基于单质硫的无过渡金属催化的室温聚合反应

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1、硕士学位论文基于单质硫的无过渡金属催化的室温聚合反应作者姓名田甜学科专业材料学指导教师唐本忠教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月23日Transitionmetalcatalyst-freeroom-temperaturepolymerizationsbasedonelementalsulfurADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TianTianSupervisor：Prof.TangBenZhongSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：O

2、63学校代号：10561学号：201520115018华南理工大学硕士学位论文基于单质硫的无过渡金属催化的室温聚合反应作者姓名：田甜指导教师姓名、职称：唐本忠教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料学研究方向：功能高分子材料论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：张艺教授委员：梁国栋教授、秦安军教授、赵祖金教授、胡蓉蓉教授摘要硫作为化石燃料中丰度第三的元素，其单质产量远远大于需求，因而造成单质硫的大量囤积和由此引发的安全和环境问题。因此，单质硫的应用已受到全球的关注。目前已报道的直接利用单质

3、硫的聚合反应往往需要较高的温度（约180oC），生成的聚合物往往溶解性较差且结构无规。近年来，多组分聚合反应以其反应条件温和、操作简单、反应高效、原子经济性高、产物结构多样等优势而备受高分子科学家们的青睐。因此，采用多组分聚合的化学手段来解决单质硫的直接应用问题，并将其转化为含硫功能高分子，不仅具有学术意义，也具有非常重要的工业意义。首先，我们将硫与化学性质非常活泼的异腈和脂肪胺单体在无催化剂条件下通过多组分聚合合成一系列结构规整的聚硫脲。利用在线红外实时监测，该聚合反应在100oC下10分钟或常温下2小时即可完成，且所得聚硫脲的重均分子量达到242500g/ml，产率高达95%。硫脲基团

4、的存在使聚合物可以特异性灵敏地检测Hg2+（0.1ppm）；高效去除含汞废水中的Hg2+（99.99%），通过一次处理从工业废水浓度级别达到饮用水标准；还可以通过聚硫脲荧光的变化实时监测汞离子的去除过程。其次，我们开发了一个单质硫与活化炔烃的聚合反应，可合成得到一系列共轭聚噻吩。该聚合反应在KOH存在的碱性条件下30分钟即可完成，且在常温下可得到与较高温度下（80oC）结果相当的共轭聚噻吩，其重均分子量可以达到58100g/mol，产率高达92%。通过对该聚合单体结构的设计与调控，可以得到主链位于噻吩3,4位或2,5位的共轭聚噻吩。此外，由此方法制备的聚噻吩具有非常好的热稳定性（失重5%时

5、的温度高达480oC）和高折光指数（n高达1.7250）。本论文报道了基于单质硫、无过渡金属催化的室温聚合反应，可用于制备非共轭的聚硫脲或共轭的聚噻吩，为单质硫的囤积问题提供了便捷、高效、经济的解决方案，并促进了含硫功能高分子材料的开发。关键词：单质硫；无过渡金属催化剂；多组分聚合；功能聚硫脲；共轭聚噻吩IABSTRACTElementalsulfur,asthethirdrichestelementinfossilfuels,isabundantandcheap.Becausetheproductionofsulfurismuchlargerthanitsconsumption,seri

6、oussafety/environmentalproblemsarecausedduringlargescalesulfurstorage.Hence,thedirectutilizationofsulfurhasbeenaglobalconcern.Thereportedutilizationofsulfurinpolymersynthesisgenerallyrequirehightemperature(above180oC),andtheresultingpolymersusuallyhavepoorsolubilityandirregularstructures.Inrecenty

7、ears,multicomponentpolymerizations(MCPs)havereceivedmuchattentionfrompolymerscientistsduetoitsadvantagessuchasmildconditions,simpleoperation,efficiency,highatomeconomy,anddiversestructures.Therefore,developingeco