降冰片烯及其衍生物开环易位聚合的研究进展

姜啟亮¹，陈琦¹，姜付本¹，陈宬²，VERPOORT Francis^1,2

1. 武汉理工大学材料科学与工程学院2. 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室

摘 要：环烯烃开环易位聚合（ROMP）是指在金属催化剂存在下,环烯烃中的碳碳双键断裂并重新结合形成新的分子,得到的聚合物中留有不饱和双键,具有活性聚合的特点。ROMP是改造碳碳双键最有效的手段之一,极具特色且广泛应用于高分子材料与有机分子的合成。关于环烯烃ROMP研究早在20世纪50年代就已开始,当时的研究主要集中在以Ti、Re、W、Mo等过渡金属配合物组成的Ziegler-Natta催化体系引发环烯烃ROMP。20世纪80年代中期以后,研究则以亚烷基类或卡宾型类催化剂为主,其引发环烯烃ROMP的机理更加清晰。随着结构明确、稳定高效的环烯烃ROMP催化剂的开发与完善,该领域的研究焦点开始转向环烯烃ROMP适用单体的拓展以及所得聚合物的应用。在环烯烃ROMP研究中,降冰片烯及其衍生物是研究最多和应用最广的一类单体,这是因为它们的反应活性较高,来源丰富,价格也不昂贵。除研究拓展ROMP适用单体外,研究者主要从降冰片烯基单体的空间位阻、化学构型、侧基极性以及与其他环烯烃或降冰片烯基单体共聚改性等方面不断进行尝试,同时充分发挥环烯烃ROMP优势,与其他聚合方法联用,不断改善所得聚合物的性能并将其应用于不同研究领域。降冰片烯及其衍生物ROMP在阻燃材料、交换膜、纳米材料、生物医药等领域已取得一系列研究成果,其中在阻燃材料领域研究最早且许多产品已经工业化。在交换膜领域,由于降冰片烯基聚合物膜的热稳定性、耐酸碱性和电导率均较好,目前的研究主要是探索如何在燃料电池中获得应用。纳米材料是近年来最热门的研究领域之一,降冰片烯基纳米金属聚合物材料和纳米磁性聚合物材料等已有初步应用。在生物医药领域,降冰片烯及其衍生物极具发展前景,目前的研究主要集中在药物传输材料,已有初步的研究成果,但要实现工业化尚待进一步研究。此外,基于降冰片烯及其衍生物的接枝聚合物、嵌段聚合物、液晶聚合物、导电聚合物等也获得人们越来越多的关注。本文简要介绍了降冰片烯及其衍生物ROMP的反应机理,以及ROMP催化剂从多组分到钼、钨系再到钌系等几个发展阶段,详细综述了降冰片烯及其衍生物ROMP在上述若干领域的研究进展,并在此基础上简要探讨了今后研究与开发应用的新方向。

关键词：开环易位聚合(ROMP);催化剂;降冰片烯;降冰片烯衍生物;阻燃;离子交换膜;质子交换膜;药物传输;聚合物纳米复合材料;