このプロトコルは、プラスチックの持続可能な使用に関連する課題に対処する可能性があると私たちが考えるランプを開発するケミカルリサイクル可能なポリマーシステムの合成、特性評価、およびケミカルリサイクルについて説明しています。これまでに開発されたケミカルリサイクル可能なポリマーと比較して、炭化水素骨格を持つポリマーのケミカルリサイクルが可能で、加水分解安定性に優れているのが特長です。手順のデモンストレーションは、私の研究室の大学院生であるDevavrat SatheとHanlin Chenです。
まず、無水マレイン酸、シクロオクタジエン、および150ミリリットルの乾燥アセトンを石英管に加えます。石英フラスコをゴム製のセプタムで密封し、シュレンクラインの窒素に接続された6インチの針と小さなブリード針を挿入します。窒素で約30分間泡立てながら、磁気攪拌プレート上で溶液を攪拌します。
その後、針を外します。フォトリアクターに300ナノメートルのランプを装備し、その中にフラスコを置き、垂直支持体に固定する。フォトリアクターの上部をゆるく覆い、冷却ファンとUVランプをオンにしてください。
一晩照射した後、溶媒の大部分が除去されるまでロタバップ上で混合物を濃縮する。綿と銀の硝酸塩含浸シリカゲルを循環カラムに加え、カラムの残りの部分に未処理のシリカゲルを充填します。別の綿を追加し、カラムをアルミホイルで包み、両端のチューブで接続します。
カラムの一方の端を定量ポンプに接続して循環させ、別のチューブを定量ポンプから出します。チューブの両端を200ミリメートルのジエチルエーテル/ヘキサン溶媒混合物を入れたフラスコに入れ、2時間循環させてカラムをしっかりと充填します。漏れの可能性がないか確認してください。
次に、ジメチルエステルモノマーまたはM1、および安息香酸メチルを石英管内のジエチルエーテル/ヘキサン混合溶媒混合物に溶解します。光反応室に254ナノメートルの波長ランプを装備する。フラスコを石英管に交換し、光反応チャンバーに入れ、照射下で16時間循環を続けます。
フォトリアクターの電源を切った後、チューブを溶液レベルより上に引き上げ、さらに1時間循環させてカラムを乾燥させます。下部にシリカゲル層、上部に硝酸銀含浸シリカゲルを備えた別のカラムをパックします。循環カラムを空にした後、その内容を通常のカラムにロードします。
石英管から溶液を集めて濃縮します。この濃縮溶液をシリカカラムに加える。ジエチルエーテル/ヘキサン混合溶媒でカラムを洗浄して安息香酸メチルとM1を収集し、続いてアセトンで洗浄してEM1銀錯体を収集します。
ロタバップ上でアセトンを除去した後、200ミリリットルのDCMと200ミリリットルの濃アンモニア水の混合物を残留物に加え、15分間攪拌する。トランスシクロブタン縮合シクロオクテンモノマーM2と架橋剤XLを4ドラムガラスバイアルに加えます。次に、これに500マイクロリットルのジクロロメタンを加え、ボルテックスミキサーを使用して溶解します。
これにグラブスII触媒(G2)を加え、手動で攪拌して溶解を確実にします。ガラスピペットを使用して、6つのキャビティを備えたポリテトラフルオロエチレンまたはPTFEモールドに溶液を追加します。ネットワークを室温で24時間硬化させ、次に摂氏6度で24時間硬化させます。
型からサンプルを慎重に取り出し、サンプルを約5ミリリットルのエチルビニルエーテルを含む20ミリリットルのバイアルに4ハウス浸します。調製したサンプルをセルロースシンブルに入れ、ソックスレー抽出装置に入れます。ソックスレー抽出器を250ミリリットルのクロロホルムを入れた500ミリリットルの丸底フラスコに貼り付け、オイルバスに入れます。
ソックスレー抽出器の上部にコンデンサーを取り付け、溶媒をほぼ14時間還流させます。指ぬきからサンプルを取り出し、きれいな表面に置いたペーパータオルの上に置き、覆い、周囲条件下で約6時間溶媒を蒸発させます。サンプルを20ミリリットルのバイアルに入れ、真空下に置いて完全に乾燥させ、体重減少が検出されなくなるまで定期的に計量します。
ポリマーP1を3ドラムガラスバイアルに入れ、4706マイクロリットルの重クロロホルムに溶解します。G2を1ドラムガラスバイアルに計量し、148.6マイクロリットルの重クロロホルムを加えて溶解します。次に、50マイクロリットルのG2溶液をP1の溶液に加える。したがって、オレフィン基の総濃度は25ミリモルです。
バイアルの内容物を3つの異なるバイアルに分割し、バイアルを摂氏30度の水浴に約16時間入れます。次に、これにエチルビニルエーテル50マイクロリットルを加えてG2を急冷します。ポリマーネットワークPN1の解重合についても同様の手順に従う。化学的にリサイクル可能なポリマーのためのトランスシクロブタン縮合シクロオクテンモノマーの構造を示す。
光化学2 2-1,5-シクロオクタジエンと無水マレイン酸の環化付加により、無水物1が得られ、M1とXL、M2、およびM3に容易に変換できます。ここでは、トランスシクロブタン縮合シクロオクテン小分子およびモノマーの合成、および従来のリビング開環メタセシス重合によるP1の合成の反応スキームを示します。代表的な画像は、G1の存在下でリビングROMPおよびトリフェニルホスフィンおよびG2の存在下で従来のROMPによって調製されたポリマーP1についてのGPCトレースを示す。トランスCBCOポリマーの解重合反応スキームをこの画像に示します。解重合前および解重合前のポリマーP1の積層部分プロトンNMRスペクトルをここに示す。
解重合後のネットワークPN1、架橋剤XL、およびモノマーM2の1H NMRスペクトルをこの図に示します。代表的な画像は、ポリマーネットワークPN1とポリマーP3の応力対ひずみ曲線を示しています。光環化付加反応を設定するときは、反応混合物を窒素でスパークさせることを忘れないでください。
また、重合直後に触媒をクエンチするか、後処理前に解重合することも重要です。最後に、ネットワークP1のソックスレー抽出後、蒸発誘導画分を避けるために徐々に乾燥させるべきである。これらの方法は、多くの異なる官能基を有するtCBCOポリマーを作製し、多様な材料特性を有する脱重合性ポリマーを調製し、重合挙動に対する置換基効果を理解するために適応することができる。
