光诱导电荷转移聚合

在光照下进行的电荷转移聚合称光诱导电荷转移聚合。这类聚合研究较多的单体是丙烯腈(AN)和丙烯酸酯。电子给体是芳香胺、苯肼、硫醚、有机磷化物、芳稠环化合物等。芳叔胺能引发 AN、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酰胺(MD)等单体光聚合。不同芳叔胺在 365nm 光照时引发 AN 光聚合的速度次序是:

与它们同反丁烯二腈(FN)形成 CTC 的 Kc(括弧中的数值)大小亦即与FN 形成 CTC 的能力大小一致。由此可见,芳叔胺氮原子未成键电子密度大时有利于光引发聚合,这与生成 CTC 的机理是一致的。

形成的激基复合物(DMT⋯AN)*在其内部先发生质子(H+)转移, 再分解成 DMT·和 AN·,随后引发单体聚合。这种先形成 CTC,然后 CTC 吸收光子能量激发的机理称“CTC”激发。芳叔胺引发 AN 光聚合除 CTC 激发外,还存在所谓“定域”激发,即芳叔胺先进入激发态,然后与 AN 形成激基复合物,可表示为:

按照这一机理,容易进入激发态的、且其激发能量易向 AN 转移,亦即其荧光易被 AN 淬灭的芳叔胺引发聚合速度快。芳叔胺吸收 310nm 波长的光,在此波长的光照射下,比较不同芳叔胺引发 AN 光聚合速度,其次序与它们的荧光被 AN 淬灭的 Kq·τ值一致,由此认为在 310nm 光照时,芳叔胺引发 AN 光聚合是通过定域激发机理进行的。

芳叔胺引发丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)与引发 AN 不一样,包含一个从单重激发态到三重激发态的系间窜越过程,所以这些单体用芳叔胺引发光聚合时,氧(三重态有效淬灭剂)的影响比丙烯腈光聚合时要敏感得多。此外,加入少量 1,3-戊二烯或异戊二烯等三重态淬灭剂时,AN 光聚合速度不变,MA、MMA 的光聚合速度明显下降,也表明后两单体的引发聚合过程包含有激发三重态。以 D 表示芳叔胺,A 表示 MA 或 MMA,则引发过程可表示为:

式中,s1、T1 分别表示单重激发态和三重激发态,ISC 表示系间窜越。

三重激发态复合物DAT1 分解产生自由基引发聚合。

芳香稠环化合物一般看作电子受体,但与 AN 这样的强受电子单体组

合时,可以作为电子给体引发 AN 光聚合。以萘为例,引发丙烯腈光聚合机理如下:

酚噻嗪(PTZ)由于分子中含有氮、硫原子,通过它们的未成对电子与 AN 形成激基复合物,从而引发丙烯腈聚合:

以上讨论中,自由基好像是从激基复合直接产生,其实,其间还必须有一步质子(H+)转移的反应。