǒng)方法,總會(huì)存在環狀低聚矽氧烷(約10至15%)的系統污染。

2、低聚矽氧烷存在潛在毒性,解決其污染問題勢在必行

目前,近50%的新型護膚品至少含有一種(zhǒng)有機矽,而低分子量環狀矽氧烷能(néng)夠克服人體皮膚屏障并存在潛在毒性,因此解決這(zhè)一污染問題至關重要。

3、聚合物鏈端的反咬過(guò)程與環狀單體開(kāi)環存在不可避免的競争

環狀低聚矽氧烷污染通常是由聚合物鏈端的反咬反應造成(chéng)的,該過(guò)程與通過(guò)環狀單體開(kāi)環聚合(ROP)進(jìn)行的鏈增長(cháng)競争,被(bèi)認爲是不可避免的,且通常會(huì)産生熱力學(xué)控制的反應混合物(聚合物/環狀低聚矽氧烷= 85/15)。

新思路

有鑒于此,圖盧茲大學(xué)Tsuyoshi Kato等人發(fā)現利用簡單的醇與陰離子鏈端的配位可以防止矽氧烷鏈的反咬過(guò)程,避免了環狀雜質的産生。通過(guò)精心設計的季膦陽離子充當自猝滅系統,響應配位醇的損失,從而在環反咬反應開(kāi)始之前阻止反應進(jìn)行。利用這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)效應的結合實現了八元矽氧烷環D4的熱力學(xué)控制ROP,避免産生環狀低聚矽氧烷副産物。

技術方案:

1、簡述了本工作的研究思路

作者闡明了聚合物/環狀低聚物混合物的産生的原因,并提出可以通過(guò)抑制反咬過(guò)程并改變熱力學(xué)聚合物/環狀低聚物比率來抑制副産物的産生。

2、合成(chéng)了引發(fā)劑并進(jìn)行了穩定性評價

作者提出構建對(duì)配位醇的損失做出響應的自動淬滅系統來強化反咬反應抑制過(guò)程,合成(chéng)了無醇且穩定的磷醇鹽 1-xBnOH,并證明該物質具有熱不穩定性,可用作由配位醇損失自動觸發(fā)的智能(néng)自猝滅系統。

3、探究了八元矽氧烷環的完全ROP過(guò)程

作者表明使用二矽氧烷封端劑 1,3-二乙烯基(四甲基)矽氧烷 (M2Vi) 可以實現更精确的聚合物尺寸控制,開(kāi)發(fā)的基于聚二甲基矽氧烷 (PDMS)的 引發(fā)劑與D4可以實現産率>99%的有機矽。

技術優勢:

1、通過(guò)簡單的醇實現了矽氧烷鏈的反咬過(guò)程的有效抑制

作者報告了通過(guò)醇與活性矽醇酯鏈端的簡單配位可以防止反咬過(guò)程,且利用季膦陽離子可以作爲智能(néng)自猝滅系統,在反咬反應開(kāi)始前即抑制反應進(jìn)行。

2、首次實現了八元矽氧烷環D4的近100%開(kāi)環聚合