自由基聚合机理以四种常见共聚物

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第四章:自由基聚合方法

第四章:自由基聚合方法

→ 2SO4·
B. 水溶性氧化 —还原引发剂
例 过硫酸盐 - 亚硫酸盐
_ 2 S2O8
+ SO3
_ 2

_ 2 SO4
+
SO4· +
_ ·SO3
过氧化氢 - 亚铁盐 H2O2 +Fe2+ → OH + HO· + Fe3+
_
(3)乳化剂
乳化剂在乳液聚合中的作用:
a. 降低体系的表面张力使单体形成细小液滴; b. 形成胶束,增溶单体
产物特点与用途 纺丝液 配制纺丝液 制备聚乙烯醇、 维纶的原料
丙烯腈 氧-还体系 醋酸乙烯酯 丙烯酸酯类 丁二烯 AIBN BPO 配位催化剂 BuLi BF3
涂料、粘合剂
顺丁橡胶 低顺式聚丁二烯
异丁烯
异丁烷
阳离子聚合
粘合剂、密封剂
聚醋酸乙烯酯(PVAc)和聚乙烯醇(PVA)
醋酸乙烯酯,甲醇(乙醇)溶液,BPO;65‐70 ℃,溶剂回 流带走聚合热;利用向溶剂的链转移控制分子 量,单体浓度
9
体积收缩:100%聚合时的体积收缩 1 1 ΔVmax w 0 ( ) dm dp
60oC: dm=0.89g/mL; dp=1.18g/ml, ∆Vmax =27mL,V0 =w/dm =112mL
体积收缩百分数= 27/112 =24%
20oC: dm=0.94g/mL; dp=1.208g/mL,∆Vmax =25.7mL 体积收缩百分数=25.7/102=25.2%
不足 反应热难导出、易局部过热、自动加速严重。 措施 降低反应温度,分段聚合,强化传热
8
3、应用实例 有机玻璃:PMMA

自由基聚合的四种方法

自由基聚合的四种方法

自由基聚合的四种方法自由基聚合是一种重要的化学反应,它可以用于合成各种高分子材料。

这种反应的基本原理是将单体分子中的双键开裂,形成自由基,再将自由基与其他单体分子结合,形成高分子链。

这种反应可以通过多种方法实现。

本文将介绍自由基聚合的四种方法,包括自由基引发聚合、自由基链转移聚合、自由基共聚合和自由基接枝聚合。

一、自由基引发聚合自由基引发聚合是最常见的自由基聚合方法。

这种方法需要将引发剂加入到单体中,引发剂可以是过氧化物、硫代硫酸酯等。

在引发剂的作用下,单体分子中的双键开裂,形成自由基。

这些自由基与其他单体分子结合,形成高分子链。

自由基引发聚合是一种高效的方法,可以通过调节引发剂的种类和用量来控制聚合反应的速率和分子量分布。

但是,这种方法容易产生副反应,如引发剂自身的分解和自由基的重组,这些副反应会影响聚合反应的效果。

二、自由基链转移聚合自由基链转移聚合是一种可以控制分子量分布的自由基聚合方法。

这种方法需要将链转移剂加入到单体中,链转移剂可以是醇、硫醇等。

在链转移剂的作用下,自由基聚合链上的氢原子被转移,形成新的自由基,这些自由基与单体结合,形成新的高分子链。

由于链转移剂的作用,聚合反应过程中产生的高分子链会变短,从而控制聚合反应的分子量分布。

自由基链转移聚合是一种可控性较好的聚合方法,可以得到具有狭窄分子量分布的高分子材料。

但是,链转移剂的种类和用量需要进行精确的控制,否则会影响聚合反应的效果。

三、自由基共聚合自由基共聚合是一种将两种或多种单体分子同时参与聚合反应的方法。

这种方法可以得到具有复合性能的高分子材料,如耐热性、耐化学性等。

在共聚反应中,不同单体分子之间的反应速率和选择性不同,需要通过调节反应条件来控制不同单体分子的参与程度,从而得到理想的高分子材料。

自由基共聚合是一种多样性较好的聚合方法,可以得到具有多种性质的高分子材料。

但是,不同单体分子之间的反应速率和选择性需要进行精确的控制,否则会影响聚合反应的效果。

第2章 自由基聚合

第2章 自由基聚合

CH2CH3 CH2=CH
CH3 CH2=C CH3
第二章 自由基聚合
2.1 引言
2.2 连锁聚合的单体 2.3 自由基聚合机理 2.4 链引发反应 2.5 聚合速率
2.6 分子量和链转移反应
2.7 阻聚和缓聚
2.3 自由基聚合机理 (mechanism of polymerization)
自由基聚合的基元反应 (elementary reaction)
离子聚合:
有较高的选择性,具有供电子基的单体易进行阳 离子聚合,具有吸电子基的单体易进行阴离子聚 合或自由基聚合。
2.2 连锁聚合的单体
位阻效应 (steric effect)
位阻效应是由取代基的体积、数量、位置等所引起的。 在动力学上它对聚合能力有显著的影响,但它不涉及对不 同活性种的选择性。
1, 1双取代烯类单体 CH2=CXY ,由于结构上更不对称,极化 度增加,比单取代更易聚合;但若两个取代基均体积较大(如 1,1-2苯基乙烯),则只能形成二聚体。 1,2双取代烯类单体 XCH=CHY ,结构对称,极化程度低,加 上位阻效应,一般不能均聚或只能形成2聚体。 三取代、四取代乙烯,一般不能聚合,但也有例外:氟代乙 烯。
活性种的产生-化合物共价键的断裂形式 • 均裂 (homolysis)
共价键上一对电子分属两个基团,带独电子的基团呈中性, 称为自由基或游离基。
R
R
2R
• 异裂 (heterolysis)
共价键上一对电子全部归属于某一基团,形成阴离子 或负离子,另一缺电子的基团,称做阳离子或正离子。
A
B
A
+B
第二章 自由基聚合
2.1 引言
2.2 连锁聚合的单体 2.3 自由基聚合机理 2.4 链引发反应 2.5 聚合速率

高分子化学复习简答题(五)--聚合方法(精)

高分子化学复习简答题(五)--聚合方法(精)

高分子化学复习简答题(五)---聚合方法学校名称:江阴职业技术学院院系名称:化学纺织工程系时间:2017年3月10日1、比较自由基聚合的四种聚合方法。

实施方法本体聚合溶液聚合悬浮聚合乳液聚合配方主要成分单体、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、水聚合场所单体内溶剂内液滴(单体)内胶束内聚合机理自由基聚合一般机理,聚合速度上升聚合度下降容易向溶剂转移,聚合速率和聚合度都较低类似本体聚合能同时提高聚合速率和聚合度生产特征设备简单,易制备板材和型材,一般间歇法生产,热不容易导出传热容易,可连续生产。

产物为溶液状。

传热容易。

间歇法生产,后续工艺复杂传热容易。

可连续生产。

产物为乳液状,制备成固体后续工艺复杂产物特性聚合物纯净。

分子量分布较宽。

分子量较小,分布较宽。

聚合物溶液可直接使用较纯净,留有少量分散剂留有乳化剂和其他助剂,纯净度较差2、悬浮聚合的配方至少有哪几个组分?单靠搅拌能不能得到聚合物颗粒?加入悬浮稳定剂的目的和作用是什么?常用的悬浮稳定剂有哪几种?影响聚合产物粒径大小因素有哪些?悬浮聚合的主要缺点是什么?答:①悬浮聚合的配方一般至少有四个组分,即单体,引发剂,水和悬浮稳定剂。

②搅拌的剪切力可使油状单体在水中分散成小液滴。

当液滴分散到一定程度后,剧烈搅拌反而有利于细小液滴的并和(成大液滴),特别是当聚合反应发生后,由于液滴中含有一定量的聚合物,此时搅拌增大了这些液滴的碰撞粘结概率,最后导致聚合物结块,所以单靠搅拌不能得到稳定的悬浮体系,因而体系中必须③加入悬浮剂,以降低表面张力,使分散的小液滴表面形成一层保护膜,防止彼此并和和相互粘结,从而使聚合在稳定的悬浮体系中的液滴中进行。

如果只加悬浮剂,而不进行搅拌,则单体就不会自动分散成小液滴;同样不能形成稳定的悬浮体系。

④可作悬浮剂的物质有:水溶性聚合物如聚乙烯醇,明胶和苯乙烯-马来酸酐共聚物等;水不溶性无机物如磷酸钙,碳酸镁,碳酸钡和硫酸钡等。

自由基聚合反应机理

自由基聚合反应机理

自由基聚合反应机理1. 引言自由基聚合反应是一种重要的有机化学反应,广泛应用于聚合物的合成和有机合成领域。

自由基聚合反应的机理对于合理设计反应条件和控制反应过程具有重要意义。

本文将简要介绍自由基聚合反应的机理及相关的反应条件和控制方法。

2. 自由基聚合反应的基本概念自由基聚合反应是指通过自由基的聚合反应来合成聚合物的过程。

在自由基聚合反应中,自由基分子通过聚合反应连续添加到聚合物链上,从而实现聚合过程。

聚合物链的生长是以共轭双键或其他反应位点为基础的。

3. 自由基聚合反应的机理自由基聚合反应包括引发步骤、传递步骤和终止步骤。

下面将逐个介绍这些步骤的机理。

3.1 引发步骤在自由基聚合反应中,反应的开始需要引发剂作为引发步骤的催化剂。

引发剂会被激活形成自由基,通常是通过热量、光或化学剂的作用来实现。

引发剂能够引发起反应的原因在于它能够提供链建立反应起点所需的自由基。

3.2 传递步骤在自由基聚合反应的传递步骤中,自由基分子会逐一添加到聚合物链的末端,并延长聚合物链的长度。

这个过程中,自由基通过与单体分子反应,将自由基转变为共轭双键或其他反应位点,从而继续聚合的过程。

3.3 终止步骤自由基聚合反应的终止步骤是不可逆的,通过各种反应途径来消除自由基,结束聚合反应。

终止步骤可以分为自发性终止和人为控制的终止。

4. 自由基聚合反应的控制方法为了获得所需的聚合物特性,需要对自由基聚合反应进行控制。

下面介绍几种常用的控制方法。

4.1 温度控制温度是自由基聚合反应的主要控制因素之一。

通常情况下,聚合反应速率随温度的升高而加快。

通过控制反应温度,可以调节聚合反应的速率和产物分子量分布。

4.2 引发剂选择不同的引发剂会对自由基聚合反应的速率和选择性产生影响。

选择合适的引发剂可以实现更高的反应活性和选择性。

4.3 单体选择单体的选择性也是自由基聚合反应的重要控制因素之一。

通过选择不同的单体,可以合成出具有不同结构和性质的聚合物。

自由基聚合机理

自由基聚合机理
自由基聚合机理
contents
目录
• 自由基聚合概述 • 自由基聚合机理 • 自由基聚合的影响因素 • 自由基聚合的应用 • 自由基聚合的发展趋势与挑战
01 自由基聚合概述
定义与特点
定义
自由基聚合是一种常见的聚合物 合成方法,通过引发剂引发单体 聚合,形成高分子聚合物。
特点
自由基聚合具有较高的反应速率 和较低的反应活化能,可在较低 温度下进行聚合。
分解速率
活性中心
产生的自由基活性中心具有高反应活 性,能够与单体分子迅速反应,形成 单体自由基。
引发剂的分解速率决定了聚合反应的 启动速度,通常受温度、引发剂浓度 和种类的影响。
链增长
单体插入
单体分子在自由基活性中心的加成反应中不断插入,形成增长链。
链增长速率
链增长速率取决于单体浓度、自由基活性以及温度等因素。
绿色化学与环境友好型聚合
环保引发剂
开发高效、低毒、无害的引发剂是自由基聚 合的重要研究方向之一。例如,研究开发可 见光引发剂、热引发剂等环保型引发剂,以 减少对环境的污染。
聚合反应的绿色化
通过改进聚合工艺、优化反应条件和开发循 环再利用技术,实现自由基聚合的绿色化,
降低生产过程中的能耗和废弃物排放。
功能性纤维
利用自由基聚合还可以制备具有特定功能的纤维,如抗菌纤维、导电纤维、光敏纤维等。
橡胶工业
橡胶合成
自由基聚合在橡胶工业中用于合成各种 类型的橡胶,如天然橡胶、丁苯橡胶、 氯丁橡胶等。
VS
橡胶改性
利用自由基聚合可以对橡胶进行改性,如 增加橡胶的弹性、耐热性、耐油性等,从 而提高橡胶的性能。
05 自由基聚合的发展趋势与 挑战
逐步自由基聚合

第三章自由基共聚合

第三章自由基共聚合

无规共聚物名称中,放在前面的单体为主单体,后为第二单体 如:氯乙烯-co-醋酸乙烯酯共聚物 嵌段共聚物名称中的前后单体代表聚合的次序 接枝共聚物名称中,前面的单体为主链,后面的单体为支链 如:聚丙烯-g-丙烯酸
三 、研究共聚反应的意义 ⒈ 对聚合物进行改性
通过共聚,可以改善聚合物的许多性能,如机械性能、 弹性塑性、柔顺性、玻璃化温度、塑化温度、熔点、 溶解性能、染色性能和表面性能等等。性能改变的程 度与第二、第三单体的种类、数量以及单体单元的排 布方式有关。
M1代表丁二烯单体单元,M2代表苯乙烯单体单元。
(2)大分子主链上含M1单体单元(或也含M2单体单元),支链上含M2,M3两种单 单元。如ABS树脂
M1M1M1 M1M1M1M1 M2M2M3 M1M1M1M1M1 M3M3M2M2
M1代表丁二烯(B)单体单元,M2代表丙烯腈(A)单体单元, M3代表苯乙烯 (S)单体单元。
共聚物的命名:
聚- 两单体名称以短线相连,前面加“聚”字 如聚丁二烯-苯乙烯 -共聚物 两单体名称以短线相连,后面加“共聚物” 如乙烯-丙烯 共聚物、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物

在两单体间插入符号表明共聚物的类型 co alt b g copolymer 无规 alternating 交替(alternate交替的, 轮流的) block 嵌段(block [blCk] 木块, 石块, 块, 街区) graft 接枝(graft 嫁接, (接技用的)嫩枝)
主单体 乙烯 乙烯 异丁烯 丁二烯 丁二烯 苯乙烯 氯乙烯 MMA 丙烯腈
第二单体 丙烯 苯乙烯 丙烯腈 丙烯腈
改进的性能和主要用途 破坏结晶,增加柔性和弹性。其为乙丙橡胶。 增加强度。其为通用橡胶。 增加耐油性。其为丁-苯橡胶。 提高抗冲性能。其为增韧塑料。

自由基聚合可以得到什么共聚物

自由基聚合可以得到什么共聚物

自由基聚合可以得到什么共聚物
自由基聚合是一种重要的化学合成方法,通过自由基的相互作用,将单体分子逐步连接在一起形成高分子链。

在这个过程中,发生了许多反应,最终得到了各种不同类型的共聚物。

共聚物是由不同种类的单体按照一定结构和比例聚合而成的高分子化合物,具有独特的性质和用途。

一种常见的共聚物是丙烯酸酯类共聚物,它们具有良好的柔韧性和耐候性,在油漆、胶水、涂料等领域有着广泛的应用。

此外,丙烯酸酯类共聚物还可以作为医用材料,如人工关节、牙科材料等,具有生物相容性和优良的力学性能。

另一种常见的共聚物是乙烯类共聚物,如聚乙烯和聚氯乙烯。

这些共聚物具有优异的绝缘性能和化学稳定性,广泛用于管道、包装、电缆等行业。

特别是聚乙烯,是一种性能优异、价格低廉的塑料材料,应用范围非常广泛。

除了丙烯酸酯和乙烯类共聚物,还有许多其他类型的共聚物,如苯乙烯共聚物、丙烯腈共聚物等。

这些共聚物具有各自独特的特性,广泛应用于工业生产、日常生活和科学研究领域。

总的来说,自由基聚合可以得到各种不同类型的共聚物,它们在不同领域具有重要的应用和价值。

通过进一步的研究和开发,可以获得更多新型共聚物,拓展其应用领域,推动材料科学和工程技术的发展。

1。

第二章 自由基聚合

第二章 自由基聚合

t d[ I ] [ I0 ] [ I ] 0 dt

[I ] Ln kd t [I0 ]
[I ] [I0 ]e
kd t
[I0]=起始引发剂浓度,单位mol/L
假设引发剂分解了原来的一半,即[I]=[I0]/2, 此时所用时间为t1/2称为半衰期(Half Life) ,代入
用引发剂引发时,将由下列两步组成:
a. 引发剂I分解,形成初级自由基
I
R + H2C CH X
2R
R CH2 CH X
b. 初级自由基与单体加成,形成单体自由基
引发剂分解是吸热反应,活化能高,约1.25×102 kJ/mol, 反应速率小;形成单体自由基是放热反应,活化能低, 约2.1~3.5×10 kJ/mol, 反应速率大。
(2)链增长:
链引发形成的单体自由基有很高的活性,立即和 烯类单体的第二个分子的π 键重新杂化结合,形 成新的自由基,新自由基活性并不衰减,继续和 其它单体分子结合成单元更多的链自由基,这个 增长过程是连锁反应,这个过程称为链增长反应。
R CH2 CH + H2C X R CH2 CH X CH X HC2CH X R CH2 CH H2C X x CH2 CH X CH …… X
t1/ 2 Ln2 0.693 kd kd
可见,在一定温度下t1/2是仅与分解速率常数kd有关的 数值,与起始浓度无关。因此,引发剂的活性可以用分解 速率常数或半衰期来表示。分解速率愈大,或半衰期愈短, 则引发剂活性愈高。 这样
[I ] exp[0.693t / t1/ 2 ] 2t / t1/ 2 [I0 ]
由实验测得不同温度下的kd值,将Lnkd与1/T作图, 直线斜率即为-Ed/R,就可求得Ed 或者根据式: Lnt1/ 2 Ln0.6932 Lnkd

自由基聚合机理以及四种常见共聚物

自由基聚合机理以及四种常见共聚物

自由基聚合机理烯类单体(de)加聚反应多属连锁聚合,连锁聚合反应由链引发、链增长、链终止等基元反应组成,各步(de)反应速率和活化能相差很大.连锁聚合链引发形成活性中心(或称活性种),活性中心不断与单体加成而使链增长(单体之间并不反应),活性中心(de)破坏就是链终止.自由基、阳离子、阴离子都可能成为活性中心引发聚合,故连锁聚合又可分为自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合和配位聚合等,其中自由基聚合产物约占聚合物总产量(de)60%.热力学上能够聚合(de)单体对聚合机理(de)选择是有差异(de),如氯乙烯只能自由基聚合、异丁烯只能阳离子聚合、MMA可以进行自由基聚合和阴离子聚合、苯乙烯则可按各种连锁机理聚合.自由基聚合产物约占聚合物总产量60%以上,其重要性可想而知.高压聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯类、聚丙烯腈、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、ABS树脂等聚合物都通过自由基聚合来生产.本节将对自由基链式聚合反应作较详细(de)讨论.自由基聚合(de)基元反应烯类单体(de)自由基聚合反应一般由链引发、链增长、链终止等基元反应组成.此外,还可能伴有链转移反应.现将各基元反应及其主要特征分述如下.1 链引发链引发反应是形成单体自由基活性种(de)反应.用引发剂引发时,将由下列两步组成:(1)引发剂I分解,形成初级自由基R;(2)初级自由基与单体加成,形成单体自由基.单体自由基形成以后,继续与其他单体加聚,而使链增长.比较上述两步反应,引发剂分解是吸热反应,活化能高,约105~150kJ /mo1,反应速率小,分解速率常数约10-4~10-6s-1.初级自由基与单体结合成单体自由基这一步是放热反应,活化能低,约20~34kJ/mo1,反应速率大,与后继(de)链增长反应相似.但链引发必须包括这一步,因为一些副反应可以使初级自由基不参与单体自由基(de)形成,也就无法继续链增长.有些单体可以用热、光、辐射等能源来直接引发聚合.这方面(de)研究工作不少,苯乙烯热聚合已工业化;紫外光固化涂料也已大规模使用.2 链增长在链引发阶段形成(de)单体自由基,仍具有活性,能打开第二个烯类分子(de)π键,形成新(de)自由基.新自由基活性并不衰减,继续和其他单体分子结合成单元更多(de)链自由基.这个过程称做链增长反应,实际上是加成反应.为了书写方便,上述链自由基可以简写成 ,其中锯齿形代表由许多单元组成(de)碳链骨架,基团所带(de)独电子系处在碳原子上.链增长反应有两个特征:一是放热反应,烯类单体聚合热约55~95kJ /mol;二是增长活化能低,约20~34KJ/mol,增长速率极高,在~几秒钟内,就可以便聚合度达到数千,甚至上万.这样高(de)速率是难以控制(de),单体自由基一经形成以后,立刻与其他单体分子加成,增长成活性链,而后终止成大分子.因此,聚合体系内往往由单体和聚合物两部分组成,不存在聚合度递增(de)一系列中间产物.对于链增长反应,除了应注意速率问题以外,还须研究对大分子微观结构(de)影响.在链增长反应中,结构单元间(de)结合可能存在“头-尾”和“头-头”或“尾-尾”两种形式.经实验证明,主要以头-尾形式连接.这一结果可由电子效应和空间位阻效应得到解释.对一些取代基共轭效应和空间位阻都较小(de)单体聚合时头-头结构会稍高,如醋酸乙烯酯、偏二氟乙烯等.聚合温度升高时,头-头形式结构将增多.由于自由基聚合(de)链增长活性中心—链自由基周围不存在定向因素,因此很难实现定向聚合,即单体与链自由基加成由sp2杂化转变为sp3杂化时,其取代基(de)空间构型没有选择性,是随机(de),得到(de)常常是无规立构高分子,因此该种聚合物往往是无定型(de).3 链终止自由基活性高,有相互作用而终止(de)倾向.终止反应有偶合终止和歧化终止两种方式.两链自由基(de)独电子相互结合成共价键(de)终止反应称做偶合终止.偶合终止结果,大分子(de)聚合度为链自由基重复单元数(de)两倍.用引发剂引发并无链转移时,大分子两端均为引发剂残基.某链自由基夺取另一自由基(de)氢原子或其他原子(de)终止反应,则称做歧化终止.歧比终止结果,聚合度与链自由基中单元数相同,每个大分子只有一端为引发剂残基,另一端为饱和或不饱和,两者各半.根据上述特征,应用含有标记原子(de)引发剂,结合分子量测定,可以求出偶合终止和歧比终止(de)比例.链终止方式与单体种类和聚合条件有关.一般单取代乙烯基单体聚合时以偶合终止为主,而二元取代乙烯基单体由于立体阻碍难于双基偶合终止.由实验确定,60℃下聚苯乙烯以偶合终止为主.甲基丙烯酸甲酯在60℃以上聚合,以歧化终止为主;在60 ℃以下聚合,两种终止方式都有.聚合温度增高,苯乙烯聚合时歧化终止比例增加.在聚合产物不溶于单体或溶剂(de)非均相聚合体系中,聚合过程中,聚合产物从体系中沉析出来,链自由基被包藏在聚合物沉淀中,使双基终止成为不可能,而表现为单分子链终止.此外,链自由基与体系中破坏性链转移剂反应生成引发活性很低(de)新自由基,使聚合反应难以继续,也属单分子链终止.工业生产时,活性链还可能为反应器壁金属自由电子所终止.链终止活化能很低,只有8~2lKJ/mo1,甚至为零.因此终止速率常数极高[106~108L/(mol·s)].但双基终止受扩散控制.链终止和链增长是一对竞争反应.从一对活性链(de)双基终止和活性链—单体(de)增长反应比较,终止速率显然远大于增长速率.但从整个聚合体系宏观来看,因为反应速率还与反应物质浓度成正比,而单体浓度(1~l0mo1/L)远大于自由基浓度(10-7~l0-9mo1/L),结果,增长速率要比终止速率大得多.否则,将不可能形成长链自由基和聚合物.任何自由基聚合都有上述链引发、链增长、链终止三步基元反应.其中引发速率最小,成为控制整个聚合速率(de)关键.4 链转移在自由基聚合过程中,链自由基有可能从单体、溶剂、引发剂等低分子或大分子上夺取—个原子而终止,并使这些失去原子(de)分子成为自由基,继续新链(de)增长,使聚合反应继续进行下去.这一反应称做链转移反应.向低分子链转移(de)反应式示意如下:向低分子转移(de)结果,使聚合物分子量降低.链自由基也有可能从大分子上夺取原子而转移.向大分子转移一般发生在叔氢原子或氯原子上,结果使叔碳原子上带上独电子,形成大分子自由基.单体在其上进一步增长,形成支链.自由基向某些物质转移后,形成稳定(de)自由基,不能再引发单体聚合,最后只能与其他自由基双基终止.结果,初期无聚合物形成,出现了所谓“诱导期”.这种现象称做阻聚作用.具有阻聚作用(de)物质称做阻聚剂,如苯醌等.阻聚反应并不是聚合(de)基元反应,但颇重要.根据上述机理分析,可将自由基聚合(de)特征概括如下.①自由基聚合反应在微观上可以明显地区分成链(de)引发、增长、终止、转移等基元反应.其中引发速率最小,是控制总聚合速率(de)关键.可以概括为慢引发、快增长,速终止.②只有链增长反应才使聚合度增加.一个单体分子从引发,经增长和终止,转变成大分子,时间极短,不能停留在中间聚合度阶段,反应混合物仅由单体和聚合物组成.在聚合全过程中,聚合度变化较小.③在聚合过程中,单体浓度逐步降低,聚合物浓度相应提高.延长聚合时间主要是提高转化率,对分子量影响较小.④少量%~%)阻聚剂足以使自由基聚合反应终止.四种共聚物一无规共聚物无规共聚物(random copolymer).单体M1,M2在大分子链上无规排列,两单体在主链上呈随机分布,没有一种单体能在分子链上形成单独(de)较长链段. :~~~~~M1 M1M2 M2M2 M1M2 M1M2 M2M1~~~~~目前开发出(de)共聚物中多数是这一类,如丁二烯-苯乙烯无规共聚物(丁苯橡胶),氯乙烯-醋酸乙烯共聚物等.聚丙烯无规共聚物也是聚丙烯(de)一种,它(de)高分子链(de)基本结构用加入不同种类(de)单体分于加以改性.乙烯是最常用(de)单体,它引起聚丙烯物理性质(de)改变.与PP均聚物相比,无规共聚物改进了光学性能(增加了透明度并减少了浊雾),提高了抗冲击性能,增加了挠性,降低了熔化温度,从而也降低了热熔接温度;同时在化学稳定性、水蒸汽隔离性能和器官感觉性能(低气味和味道)方面与均聚物基本相同.应用于吹塑、注塑、薄膜和片材挤压加工领域,作食品包装材料、医药包装材料和日常消费品.二嵌断共聚物嵌段共聚物(block copolymer)又称镶嵌共聚物. 由化学结构不同(de)链段交替聚合而成(de)线型共聚物.交替结合(de)链段有有规交替和无规交替两种. 嵌段共聚物与共混物和接枝共聚物在结构和性质上是不同(de).它(de)玻璃化温度由温度较低(de)聚合物决定(de),而软化点却随该温度较高(de)聚合物而变化,因而处于高弹态(de)温度范围较宽. 可用阴离子聚合、自由基聚合、络合聚合、缩聚或机械化学等方法制备. 由较长(de)M1链段和较长(de)M2链段间隔排列形成(de)大分子链,根据链段(de)多少可以分为:二嵌段,如苯乙烯-丁二烯共聚物;三嵌段,如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯;多嵌段共聚物等.TPEE(热塑性聚酯弹性体)是含有聚酯硬段和聚醚软段(de)嵌段共聚物.其中聚醚软段和未结晶(de)聚酯形成无定形相聚酯硬段部分结晶形成结晶微区,起物理交联点(de)作用.TPEE具有橡胶(de)弹性和工程塑料(de)强度;软段赋予它弹性,使它象橡胶;硬段赋予它加工性能,使它象塑料;与橡胶相比,它具有更好(de)加工性能和更长(de)使用寿命;与工程料相比,同样具有强度高(de)特点,而柔韧性和动态力学性能更好.三交替共聚物由二种或多种单体在生成(de)共聚物主链上单体单元呈交替(或相同)排列(de)共聚反应.其产物称交替共聚物.如:…ABABABAB….在进行交替共聚(de)单体中,有(de)均聚倾向很小或根本不均聚.例如具有吸电子基团(de)马来酸酐(顺丁烯二酸酐)就不均聚;但它能与具有给电子基团(de)单体(如苯乙烯或乙烯基醚等)进行交替共聚.又如马来酸酐与具有给电子取代基(de)1,2-二苯乙烯都不能明显地均聚;但它们却能交替共聚.所以交替效应实质上反映了单体之间(de)极性效应.例如苯乙烯和马来酸酐(de)交替共聚,是由于有给电子取代基(de)苯乙烯与有吸电子取代基(de)马来酸酐之间发生电荷转移而生成电荷转移络合物(de)结果:取代基吸电子能力不够强(de)单体(如丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯)与苯乙烯之间只能进行无规共聚;但是如果加入氯化锌,则它能与丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯络合,使这两种单体(de)取代基(de)吸电子能力增强,它们都可以与苯乙烯形成 1:1(de)电荷转移络合物,并得到交替共聚物.四接枝共聚物接枝共聚物(Graft copolymer) :聚合物主链(de)某些原子上接有与主链化学结构不同(de)聚合物链段(de)侧链(de)一种共聚物,称为接枝共聚物,如接枝氯丁橡胶、SBS接枝共聚物.所谓接枝共聚是指大分子链上通过化学键结合适当(de)支链或功能性侧基(de)反应,所形成(de)产物称作接枝共聚物.接枝共聚物(de)性能决定于主链和支链(de)组成,结构,长度以及支链数.长支链(de)接枝物类似共混物,支链短而多大接枝物则类似无规共聚物.通过共聚,可将两种性质不同(de)聚合物接枝在一起,形成性能特殊(de)接枝物.因此,聚合物(de)接枝改性,已成为扩大聚合物应用领域,改善高分子材料性能(de)一种简单又行之有效(de)方法. 接枝共聚反应首先要形成活性接枝点,各种聚合(de)引发剂或催化剂都能为接枝共聚提供活性种,而后产生接枝点.活性点处于链(de)末端,聚合后将形成嵌段共聚物;活性点处于链段中间,聚合后才形成接枝共聚物.。

《自由基聚合》课件

《自由基聚合》课件

深入研究自由基聚合的机理和 动力学,揭示聚合过程中的本 质规律,为新材料的合成提供 理论指导。
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新材料与新技术的应用
高性能聚合物材料
01
研究开发高性能的聚合物材料,以满足不断发展的工业需求。
绿色合成技术
02
采用绿色合成技术,减少聚合过程中的环境污染,实现可持续
发展。
纳米技术与聚合物复合材料
03
将纳米技术与聚合物复合材料相结合,开发具有优异性能的新
材料。
06
结论
自由基聚合的重要地位
自由基聚合是高分子合成领域中的一种重要聚合方 法,具有广泛的应用价值。
03
自由基聚合的条件与影响因素
温度的影响
温度对自由基聚合反应速率有显著影响。随着温度升高,反应速 率通常会加快,因为高温可以提供更多的活化能,促进链增长和 链终止反应。
然而,高温也可能导致聚合物的热降解和交联,从而影响聚合物 的质量和性能。因此,选择适当的温度是自由基聚合的关键。
压力的影响
压力对自由基聚合的影响相对较小, 但在某些情况下,高压可以促进聚合 反应的进行。
加聚反应
单体分子之间通过加成反应而连接成高分子化合物 的聚合反应。
自由基聚合
单体分子在引发剂的作用下,形成自由基,再由自 由基引发单体分子聚合,形成高分子化合物的聚合 反应。
自由基聚合的简介
自由基聚合的特点
自由基聚合是一种常见的聚合反应类型,其特点是反应速度快, 可制备高分子量聚合物,且可以通过调节反应条件来控制聚合物 的分子量和分子结构。

3-自由基聚合

3-自由基聚合

烯类单体:单烯、双烯、炔 单体种类 羰基-C=O 化合物:醛、酮、酸
杂环化合物
属于热力学可能的单体,机理却有所差异。
9
乙烯基单体对聚合方式的选择 ???
CH 2 CHX
取代基X的种类、性质、数量和极性 决定了单体对活性种的选择性。
定性分析取代基的电子效应(诱导效应、共轭 效应)及位阻效应对聚合机理的选择。
硝基乙烯
偏二腈乙烯
18
2) 共轭效应 带有共轭体系的烯类如苯乙烯、甲基苯乙烯、
丁二烯及异戊二烯,π- π共轭,p电子云流动性大,
易诱导极化,可随进攻试剂性质的不同而取不同的 电子云流向,能按三种机理进行聚合。
苯乙烯
苯乙烯
19
烷基乙烯基醚 从诱导效应:烷氧基具有吸电子性,
但氧上未共用电子对能和双键形成p-π共轭,使双键
15
c
取代基为吸电基团
如腈基、羰基、酯基、羧基、醛基、酮基等使
双键电子云密度降低,并使阴离子共轭稳定
B
δ+
CH2=CH
BCH2
C Y
Y
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• 许多带吸电子基团的烯类单体,如丙烯腈、丙
烯酸酯类能同时进行阴离子聚合和自由基聚合。
17
• 若基团的吸电子倾向过强,如硝基乙烯、偏二腈乙
烯等,只能阴离子聚合。
⑩烷基 11 苯基 12甲基 13氢
带推电子取代基,活泼自由基
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3.4.2
自由基聚合机理
(1)链引发chain initiation
(2)链增长chain propagation
(3)链终止chain termination (4)链转移chain transfer
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共聚物的四种类型

共聚物的四种类型

共聚物的四种类型
共聚物的四种类型分别为:
无规共聚物、交替共聚物,嵌段共聚物,接枝共聚物。

由两种或两种以上单体共同参加的聚合反应,称做共聚合,所形成的聚合物含有两种或两种以上单体单元,这类聚合物称做共聚物又称为共聚体。

如丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯的共聚物。

根据各种单体在共聚物分子链中排列方式,可分为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物。

交替共聚物(Alternating copolymers):共聚物中两结构单元A和B严格交替相间,两者在共聚物中的摩尔分数均约为50%。

无规共聚物(Random copolymers):共聚物中两结构单元A和B随机出现,其中A和B 自身连续的单元数不多,一般在几个到十几个。

从统计上看,无规聚合物的某结构单元在聚合物链上一段的含量等于其在整个聚合物中的含量[3]。

嵌段共聚物(Block copolymers),由较长的只有结构单元A的链段和较长的只有结构单元B的链段构成,其中每一链段可达到几百到几千结构单元。

随着可控自由基聚合反应的发展,出现了梯度聚合物。

其A和B的结构单元的组成随主链的延伸而渐变,不像无规和交替共聚物那样基本不变,也不像嵌段共聚物那样呈现突变关系。

接枝共聚物(Graft copolymers),接枝共聚物在结构上属于支化聚合物,其不仅有主链,还有较长的支链,且主链和支链是由不同的种结构单元组成,主链全部是结构单元A,而支链全部是结构单元B。

有时候,接枝聚合物的主链和支链可能都是共聚物,比如主链是A和B 的无规共聚物,支链是A和B的交替共聚物,整体仍然是接枝共聚物。

自由基聚合的四种方法

自由基聚合的四种方法

自由基聚合的四种方法自由基聚合是一种常用的化学合成方法,它可以通过自由基中间体对单体进行链式反应从而合成高分子材料。

在实际应用中,为了获得具有特定性质的高分子材料,需要选择不同的自由基聚合方法来进行合成。

下面,我们将介绍四种典型的自由基聚合方法。

1.自由基串接聚合该方法是以低分子量二乙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯为反应物,过氧化苯甲酰作为引发剂,通过双键的形式进行反应,得到大分子化合物。

其反应过程如下:(1)引发剂过氧化苯甲酰分解成自由基;(2)自由基与单体形成新的自由基;(3)新自由基与另一单体形成双自由基;(4)重复步骤(2)(3)直到生成高分子。

2.自由基间隙聚合该方法是选取单体,如苯乙烯、丙烯酸酯类等,选取引发剂,通过当两者符合反应条件,进行自由基间隙聚合生成高分子。

其反应过程如下:(1)引发剂引发双倍半胱氨酸生成自由基;(2)自由基与单体结合生成新自由基;(3)新自由基再次结合,两个自由基形成链式反应;(4)链式反应不断重复,生成高分子。

3.自由基复合聚合该方法是指将两种或两种以上的单体进行反应,形成带有相同或不同的官能团的线性、支化或网状高分子。

反应需要选择复合引发剂,以一定的条件对反应体系深度控制。

其反应过程如下:(1)复合引发剂分解出自由基;(2)自由基与不同单体结合;(3)自由基再次分解自由基,反应物不断增加;(4)反应物分子量逐渐增大,直到得到高分子。

4.交联自由基聚合该方法是将具有交联剂作用的单体添加到反应体系中,形成交联结构的高分子。

它可通过单体中的双键进行反应,或者选择交联剂将其两个丙烯酰基与单体聚合,生成的高分子有较好的拉伸性和弹性。

其反应过程如下:(1)引发剂引发单体形成自由基;(2)单体与交联剂进行自由基反应;(3)自由基结构增加,交联结构不断形成;(4)高分子产生,交联不断增强。

总之,自由基聚合是高分子合成中的基本方法,不同的自由基聚合方法对于不同的高分子材料具有不同的优势,因此在实际应用中需要选择合适的自由基聚合方法。

自由基聚合原理

自由基聚合原理

自由基聚合原理自由基聚合是一种重要的有机反应机制,它在许多化学和生物过程中起着关键作用。

自由基是一种具有未配对电子的高度活跃的化学物质,它们对于分子间的化学键形成和断裂具有重要的影响。

自由基聚合原理是指自由基通过链式反应的方式进行聚合,最终形成高分子化合物的过程。

自由基聚合反应一般由三个步骤组成:起始、传递和终止。

起始步骤是指一个自由基引发剂与单体反应形成自由基,这个自由基可以进一步引发下一个反应。

传递步骤是指自由基与单体发生反应,形成一个新的自由基,这个新的自由基又可以引发下一个反应。

终止步骤是指两个自由基相遇并结合,形成一个非活性的化合物,从而终止聚合反应。

自由基聚合原理在合成高分子材料、生物大分子以及有机合成中具有广泛的应用。

例如,聚乙烯和聚丙烯是常见的塑料材料,它们通过自由基聚合反应合成。

在这个过程中,乙烯和丙烯单体与自由基发生反应,形成线性的高分子链。

这些高分子链可以进一步交联或加工成各种形状和用途的塑料制品。

自由基聚合原理也在生物体内发挥着重要的作用。

例如,DNA的复制过程中,自由基聚合反应是必不可少的。

DNA中的四种碱基(腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶)通过自由基聚合反应形成DNA链。

这个过程保证了遗传信息的传递和继承。

自由基聚合原理不仅在化学和生物领域有广泛应用,还在有机合成中发挥着重要作用。

有机合成中的自由基聚合反应通常是通过引发剂或光照来启动的。

这些反应可以高效地合成各种有机化合物,如药物、染料和天然产物。

自由基聚合原理是一种重要的化学反应机制,它在合成高分子材料、生物大分子以及有机合成中起着关键作用。

通过自由基聚合反应,可以合成各种有用的化合物,并在生物体内维持生命的正常运行。

了解自由基聚合原理的基本原理和应用,对于推动化学和生物科学的发展具有重要意义。

第四章 自由基共聚合

第四章 自由基共聚合
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(2)增加聚合物品种 某些单体不能均聚,但能与其他单体共聚,从而增加了 聚合物的品种。 例如马来酸酐是1, 2取代单体,不能均聚。但与苯乙烯或 醋酸乙烯能很好共聚,是优良的织物处理剂和悬浮聚合分散 剂。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。 (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。
27
例:马来酸酐和醋酸2-氯烯丙基酯共聚
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交替共聚组成曲线
例:60℃时St (r1=0.01)与马来酸酐(r2=0)的共聚合。
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31
32
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小 结
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4.3 共聚物组成与转化率的关系 (1)定性描述 由于共聚单体活性的不同,除恒 比点外,共聚物组成不等于单体组 成,且随着C而变。
2
共聚合反应与共缩聚反应的区别 共缩聚:含同种基团的两种单体与另一种基团单体的 缩聚。
n n
连锁聚合机理:自由基共聚、离子共聚、配位共聚 合,结构单元与单体元素组成完全相同。
CH2 CH + O CH C O CH C O O [ CH2 CH CH C O CH C O ]n
3
单体种类多少:二元共聚合、三元共聚合等,依此类推。 二元共聚合的理论研究较系统深入,而三元及三元以上共 聚合复杂,理论研究很少,但实际应用的例子颇多。 2、共聚物的类型和命名 二元共聚物根据两单体单元在分子链上的排列方式可分 四类: 无规共聚物(Random Copolymer) 交替共聚物(Alternating Copolymer) 嵌段共聚物(Block Copolymer) 接枝共聚物(Graft Copolymer)

自由基聚合

自由基聚合

笼蔽效应伴随副反应。
例如:AIBN 和 BPO 的分解。
引发剂效率与单体、溶剂、引发剂、温度、体 系粘度等因素有关。
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5. 引发剂的选择

其它引发作用
一、热引发聚合
热聚合:指不加引发剂,有些烯类单体在热的作 用下,活化产生游离基并进行的聚合反应。
例如:苯乙烯的三分子机理如下:
(苯乙烯的热引发聚合已工业化,多在120 ℃以上进行。)
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二、聚合热(焓)和自由能 大部分烯类单体的都有可能聚合。
聚合熵: − 100 ~ −120 J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 聚合焓: − ΔH > 40 kJ ⋅ mol −1 聚合温度:T = 50 ~ 100℃
聚合热的影响因素:
( ( ) )
①位阻效应:取代基的位阻效应将使聚合热降低 ②共振能和共轭效应:共振使内能降低,从而使聚 合热降低 ③强电负性取代基的影响:F、Cl、NO2等强电负 性基团将使聚合热增加 ④氢键和溶剂化的影响:氢键会使聚合热降低
如丙烯酸甲酯:
2. 光引发剂引发:光引发剂吸收光后,分 解成自由基,而后引发烯类单体聚合。
例如:AIBN、BPO
3. 光敏剂间接引发:光敏剂吸收光能后, 将光能传递给单体或引发剂,而后引发
能直接受光照发生聚合的单体一般是一些含有光敏基团 的单体,如丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸(酯)、苯乙 烯等。
聚合。
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链增长存在微结构问题:
一个增长链自由基对单取代(或1,1–取代)单体的进 攻,有两种可能:
3. 链终止(双基终止):
偶合终止:
歧化终止:
结构单元的键接方式受电子效应和位阻效应的影响, 以“头-尾”键接为主,间有“头-头”( 或“尾-尾” ) 键接。 由于链增长自由基可绕单键自由旋转,因此,自由基聚 合的聚合物多呈无规立构。 终止方式与单体的种类和聚合条件有关。终止方式 不同,大分子链的末端结构也不同。

4 自由基共聚合

4 自由基共聚合

r1 < 1,k11< k12, 表示共聚倾向大于均聚倾向;
r1 > 1,k11 > k12, 表示均聚倾向大于共聚倾向。 r1 = , 表示只能均聚不能共聚;
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理想共聚 是指r1· r2 = 1的共聚反应,分为两种情况:
(1) r1 = r2 = 1,即 k11 / k12 = k22 / k21 = 1 k11 = k12 , k22 = k21 是一种极端的理想情况,表明两链自由基均聚和共 聚增长几率完全相等,将r1 = r2 = 1代入共聚物组成方 [M1] f12 + f1f2 程: d [M1] F1 = = f 或 = 1 2 2
=
k11 [M1•] [M1] + k21 [M2•] [M1]
k12 [M1•] [M2] + k22 [M2•] [M2]
16
根据假定3:
d [M1•] = Ri,1 + k21[M2 •] [M1]-k12 [M1 •] [M2] -R t12-R t11 = 0 dt d [M2•] = Ri,2 + k12[M1•] [M2]-k21 [M2•] [M1] -R t21-R t22 = 0 dt
25
r1 > 0 (接近零),r2 = 0的情况常有,则此时:
15
链增长:
M1 + M1 M1 + M2 M2 + M1 M2 + M2
链终止:
M1 + M1 M1 + M2 M2 程的推导 根据假定2,单体M1和M2的消耗速率分别为:
d[M 1 ] R 11 R 21 k11[M 1][M 1 ] k 21[M 2 ][M 1 ] dt

2.自由基聚合

2.自由基聚合


1,2双取代的烯类化合物,因结构对称,极化程度
低,位阻效应大,一般不能聚合。但有时能与其他单
体共聚,如马来酸酐能与苯乙烯共聚。

三取代、四取代的烯类化合物一般不能聚合,但
氟代乙烯例外。例如:氟乙烯、1,1-二氟乙烯、1,2二氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯均可聚合。 不论氟代的数量和位臵,均极易聚合。
根据引发活性种与链增长活性中心的不同,连锁聚合反应可 分为自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合和配位聚合等。
分解 自由基: AA 2A CH2=CHX CH2=CHX A CH2 CH X H A CH2 C+ B X A CH2 H- + B C X
阳离子
离解 AB
A B
+ -
阴离子
离解 AB
2.1
连 锁 聚 合 反 应 概 述
引发活性种(中心) R* 链增长活性中心
(以乙烯基单体聚合为例)
分解 I 引发剂 R* + H2C CH X R CH2 CH* X 或离解
R CH2 CH* + H2C CH X X
CH2 CH* X 增长链
增长链
终止反应
聚合物链
3.1 2.1
链 式 聚 合 反 应 概 述 连 锁 聚 合 反 应 概 述
由于阴离子与自由基都是富电性的活性种,因此带吸电子 基团的烯类单体易进行阴离子聚合与自由基聚合,如 X = -CN,-COOR,-NO2等; 但取代基吸电子性太强时一般只能进行阴离子聚合。如同时含 两个强吸电子取代基的单体:CH2=C(CN)2 ,CH2=CH NO2等。
2.1 3.1
连 锁 聚 合 反 应 概 述 链 式
虽然电子效应和空间位阻效应都有利于生成头
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自由基聚合机理烯类单体的加聚反应多属连锁聚合,连锁聚合反应由链引发、链增长、链终止等基元反应组成,各步的反应速率和活化能相差很大。

连锁聚合链引发形成活性中心(或称活性种),活性中心不断与单体加成而使链增长(单体之间并不反应),活性中心的破坏就是链终止。

自由基、阳离子、阴离子都可能成为活性中心引发聚合,故连锁聚合又可分为自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合和配位聚合等,其中自由基聚合产物约占聚合物总产量的60%。

热力学上能够聚合的单体对聚合机理的选择是有差异的,如氯乙烯只能自由基聚合、异丁烯只能阳离子聚合、MMA可以进行自由基聚合和阴离子聚合、苯乙烯则可按各种连锁机理聚合。

自由基聚合产物约占聚合物总产量60%以上,其重要性可想而知。

高压聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯类、聚丙烯腈、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、ABS树脂等聚合物都通过自由基聚合来生产。

本节将对自由基链式聚合反应作较详细的讨论。

自由基聚合的基元反应烯类单体的自由基聚合反应一般由链引发、链增长、链终止等基元反应组成。

此外,还可能伴有链转移反应。

现将各基元反应及其主要特征分述如下。

1 链引发链引发反应是形成单体自由基活性种的反应。

用引发剂引发时,将由下列两步组成:(1)引发剂I分解,形成初级自由基R?;(2)初级自由基与单体加成,形成单体自由基。

单体自由基形成以后,继续与其他单体加聚,而使链增长。

比较上述两步反应,引发剂分解是吸热反应,活化能高,约105~150kJ/mo1,反应速率小,分解速率常数约10-4~10-6s-1。

初级自由基与单体结合成单体自由基这一步是放热反应,活化能低,约20~34kJ/mo1,反应速率大,与后继的链增长反应相似。

但链引发必须包括这一步,因为一些副反应可以使初级自由基不参与单体自由基的形成,也就无法继续链增长。

有些单体可以用热、光、辐射等能源来直接引发聚合。

这方面的研究工作不少,苯乙烯热聚合已工业化;紫外光固化涂料也已大规模使用。

2 链增长在链引发阶段形成的单体自由基,仍具有活性,能打开第二个烯类分子的π键,形成新的自由基。

新自由基活性并不衰减,继续和其他单体分子结合成单元更多的链自由基。

这个过程称做链增长反应,实际上是加成反应。

为了书写方便,上述链自由基可以简写成,其中锯齿形代表由许多单元组成的碳链骨架,基团所带的独电子系处在碳原子上。

链增长反应有两个特征:一是放热反应,烯类单体聚合热约55~95kJ/mol;二是增长活化能低,约20~34KJ/mol,增长速率极高,在0.01~几秒钟内,就可以便聚合度达到数千,甚至上万。

这样高的速率是难以控制的,单体自由基一经形成以后,立刻与其他单体分子加成,增长成活性链,而后终止成大分子。

因此,聚合体系内往往由单体和聚合物两部分组成,不存在聚合度递增的一系列中间产物。

对于链增长反应,除了应注意速率问题以外,还须研究对大分子微观结构的影响。

在链增长反应中,结构单元间的结合可能存在“头-尾”和“头-头”或“尾-尾”两种形式。

经实验证明,主要以头-尾形式连接。

这一结果可由电子效应和空间位阻效应得到解释。

对一些取代基共轭效应和空间位阻都较小的单体聚合时头-头结构会稍高,如醋酸乙烯酯、偏二氟乙烯等。

聚合温度升高时,头-头形式结构将增多。

由于自由基聚合的链增长活性中心—链自由基周围不存在定向因素,因此很难实现定向聚合,即单体与链自由基加成由sp2杂化转变为sp3杂化时,其取代基的空间构型没有选择性,是随机的,得到的常常是无规立构高分子,因此该种聚合物往往是无定型的。

3 链终止自由基活性高,有相互作用而终止的倾向。

终止反应有偶合终止和歧化终止两种方式。

两链自由基的独电子相互结合成共价键的终止反应称做偶合终止。

偶合终止结果,大分子的聚合度为链自由基重复单元数的两倍。

用引发剂引发并无链转移时,大分子两端均为引发剂残基。

某链自由基夺取另一自由基的氢原子或其他原子的终止反应,则称做歧化终止。

歧比终止结果,聚合度与链自由基中单元数相同,每个大分子只有一端为引发剂残基,另一端为饱和或不饱和,两者各半。

根据上述特征,应用含有标记原子的引发剂,结合分子量测定,可以求出偶合终止和歧比终止的比例。

链终止方式与单体种类和聚合条件有关。

一般单取代乙烯基单体聚合时以偶合终止为主,而二元取代乙烯基单体由于立体阻碍难于双基偶合终止。

由实验确定,60℃下聚苯乙烯以偶合终止为主。

甲基丙烯酸甲酯在60℃以上聚合,以歧化终止为主;在60 ℃以下聚合,两种终止方式都有。

聚合温度增高,苯乙烯聚合时歧化终止比例增加。

在聚合产物不溶于单体或溶剂的非均相聚合体系中,聚合过程中,聚合产物从体系中沉析出来,链自由基被包藏在聚合物沉淀中,使双基终止成为不可能,而表现为单分子链终止。

此外,链自由基与体系中破坏性链转移剂反应生成引发活性很低的新自由基,使聚合反应难以继续,也属单分子链终止。

工业生产时,活性链还可能为反应器壁金属自由电子所终止。

链终止活化能很低,只有8~2lKJ/mo1,甚至为零。

因此终止速率常数极高[106~108L /(mol·s)]。

但双基终止受扩散控制。

链终止和链增长是一对竞争反应。

从一对活性链的双基终止和活性链—单体的增长反应比较,终止速率显然远大于增长速率。

但从整个聚合体系宏观来看,因为反应速率还与反应物质浓度成正比,而单体浓度(1~l0mo1/L)远大于自由基浓度(10-7~l0-9mo1/L),结果,增长速率要比终止速率大得多。

否则,将不可能形成长链自由基和聚合物。

任何自由基聚合都有上述链引发、链增长、链终止三步基元反应。

其中引发速率最小,成为控制整个聚合速率的关键。

4 链转移在自由基聚合过程中,链自由基有可能从单体、溶剂、引发剂等低分子或大分子上夺取—个原子而终止,并使这些失去原子的分子成为自由基,继续新链的增长,使聚合反应继续进行下去。

这一反应称做链转移反应。

向低分子链转移的反应式示意如下:向低分子转移的结果,使聚合物分子量降低。

链自由基也有可能从大分子上夺取原子而转移。

向大分子转移一般发生在叔氢原子或氯原子上,结果使叔碳原子上带上独电子,形成大分子自由基。

单体在其上进一步增长,形成支链。

自由基向某些物质转移后,形成稳定的自由基,不能再引发单体聚合,最后只能与其他自由基双基终止。

结果,初期无聚合物形成,出现了所谓“诱导期”。

这种现象称做阻聚作用。

具有阻聚作用的物质称做阻聚剂,如苯醌等。

阻聚反应并不是聚合的基元反应,但颇重要。

根据上述机理分析,可将自由基聚合的特征概括如下。

①自由基聚合反应在微观上可以明显地区分成链的引发、增长、终止、转移等基元反应。

其中引发速率最小,是控制总聚合速率的关键。

可以概括为慢引发、快增长,速终止。

②只有链增长反应才使聚合度增加。

一个单体分子从引发,经增长和终止,转变成大分子,时间极短,不能停留在中间聚合度阶段,反应混合物仅由单体和聚合物组成。

在聚合全过程中,聚合度变化较小。

③在聚合过程中,单体浓度逐步降低,聚合物浓度相应提高。

延长聚合时间主要是提高转化率,对分子量影响较小。

④少量(0.01%~0.1%)阻聚剂足以使自由基聚合反应终止。

四种共聚物一无规共聚物无规共聚物(random copolymer)。

单体M1,M2在大分子链上无规排列,两单体在主链上呈随机分布,没有一种单体能在分子链上形成单独的较长链段。

:~~~~~M1 M1M2 M2M2 M1M2 M1M2 M2M1~~~~~目前开发出的共聚物中多数是这一类,如丁二烯-苯乙烯无规共聚物(丁苯橡胶),氯乙烯-醋酸乙烯共聚物等。

聚丙烯无规共聚物也是聚丙烯的一种,它的高分子链的基本结构用加入不同种类的单体分于加以改性。

乙烯是最常用的单体,它引起聚丙烯物理性质的改变。

与PP均聚物相比,无规共聚物改进了光学性能(增加了透明度并减少了浊雾),提高了抗冲击性能,增加了挠性,降低了熔化温度,从而也降低了热熔接温度;同时在化学稳定性、水蒸汽隔离性能和器官感觉性能(低气味和味道)方面与均聚物基本相同。

应用于吹塑、注塑、薄膜和片材挤压加工领域,作食品包装材料、医药包装材料和日常消费品。

二嵌断共聚物嵌段共聚物(block copolymer)又称镶嵌共聚物。

由化学结构不同的链段交替聚合而成的线型共聚物。

交替结合的链段有有规交替和无规交替两种。

嵌段共聚物与共混物和接枝共聚物在结构和性质上是不同的。

它的玻璃化温度由温度较低的聚合物决定的,而软化点却随该温度较高的聚合物而变化,因而处于高弹态的温度范围较宽。

可用阴离子聚合、自由基聚合、络合聚合、缩聚或机械化学等方法制备。

由较长的M1链段和较长的M2链段间隔排列形成的大分子链,根据链段的多少可以分为:二嵌段,如苯乙烯-丁二烯共聚物;三嵌段,如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯;多嵌段共聚物等。

TPEE(热塑性聚酯弹性体)是含有聚酯硬段和聚醚软段的嵌段共聚物。

其中聚醚软段和未结晶的聚酯形成无定形相聚酯硬段部分结晶形成结晶微区,起物理交联点的作用。

TPEE具有橡胶的弹性和工程塑料的强度;软段赋予它弹性,使它象橡胶;硬段赋予它加工性能,使它象塑料;与橡胶相比,它具有更好的加工性能和更长的使用寿命;与工程料相比,同样具有强度高的特点,而柔韧性和动态力学性能更好。

三交替共聚物由二种或多种单体在生成的共聚物主链上单体单元呈交替(或相同)排列的共聚反应。

其产物称交替共聚物。

如:…ABABABAB…。

在进行交替共聚的单体中,有的均聚倾向很小或根本不均聚。

例如具有吸电子基团的马来酸酐(顺丁烯二酸酐)就不均聚;但它能与具有给电子基团的单体(如苯乙烯或乙烯基醚等)进行交替共聚。

又如马来酸酐与具有给电子取代基的1,2-二苯乙烯都不能明显地均聚;但它们却能交替共聚。

所以交替效应实质上反映了单体之间的极性效应。

例如苯乙烯和马来酸酐的交替共聚,是由于有给电子取代基的苯乙烯与有吸电子取代基的马来酸酐之间发生电荷转移而生成电荷转移络合物的结果:取代基吸电子能力不够强的单体(如丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯)与苯乙烯之间只能进行无规共聚;但是如果加入氯化锌,则它能与丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯络合,使这两种单体的取代基的吸电子能力增强,它们都可以与苯乙烯形成1:1的电荷转移络合物,并得到交替共聚物。

四接枝共聚物接枝共聚物(Graft copolymer) :聚合物主链的某些原子上接有与主链化学结构不同的聚合物链段的侧链的一种共聚物,称为接枝共聚物,如接枝氯丁橡胶、SBS接枝共聚物。

所谓接枝共聚是指大分子链上通过化学键结合适当的支链或功能性侧基的反应,所形成的产物称作接枝共聚物。

接枝共聚物的性能决定于主链和支链的组成,结构,长度以及支链数。

长支链的接枝物类似共混物,支链短而多大接枝物则类似无规共聚物。

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