离子型聚合
离子型聚合物
❖ 单体、溶剂中的杂质会使引发剂失活；杂质的存在会影响聚合反
应的速率、聚合物的相对分子质量、相对分子质量分布以及聚合物的
微观结构，其结果必然会影响产品的质量。
❖
单体中的H2O和O2能与引发剂中的金属有机化合物激烈反应，使
引发剂失去活性。其它杂质允许含量以10-6计。因此,原料、反应系
统中设备和管道必须经脱氧、脱水处理，使H2O和O2含量在10-6以下。 ❖
③溶剂的选用要与引发剂匹配 采用Co系和Ti系引发剂时以苯或甲苯作溶剂；采用
Ni-三元引发剂时，采用芳烃和烷烃的混合物作溶剂。 我国因采用Ni-三元引发剂
[(CH2)nCOO]2 Ni/BF3.O(C2H5)2 /Al(i-C4H9)3
溶剂选用抽余油或加氢汽油。
• 其优点:来源丰富、毒性小、回收费用低、容易分离,因而 成本低。
❖ ②溶剂的选择 ❖ 聚合用溶剂国外主要采用苯或甲苯或烷烃和芳烃的混合物。 ❖ 用苯作溶剂的优点是其对单体和聚合物的溶解性能好、沸点低容
易回收和分离；其缺点是聚合物溶液粘度大对传热不利，且冰点低 （5℃）要求管道保温，毒性大。 ❖ 用甲苯作溶剂的优点是其对单体和聚合物的溶解性能好，反应平 稳；其缺点是由于沸点高（110℃）回收时蒸气消耗量大， ❖ 聚合物溶液粘度大传热和搅拌都有困难，毒性也大。采用烷烃和 芳烃的混合物,既可以使聚合物溶液粘度降低，又可以调节聚合物的 相对分子质量。
此外，如丙二烯、丁二烯、甲基乙炔等对聚合反应和聚 合物的立构规整性都是有害的；
饱和烃如乙烷和丙烷如含量高会降低单体的分压，影响 聚合速率，如有积累需定期排除。
因此，聚合用原料和助剂中杂质的含量必须减少到允许 的范围以下。聚合用丙烯的纯度＞99.6%，其它杂质允许含 量以10-6计。
高分子化学 第6章 离子聚合
3. 其它能产生 阳离子的物质
碘、氧鎓离子、高氯酸盐、六氯化铅盐等 引发活性较低，只能引发活性较高的单体。 高能辐射也能产生阳离子引发聚合，
CH3
异丁烯：
异丁烯是唯一能进行阳离子聚合的α —烯烃，且它 只能进行阳离子聚合。根据这一特性，常用异丁烯 来鉴别引发机理。
更高级的α —烯烃：由于位阻效应，只能形成二聚体(Dimer) 。
烷基乙烯基醚： 诱导效应：烷氧基使双键电子云密度降低； 共轭效应：氧上未共用电子对与碳碳双键形成P～π共轭， 使双键电子云密度增加。
阳离子聚合机 理的特点
讨论:阳离子聚合有
无自动加速现象 单基终止 ,无? 自动加速现 快引发、快增长、易转移、难终止。 象 終止方式是单基終止。
在阳离子聚合中，真正的动力学链终止较难实 现，但与阴离子聚合相比，却不易生成活性聚合 物，主要原因是反应体系中水是引发剂，又是終 止剂。另外，阳离子聚合易链转移。 但现在也可以作到活性聚合。
烯烃双键对质子的亲和力，可以从单体和质子 加成的的热焓判断。
增长反应比其他副反应快，即生成的碳
阳离子有适当的稳定性。
如：α —烯烃 乙烯(ethylene)： 无侧基，C=C电子云密度低，且不易极化，对质 子亲和力小，难以阳离子聚合。
丙烯(propylene)、丁烯(butylene)：
烷基供电性弱，生成的二级碳阳离子较活泼，易 发生重排(rearrangement)等副反应，生成更稳 定的三级碳阳离子。
+ CH2 C (BF3OH)
离子型聚合—链式活性聚合
4.4 链 式 活 性 聚 合 反 应
4.4.3.3 阳离子活性聚合
阳离子聚合易发生链转移与链终止反应，要获得活性聚 合得从根本上改变增长链碳阳离子的本性，这种改变主要 从改变增长链碳阳离子与抗衡阴离子之间的相互作用着手， 即设计适宜的引发体系。
（3）偶联法
分别进行A、B两单体的活性聚合合成带有反应性功能 团G和G’（两者可偶合）的末端功能化聚合物再偶联或者用 末端功能化的A聚合物终止B的活性聚合链：
AAA G + G' BBB
AAAAA BBBBB
AAA G + BBB*
AAAAA BBBBB (G为B活性链的终止剂）
4.4 链 式 活 性 聚 合 反 应
4.4.4.4 星形聚合物的合成
（1）多功能引发剂引发活性聚合 如以下引发剂与BCl3组成引发体系引发异丁烯聚合：
CH3COO
OCOCH 3
CH3O
OCH 3
CH3COO
OCOCH 3
OCH 3
4.4 链 式 活 性 聚 合 反 应
（2）利用多功能偶联剂（终止剂）使线形活性聚合物链偶联 如用SiCl4终止阴离子活性聚合：
CH3 CH2 C TiCl5
CH3
TiCl4 + nBu4NCl
CH3 CH2 C + TiCl5
CH3
nBu4N + TiCl5
4.4 链 式 活 性 聚 合 反 应
4.4.4 活性聚合的应用
4.4.4.1 单分散聚合物的合成 如以丁基锂为引发剂，正己基苯为溶剂，在干冰-甲醇低温浴 下的苯乙烯聚合可获得分子量分布为1.01的高度单分散的聚 苯乙烯，用做凝胶色谱法测定聚合物分子量及其分布的标准 样品。 4.4.4.2 末端功能化聚合物的合成
1 离子型聚合与自由集溶液聚和对溶剂的要求有何区别
1 离子型聚合与自由集溶液聚和对溶剂的要求有何区别？离子聚合：需使中性分子生成离子对，此时要求较高的能量，所以生成的粒子不稳定，必须在聚合之前用溶剂在低温下使之稳定，不能使用强极性溶剂，多在低温弱极性溶剂中反应，选择溶剂的原则应考虑极性大小。
溶剂的极性增加有利于链增长，使聚合速率加快，而阴离子对溶剂的要求是采用极性较低或中等极性的溶剂，极性较高可分解成强亲电基团或强亲核基团；自由基溶液聚合对溶剂的要求是：1.选择溶剂的连转移常数Cs较小的溶剂2.选择良溶剂，构成均相体系，有可能的消除自动加速效应。
2阴离子配位催化剂的主要组成由哪儿？住催化剂：由周期表中第3-8族的过渡金属构成的化合物助催化剂：由周期表中1-3族的金属的有机化合物组成第三组分：通常是具有给电子能力的路易斯碱，如含N,P,和O等化合物，可以提高催化剂的定向性和引发活性3如何提高配位催化剂的效率加入第三组分，扩大催化剂的表面积，增加活性组分的有效活性中心4什么是活性聚合引发体系的引发之前，预先100%迅速变为活性中心，然后以相同的速率同时引发单体增长，直至单体耗尽任保持活性。
5 何谓定向聚合能制备立构规整性聚合物的聚合反应。
立构规整性聚合物也称立构规整性高分子、定向聚合物。
自然界存在着许多立构规整性聚合物，如天然橡胶、纤维素、蛋白质和淀粉等6 目前那些高分子是采用离子型和配位阴离子型合成工艺来生产的? 写出反应式并注明所用催化剂7.铝-钛催化剂为何能制的结构规整的聚烯烃乙烯先于钛原子配位，然后插入Ti-C键并与之形成桥键。
当单体与聚合物链的次甲基生成r键的同时，原来的碳铝桥键破裂而形成新的碳铝桥键，因此增长一个链节。
如此重复进行则的聚乙烯大分子。
8.比较正.负离子聚合，配位阴离子聚合，自由基聚合的特征自由基：慢引发，快增长，速终止，有转移阴离子：快引发慢增长无终止阳离子：快引发慢增长易转移难终止配位聚合：1.采用Z-N催化剂2.聚合机理为配位聚合3.具有定向性4.配位聚合用的单体有选择性5.溶剂要求严格缩聚反应1.试述缩聚反应的分类及实施方法分类：按反应热力学特征分为：可逆缩聚和不可逆缩聚；按所生成产物结构分：线性缩聚和体型缩聚；按参加反应单体分类：均缩聚异缩聚和共缩聚实施方法：熔融缩聚：聚合温度高于单体和缩聚物熔点，反应在熔融状态下进行。
第五章 离子型聚合与配位聚合
化学学院2008级本科生基础课
第五章 离子型聚合与配位聚合
5.1.5 阴离子聚合反应的影响因素
在阴离子聚合反应中，活性中心离子的存 在形态是影响聚合反应速率和聚合物结构的最 重要因素，因此在下面讨论溶剂、温度和反离 子等因素的影响时，我们将始终围绕这些因素 对活性中心离子对形态的影响进行分析。
以带电荷的离子或离子对为聚合反应链增长 活性中心的一类链式聚合反应称为离子型聚合反 应（ 简称离子型聚合，ionic polymerization）。 按照离子或离子对电荷的不同又可分为 阴离子聚合、阳离子聚合和配位聚合三类。 离子型聚合与自由基聚合同属于链式聚合反 应的范畴。
化学学院2008级本科生基础课
第五章 离子型聚合与配位聚合
绝大多数烯类单体都能够进行自由基聚合， 只有为数不多的单体可以进行离子型聚合。
各类离子型聚合反应需要不同的引发剂。
阴离子型聚合反应需要强碱性引发剂；
阳离子型聚合反应需要路易斯酸型引发剂；
配位聚合反应需要络合型引发剂。
化学学院2008级本科生基础课
第五章 离子型聚合与配位聚合
2．离子对和自由离子共存时的阴离子聚合 一般而言，单体与自由离子进行链增长反 应的速率常数要远大于与离子对进行的链增长 反应的速率常数，而聚合反应速率应该等于这 两种键增长反应速率之和:
p p( ) p( )
k p( ) [M ( ) ][M ] k p( ) [M ( ) ][M ]
Xw
1 1 1 2 Xn Xn ( X n 1)
Xw
当聚合度足够大时，该活性阴离子聚合物 的相对分子质量分布接近于1。
【高分子合成工艺学】第八章 离子聚合与配位聚合生产工艺
丁基橡胶性能 气密性优良 ：透气性为烃类橡胶最低 抗臭氧性好：比天然橡胶、丁苯橡胶高10倍 耐热、耐候性优异 耐酸碱和极性溶剂 电绝缘性能好 应用 因其良好气密性，主要用途制造内胎和水胎。还可
用作电绝缘护套及医疗卫生用品。
生产过程
▪ 三步法制取SBS包括：原材料精制、三嵌段物的制备、 SBS脱气及弹性体的造粒包装四个工序。
▪ 聚合设备为聚合釜，配夹套冷却或加热，以配制好的 单锂有机化合物正丁基锂溶液为引发剂，聚合反应在 非极性溶剂中于惰性气体保护下分三段进行。
▪ 先向聚合釜中加入总量1/2的苯乙烯，然后加入引 发剂溶液。
（1）正离子型聚合的活性中心是碳正离子：
A B + CH2=CH X
A CH2 CH B X
[ CH2 CH ]n X
（2）负离子型聚合的活性中心是碳负离子：
A B + CH2=CH Y
B CH2 CH A Y
[ CH2 CH ]n Y
（3）配位离子聚合的活性中心是具有金属碳键
的配位离子：
Cat-R + CH2=CH Z
SBS结构
S
B
S
线型SBS
S B
S B
B
B
S
S
星型SBS
SBS应用
▪ 概念
8.4 配位聚合
是指烯类单体的碳－碳双键首先在过渡金属引发 剂活性中心上进行配位、活化，随后单体分子相 继插入过渡金属－碳键中进行链增长的过程。
8.4.1 Ziegler-Natta催化剂
1953年，Ziegler等发现以乙酰丙酮的锆盐和Et3Al 催化可得到高分子量的乙烯聚合物，并在此基础上开发 了的乙烯聚合催化剂TiCl4 - AlEt3。
高分子化学第四章(离子聚合)
（2）Lewis酸
这类引发剂包括AlCl3、BF3、SnCl4、SnCl5、ZnCl2和TiCl4 等金属卤化物，以及 RAlCl2，R2AlCl 等有机金属化合物，其中 以铝、硼 、钛、锡的卤化物应用最广。
Lewis 酸引发阳离子聚合时，可在高收率下获得较高分子量 的聚合物，因此从工业上看，它们是阳离子聚合的主要引发剂。
（5）聚合方法
自由基聚合可以在水介质中进行，但水对离子聚合的引发剂和 链增长活性中心有失活作用，因此离子聚合一般采用溶液聚合， 偶有本体聚合，而不能进行乳液聚合和悬浮聚合。
4.2 阳 离 子 聚 合
4.2.1 阳离子聚合单体
阳离子聚合单体必须是有利形成阳离子的亲核性烯类单体，包 括以下三大类：
（1）带给电子取代基的烯烃如：
Lewis 酸引发时常需要在质子给体（又称质子源）或正碳离 子给体（又称正碳离子源）的存在下才能有效。
质子给体或正碳离子给体是引发剂，而 Lewis 酸是助引发剂 (或称活化剂)，二者一起称为引发体系。
质子给体 一类在 Lewis 酸存在下能析出质子的物质，如水、卤 化氢、醇、有机酸等；以 BF3 和 H2O引发体系为例：
阳离子聚合反应过程中的异构化反应
碳阳离子可进行重排形成更稳定的碳阳离子，在阳离子聚合 中也存在这种重排反应，如 β-蒎烯的阳离子聚合：
4.2.2.3 链转移和链终止 链转移反应 链转移反应是阳离子聚合中常见的副反应，有以下几种形式：
（1）向单体链转移： 增长链碳阳离子以 H+ 形式脱去 β-氢给单体，这是阳离子聚
(Ph)3C+ClO4- + OR
Ph Ph
Ph
CH2 CH ClO4OR
（4）卤素 卤素 I2 也可引发乙烯基醚、苯乙烯等的聚合，其引发反应被认
离子聚合复习题
高分子化学练习（离子聚合、配位聚合）一、名词解释1、离子型聚合反应2、配位聚合反应3、立体异构4、几何异构5、光学异构6、定向聚合反应7、立构规整度二、填空1、带有取代基的烯类单体，大都可以进行阳离子型聚合反应，阳离子型聚合反应的引发剂都是试剂，主要有、两大类型。
2、带有取代基的烯类单体，大都可以进行阴离子型聚合反应，阴离子型聚合反应的引发剂都是试剂，主要有、两大类型。
3、阴离子型聚合反应的一个重要特点是。
4、高聚物的立体异构有两种、。
5、聚丙烯三种立体异构体是指、、。
6、典型的齐格勒引发剂是，典型的纳塔引发剂是。
7、配位阴离子聚合的特点是。
8、阴离子聚合机理的特点是。
9、阳离子聚合机理的特点是。
10、Z-N引发剂通常有两个组分构成、。
三、选择题1、下列单体能进行阳离子聚合的是（）A、异丁烯B、乙烯C、丙烯腈D、氯乙烯2、下列单体能进行阴离子聚合的是（）A、异丁烯B、乙烯C、丙烯腈D、氯乙烯3、离子对的形式对离子聚合聚合速率的影响正确的是（）A、松离子对〉紧离子对〉自由离子对B、紧离子对〉自由离子对〉松离子对C、自由离子对〉松离子对〉紧离子对D、紧离子对〉松离子对〉自由离子对4、离子对的形式对离子聚合控制结构单元排列整齐的能力的影响正确的是（）A、松离子对〉紧离子对〉自由离子对B、紧离子对〉松离子对〉自由离子对C、自由离子对〉松离子对〉紧离子对D、紧离子对〉松离子对〉自由离子对5、下列物质可以作为阳离子聚合引发剂的是（）A、CF3COOH、BF3-H2O引发体系B、AIBNC、BPOD、丁基鋰6、离子聚合不可能发生的终止方式是（）A、链转移B、双基偶合终止C、自发终止D、加入终止剂终止7、对于阳离子聚合机理说法正确的是（）A、快引发、快增长、易转移、难终止B、慢引发、快增长、速终止、可转移C、快引发、慢增长、无终止8、阴离子聚合机理说法正确的是（）A、快引发、快增长、易转移、难终止B、慢引发、快增长、速终止、可转移C、快引发、慢增长、无终止9、形成活性聚合物的首要条件是（）A、单体不易发生链转移B、溶剂是惰性溶剂C、聚合体系无杂质D、没有明显的链解聚反应10、相对分子质量分布窄、可以进行“计量聚合”是（）A、活性高聚物的特征B、阳离子聚合的特征C、配位聚合的特征D、自由基聚合的特征11、由分子中原子或原子或原子团在空间排布方式不同所引起的不同构型称为（）A、结构异构B、构象异构C、构型异构、D、立体异构12、配位聚合引发剂中加入第三组分的目的是（）A、提高引发剂的定向能力和聚合速率B、防止降解C、避免诱导期D、防止自聚四、判断题1、离子聚合相对于自由基聚合、链引发活化能低、聚合速率快。
离子聚合知识点总结
离子聚合知识点总结离子聚合的原理主要是通过离子化合物之间的静电相互作用来进行高分子化合物的合成。
一般来说，离子聚合可以分为两种类型：阴离子聚合和阳离子聚合。
阴离子聚合是指一种以带负电荷的离子为单体进行的聚合反应，而阳离子聚合是指一种以带正电荷的离子为单体进行的聚合反应。
这两种类型的离子聚合反应在原理上有一些相似之处，但在反应过程和条件上有一些不同之处。
一般来说，离子聚合的反应过程可以分为以下几个步骤：首先是单体的离子化，将单体分子转化成带电荷的离子；然后是离子的相互作用，使带电的单体离子之间发生静电吸引；最后是链的生长，通过构建链状结构将离子单体连接起来形成高分子化合物。
在这个过程中，离子聚合反应需要考虑一些重要的因素。
首先是单体的选择和制备，选择合适的带电荷的单体对于反应的成功至关重要。
其次是反应条件的选择，温度、溶剂、催化剂等因素都对反应的效果有重要影响。
此外，反应过程中也需要考虑离子的稳定性和聚合物的结构控制等问题。
离子聚合在许多领域中有广泛的应用。
在生物医学领域，离子聚合可以用来制备生物可降解的高分子材料，用于药物释放、组织修复等方面。
在材料科学领域，离子聚合可以用来制备具有特殊性能的聚合物材料，例如离子交换膜、离子凝胶等。
在化学工程领域，离子聚合也可以用来制备各种功能性高分子化合物，为工业生产提供新的材料和技术。
总的来说，离子聚合是一种重要的高分子化学反应方法，它可以产生具有特殊结构和性能的高分子化合物，对于许多领域的研究和应用都具有重要意义。
随着化学和材料科学的发展，离子聚合技术也将进一步得到发展和应用，为人类的生产和生活带来新的进步和改善。
离子型聚合反应
特点
03
快引发、快增长、易转移、难终止。
04
反应速率快，可在低温下进行。
05
对单体纯度和反应条件要求较高。
06
产物分子量分布较宽。
离子型聚合反应分类
01 阳离子聚合
由阳离子引发并进行链增长的聚合反应。例如， 异丁烯在铝氯化合物作用下进行的阳离子聚合。
02 阴离子聚合
由阴离子引发并进行链增长的聚合反应。例如， 丁二烯在烷基锂作用下的阴离子聚合。
02 阳离子聚合
利用阳离子引发剂（如质子酸、路易斯酸等）引 发单体进行链增长反应，得到高分子化合物，如 聚异丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。
03 配位聚合
在过渡金属催化剂存在下，单体与催化剂形成配 位化合物后进行链增长反应，合成高分子材料， 如聚乙烯、聚丙烯等。
功能高分子材料制备方法探讨
功能基团的引入
通过化学反应将具有特定功能 （如荧光、导电、催化等）的基 团引入到高分子链上，赋予高分
子材料特殊功能。
高分子共混
将不同种类的高分子材料按一定比 例混合，通过物理或化学方法使其 相容，从而获得具有综合性能的功 能高分子材料。
高分子复合
将高分子材料与无机纳米粒子、有 机小分子等复合，制备出具有优异 性能的功能高分子复合材料。
环保型高分子材料发展趋势预测
生物可降解高分子材料
随着环保意识的提高，生物可降解高分子材料将成为未来 发展的重要方向。这类材料能在自然环境中被微生物分解 为无害物质，减少对环境的污染。
离子型聚合反应
目录
• 离子型聚合反应基本概念 • 离子型聚合反应机理 • 离子型聚合反应实验方法与技术 • 离子型聚合反应影响因素分析 • 离子型聚合反应在工业生产中应用 • 离子型聚合反应研究前沿与挑战
第二章离子型聚合反应配位聚合反应及开环聚合反应
第二章 离子型聚合反应、配位聚合反应及开环聚合反应第一节 概述高聚物的形成反应,按反应机理不同分类连锁聚合反应−−−−−→−依活性种不同分y 自由基型聚合反应、离子型聚合反应、 配位聚合反应。
两大类逐步聚合反应−−−−−−→−依参加反应的单体分缩聚反应、开环逐步聚合反应、 逐步加聚反应１．离子型聚合反应是在阴离子或阳离子引发剂作用下，使单体分子活化为带正电荷或带负电荷的活性离子，再与单体连锁聚合形成高聚物的化学反应。
根据链增长活性中心所带电荷的不同,离子型聚合可以分为：阳离子聚合 阴离子聚合 配位离子型聚合．2．特征：（1)对单体的选择性高。
（2)链引发活化能低，聚合速率快（低温下进行聚合反应)。
（3）离子型聚合反应活性中心是离子(C +、Ｃ—)（４)引发剂为亲核、亲电试剂，且引发剂自始自终对聚合有影响。
(5）不能双基偶合终止，只能通过与杂质或人为加入的终止剂（水、醇、酸、胺等）链转移进行单基终止反应.注：(1）配位聚合反应也是离子型聚合反应的一种.所用的引发剂具有特殊的定位作用，形成的活性中心为配位阴离子,单体采用定向吸附、定向插入而已。
但所得产物具有立构规整性好、物理性能优异的特点。
(2）开环聚合多数属于离子型聚合反应。
但究竟是阴离子型还是阳离子型取决于引发剂的类型。
合成具有醚键高聚物的主要是采用开环聚合。
第二节 阳离子聚合反应阳离子聚合反应：是在阳离子引发剂作用下,使单体分子活化为带正电荷的活性离子,再与单体连锁聚合形成高聚物的化学反应.一、单体与引发剂 １。
单体（1）具有强推电子取代基的烯烃类单体(异丁烯、乙烯基醚） （2)具有共轭效应的单体（苯乙烯、丁二烯、异戊二烯） (3）含氧、氮、硫杂原子的不饱和化合物和环状化合物（甲醛、四氢呋喃、3,3－双氯甲基丁氧环、环戊二烯、环氧乙烷、环硫乙烷及环酰胺)等.(4)碳阳离子的稳定性与结构有关，稳定顺序为：叔碳阳离子＞仲碳阳离子＞伯碳阳离子，相应的烯烃单体活性顺序与之相反．（5)碳阳离子主要化学性质是：溶剂效应、重排、结合 2.引发剂-—“亲电试剂" （1）含氢酸(质子酸）Ｈ＋A －＋ ＣH 2=Ｃ → CH 3-Ｃ+A -如：H ２ＳO 4、HClO 4、ＣＣl ３COOH 等 （２）Ｌewis 酸CH 3 CH 3CH 3 CH 3L ｅwi ｓ酸是Ｆrie ｄｅl-Craft ｓ催化剂中的各种金属卤化物，是电子接受体。
离子聚合反应的特点是什么
离子聚合反应的特点是什么离子聚合反应是一种重要的化学反应类型，其特点主要表现在反应过程和产物特性上。
在离子聚合反应过程中，通常涉及带电离子的结合或相互作用，从而形成高聚物。
以下是离子聚合反应的一些特点：1. 离子间相互作用离子聚合反应中的原料通常是带电的单体或离子，它们之间通过静电力和化学键相互作用，从而快速形成高分子化合物。
这种离子间相互作用使得离子聚合反应具有较高的反应速率和选择性。
2. 高反应活性由于离子聚合反应中涉及带电原料的反应，使得反应活性较高，产生的高分子通常具有较高的分子量。
这种高反应活性也使得离子聚合反应可以在较温和的条件下进行，提高了反应的效率和产物的质量。
3. 特定的催化剂作用在一些离子聚合反应中，特定的催化剂可以加速反应的进行，提高产物的收率和质量。
这些催化剂往往能够促进离子间的结合和聚合过程，使得反应更加顺利进行。
4. 产物性质多样离子聚合反应所得的高分子产物具有多样的性质，可以通过反应条件的调控来获得不同结构和性能的高分子化合物。
这种特点使得离子聚合反应在材料学和生物化学领域具有广泛的应用前景。
5. 反应条件灵活由于离子聚合反应涉及到多种原料和反应条件，因此反应条件相对灵活，可以根据不同的需要进行调整。
通过调控溶剂、温度、催化剂等因素，可以实现对反应过程的精确控制，得到符合要求的产物。
综上所述，离子聚合反应具有高反应活性、产物性质多样、反应条件灵活等特点，使得它在化学领域中具有重要的地位和广泛的应用前景。
随着对离子聚合反应机理和控制方法的深入研究，相信将会有更多新颖的高分子化合物被开发出来，为人类社会的发展做出更大贡献。
自由基聚合及离子型聚合
第三节自由基聚合及离子型聚合引言：什么是自由基聚合？阐明自由基聚合与连锁聚合、离子型聚合、缩合（逐步）聚合的关系。
1. 按聚合机理（即有无活性中心）可分为：（分别说明特点）连锁聚合、逐步聚合（缩合聚合）2. 按连锁聚合活性中心的种类（自由基、阴离子、阳离子）分为：自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合⑴连锁聚合条件：①活性种存在②单体中存在活性种能进攻的弱键⑵活性种形成：均裂、异裂、（取代基的影响）举例：乙烯（自由基聚合）、异丁烯（阳离子聚合）、丙烯氰（阴离子聚合）、苯乙烯（自由基、阴离子、阳离子）一、自由基的产生单体分子借光、热、辐射或引发剂的作用产生初级自由基，初级自由基引发单体产生单体自由基，单体自由基迅速增长形成聚合物。
其中，最常用的是引发剂（引发剂是一类分子结构上含有弱键、在一定的温度下弱键断裂产生自由基的低分子物质）1．引发剂类型：⑴偶氮类：如AIBN，分解温度：50-70o C；分解速率慢、活性低、稳定但有毒⑵过氧化物类：如BPO，低活性、分解温度60-80o C⑶氧化-还原体系：如过硫酸盐-亚铁盐体系：活性大，引发速率高，可室温或低温聚合2. 引发剂的选择⑴首先根据聚合方法选择使用那类引发剂：本体、悬浮和溶液聚合：偶氮类和有机过氧化物类油溶性引发剂乳液、水溶液聚合：水溶性引发剂（如过硫酸盐）、氧化还原体系⑵其次,根据聚合温度具体选择哪种引发剂：）:引发剂分解至起始浓度一半时所需的时间选择依据：引发剂半衰期（t1/2二、自由基聚合反应机理（链引发、增长、终止、链转移）1.链引发⑴引发剂分解生成初级自由基：吸热反应、活化能高、分解速率低⑵初级自由基与单体加成形成单体自由基：放热反应、活化能低、分解速率高2.链增长：单体自由基迅速增长形成大分子链自由基⑴特点：放热反应、活化能低、增长速率极高⑵结构单元间的连接形式：头—头连接、头—尾连接，一般以头—尾为主3.链终止：（链自由基活性极高，有相互作用作用终止失去活性的倾向）。
高分子化学第六章
+
B
H2C
C
CH 3
CH 3
δ
离子对的存在形式多种多样
δ+
离子对的存在形式决定聚合速率和聚合物的立体结构 影响离子对存在形式的因素 （溶剂、反离子、温度）
例如：苯、二氧六环(DOX)、四氢呋喃(THF)、DMF
b. 异构化聚合： 定义：原子或原子团重排的聚合过程，称异构化聚合 反应：
C
+
正常加成
（5）小结－－阳离子聚合特征 快引发、快增长、难终止、易转移 活性中心以多种状态共存 低温聚合 （－100°C)
5、典型工业化品种
（1）聚异丁烯 （PIB)
H2C C
C H3
C H3
Al C l 3 H2O
C H3
CH2 C
－100°C
n
C H3
粘合剂 （<5万）：半固体，嵌缝材料，密封材料 橡胶 （5－100万）：蜡或聚合物的添加剂，但不易硫化 （2）丁基橡胶 （IIR)
Na
+
[
e
]
-.
Na +
complex (greenish blue color)
Alkali metal
Aromatic compound
initiator
Initiation:
[
electron transfer
]
-
.
Na +
+
H2C CH
. CH
2
CH - Na +
+
radical couple dimerize
+ CH3CH2CH2CH2 Li
+
第一章离子型活性聚合
苯胺的三甲基硅衍生物 ~CH2CH-M++ H+
CH=N-Si(CH3)4
~CH2CHCHNH2
用带有受保护氨基的引发剂引发单体进行阴离 于活性聚合，再对氨基去保护。
[(CH3)3Si]2N[(CH3)3Si]2N[(CH3)3Si]2N-Li+nCH2=CH R (CH2CH)n CH2CH-Li+ R R (CH2CH)n CH2CH-H R R
Bu-CH2-CH- -Li+
X
Bu-CH2
-CHX
Bu-CH2-CH-CH2-CH- -Li+
X
本质相同，历程可能不同。 只有引发速率远大于增长速率才是活性聚合。
3、 链转移反应
(1)向溶剂转移
(2)向单体转移
(3)向大分子转移 活性聚合不存在链转移，应避免可能的 链转移。
4、 链终止反应
阴离子聚合的一个重要特点是在适当条件下: 没有空气、醇、酸等极性物质时,不发生链终止反 应,而形成活性聚合物。 原因： ⑴ 活性中心具有相同电荷相斥，不能双基终止。 ⑵ 反离子常为金属阳离子，中心离子为碳负离子 二者之间离解度大,不能发生中心离子和反离子的 结合反应。 ⑶ 阴离子活性增长链也不易发生向单体转移反应。 因为,这种转移反应需脱除H(-)需要较高的能量,而 阴离子聚合往往是在低温(0℃以下)进行。
（3） 无链终止反应 阴离子聚合的一个重要特点是在适当条件下: 没有空气、醇、酸等极性物质时,不发生链终 止反应,而形成活性聚合物。 原因：增长链具有相同电荷不能双基终止。 不能发生中心离子和反离子的结合反应。 阴离子活性增长链也不容易发生向单体转移 反应。 但在某些条件下,阴离子活性增长链发生链转 移反应而终止。
自由基聚合与离子型聚合特征区别
自由基聚合与离子型聚合特征区别
引发剂种类 > 自由基聚合：
采用受热易产生自由基的物质作为引发剂
引发剂的性质只影响引发反应，用量影响 Rp和> 离子聚合：
采用容易产生活性离子的物质作为引发剂
* 阳离子聚合：亲电试剂，主要是Lewis酸，需共引发剂 * 阴离子聚合：亲核试剂，主要是碱金属及其有机化合物引发剂中的一部分，在活性中心近旁成为反离子其形态影
响聚合速率、分子量、产物的立构规整性自由基聚合
离子聚合：对单体有较高的选择性
环状化合物、羰基化合物
溶剂的影响
自由基聚合
溶剂加入，降低了[M]，Rp略有降低水也可作溶剂，进行悬浮、乳液聚合
离子聚合
溶剂种类：阳：卤代烃、CS2、液态SO2、CO2；阴：液氨、醚类 (THF、二氧六环)
反应温度自由基聚合：取决于引发剂的分解温度，50 ～80 ℃ 离子聚合：引发活
化能很小
为防止链转移、重排等副反应，在低温聚合，阳离子聚合常在－70 ～－100 ℃进行。
聚合机理
自由基聚合：多为双基终止
单体结构
离子聚合：具有相同电荷，不能双基终止
阳：向单体、反离子、链转移剂终止
阴：往往无终止，活性聚合物，添加其它试剂终止
机理特征：自由基聚合：慢引发、快增长、速终止、可转移阳离子聚合：快引发、
快增长、易转移、难终止阴离子聚合：快引发、慢增长、无终止
阻聚剂种类自由基聚合：氧、DPPH、苯醌阳离子聚合：极性物质水、醇，碱性物质，苯醌阴离子聚合：极性物质水、醇，酸性物质，CO2
问题：有DPPH和苯醌两种试剂，如何区别三种反应？
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
离子型聚合
A B 电离平衡常数 kd AB
Pkd lg kd
ka值越大，Pka值越小，化合物的酸性越强 相反，ka值越小，Pka值越大，化合物的碱性越强 则越容易引发单体进行阴离子聚合。
M A 的共轭酸 ： 对于增长链（活性链）如此，
六、活性阴离子聚合的动力学及聚合度
离子型聚合的动力学比自由基聚合要 复杂得多，多半是由于引发反应所致，各 种引发的可能性，很难进行一般的动力学 处理。对于活性聚合反应动力学就简单得
多，人们感兴趣的是活性聚合。为简化，
只考虑自由离子引发的动力学。
根据活性阴离子聚合的一些特征，写出速率方程
Rp d M dt
补充：P167 表6-1 ！！
二、阴离子聚合引发剂和引发反应 阴离子聚合引发剂：电子给体，即亲核试剂
按引发机理分为：
◆电子转移引发
如碱金属（K、Na）、碱金属芳烃 引发剂
◆阴离子引发
如有机金属化合物
（1）碱金属（Alkali metal）
a、种类（Species） b、引发反应
（2）碱金属的络合物 a、种类（Species） b、引发反应 芳基自由基-阴离子： 萘 -钠 萘 -锂
p
阴离子聚合速率比自由基聚合速率大主要由于 无终止反应和增长种浓度较大！
聚合度（重要）
根据动力学链长的定义
xn
[C]为引发剂浓度
适用于单阴离子
M 0 M
M 0
M 0 M v C
2 M 0 M
xn
C M 0 2 例题：用丁基锂引发苯乙烯聚合，产物平均聚合度 为300，问若用萘-钠引发相同浓度的苯乙烯聚合， 产物平均聚合度为多少？（单体全部消耗完）
离子聚合与配位聚合生产工艺
举例一：异丁烯聚合 AlCl3为引发剂, 氯甲烷为溶剂，在0 ～－40℃聚合, 得低 分子量（＜5万）聚异丁烯，主要用于粘结剂、密封材料等； 在－100℃下聚合，得高分子量产物（5万～100万），主要用 作橡胶制品。 聚例二：丁基橡胶制备 异丁烯和少量异戊二烯（1~6%）为单体, AlCl3为引发剂, 氯甲烷为稀释剂, 在－100℃下聚合, 瞬间完成，分子量达20万 以上。 丁基橡胶冷却时不结晶，-50℃柔软，耐候，耐臭氧，气密 性好，主要用作内胎。
类型
化合物
特点
含氢酸
HClO4、H2SO4、H3PO4、CH3COOH
反离子亲核能力较强，一般只能形成低聚物
Lewis酸
BF3、AlCl3、SbCl5 较强 FeCl3、SnCl4、TiCl4 中强 BiCl3、ZnCl2 较弱
需要加入微量水、醇、酸等助催化剂才能引发单体
01
链终止反应：无杂质的聚合体系中苯乙烯、丁二烯等单体极难发生终止反应，活性链寿命很长。 原因：活性链带有相同电荷，不能偶合，也不能歧化；即使活性中心向单体转移或异构化产生终止也难于发生。
02
阴离子聚合反应主要特点
03
溶剂以及溶剂中的少量杂质影响反应速度和链增长模转移或链终止反应，而使增长的活性链直至单体耗尽仍保持活性的聚合物阴离子。 形成条件：体系中无杂质；无链终止和链转移；单体不发生其他反应；溶剂为惰性；体系内浓度、温度均一；无明显链解聚反应。 活性高聚物的应用： 用于凝胶渗透色谱分级的分子量狭窄的标准试样。 加入特殊试剂合成链端具有－OH、－COOH、－SH等功能基团的聚合物。 利用先后加入不同种类单体进行阴离子聚合的方法合成AB型、多嵌段、星形、梳形等不同形式的嵌段共聚物。
离子聚合资料
离子聚合简介离子聚合是一种重要的化学反应过程，指的是带电物质，即离子，在适当条件下相互吸引形成聚集体的过程。
离子聚合在化学、生物学、材料科学等领域都有广泛的应用，是一种重要的合成策略。
基本原理离子聚合是在溶液中，带电的阳离子和阴离子相互吸引而结合成大分子的过程。
通常情况下，这种反应是在水或有机溶剂中进行。
在离子聚合过程中，通常会产生水或其他小分子作为副产物。
离子聚合的应用1.聚合物合成：离子聚合在合成高分子材料中起着重要作用。
通过离子聚合，可以合成具有特定性质的聚合物，如聚合物胶体、聚合物微胶粒等。
2.生物医学领域：在药物传递、基因治疗等领域，离子聚合也有着重要的应用。
通过调控离子聚合过程，可以实现药物或基因的高效传递和释放。
3.智能材料：离子聚合还可以用于制备智能材料，如响应性聚合物、水凝胶等，在传感、控释等领域有着广泛的应用。
离子聚合的影响因素1.溶液pH值：pH值是影响离子聚合反应的重要因素。
在不同pH值下，离子会有不同的电荷状态和相互作用方式。
2.温度：温度对离子聚合反应的速率和产物结构也有显著影响。
3.溶剂：不同溶剂对离子聚合反应的溶剂化和分子运动等方面有影响。
离子聚合的发展趋势随着材料科学、医学、生物学等领域的不断发展，离子聚合作为一种重要的合成策略，其应用范围也在不断扩大。
未来，随着合成方法和材料设计的不断改进，离子聚合的性能和应用也将得到进一步提升。
总结离子聚合作为一种重要的合成策略和化学反应过程，在各个领域都有着广泛的应用。
通过调控离子聚合反应条件，可以合成具有特定性质和功能的聚合物材料，为材料科学、生物医学等领域的发展提供重要支撑。
随着科学技术的不断进步，离子聚合在未来的发展前景十分广阔。
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第六章离子型聚合
1.基本概念：
活性聚合（Living Polymerization）：当单体转化率达到100%时，聚合仍不终止，形成具有反应活性聚合物（活性聚合物）的聚合叫活性聚合。
化学计量聚合（Stoichiometric calculation Polymerization）：阴离子的活性聚合由于其聚合度可由单体和引发剂的浓度定量计算确定，因此也称为化学计量聚合。
开环聚合（Ring-Opening Polymerization）：环状单体在引发剂作用下开环，形成线形聚合物的聚合反应。
阴离子聚合阳离子聚合配位聚合定向聚合活性聚合
开环聚合定向指数（立构规则度）立构规整性聚合物活性聚合物
2. 阴离子聚合、阳离子聚合与配位聚合的单体、引发剂及引发反应
3. 各种连锁聚合反应的特点比较
4. 阴离子聚合、阳离子聚合与配位聚合的反应机理特点
5. 影响离子聚合的因素
6. 离子聚合活性中心的的四种形态
7. 基本计算
1）阳离子聚合动力学
阳离子聚合动力学研究较自由基聚合困难，因为阳离子聚合体系总伴有共引发剂，使引发体系复杂化；离子对和（少量）自由离子并存，两者的影响难以分离；聚合速率极快，引发和增长几乎同步瞬时完成，数据重现性差；很难确定真正的终止反应，稳态假定不一定适用等。
为了建立速率方程，多选用低活性引发剂，如SnCl4进行研究，并选择向反离子转移作为（单分子）终止方式，终止前后引发剂浓度不变。
得到聚合速率方程为
推导如下：
阳离子聚合机理为
链引发反应
链增长反应
向反离子转移终止
各步的速率方程如下
引发
增长
终止
式中 为所有增长离对的总浓度
K为引发剂、共引发剂配合平衡常数
ki、kp、kt分别为链引发、增长、终止反应的速率常数
引入稳态假定， 代入引发和终止速率方程解得离子对总浓度
代入链增长速率方程即得：
（2）阳离子聚合平均聚合度
阳离子聚合物的聚合度综合式可表示为
式中 、 、 分别代表单基终止、向单体转移和向溶剂转移终止对聚合度
的贡献。
为阳离子向单体转移的链转移常数， 为阳离子向单体转移的链转移常数。
公式推导如下：
自由基聚合中结构单元数取决于链增长速率
而大分子数取决于终止速率
在阳离子聚合中，向单体转移和向溶剂转移是主要的终止方式，向单体和溶剂转移的速率方程如下：
本章前已推得
链增长速率为
链终止速率为
取倒数即得
当向单体转移为主要终止方式时，平均聚合度简化为
当向溶剂转移为主要终止方式时，平均聚合度为
（3）活性阴离子聚合动力学
链增长速率为
式中阴离子活性增长种的总浓度 始终保持不变，可实验测得，这与自由基聚合中活泼难测的活性自由基不同，这就为什么阴离子聚合的动力学如此简单的原因。
（4）活性阴离子聚合物平均聚合度
式中 为引发剂浓度， n 为每一大分子所带有的引发剂分子数。
8. 定向指数（立构规则度）的表征与测定方法
9. 阴离子聚合、阳离子聚合与配位聚合的应用实例。