Dieses Protokoll beschreibt die Synthese, Charakterisierung und das chemische Recycling eines chemischen recycelbaren Polymersystems, das unsere Lampe entwickelt, von der wir glauben, dass sie das Potenzial hat, die Herausforderungen im Zusammenhang mit der nachhaltigen Verwendung von Kunststoffen anzugehen. Im Vergleich zu den bisher entwickelten chemisch recycelbaren Polymeren besteht der Vorteil unseres Systems darin, dass es das chemische Recycling von Polymeren mit Kohlenwasserstoff-Rückgrat ermöglicht, das eine ausgezeichnete hydrolytische Stabilität aufweist. Devavrat Sathe und Hanlin Chen, Doktoranden aus meinem Labor, demonstrieren das Verfahren.
Fügen Sie zunächst Maleinsäureanhydrid, Cyclooctadien und 150 Milliliter trockenes Aceton zu einem Quarzrohr hinzu. Verschließen Sie den Quarzkolben mit einem Gummiseptum und führen Sie eine 6-Zoll-Nadel ein, die mit dem Stickstoff auf einer Schlenk-Linie und einer kleineren Entlüftungsnadel verbunden ist. Rühren Sie die Lösung auf einer magnetischen Rührplatte um, während Sie etwa 30 Minuten lang mit Stickstoff sprudeln.
Danach entfernen Sie die Nadeln. Statten Sie den Photoreaktor mit 300-Nanometer-Lampen aus und legen Sie den Kolben hinein, der an einer vertikalen Stütze befestigt ist. Stellen Sie sicher, dass Sie die Oberseite des Photoreaktors locker abdecken und den Kühlventilator und die UV-Lampen einschalten.
Nach dem Bestrahlen über Nacht die Mischung auf einen Rotavap konzentrieren, bis der größte Teil des Lösungsmittels entfernt ist. Baumwoll- und Silbernitrat-imprägniertes Kieselgel in eine Zirkulationssäule geben und den Rest der Säule mit unbehandeltem Silikagel füllen. Fügen Sie ein weiteres Stück Baumwolle hinzu, wickeln Sie die Säule mit Aluminiumfolie ein und verbinden Sie sie mit Schläuchen an beiden Enden.
Verbinden Sie ein Ende der Säule mit einer Dosierpumpe für die Umwälzung, wobei ein weiteres Stück Schlauch aus der Dosierpumpe kommt. Legen Sie beide Enden des Schlauchs in einen Kolben mit 200 Millimeter Diethylether / Hexan-Lösungsmittelgemisch und zirkulieren Sie 2 Stunden, um die Säule fest zu verpacken. Überprüfen Sie mögliche Leckagen.
Als nächstes lösen Sie Dimethylestermonomer oder M1 und Methylbenzoat in einem Diethylether / Hexan-Lösungsmittelgemisch in einem Quarzrohr. Statten Sie die Photoreaktionskammer mit 254-Nanometer-Wellenlängenlampen aus. Ersetzen Sie den Kolben durch das Quarzrohr, legen Sie es in die Photoreaktionskammer und setzen Sie die Zirkulation unter Bestrahlung für 16 Stunden fort.
Nachdem Sie den Photoreaktor ausgeschaltet haben, ziehen Sie den Schlauch über den Lösungsspiegel und zirkulieren Sie für weitere 1 Stunde, um die Säule zu trocknen. Packen Sie eine weitere Säule mit einer Silikagelschicht unten und Silbernitrat-imprägniertem Kieselgel oben. Nachdem Sie die Zirkulationsspalte geleert haben, laden Sie ihren Inhalt in die normale Spalte.
Sammeln Sie die Lösung aus dem Quarzrohr und konzentrieren Sie sich. Fügen Sie diese konzentrierte Lösung in die Kieselsäuresäule hinzu. Waschen Sie die Säule mit einem Diethylether / Hexan-Lösungsmittelgemisch, um Methylbenzoat und M1 zu sammeln, und waschen Sie anschließend mit Aceton, um den EM1-Silberkomplex zu sammeln.
Nachdem Aceton auf einem Rotavap entfernt wurde, fügen Sie dem Rückstand eine Mischung aus 200 Milliliter DCM und 200 Milliliter konzentriertem wässrigem Ammoniak hinzu und rühren Sie 15 Minuten lang. Trans-Cyclobutan-fusioniertes Cyclooctenmonomer M2 und Vernetzer XL in eine 4-Dram-Glasdurchstechflasche geben. Dann fügen Sie 500 Mikroliter Dichlormethan hinzu und lösen Sie es mit einem Wirbelmischer auf.
Fügen Sie diesem Grubbs II-Katalysator oder G2 hinzu und rühren Sie manuell, um die Auflösung sicherzustellen. Fügen Sie die Lösung zu einer Polytetrafluorethylen- oder PTFE-Form mit sechs Hohlräumen mit einer Glaspipette hinzu. Lassen Sie das Netzwerk 24 Stunden bei Raumtemperatur und dann 24 Stunden bei 6 Grad Celsius aushärten.
Nehmen Sie die Probe vorsichtig aus der Form und tauchen Sie die Probe in eine 20-Milliliter-Durchstechflasche mit etwa 5 Milliliter Ethylvinylether für 4 Haushalte. Legen Sie die vorbereitete Probe in einen Zellulosefingerhut und legen Sie sie dann in eine Soxhlet-Extraktionsvorrichtung. Befestigen Sie den Soxhlet-Extraktor auf einem 500-Milliliter-Rundkolben mit 250 Milliliter Chloroform und legen Sie ihn in ein Ölbad.
Befestigen Sie einen Kondensator an der Oberseite des Soxhlet-Extraktors und lassen Sie das Lösungsmittel fast 14 Stunden lang zurückfließen. Nehmen Sie die Probe aus dem Fingerhut, legen Sie sie auf ein Stück Papiertuch, das auf eine saubere Oberfläche gelegt wird, decken Sie es ab und lassen Sie das Lösungsmittel unter Umgebungsbedingungen fast 6 Stunden verdampfen. Legen Sie die Probe in eine 20-Milliliter-Durchstechflasche und stellen Sie sie unter ein Vakuum, um vollständig zu trocknen, wobei sie regelmäßig gewogen wird, bis kein Gewichtsverlust erkennbar ist.
Legen Sie das Polymer P1 in ein 3-Dram-Glasfläschchen und lösen Sie es in 4706 Mikroliter deuteriertem Chloroform auf. Wiegen Sie G2 in einer 1-Dram-Glasdurchstechflasche und fügen Sie 148,6 Mikroliter deuteriertes Chloroform hinzu, um es aufzulösen. Als nächstes fügen Sie 50 Mikroliter der Lösung von G2 zur Lösung von P1 hinzu. Die Gesamtkonzentration der olefinischen Gruppen beträgt somit 25 Millimolar.
Teilen Sie den Inhalt der Durchstechflasche in drei verschiedene Durchstechflaschen auf und legen Sie die Durchstechflaschen für fast 16 Stunden in ein Wasserbad bei 30 Grad Celsius. Dann fügen Sie 50 Mikroliter Ethylvinylether hinzu, um G2 zu löschen. Befolgen Sie das gleiche Verfahren für die Depolymerisation des Polymernetzwerks PN1. Strukturen von trans-Cyclobutan-fusionierten Cycloocten-Monomeren für chemisch recycelbare Polymere werden hier gezeigt.
Photochemisch 2 2 Cycloaddition von 1 ,5-Cyclooctadien und Maleinsäureanhydrid ergibt das Anhydrid 1, das leicht in M1 und XL, M2 und M3 umgewandelt werden kann. Reaktionsschemata für die Synthese von trans-Cyclobutan fusionierten Cycloocten-Kleinmolekülen und Monomeren und die Synthese von P1 durch konventionelle und durch lebende Ringöffnungsmetathese-Polymerisation sind hier gezeigt. Das repräsentative Bild zeigt die GPC-Spuren für Polymer P1, hergestellt durch lebendes ROMP in Gegenwart von G1 und Triphenylphosphin und herkömmlichem ROMP in Gegenwart von G2. Das Depolymerisationsreaktionsschema von trans-CBCO-Polymeren ist in diesem Bild dargestellt. Die gestapelten partiellen Protonen-NMR-Spektren des Polymers P1 nach der Depolymerisation und vor der Depolymerisation, Monomer M1 sind hier dargestellt.
1H NMR-Spektren des Netzwerks PN1 nach Depolymerisation, Vernetzer XL und Monomer M2 sind in dieser Abbildung dargestellt. Die repräsentativen Bilder zeigen die Spannungs-Dehnungs-Kurven des Polymernetzwerks PN1 und des Polymers P3. Beim Einrichten der Photocycloadditionsreaktion ist es wichtig, daran zu denken, das Reaktionsgemisch mit Stickstoff auszulösen.
Es ist auch wichtig, den Katalysator direkt nach der Polymerisation oder Depolymerisation vor der Aufarbeitung abzuschrecken. Schließlich sollte das Netzwerk P1 nach der Soxhlet-Extraktion allmählich getrocknet werden, um die verdampfungsinduzierte Fraktion zu vermeiden. Diese Methoden können angepasst werden, um tCBCO-Polymere mit vielen verschiedenen funktionellen Gruppen herzustellen und depolymerisierbare Polymere mit unterschiedlichen Materialeigenschaften herzustellen und die substituierende Wirkung auf das Polymerisationsverhalten zu verstehen.
