高分子化学chap4聚合方法
高分子化学chap4聚合方法概要
2005. 3, Zhaoqun WANG
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特点几乎都和体系组成的简单有关
✓ 产物纯净
体系中除了因实际需要而加 入少量的助剂如色料、增塑 剂、防老剂、分子量调节剂等 之外,只有单体,产物纯度高
✓ 后处理和设备简单
聚合体系中无介质,无需分 离和介质回收等后续处理过 程,可连续或间歇生产,并直 接成型加工或挤出造粒,从而 节省能源、工艺设备简单
在高压条件下,气态的乙烯更类似于液体。产 生的聚乙烯溶解、溶胀在单体乙烯中,初期和后期 均可看作是均相体系
2005. 3, Zhaoqun WANG
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聚合反应体系
管式或釜式
聚乙烯成品
2005. 3, Zhaoqun WANG
精制
单
单程转化率
体 循
分
15~20%
环 使
段
用
减 压
乙烯液体
分离
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根据聚合前体系的组成和状态
自由基聚合四大聚合方法
本体聚合 溶液聚合 悬浮聚合 乳液聚合
单体 引发剂
单体 引发剂 溶剂
单体 引发剂 分散剂
水
单体 引发剂 乳化剂
水
2005. 3, Zhaoqun WANG
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1.2 均相和非均相
聚合前
本体聚合
单体本身溶 有少量的引 发剂,形成 均相体系
✓ 特别适合理论研究工作;
✓ 特别适合于合成一些特 殊用途的聚合物,如要 求具有高纯净度、高透 明度的聚合物:灯罩用 的PS,用作有机玻璃、 透镜的PMMA,用于制 备隐形眼镜的聚甲基丙 烯酸羟乙酯共聚物等
2005. 3, Zhaoqun WANG
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聚合方法(高分子材料化学课件)
本体聚合(bulk polymerization)
锁
聚
溶液聚合(solution polymerization)
合
悬浮聚合(suspension polymerization)
实
施
乳液聚合(emulsion polymerization)
方
法
问题引导
❖ 四种聚合方法(聚合工艺、聚合实施方法)是哪些? ❖ 本体聚合体系的组成与特点 ❖ 溶液聚合体系的组成与特点 ❖ 悬浮聚合体系的组成与特点 ❖ 乳液聚合体系的组成与特点 ❖ 聚合机理对聚合方法的选择 ❖ 四种聚合方法比较
本体聚合
溶液聚合
悬浮聚合
乳液聚合
单体、引发剂
单体、引发剂、溶 单体、引发剂、分 单体、引发剂、乳
剂
散剂、水
化剂、水
单体内
溶剂内
单体内
胶束内
自由基聚合一般机 容易向溶剂转移,
理,聚合速度上升,聚合速率和聚合度 类似本体聚合
聚合度下降
都较低
Hale Waihona Puke 能同时提高聚合速 率和聚合度
设备简单,易制备 板材和型材,一般 间歇法生产,热不 容易导出
不良溶剂 高分子链卷曲
案例
聚丙烯腈纺丝液
聚乙烯醇
丙烯腈+丙烯酸酯+衣康酸 醋酸乙烯酯
硫氰化钠水溶液连续均相 甲醇
AIBN
AIBN
pH = 5
65℃
75~80℃
转化率60%
转化率70~75%
酸或碱性条件下醇解
脱单成纺丝液
聚乙烯醇PVA
PVA1799 纤维用(聚合度1700,醇解度98-100%) PVA1788 分散剂用(聚合度1700,醇解度88%左右)
高分子化学 chap4 课件
M1
[ [] [] ] p22
=
R22 R21 + R22
= r2
r2 M 2 M2 + M1
其中
p11 + p12 = 1,p21 + p22 = 1
( ) ( ) 形成xM1链段的概率为:
N1
=
x
p p (x−1)
11
12
−
M1单体的数均序列长度 n1 为:
− x=∞
∑ n1 = x ( N1 )x = (N1)1 + 2(N1)2 + 3(N1)3 +" x =1
×
[M1 [M2
] ]
+
1
×
[M2 [M1
] ]
+
1
=
r1 r2
× ×
[M1] [M2] [M2] [M1]
+1 +1
=
[M1 [M2
] ]
×
r1 r2
×[M1 ] + [M 2 ×[M 2 ] + [M1
] ]
⑧
令 f1等于某瞬间单体M1占单体混合物的摩尔分数,即:
f1
=1−
f2
=
[M1] [M1] + [M 2 ]
+ 2 f1
+ f2
f1 +
f2 r2
(
f2
)2
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
r1
0.1
0.1
0.1
0.5
0.2
0.8
0.2
0.2
0.2
高分子材料加工成型原理-chap4 成型中的物理化学变化
温度高,松弛快, 易取向,也易解取 向,有效取向低 必须考虑冻结取向 结构
高 分 子 材 料 成 型 加 工 原 理 匡 唐 清
三 聚合物取向的影响因素
温度对取向的影响
拉伸取向最好是在温度梯度下降的情况下进行
因聚合物拉伸过程存在热效应。沿拉伸过程形成一定的温度梯度, 以实现等温拉伸,从而获得稳定的取向. 问题: 拉伸后再重新加热,在拉伸取向方向发生较大收缩; 措施: 将拉伸制品张紧,在拉伸温度至熔点区域内某一适宜温度下处 理一段时间(通常为几秒)而后急冷至室温,可降低收缩率。 原理: 非结晶聚合物:通过热处理使已经拉伸取向的制品中的短链分 子和分子链段得到松弛,但不能扰乱主要定向部分(这取决于 热处理的温度:满足短链分子和分子链段松弛的前提下尽量 低 ); 有结晶倾向的两类聚合物:通过热处理以达到能限制分子运动 的结晶度,减少制品收缩率。
返回
高 分 子 材 料 成 型 加 工 原 理 匡 唐 清
Hale Waihona Puke 第二节 成型过程中聚合物的取向
取向: 蜷曲缠绕的大分子链段在力的作用下变为伸展与解缠 结的状态,沿受力方向取向排列。 取向分类 按熔体中大分子受力的形式与作用的性质分:
流动取向——受剪切应力作用 拉伸取向——受拉伸作用 单轴取向—沿流动方向横截面不变,熔体单方向流动 双轴取向—沿流动方向横截面有变化,熔体多方向流动
二 聚合物的拉伸取向
不同温度下的拉伸取向
Tg附近
拉应力<屈服 应力 高弹拉伸 (链段取向) 取向程度低 拉应力>屈服 应力 塑性拉伸 (分子链取向) 取向度高
Tg~Tf/Tm
Tf以上
塑性拉伸
粘流拉伸
《高分子化学》第4章 自由基共聚合
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第四章 自由基共聚合
由一段M1链段与一段M2链段构成的嵌段共聚物, 称为AB型嵌段共聚物。如苯乙烯—丁二烯(SB)嵌 段共聚物。由两段M1链段与一段M2链段构成的嵌段 共聚物,称为ABA型嵌段共聚物。如苯乙烯—丁二 烯—苯乙烯(SBS)嵌段共聚物。由n段M1链段与n 段M2链段交替构成的嵌段共聚物,称为(AB)n型嵌 段共聚物。
1, 2-二苯乙烯也不能均聚,但能与马来酸酐共聚, 产物严格交替。
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第四章 自由基共聚合
(3)理论研究 共聚合反应可用于研究单体、自由基、阴
离子和阳离子的活性,了解单体活性与聚合 物结构之间的关系。
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第四章 自由基共聚合
4.2 二元共聚物的组成与序列分布
4.2.1 共聚组成的特点 两种单体进行共聚时,由于化学结构不同,反应
R iM1
k
21[M
. 2
][M
1
]
k12
[M1.
][M
2
]
R
t11
R t12
0
d[M
. 2
]
dt
R iM2
k
12
[M
. 1
][M
2
]
k
21[M
. 2
][M
1
]
R
t22
R t12
0
(4—4) (4—5)
因为自由基总浓度不变,即
R iM1 R t11 R t12 0 R iM2 R t22 R t12 0
W2
W1 r1KW1 W2
dW2
W2
r2 W2
W1
m2 m1
W2 r2W2 KW1
(4—15)
K m2
高分子化学课件聚合方法
高分子化学课件聚合方法一、教学内容本节课选自《高分子化学》教材第四章,主题为聚合方法。
详细内容涵盖了自由基聚合、离子聚合、配位聚合以及聚合反应机理等。
二、教学目标1. 理解并掌握不同类型的聚合方法及反应机理;2. 学会分析各种聚合方法的优缺点,并能根据实际需求选择合适的聚合方法;3. 能够运用所学知识,设计简单的聚合反应实验。
三、教学难点与重点教学难点:聚合反应机理的理解,不同聚合方法的优缺点分析。
教学重点:自由基聚合、离子聚合、配位聚合的基本原理及其应用。
四、教具与学具准备1. 教具:PPT课件、黑板、粉笔;五、教学过程1. 实践情景引入(5分钟):展示一些生活中常见的高分子材料,如塑料、橡胶等,让学生思考这些材料的制备过程,从而引出聚合方法这一主题。
2. 自由基聚合讲解(15分钟):介绍自由基聚合的基本原理,通过例题讲解,让学生掌握自由基聚合的反应机理。
3. 离子聚合与配位聚合讲解(15分钟):分别介绍离子聚合和配位聚合的原理,对比分析这两种方法与自由基聚合的优缺点。
4. 随堂练习(10分钟):布置一些有关聚合方法的习题,让学生及时巩固所学知识。
5. 聚合反应实验设计(5分钟):引导学生运用所学知识,设计简单的聚合反应实验。
六、板书设计1. 自由基聚合反应机理:链式反应,自由基的、增长、终止2. 离子聚合反应机理:离子活性中心的形成、活性中心的转移、链增长3. 配位聚合反应机理:金属活性中心的形成、活性中心的转移、链增长七、作业设计1. 作业题目:(1)简述自由基聚合、离子聚合、配位聚合的原理及其优缺点。
(2)设计一个自由基聚合反应实验,并说明实验原理。
2. 答案:(1)略(2)实验设计示例:以苯乙烯为原料,过氧化苯甲酰为引发剂,进行自由基聚合反应。
实验原理:苯乙烯在引发剂的作用下,自由基,自由基进一步引发苯乙烯分子,形成长链聚合物。
八、课后反思及拓展延伸1. 课后反思:本节课学生对聚合方法的理解程度,以及对聚合反应机理的掌握情况。
高分子化学第4章聚合方法
2. 影响悬浮聚合物颗粒大小和形态的因素 单体种类等; 搅拌强度(一般强度越大,颗粒越细); 分散剂种类和浓度; 水与单体比例(水油比); 聚合温度; 引发剂种类和数量;
一般粒径在:0.05~2mm
3. 分散剂(dispersant):
起分散作用使液滴稳定的物质。是一种能将油溶性单体 分散在水中形成稳定悬浮液的物质。
Xn
k p M •
N
ρ:自由基生成速率或体系中总的引发速率,个/mol。
Xn N,M
4. 3 乳胶粒数(particle number)N
N
k
u
2
/
5
(as
S)3/5
u:聚合物乳胶粒体积增加速率; k:常数,其值为0.37~0.53;
as S 是乳化剂总的表面积。as 是一个乳化剂分子的表面积,S 是体系中乳化剂的总浓度
关键:溶剂的选择。 溶剂对聚合物活性的影响 溶剂不直接参加反应,但溶剂导致笼蔽效应使引发效率f 降低。 溶剂的加入降低了单体浓度 [ M],使聚合速率Rp降低。 链自由基向溶剂链转移的结果使分子量降低。 溶剂对聚合物的溶解性能及凝胶效应的影响 选用良溶剂时,有可能消除凝胶效应(gel effect),而选用 沉淀剂时, 凝胶效应显著,劣溶剂的影响介于两者之间。
4.1 引言(introduction)
聚合物生产实施的方法,称为聚合方法。
本体聚合 溶液聚合 乳液聚合 悬浮聚合
间歇聚合 连续聚合 半连续聚合
操 作 方 式
反应物的状态 聚合方法
单 体 形 态
气相聚合 固相聚合
溶解性
均相聚合 非均相聚合
沉淀聚合
沉淀聚合
均相聚合
考研复习 高分子化学课件第四章 聚合方法
第四章 聚合方法
4.3 溶液聚合
4.3.1 自由基溶液聚合 4.3.1.1 自由基溶液聚合的特点 优点: 体系粘度低, 混合和传热容易, 温度易控制, 较少凝 胶效应。 缺点: 聚合速率低,设备利用率低,链转移使分子量低, 需溶剂回收。 多用于聚合物溶液直接使用场合,如油漆、粘合剂、涂 料、合成纤维纺丝液等。
23
第四章 聚合方法
优点 (1)以水为分散介质,粘度低,传热快; (2)聚合速率快,分子量高,可在低温聚合; (3)在直接使用乳液的场合较方便,如乳胶漆,胶粘剂,织 物处理剂等。 缺点 (1)需要固体产物时,后处理复杂(破乳、洗涤、脱水、干 燥等); (2)有残留乳化剂,对性能有影响。 应用 PVC糊用树脂,苯丙乳胶漆,PVAc胶粘剂
均相体系
悬浮聚合
非均相体系 乳液聚合
苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯
苯乙烯、丁二烯、丙烯酸酯
氯乙烯
氯乙烯
2
第四章 聚合方法
表4—2 自由基聚合实施方法比较
实施方法
配方主要成分 聚合场所
本体聚合
单体、引发剂 单体内 自由基聚合一般机 理,聚合速度上升 聚合度下降 设备简单,易制备 板材和型材,一般 间歇法生产,热不 容易导出 聚合物纯净。分子 量分布较宽
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第四章 聚合方法
例二. 醋酸乙烯酯溶液聚合
以甲醇为溶剂, AIBN为引发剂, 65℃聚合, 转化率60%。 过高会引起链转移,导致支链。 聚醋酸乙烯酯的Tg = 28℃,有较好的粘结性。固体物冷 流性较大 。 在酸性或碱性条件下醇解可得到聚乙烯醇。用作合成纤 维时,聚合度1700,醇解度98%~100%(1799);用作分 散剂和织物助剂时,聚合度1700,醇解度88%左右(1788)。
高分子化学——第4章 聚合方法
24
25
26
6
缺点
4.4 乳液聚合
2. 基本组分
单体
7
引发剂 乳液聚合的主要引发剂为水溶性的
最常用的是过硫酸盐(K,Na、NH4),尤其是 过硫酸铵
-
O3S
O
O CH
SO3-
2 O3S -
O O CH2 CH C O CH2CH3 O
-
O3S
O + CH2
O3S
C O CH2CH3 O
在pH值10,0.01mol / L中,50℃每秒每L 产生8.4× 1012自由基 90℃每秒每L 产生2.5× 1015自由基 要在低温快速反应,可采用氧化还原引发体系,如过硫酸盐-亚铁盐 体系:
9
亲水基(羧酸钠)
乳化剂的分类
阴离子型 如硬脂酸钠 如十二烷基硫酸钠 如十二、十四烷基磺酸钠
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非离子型 环氧乙烷聚合物,或与环氧丙烷共聚物 PVA
对pH变化不敏感,比较稳定,乳化能力不如阴离子型 一般不单独使用,常与阴离子型乳化剂合用
亲憎平衡值,也称亲水亲油平衡值 ( HLB )
是衡量表面活性剂中亲水部分和亲油部分对其性能的贡献。
20
第五章 聚合方法
单体液滴数量少,表面积小;聚合中采用水溶 性引发剂,不可能进入单体液滴。因此单体不是聚 合的场所。水相中单体浓度小,反应成聚合物则沉 淀,停止增长,因此也不是聚合的主要场所。 因此聚合应发生在胶束中,理由是:
(1)胶束数量多,为单体液滴数量的100倍;
(2)胶束内部单体浓度较高;
(3)大部分单体形成液滴。
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(5)聚合场所
2) 单体液滴: 无引发剂 3) 胶束内: 单体浓度高; 自由基浓度高
高分子化学课件聚合方法
高分子化学课件聚合方法一、教学内容本节课的内容选自教材《高分子化学》的第四章,主题为聚合方法。
详细内容涵盖了自由基聚合、离子聚合、配位聚合及开环聚合等常见聚合反应的原理、特点和实际应用。
二、教学目标1. 理解并掌握不同聚合反应的原理及其反应过程;2. 学习并区分各类聚合方法的优缺点及其在实际生产中的应用;3. 培养学生的实验操作能力,能运用所学聚合方法进行简单的高分子合成实验。
三、教学难点与重点教学难点:各类聚合方法的反应机理及其应用场景的掌握。
教学重点:自由基聚合、离子聚合、配位聚合及开环聚合的基本原理和实验方法。
四、教具与学具准备1. 教具:多媒体课件、黑板、粉笔;2. 学具:实验手册、高分子化学实验器材及试剂。
五、教学过程1. 实践情景引入(5分钟):通过展示日常生活中常见的高分子材料,如塑料、橡胶等,引出聚合方法在高分子合成中的应用。
2. 例题讲解(15分钟):讲解自由基聚合、离子聚合、配位聚合及开环聚合的原理,结合实际例题进行深入分析。
3. 随堂练习(10分钟):让学生根据所学内容,完成教材中相关的练习题,巩固所学知识。
4. 实验操作演示(10分钟):现场演示自由基聚合实验,让学生观察实验现象,加深对聚合方法的理解。
5. 小组讨论(10分钟):分组讨论各类聚合方法的优缺点及适用场景,培养学生的团队协作能力。
六、板书设计1. 聚合方法2. 内容:自由基聚合离子聚合配位聚合开环聚合七、作业设计1. 作业题目:(1)简述自由基聚合、离子聚合、配位聚合及开环聚合的原理。
(2)比较各类聚合方法的优缺点及其在实际应用中的选择。
2. 答案:(1)自由基聚合:通过自由基引发剂引发,使单体分子断裂,高分子链;离子聚合:通过离子引发剂引发,使单体分子发生离子反应,高分子链;配位聚合:通过过渡金属化合物作为催化剂,使单体分子在催化剂活性中心发生聚合反应;开环聚合:通过开环反应,使环状单体分子转化为高分子链。
高分子化学(第四版)第四章自由基共聚合PPT课件
kt11, Rt11,分别表示终止速率常数和终止速率。
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2.组成方程
描述共聚物组成和单体组成之间的定量关系程。可由共聚动力学推导。
假定:
1、等活性假设:自由基的活性与链长无关。
2、无前末端效应:链自由基的活性只取决于末端单体单元的结构,
与前末端单元的结构无关。
( M1M1*
和
M
2M
* 1
活性一样)
6
4.2二元共聚物组成
一.共聚物组成方程
描述共聚物组成和单体组成之间的定量关系方程。(瞬时组成)
1、共聚机理 自由基共聚也分为链引发、增长、终止等基元反应。
► 链引发: 3个引发反应。
I 2R
RM 1 k i1 RM 1
RM2 k i2RM2
R i1ki1RM 1
R i2ki2RM 2
7
►链增长:4个增长反应
M 1 •M 1 k 1 1M 1 M 1 • R11k11M1•M1
M 1 • M 2 k 1 2 M 1 M 2 • M 2 • M 2 k 2 2 M 2 M 2 • M 2 • M 1 k 2 1 M 2 M 1 •
R 1 2k 1M 21 •M 2 R 2 2k 2M 22 •M 2
[M•2]kk1221[M[1•M ][1M ] 2]
d d[[M M 1 2]]k k2 1k k2 1 1 2[[2 1 M M 1 2]]2 2 k k1 1k k 2 2 2 2[[1 1 M M 1 1]]M M [[2 2]]
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令r为竞聚率:是均聚速率常数和共聚速率常数之比。
共聚物中不同结构单元的排列不一定是规则的,所以它只有 结构单元,无重复单元。
3
一、共聚物类型
高分子化学-6(聚合方法)
亲水亲油平衡值(HIB), 其数值越大 表面活性剂的亲水性越 其数值越大,表面活性剂的亲水性越 亲水亲油平衡值 大。 表面活性剂HIB值范围及其应用 值范围及其应用 表面活性剂
HIB范围 范围 3~6 7~9 8~18 13~15 15~18 应用 油包水(W/O)乳化剂 乳化剂 油包水 润滑剂 水包油(O/W)乳化剂 乳化剂 水包油 洗涤剂 增溶剂
CH 3
分散剂 滑石粉 明胶 聚乙烯醇 聚乙烯醇 聚乙烯醇
CH 3 O (CH2- H C )O=
CH2CH
O=C
搅拌 弱 弱 弱 强 强
时间( ) 时间(h) 5 5 6 6 3.6
粒径 (mm) ) 1.1 2.0 3.1 0.8 0.7
O= C
O
-CH2CH
CH3
O C
单体液滴 无机粉末分散作用
将单体和引发剂溶于溶剂中进行的聚合。 将单体和引发剂溶于溶剂中进行的聚合。
均相溶液聚合
(苯乙烯/苯,丙烯酸 水, 苯乙烯 苯 丙烯酸/水 丙烯腈/DMF) 丙烯腈 )
异相溶液聚合 丙烯腈 水) 丙烯腈/水
甲醇, 己烷, (苯乙烯/甲醇,丙烯酸 己烷, 苯乙烯 甲醇 丙烯酸/己烷
优点:聚合温度易控制,反应后物料易输送处理。 优点:聚合温度易控制,反应后物料易输送处理。 缺点:聚合速率慢,聚合物分子量较低, 缺点:聚合速率慢,聚合物分子量较低,溶剂回收费 用高,设备生产能力和利用率低。 用高,设备生产能力和利用率低。
引发剂多为水溶性氧化还原引发剂
乳化剂都是表面活性剂,它可使互不相溶的油和水转 乳化剂都是表面活性剂, 变为相当稳定的难以分层的乳液,这个过程称为乳化。 变为相当稳定的难以分层的乳液,这个过程称为乳化。
高分子化学第4章 聚合方法
聚合过程(polymerization process) 聚合过程
实施方法:本体、溶液、悬浮、 实施方法:本体、溶液、悬浮、乳液 相态变化:分散性质、是否沉淀、 相态变化:分散性质、是否沉淀、是否存在界面等
聚合反应器(reactor) 聚合反应器
流动特性:传热、传质、 流动特性:传热、传质、反应器构造 操作方式:间歇、连续、 操作方式:间歇、连续、半连续
缺点
聚合速率慢 分子量不高
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应用
工业上多用于聚合物溶液直接使用的场合,如涂料、 工业上多用于聚合物溶液直接使用的场合,如涂料、 胶粘剂、浸渍液、合成纤维纺丝液。 胶粘剂、浸渍液、合成纤维纺丝液。
溶剂对聚合的影响
溶剂的加入可能影响聚合速率、 溶剂的加入可能影响聚合速率、分子量分布 溶剂导致笼蔽效应, 引发剂效率f 降低。 溶剂导致笼蔽效应,使 引发剂效率 降低。 溶剂降低了单体浓度 降低。 溶剂降低了单体浓度[M],使 Rp 降低。 单体浓度 , 向溶剂链转移,使分子量降低。 向溶剂链转移,使分子量降低。 溶剂对聚合物 溶剂对聚合物的溶解性能与凝胶效应有关 良溶剂,均相聚合, 不高时可消除凝胶效应。 良溶剂,均相聚合,[M]不高时可消除凝胶效应。 不高时可消除凝胶效应 沉淀剂,凝胶效应显著, 沉淀剂,凝胶效应显著,Rp ↑。 劣溶剂,介于两者之间。 劣溶剂,介于两者之间。
3
聚合方法的分类 (Bulk Polymerization) 本体聚合 物料起始状态 溶液聚合 (Solution Polymerization)
4
悬浮聚合 (Suspensin)
乳液聚合 (Emulsion)
单体本身,加入(或不加) 单体本身,加入(或不加)少量 引发剂的聚合
本体聚合 溶液聚合 悬浮聚合 乳液聚合
高分子化学优质课件聚合方法
高分子化学优质课件聚合方法一、教学内容本节课的内容主要围绕高分子化学中的聚合方法展开,具体包括教材第七章第二节“聚合反应原理及聚合方法”。
详细内容涉及自由基聚合、离子聚合、配位聚合以及开环聚合等常见聚合方法,着重分析各种聚合方法的原理、特点及应用。
二、教学目标1. 理解并掌握高分子化学中常见的聚合方法及其原理;2. 能够分析各种聚合方法的优缺点,并根据实际需求选择合适的聚合方法;3. 能够运用所学知识解决实际问题,提高实践操作能力。
三、教学难点与重点教学难点:聚合反应机理的理解,各种聚合方法的优缺点分析。
教学重点:自由基聚合、离子聚合、配位聚合及开环聚合的原理及其应用。
四、教具与学具准备1. 教具:多媒体课件、黑板、粉笔、挂图等;五、教学过程1. 导入:通过展示日常生活中高分子材料的应用,引出聚合方法在高分子合成中的重要性;2. 新课导入:讲解自由基聚合、离子聚合、配位聚合和开环聚合的原理,结合教材图片和实际案例,使学生形象地理解各种聚合方法;3. 例题讲解:针对每种聚合方法,给出典型例题,分析解题思路和方法;4. 随堂练习:布置相关习题,让学生当堂巩固所学知识;5. 互动环节:邀请学生分享学习心得,针对疑问进行解答;7. 课后作业布置。
六、板书设计1. 高分子化学聚合方法;2. 内容:自由基聚合、离子聚合、配位聚合、开环聚合;3. 重点:聚合反应原理、聚合方法优缺点。
七、作业设计1. 作业题目:(1)简述自由基聚合、离子聚合、配位聚合和开环聚合的原理;(2)分析下列聚合方法的优缺点:A. 自由基聚合;B. 离子聚合;C. 配位聚合;D. 开环聚合;(3)结合实际需求,选择合适的聚合方法,并说明理由。
2. 答案:(1)自由基聚合:通过自由基的引发、传递和终止,实现单体分子的聚合;离子聚合:通过离子活性中心的引发、传递和终止,实现单体分子的聚合;配位聚合:通过过渡金属催化剂的配位作用,实现单体分子的聚合;开环聚合:通过开环反应,将环状单体转化为线性高分子。
高分子4聚合方法
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聚合场所:胶束内 聚合场所: 优缺点: 优缺点: 水作分散介质, 水作分散介质,传热控温容易 优点 Rp快,产物分子量高 可直接用于聚合物乳胶的场合 缺点 固体聚合物后处理麻烦,成本较高 固体聚合物后处理麻烦, 难以除尽乳化剂残留物
重要特点: 重要特点: 乳液聚合中,聚合速率和分子量可同时提高。 乳液聚合中,聚合速率和分子量可同时提高。
5
5
化学的角度更关心其中的科学问题: 化学的角度更关心其中的科学问题:
均相高粘体系的聚合过程规律 各种非均相聚合过程规律 悬浮聚合 乳液聚合 沉淀聚合 聚合速率 分散聚合 聚合物分子量及其分布 淤浆聚合 共聚组成及其分布 气相聚合 …… 6
6
4.2 本体聚合(Bulk Polymerization) 本体聚合( )
胶束的大小和数目取决于乳化剂的用量。 胶束的大小和数目取决于乳化剂的用量。 乳化剂用量多,胶束的粒子小,数目多, 乳化剂用量多,胶束的粒子小,数目多,胶束的 表面积随乳化剂用量的增加而增大。 表面积随乳化剂用量的增加而增大。 21
21
在形成胶束的水溶液中加入单体后
极小部分单体 以分子分散状 态溶于水中 小部分单体可 进入胶束的疏 水层内 粒径增至6 粒径增至 ~10 nm 相似相溶, 相似相溶,犹如增加 了单体在水中的溶解 度。这种溶有单体的 胶束称为增溶胶束。 胶束称为增溶胶束。 单体 液滴 大部分单体经 搅拌形成细小 的单体液滴 粒径约为1000 粒径约为 nm
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CH2 ~~~CH2 CH2 CH
H CHCH2 CH3
CH2
CH2
分子内的链转移
支链
分子间的链转移
•
~~~CH2 CH2 CH2 + ~~~CH2CH2CH2CH2~~~
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~~~CH2 CH2 CH3 +
•
~~~CH2CHCH2CH2~~~
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2.2 溶液聚合及其特点
随着聚合的进行,体系会因聚合物在溶剂中溶解性的不同而 变为均相或非均相体系。可根据需要,选择聚合物的良溶剂或 非良溶剂,控制聚合体系最终的相态
特点几乎都因使用了溶剂而凸显
✓ 聚合速率低
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根据聚合前体系的组成和状态
自由基聚合四大聚合方法
本体聚合 溶液聚合 悬浮聚合 乳液聚合
单体 引发剂
单体 引发剂 溶剂
单体 引发剂 分散剂
水
单体 引发剂 乳化剂
水
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1.2 均相和非均相
聚合前
本体聚合
单体本身溶 有少量的引 发剂,形成 均相体系
聚乙烯熔体 挤出、冷却、切粒
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~~~CH2 CH2 CH2
•
CH2
转移
•
~~~CH2 CH2 CH
也可能发生
CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH3 CH2
在这两个C上
聚乙烯的分子内
CH2 CH2
CH3
尾咬链转移反应
C• H2
CH2 ~~~CH2 CH2 CH2
C• HCH2CH3
转移
非均 均相 相
聚合后 由于出现新的组分大分 子,体系变得复杂
溶液聚合
根据聚合物 在溶剂中的 溶解性能
悬浮聚合
根据小液滴 中的聚合物 在单体中的 溶解性能
乳液聚合
聚合体系和 聚合过程复 杂,主要为 非均相特征
非均
非均
非
均相
均相
均
相
相
相
非均相聚合
沉淀聚合
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均相聚合
溶液聚合
将单体和引 发剂溶于溶 剂中,形成 均相体系
悬浮聚合
单体和引发 剂在分散剂 的帮助下以 液滴悬浮于 水中,形成 非均相体系
乳液聚合
单体、引发 剂及乳化剂 与水一起形 成乳液,成 为复杂的非 均相体系
均相体系
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非均相体系
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本体聚合
根据聚合物 在单体中的 溶解性能
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特点几乎都和体系组成的简单有关
✓ 产物纯净
体系中除了因实际需要而加 入少量的助剂如色料、增塑 剂、防老剂、分子量调节剂等 之外,只有单体,产物纯度高
✓ 后处理和设备简单
聚合体系中无介质,无需分 离和介质回收等后续处理过 程,可连续或间歇生产,并直 接成型加工或挤出造粒,从而 节省能源、工艺设备简单
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散热的解决方法
为解决散热困难的关键问题,工业上一般采用两段法,第一 阶段在较大的反应器中进行转化率较低(如10% ~ 40%)的聚 合;第二阶段,转化率较高时采用提高散热面积、减小体系粘 度或放慢聚合速率等手段以及时排热。
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例:乙烯的高压连续本体聚合
(PMMA),他们能溶于单体中,体系一直能保持均相
✓ 非均相聚合如聚氯乙烯(PVC),在聚合中PVC不断从单
体中析出而沉淀下来,形成非均相体系
✓ 如果气态和固态的单体在一定条件下也能聚合的话,按
照定义,应属于本体聚合的一种,可以分别称为气相聚 合和固相聚合。由于所得聚合物将必定和单体产生相分 离,所以气相聚合和固相聚合肯定为非均相聚合
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2. 四大聚合方法及其特点
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2.1 本体聚合及其特点
聚合前是引发剂溶于单体中的均相体系,随着聚合的进行, 体系会因聚合物在单体中溶解性的不同而变为均相或非均相体 系
✓ 均 相 聚 合 如 聚 苯 乙 烯 ( PS)、 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯
热力学
聚合热 = 96 kJ/mol 有强烈聚合倾向
动力学
✓ 高压、高温 ✓ 采用特殊的引发体系
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高温 180 ~ 200 ºC
引发剂
采用5 ~ 300 ppm的微量氧。氧与乙烯先形成过 氧化物或过氧化氢物,在高温条件下,分解成自由 基
高压
120 ~ 300 MPa
✓ 散热难
单体浓度高
体系粘度高
聚合速率高
自加速现象明显
聚合热
kp 散热难
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温度高
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散热的重要性
特别在高转化率时,体系将出现散热困难,温度难 以控制。如果不能及时排除产生的反应热则可能影响反 应历程和最终聚合物的性能(分子量分布、力学性能 等)。因此生产中的关键问题是聚合反应热的及时排除
《高分子化学》之
第四章 自由基聚合实施方法
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1. 引 言
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1.1 聚合反应的实现
在前面的自由基聚合和共聚中,我们只是围绕聚合速率、 聚合度、分子量分布及共聚组成等,从理论上研讨而得到聚 合反应的一般性规律,这些研究都是在简化反应体系的前提 下进行的,如,整个体系在溶液状态下,或者没有溶剂的本 体中进行。
✓ 特别适合理论研究工作;
✓ 特别适合于合成一些特 殊用途的聚合物,如要 求具有高纯净度、高透 明度的聚合物:灯罩用 的PS,用作有机玻璃、 透镜的PMMA,用于制 备隐形眼镜的聚甲基丙 烯酸羟乙酯共聚物等
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✓ 聚合速率高
R = kp[M] [M•]
在高压条件下,气态的乙烯更类似于液体。产 生的聚乙烯溶解、溶胀在单体乙烯中,初期和后期 均可看作是均相体系
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聚合反应体系
管式或釜式
聚乙烯成品
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精制
单
单程转化率
体 循
分
15~20%
环 使
段
用
减 压
乙烯液体
分离
聚合反应的实现
自由基聚合反应具体实施起来还可能根据需要加入其他的 组分,采用不同的实施方法;
实施方法和体系状态的不同可能出现一些特殊的现象,甚 至得到不同性能的产物;
同时考虑到聚合时的实际问题,如散热等因素也会由于体 系的不同而对聚合产生不同的影响,这些都值得去研究
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