Ring-opening Polymerization of Cyclic Esters Using Recyclable Polystyrene Supported Urea-Base Binary Catalyst

doi:10.7503/cjcu20210266

Abstract

Abstract:

To solve the catalyst residual problem， a promising strategy is to immobilize active catalyst on the surface of polymer microspheres to make heterogeneous catalyst. Herein， a metal-free approach to the ring-opening polymerization of lactones using recyclable polystyrene supported urea-potassium methoxide binary catalyst system is described. The new heterogeneous catalysts， polystyrene（PS）-supported cyclohexyl urea （PS-U₁） and polystyrene-supported 4-（trifluoromethye） phenyl urea（PS-U₂）， were prepared by reactions of amine-functionalized PS microspheres with cyclohexyl isocyanate and 4-（trifluoromethyl）phenyl isocyanate， respectively. It was found that PS-U-potassium methoxide catalytic system exhibited high catalytic activity for ring-opening polymerization（ROP） of lactones， including ε-caprolactone（ε-CL）， δ-valerolactone（δ-VL） and rac-lactide（rac-LA）. In addition， the heterogeneous PS-U could be easily separated via simple filtration and recycled. It is worth noting that the recycled PS-U catalyst could be reused without significant decrease of catalytic activity.

Key words: Heterogeneous catalyst, Urea, Ring-opening polymerization, Polyester

CLC Number:

O633.1

TrendMD:

MA Yukun, JIN Hui, REN Chuanli, LI Zhibo. Ring-opening Polymerization of Cyclic Esters Using Recyclable Polystyrene Supported Urea-Base Binary Catalyst[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(9): 2968.

Figures/Tables 7

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Run^a	Monomer	Urea	n（M）∶n（B）∶n（U）^b	t/℃	Time/h	Conv.^c（%）	10³M_n，theory^d	10³M_n，GPC^e	?
1	ε?CL	U₁	100∶1∶3	25	1	74	8.4	6.9	2.34
2	ε?CL	U₁	100∶1∶3	40	1	96	11.0	7.1	2.31
3	ε?CL	U₁	100∶1∶6	40	1	34	3.9	7.7	1.82
4	ε?CL	U₁	100∶1∶9	40	1	11	1.3	7.4	1.32
5	ε?CL	U₂	100∶1∶3	25	1	97	11.1	9.7	1.41
6	ε?CL	U₂	200∶1∶3	40	3	＞99	22.6	21.1	2.38
7	ε?CL	U₂	300∶1∶3	40	3	＞99	33.9	28.7	2.74
8	ε?CL	U₂	100∶1∶2	25	1	＞99	11.3	11.8	1.49
9	δ?VL	U₂	100∶1∶3	25	1	88	8.8	3.7	1.24
10	L?LA	U₂	100∶1∶3	25	1	98	14.1	6.3	1.76
11	ε?CL	/	100∶1∶0	25	1	90	10.3	28.9	2.77

Run^a	Monomer	Urea	n（M）∶n（B）∶n（U）^b	t/℃	Time/h	Conv.^c（%）	10³M_n，theory^d	10³M_n，GPC^e	?
1	ε?CL	U₁	100∶1∶3	25	1	74	8.4	6.9	2.34
2	ε?CL	U₁	100∶1∶3	40	1	96	11.0	7.1	2.31
3	ε?CL	U₁	100∶1∶6	40	1	34	3.9	7.7	1.82
4	ε?CL	U₁	100∶1∶9	40	1	11	1.3	7.4	1.32
5	ε?CL	U₂	100∶1∶3	25	1	97	11.1	9.7	1.41
6	ε?CL	U₂	200∶1∶3	40	3	＞99	22.6	21.1	2.38
7	ε?CL	U₂	300∶1∶3	40	3	＞99	33.9	28.7	2.74
8	ε?CL	U₂	100∶1∶2	25	1	＞99	11.3	11.8	1.49
9	δ?VL	U₂	100∶1∶3	25	1	88	8.8	3.7	1.24
10	L?LA	U₂	100∶1∶3	25	1	98	14.1	6.3	1.76
11	ε?CL	/	100∶1∶0	25	1	90	10.3	28.9	2.77

Cycle	n（M）∶n（B）∶n（U）^b	t/℃	Time/h	Conv.^c（%）	10^-3M_n，theory^d	10^-3M_n，GPC^e	?
1	200∶1∶3	40	3	＞99	23.6	19.1	2.93
2	200∶1∶3	40	3	90	20.5	18.6	4.32

Cycle	n（M）∶n（B）∶n（U）^b	t/℃	Time/h	Conv.^c（%）	10^-3M_n，theory^d	10^-3M_n，GPC^e	?
1	200∶1∶3	40	3	＞99	23.6	19.1	2.93
2	200∶1∶3	40	3	90	20.5	18.6	4.32

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