微波化学反应进展--高分子合成及加工

    高分子合成及加工过程中往往需要加热,但高分子及其混合物的粘度较大,导热能力不强,常常出现局部过热而影响产物品质,同时反应器壁也易粘附反应混合物,难以清洗。很多研究者使用微波化学加热技术,在很大程度上解决了这些问题。
 

高分子合成

    高分子合成反应体系中的极性溶剂和引发剂对微波的吸收作用都较强,微波加热能使反应体系温度迅速升高,并使引发剂以高于常规加热一个数量级的速率分解产生自由基,减短了反应诱导期,加快了反应进行。用传统加热方法进行甲基丙烯酸甲酯的本体聚合,约需3～5 h 转化率才能达到90 %。在微波化学加热条件下,其聚合转化率随微波功率的增大而增大,诱导期及反应时间随之减少,而聚合产物的特性粘度及分子量与常规加热产物相比无明显差别,转化率达90 %仅需几分钟到几十分钟 。
 

    微波加热下的无皂乳液聚合反应,由于引发剂的分解速率快,成核数目增多,较容易发生次级成核,粒径单分散性下降,是快速制备单分散聚合物粒子的有效方法。苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯在微波辐照和丙酮存在下能进行无皂乳液聚合,反应结束后用减压蒸馏的办法可以除去体系中的丙酮,这样能很方便地得到高浓度窄分布的无皂纳米胶乳。
 

天然高分子材料改性

    近年来,随着对环境和健康的更加重视,对天然高分子材料的改性利用研究愈来愈多。壳聚糖是甲壳素脱乙酰化产物,能生物降解,具有良好的生物相容性,可降低胆固醇,提高人体免疫力,在医药及食品领域有重要应用前景。在微波辐射下,甲壳素用质量分数为50 %的NaOH 溶液脱乙酰基制备壳聚糖,反应物温度迅速升高,甲壳素水解很快,减少了与碱液接触时间,避免了壳聚糖的降解,经3 次以上处理,脱乙酰度几乎接近100 % 。在微波辐射下制备模板交联壳聚糖,渗透到壳聚糖内部的小分子由于能获得较多的能量,在透过壳聚糖分子表面向外扩散时,产生了较多的微孔,使得交联后的壳聚糖比表面积增大,比水浴加热制得的同类吸附剂对铜有更大的吸附量[11 ] 。淀粉水解制葡萄糖是目前医药级葡萄糖的主要来源。微波辐射条件下淀粉水解制葡萄糖反应速度可达常规加热法的100 倍,在微波功率800 W时,在质量分数为0105 %的盐酸中,一些金属盐能使淀粉在2～3 min 内快速水解。微波加热很均匀,淀粉水解趋于同步进行,能阻止葡萄糖的进一步歧化,在合适的反应时间内产物几乎全部是葡萄糖。这为快速、高效制备葡萄糖提供了一条新途径。
 

高分子材料固化

    微波加热是较为均匀的体积加热,应用于对加热速率及均匀性要求很高的高分子材料固化反应常会产生极佳效果。环氧树脂等高性能结构粘合剂在高科技领域应用很多,在微电子工业中,此类粘合剂的固化加工速度较慢往往成为生产的瓶颈。在微波加热条件下环氧树脂Araldite2GY6010 可较快发生固化反应,这为结构粘合剂的固化加工提供了一种新的途径[13 ] 。Wei 和Marand E 等人研究了环氧树脂的固化反应动力学,他们发现在微波作用下环氧树脂的凝胶时间和玻璃化时间大大缩短,固化后分子结构也与传统加热方法得到的有很大不同,他们认为微波加热有特殊效应。