第二讲 化学改性

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盘锦乙烯 中外合资——韩-宁波甬兴化工厂,台湾-镇江
ABS 树脂生产技术综合评价一览表
项目
乳液 接枝 聚合 物
乳液接枝掺混法
乳液 SAN 掺混
悬浮 掺混
本体 掺混
连续 本体 聚合 法
本体 悬浮 聚合 法
乳液 -悬 浮聚 合法
乳液本体 聚合 法
乳液 接枝 本体 -悬 浮联 用法
技术 水平
已落 后,仍 有生 产
接枝共聚物
特点:① 解决了体系粘度大的操作控制困难的问题
② 影响了吸水能力
3. 直接选用含亲性基团的乙烯基单体+多羟基物质
接枝共聚物
特点:简化工艺,不需要进行加压水解
如:淀粉-丙烯酸-丙烯酸钠接枝共聚物
二、交联法 主要特点: ① 聚合物中含有羟基,羧酸根,羰基,亚氨基等极性基团,故其
亲水性很强。 ② 聚合物的骨架是一个适度交联的网状结构,带有负电荷,属一
2. 化学接枝 ——用化学方法首先在聚合物的主干上导入易分解的 活性基团,然后分解成自由基与单体进行接枝共聚。
例:
PCl5
~~~CH2—CH~~~~ ~~~~CH2CH~~~~ CH~~~~
R’COOH ~~~CH2—
|
|
|
COOR C=O
Cl —C=O
R’OO—
3.辐射接枝
⑴ 直接辐射法——将聚合物和单体在辐射前混合在一起,
2.1.1 基本原理
~~~A~~~A~~~A~~A~~~A~~~ | | || | B B BB B | | || | B B BB B
方法:在反应性大分子存在下,将单体进行自由基、离子 加成或开环聚合。
⑴ 自由基接枝
自由基,化学上也称为“游离基”,是指化合物的分子在光热等外界条件下, 共价键发生均裂而形成的具有不成对电子的原子或基团。化学性质极为活泼, 易于失去电子(氧化)或获得电子(还原),特别是其氧化作用强,
加工中最常出现的状态)下聚合物的化学变化规律及其行为的 科学。 1、利用熔融态化学反应,可以实现通用聚合物材料的高性能
化(向工程材料的发展) 2、单组分材料向多组分复合材料转变(合金、共混,复合):
有助于解决多相复合材料中各相之间界面的相容性和相互 租用问题。 3、大力开发功能性高分子材料(光、电、热、声、智能): 获得新型高分子材料,简化制备工艺。
2.1.3 接枝共聚物性能与应用
一、性能与特点 1. 接枝共聚物是单一的化合物,可以发挥每一个组分的特
征性质
其形态结构很大程度上依赖于接枝链和主 链的体积分数: 浓度较高组分=>连续相 浓度相等时=>相的连续性随样品制作条 件变化
2. 接枝共聚物表现出两个不同的玻璃化转 变温度
3. 接枝共聚物易和它们的均聚物共混,与 其组分聚合物有较好的相容性
经济 效果 差,仍 在生 产
国外 广泛 采用
广泛 发展
尚不 完善
技术 成熟
有专 利
技 术 方法 基本 好 过关, 采用 不多
力学性能一般:接枝聚合物>增容化共混物>聚合物共混物
2.2 高吸水性树脂
2.2.1 概况
特点:具有非常大的吸水量,能吸收多于自身重量500~2000倍 的水,不同于脱脂棉、海棉、吸水纸等通用吸水材料的吸水 机理,它同水形成胶体,即使加压,水也不会被挤出,并具 有反复吸水的特性。
应用:主要用于个人卫生用品方面,约占总产量的95%以上,现 扩展到医用材料、缓释农药、土壤保湿剂,食品干燥剂、保 鲜剂较少用于润滑剂,密封剂和化妆品领域。
聚合物化学改性多属于聚合度基本不变或变大, 主要是基团变化的反应,对现有的聚合物进行化学改 性,从而得到新的高分子材料,制备品种繁多的嵌段 和接枝共聚物。
本章主要是介绍常用聚合度变大的接枝共聚改性 和嵌段共聚改性的基本原理,同时还介绍互穿聚合物 网络。
第一节:聚合物的熔融态化学
一、为什么要学习聚合物熔融态化学: 聚合物的熔融态化学:研究在熔融态(高分子材料成型
2.2.2 高分子吸水树脂的特点及性能 高分子吸水树脂是一类高分子电解质 另外,高分子吸水树脂还具有 缓释作用 吸附作用 吸湿放湿作用 成膜、稳定性好
2.2.3 合成机理 淀粉与单体制造吸水树脂合成机理是一种
自由基型接枝共聚。接枝共聚法、交联法
一、接枝共聚 天然的多羟基物质(淀粉、纤维素)+乙烯基单体
如:在聚醚氨酯(SPEU)上,接聚合丙烯 酰胺,使支链形成长侧链结构,这种接枝 共聚物改善了SPEU的抗凝血性。
2.1.4 接枝共聚物研究
对接枝聚合物材料自身的研究 以接枝聚合物作为增容剂,提高相容性应用研究
一、对接枝聚合物材料自身的研究
——属高分子设计的范畴
根据:① 接枝共聚物具有独立组分的微相结构
1)接枝反应的同时,苯乙烯和丙烯腈会发生共聚生成游离 的SAN(丙烯腈和苯乙烯共聚物),实际得到的是接枝共聚 物和SAN的混合物,商业上通常称为ABS树脂。
2)其具有复杂的二相结构:i)分散相——橡胶;ii)连续 相——SAN,橡胶以颗粒状,分散在基体树脂中,由于橡胶 的存在,使ABS树脂具有更优异的性能,尤其是抗冲性能提 高几倍甚至十几倍。
在接枝共聚过程中,通常有三种聚合物 混合 :未接枝的的聚合物;已接枝
的聚合物及单体的自聚物;混合单体的 共聚物
接枝效率=[已接枝单体质量/(已接枝单体质量+ 接枝单体均聚物质量)] * 100%
其影响因素:引发剂,聚合物主链结构,单体种 类,反应配比及反应条件等
如:引发剂BPO优于AIBN; C6H5比(CH3)2C·—CN活泼,易夺H
作用:① 聚合物无规地失去侧基或氢原子,产生自由基
ν辐射
~~~~~CH2CH2CH2~~~~ ~~~CH2CH·CH2~~~~ ② 主链断裂,产生自由基
CH3
CH3
|
ν辐射
|
~~~~CH2—C—CH2~~~~ ~~~~ CH —C· + ·CH2~~~~~
|
|
CH3—O—C=O
CH3—O—C=O
⑷ 开环聚合
2.1.2 接枝共聚方法
链转移接枝 化学接枝 辐射接枝
1. 链转移接枝
定义:利用反应体系中的自由基夺取聚合物主链上的氢而链 转移,形成链自由基,
进而引发单体进行聚合,产生接枝。
X
X
|
|
——CH2—CH—— +R·——CH2—C·—— + RH
或:——CH2—CH=CH—CH2 —— +R· ——CH2—CH=CH— CH· —— +RH
接枝共聚物具有独立组分的微观结构
二、应用
1. 刚性体和弹性体方面的应用 如:苯乙烯-丁二烯接枝共聚物改善PS的冲击性能
PS冲击性能和韧性差 韧性和冲击强度↑
St与PB进行接枝,韧性↑,具较高的冲击强度
2. 增容作用
增溶剂:具有增溶能力的表面活性剂称为增溶剂 将接枝共聚物用于物理共混可作为增容剂
3. 医学材料抗凝血的作用
第五章 聚合物化学改性
定义:通过聚合物的化学反应,改变大分子链上的原 子或原子团的种类及其结合方式的一类改性方法。
聚合物的性能决定于其结构和聚合度,聚合物化学反 应一般按照聚合度和基团的变化(侧基、端基)分为三种 基本类型:
聚合度基本不变而仅限于侧基和端基变化的反应; 聚合度变大的反应,如交联,接枝、嵌段、扩链等; 聚合度变小的反应,如降解,解聚等。
第一节:聚合物的熔融态化学
第一节:聚合物的熔融态化学
第二节 接枝共聚改性
定义:对聚合物进行接枝,在大分子链上引入适当 的支链或功能性侧基,所形成的产物称作接枝共聚 物。利用其极性或反应性可大大改善与其他材料组 成的复合物的性能。
性能决定于:主链 支链(组成,结构,长度以及支链数)
2.1 接枝共聚改性
3)改变3种组分之间或的比例,按其配料组成的不同, ABS树脂可分为通用型,中抗冲型,高抗冲型,耐低温抗冲 型,耐热型,阻燃型,透明型,耐候型等品种。
2.3.2 发展
1947年,美国橡胶公司 ,共混法工艺实现了工业化生产 1948年,美国橡胶公司 ,第一项ABS树脂专利 1954年,美国Borg-Warner公司的Marbon分公司,接枝型
第一节:聚合物的熔融态化学
第一节:聚合物的熔融态化学
接枝反应: 以含极性基团的取代基,按自由基反应的规律
与聚合物作用,生成接枝链,从而改变高聚物的 极性,或引入可反应的官能团。 官能团反应:
可以发生在聚合物与低分子化合物之间,也可 发生在聚合物与聚合物之间。可以是聚合物侧基 官能团的反应,也可以是聚合物端基的反应
② 主链和支链的稳中有降自功能
③ 分子结构
通过化学键将具有各种特殊性质的聚合物连结,充分发
挥复合特性,设计出具备高度复合特性的材料。
二、作为增容性,提高相容性的应用研究
——将接枝聚合物人为增容剂进行分子设计,制备高分 子材料
利用接枝聚合物作为增容剂,可自由地控制聚合物共混物 的相容性,宜可大幅度提高聚合物共混物的相容性,又可有 效地发挥力学特性。
1.最早的实例 硝酸铈盐
淀粉+丙烯腈 接枝共聚物 特点:① 共聚物吸水性能不好
② 必须在碱性条件下加压水解,-CN转变成亲水基团才具有较好的 吸水能力,此过程因物料粘度大而操作控制困难 ③ 合成工艺过程长而且复杂
2. 含亲水性基团(羧基、羧酸盐基、酰胺基)的乙烯基单体
水-甲醇混合物作溶剂
+淀粉等天然羟基物质
我国ABS树脂的开发工作起步于20世纪60年代初,可归纳为 三个阶段: 研制阶段:60年代,兰化第一套(0.2万t/a) 高桥
石化(0.1万t/a) 发展阶段:80年代,引进技术,兰化(日),高桥
(美)吉林化学工业公司(日) 迅速发展阶段:
技术改进——兰化,高桥 90年代 引进枝术——大庆石化总厂,吉林化工公司,
如氢自由基(H·,即氢原子)、氯自由基(Cl·,即氯原子)、甲基自由基 (CH3·)。
① 烯烃单体在带有不稳定氢原子的预聚体存在下进行聚 合,引发可通过过氧化物,辐照或加热等方法。
如: ——CHCH=CHCH—— + St
|
|
H
H
机理:过氧化物引发剂或生长链从主链上夺取不稳定的氢 原子,使主链形成自由基,接枝链和主链间的联接, 是通过主链自由基引发单体,或则通过和支链的重新 结合而形成的。
共同进行辐射。
主链聚合物侧含有>C=O、>C—Cl
常用辐射源:紫外光
例:
紫外光
~~~CH2CH~~~~ ~~~~CH2CH·~~~~ + CH3C·=O |
CH3—C=O
(2)预辐射法——先辐照聚合物,使其产生捕集型自由
基,再用乙烯型单体继续对已辐照过的聚合物进行
处理,得到接枝共聚物。
Hale Waihona Puke Baidu
辐射源:高能量ν射线
1.个人卫生用品 2.医用材料 3. 低温渗透压脱水片 4.化妆品的添加剂 5. 土壤保水剂 6. 除臭剂,杀菌剂 7. 制作留香材料 8.吸水材料
2.3 ABS树脂
2.3.1 基本概念 ——指聚丁二烯橡胶与苯乙烯和丙烯腈的接枝
共聚物。 A:丙烯腈,提供耐化学性和热稳定性 B:丁二烯,提供韧性和抗冲性 S:苯乙烯,赋予刚性和易加工性
ABS树脂工业化生产“Cycolae” 之后,前西德,法国,英国和日本引进ABS生产技术,相
继建厂,进而开发生产技术,实现工业化生产。 1977年,日本东丽公司开发乳液—本体法 1980年,美国Dow化学公司—本体法 1984年,日本三井东压公司—本体法
以后,乳液接枝—本体SAN掺混法ABS工艺——当今最有 工业实用价值的技术
② 在主链上形成过氧化氢基团或其它官能团,然 后以此引发单体聚合。
如:
CH3
|
——CH2 —— C ——+ St |
O—OH
⑵ 阳离子接枝 :效率较低
⑶ 阴离子接枝 ① 主链引发 例:——CH2CH==CH==CH—— + St ②主链偶联 例:活性聚苯乙烯阴离子和带有侧酯基的大分子(甲基 丙烯酸甲酯),甲氧基团被取代生成酮基接枝链。
种高分子电解质。 ③ 从官能团距离看,有形成五、六、七元环螯合物的可能性,为
一种螯合剂。
2.2.4 吸水树脂的结构及吸水机理 一、吸水树脂的结构
二、吸水树脂的吸水机理 棉花、纸浆、海绵的吸水量是由于纯物理的毛细管现
象,而对吸水性树脂而言,可由高分子电解质的立体网状结 构来解释。
由代表高分子电解质电荷的吸引力所决定的可动离子浓 度,在树脂的内侧比在外侧更高,因此产生渗透压。
2.2.5 高吸水性树脂的种类和合成方法
1.淀粉与丙烯腈水解产物 2.淀粉与丙烯酸酯的交联产物 3. 羧甲基纤维素系(日开发) 4. 醋酸乙烯与丙烯酸甲酯共聚体的皂化物(日) 5. 聚丙烯腈水解产物 6. 聚丙烯酸钠的交联产物(日) 7. 异戊二烯与马来酸酐的共聚物(日)
2.2.6 高吸水树脂的应用
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