异海松酸甲酯的合成、紫外光固化反应及其产物研究

摘要

异海松酸是湿地松松香中的重要树脂酸成分之一，是重要的医药及精细化工中间体化合物。由于异海松酸及其衍生物在紫外光作用下能够发生固化反应，有望直接在光化学领域得到应用。深入研究异海松酸及其衍生物的紫外光固化行为，有助于提高海松酸型树脂酸的利用价值，以便于最大限度和最有效地利用湿地松松香。本文研究了异海松酸甲酯的合成及其在紫外光作用下发生的光固化反应，得到了硬度、附着力、柔韧性都较好的固化膜，获得了热力学性能较优的固化产物。在对异海松酸甲酯的固化产物进行结构与物性研究基础上，采用制备型薄层色谱法从固化产物中分离得到经鉴定其化学结构为7-羰基-8，15-异海松酸甲酯的一种氧化副产物。运用透析膜分离技术初步揭示了异海松酸甲酯的紫外光固化产物组成特征。本研究取得如下重要结果:
　　研究了异海松酸甲酯的合成方法及制备工艺条件。以自制的异海松酸为原料，采用酰氯化-酯化法合成了异海松酸甲酯，GC纯度为99.5％，通过FT-IR、MS、1H NMR及13C NMR等分析技术，进行了结构表征，其结果与异海松酸甲酯文献值一致。用单因素试验法分别获得了异海松酸酰氯和异海松酸甲酯的优化合成工艺条件:酰氯化反应中异海松酸与草酰氯物质的量之比为1.0∶1.0，反应时间为3h，异海松酸的羰基转化率为94.9％;酯化反应中异海松酸酰氯与三乙胺物质的量为1.0∶0.24，反应时间为80 min，异海松酸酰氯的羰基转化率为99.4％。
　　研究了异海松酸甲酯在一定条件下的紫外光固化反应及固化膜的性能。通过研究光引发剂种类、光照强度、光照距离等对异海松酸甲酯相对固化速率的影响发现，光引发剂2959是异海松酸甲酯进行紫外光固化较好的光引发剂，光照距离最小为4.5 cm、光照强度最大为100％(600 W)，此时的相对固化速率最大。固化膜的铅笔硬度为H，附着力为1级，耐冲击强度＞50 kg/cm，柔韧性曲率半径为0.5±0.1 mm，具有一定的耐碱性和耐酸性、较好的耐盐性和耐水性。
　　薄层色谱分析结果表明，固化产物组成很复杂。在利用紫外吸收光谱研究固化产物时发现，固化产物中存在有K带吸收的物质，采用制备薄层色谱法从固化产物中分离得到异海松酸甲酯的一种紫外光氧化副产物，即7-羰基-8，15-异海松酸甲酯，得率为3.4％。通过UV-vis、FT-IR、GC-MS、1H NMR、13C NMR等对其进行了结构鉴定及表征，还探讨了7-羰基-8，15-异海松酸甲酯可能的形成机理。
　　通过对固化产物的TG、DSC、FT-IR、UV、GPC等分析，研究了异海松酸甲酯的紫外光固化产物的性质及初步的组成。异海松酸甲酯固化产物的DSC分析和TG分析结果表明，固化后得到了热力学性能较优的异海松酸甲酯固化产物。红外光谱分析结果表明，异海松酸甲酯中有91.7％的端乙烯基发生了紫外光固化反应，另外在固化产物中明显出现了-OH（氢键）的吸收，也就是说在固化过程中可能还同时发生了氧化等副反应。利用透析膜分离技术对固化产物进行透析处理，将分子质量在1000 D以下的物质如少量未发生反应的原料、发生了氧化或异构生成的副产物、二聚体、三聚体等，与分子质量较大的聚合物质进行分离，而后对分子质量较大的聚合物质进行GPC分析。固化产物在透析处理前后的GPC分析结果表明，异海松酸甲酯在引发剂作用下经紫外光照射后发生了固化聚合反应，但是其聚合物质的聚合度较低且分子质量分布较为分散，其中分子质量大于1000 D的聚合物的重均聚合度为7，占固化产物质量的8.3％。除分离得到的氧化副产物7-羰基-8，15-异海松酸甲酯（质量分数为3.4％），小分子质量物质如未反应原料、其他副产物成分、二聚体和三聚体等，约占固化产物质量的88.3％，详细组成有待进一步研究和证实。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究的目的和意义

1．1．3 项目来源与经费支持

1．2 国内外研究现状与评述

1．2．1 松香酯的合成

1．2．2 松香的紫外光化学反应

1．2．3 低聚物的分离方法

1．3 研究目标和主要研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 主要研究内容

1．4 研究技术路线

1．5 实验整体安排

1．6 本论文的创新点

第二章 异海松酸甲酯的合成及其结构表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器与试剂

2．2．2 实验操作

2．2．3 分析测试方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 异海松酸的制备

2．3．2 异海松酸酰氯的合成及其工艺优化研究

2．3．3 异海松酸甲酯的合成工艺优化研究

2．3．4 异海松酸甲酯的结构表征

2．4 小结

第三章 异海松酸甲酯的紫外光固化反应

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 实验操作

3．2．3 分析测试方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 光引发剂、光照强度、光照时间和光照距离对固化膜表干时间的影响

3．3．2 异海松酸甲酯固化膜的性能

3．4 小结

第四章 7-羰基-8，15-异海松酸甲酯的分离与结构鉴定

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂与仪器

4．2．2 实验步骤

4．2．3 分析测试条件

4．3 结果与讨论

4．3．1 固化产物的TLC分析

4．3．2 固化产物的UV分析

4．3．3 7-羰基-8，15-异海松酸甲酯的分离

4．3．4 7-羰基-8，15-异海松酸甲酯的结构表征

4．3．5 7-羰基-8，15-异海松酸甲酯的生成机理初探

4．4 小结

第五章 异海松酸甲酯紫外光固化产物性质研究及结构组成初探

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 仪器与试剂

5．2．2 实验操作

5．2．3 分析测试方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 固化产物的热力学分析

5．3．2 固化产物的FT-IR分析

5．3．3 固化产物及透析膜分离产物的UV分析

5．3．4 固化产物透析物的GPC分析

5．3．5 固化产物的结构组成分析

5．4 小结

第六章 结论与讨论

6．1 结论

6．2 讨论

6．3 展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢