阳离子聚合
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阳离子聚合
汇报结束
谢谢大家! 请各位批评指正
4、 阳离子聚合反应的机理
阳离子聚合反应历程为链引发、链增长和链终止等三个步骤。 1)．链引发
2)．链增长
3)．链终止 • 有很多种反应能够导致正离子聚合反应中生长链的终止。但是，终止反应是否发生动力学链的 终止是一个重要的差别。
9.3 丁基橡胶聚合工艺
1、 生产丁基橡胶的原料、规格
合成丁基橡胶的主要原料： 单体：异丁烯及异戊二烯； 溶剂： 氯甲烷，质量分数为74%~39%； 催化剂： AlCl3，0.2~0.3%（以单体为准）； 共引发剂：水，0.002%（AlCl3为基准）； 相对分子量调节剂：乙烯或丙烯。
6、 生产控制因索
1)．杂质
• 按照其作用原理，杂质可以分为给电子体和烯烃两类。 • 当给电子体杂质含量极少时，与AlCl3生成的络合物可以离解成为活性催化剂；但是，若杂质与AlCl3反 应生成物活性不高，会导致转化率降低。 • 烯烃类杂质：正丁烯的存在可以加剧链转移反应，使分子量降低；而系统内存在二异丁烯时，只有当 催化剂对二异丁烯的比例达到一定的程度之后，聚合才能开始。
阳离子聚合
❖ 共价键均相断裂产生两个自由基，非均相断裂则产生离子。 ❖ 单体类型：乙烯基单体、二烯烃单体以及一些杂环化合物。 ❖ 同样具有链引发、链增长、链转移、链终止等基元反应。 ❖ 不同之处：
▪ 在自由基聚合过程中引发剂种类对链增长反应无影响，但在离子聚合过程中由于对应离子的存在所 以其种类的不同会明显影响增长链末端的性质；
2)．单体浓度和配料比
• 单体浓度过高，反应温度升高很快，反应过于激烈难以控制，容易导致结块，甚至催化剂还未加足 量就被迫停止反应。 • 单体浓度过低时，结冰现象严重，(一氯化碳冰点为 -97.7℃)也不能获得较高的转化率。
阳离子聚合
胺：形成稳定的季铵盐 无引发活性
HMnM (CR) + XA ktr,s HMnMA + X (CR)
苯醌：自由基聚合的阻聚剂， 对阳离子聚合起阻聚作用，将质子转移给苯醌分子， 形成稳定的二价阳离子而终止。
2 HMnM (CR) + O
O
2 HMnM + HO
2
OH
(CR)2
自由基聚合：苯醌的阻聚作用机理
丁基橡胶：氯甲烷为溶剂 －100℃以下，主要向单体转移； －100℃以上，主要向溶剂转移。
拐点
1/T
6.3.5 影响阳离子聚合的因素 （1）溶剂的影响
AB
AB
AB
A +B
共价键
紧密离子对 被溶剂隔开的离子对 平衡离子对(松对)
自由离子
大多数聚合活性种处于平衡离子对和自由离子状态 kp(+) ：自由离子增长速率常数 kp(±) ：离子对增长速率常数 kp(+) > kp(±) 1~3个数量级
因此，阳离子聚合引发体系较少离解成自由离子
（2）反离子
z 反离子对阳离子聚合影响很大。 z 反离子的亲核性
亲核性过强，易与碳阳离子结合，使链终止。
z 反离子的体积 体积大，离子对疏松，聚合速率大。
（3）聚合温度
对聚合速率的影响
kR =
ki kp kt
kR =
Ai Ap At
e-(Ei
+
Ep
-
Et)
丁二烯、异戊二烯等，π电子流动性很大，易诱导
极化，能按上述三种机理进行聚合。
（3）溶剂
自由基聚合
9 影响引发剂的诱导分解和链转移反应。
9 向溶剂链转移，降低分子量 9 笼蔽效应，降低引发剂效率 f 9 溶剂加入，减小了[M]，降低了Rp 9 水也可作介质而进行悬浮、乳液聚合等
4.2 阳离子聚合解析
4.3 阳离子聚合
概述
单体 R X + H2C CH Y R CH2 CH Y X 聚合
抗衡阴离子
与阴离子相似，在阳离子聚合过程中链增长活性中心与抗衡 阴离子之间存在以下离解平衡：
R X 极化 + - 离子化 R R X 极化分子 溶剂化 X R // X 溶剂分离离子对 离解 R +X 自由离子
能否聚合成高聚物，还要求：
阳离子对碳－碳双键有较强的亲合力 增长反应比其它副反应快，即生成的碳阳离子有适 当的稳定性
• 对单体种类进行讨论 (可由单体与质子的亲和力相应 的热焓－△H判断）：
（1） －烯烃
CH2 CH2
－△H( kJ/mol) 640 无取代基，不易极化， 对质子亲和力小，不 能发生阳离子聚合
CH2
CH OR
p- 共轭
诱导效应使双键电子云密度降低，氧的电负性较大 共轭效应使双键电子云密度增加，占主导地位 共振结构使形成的碳阳离子上的正电荷分散而稳定:
H CH2 C O R CH2 H C O R
因此能够进行阳离子聚合
（3）共轭烯烃
如；St，-MeSt，B，I
电子的活动性强，易诱导极化，既能阳离子聚合， 又能阴离子聚合；但聚合活性远不如异丁烯、乙烯 烷基醚，工业很少进行这类单体的阳离子聚合 另外，环内双键也可进行阳离子聚合。
BF3 + H2O
CH3 CH2 C + H (BF3OH) CH3
H (BF3OH)
CH3 CH3
引发剂-共引 发剂络合物
C (BF3OH) CH3
引发剂和共引发剂的不同组合，得到不同的引发 活性。
主引发剂：与其接受电子的能力及其酸性强弱有关。
概述
单体 R X + H2C CH Y R CH2 CH Y X 聚合
抗衡阴离子
与阴离子相似，在阳离子聚合过程中链增长活性中心与抗衡 阴离子之间存在以下离解平衡：
R X 极化 + - 离子化 R R X 极化分子 溶剂化 X R // X 溶剂分离离子对 离解 R +X 自由离子
能否聚合成高聚物，还要求：
阳离子对碳－碳双键有较强的亲合力 增长反应比其它副反应快，即生成的碳阳离子有适 当的稳定性
• 对单体种类进行讨论 (可由单体与质子的亲和力相应 的热焓－△H判断）：
（1） －烯烃
CH2 CH2
－△H( kJ/mol) 640 无取代基，不易极化， 对质子亲和力小，不 能发生阳离子聚合
CH2
CH OR
p- 共轭
诱导效应使双键电子云密度降低，氧的电负性较大 共轭效应使双键电子云密度增加，占主导地位 共振结构使形成的碳阳离子上的正电荷分散而稳定:
H CH2 C O R CH2 H C O R
因此能够进行阳离子聚合
（3）共轭烯烃
如；St，-MeSt，B，I
电子的活动性强，易诱导极化，既能阳离子聚合， 又能阴离子聚合；但聚合活性远不如异丁烯、乙烯 烷基醚，工业很少进行这类单体的阳离子聚合 另外，环内双键也可进行阳离子聚合。
BF3 + H2O
CH3 CH2 C + H (BF3OH) CH3
H (BF3OH)
CH3 CH3
引发剂-共引 发剂络合物
C (BF3OH) CH3
引发剂和共引发剂的不同组合，得到不同的引发 活性。
主引发剂：与其接受电子的能力及其酸性强弱有关。
阳离子聚合、阴离子聚合、自由基聚合
阳离子聚合、阴离子聚合、自由基聚合阳离子聚合阳离子聚合，又称正离子聚合，是指由正离子发生的一种聚合反应。
阳离子聚合的特点是当正离子和水分子发生交互作用时，它们之间会发生强烈的相互作用，形成由水分子和正离子组成的非常紧密的三角形结构，由此而形成的物质称为“阳离子聚合”。
阳离子聚合的反应机理可以通过图示来描述：在正离子和水分子之间发生交互作用时，水分子会在其中形成一个吸引力场，正离子就会被吸引到水分子的表面，并形成一个三角形结构，其中正离子占据两个顶点，水分子占据第三个顶点。
此时，在正离子和水分子之间形成了一种强烈的化学键。
由于水分子和正离子之间的相互作用强烈，因此，当水分子和正离子之间发生聚合反应时，会形成非常紧密的三角形结构，这就是所谓的“阳离子聚合”。
阳离子聚合反应不但能够使不同的正离子结合起来，也能使正离子和脂肪盐、酸盐、碱盐等离子结合起来，从而形成更大的高分子结构。
阴离子聚合阴离子聚合，又称负离子聚合，是指由负离子发生的一种聚合反应。
阴离子聚合的特点是负离子和水分子发生交互作用时，形成的结构是一个具有非常强亲合力的"四方锥"形，由此而形成的物质称为“阴离子聚合”。
阴离子聚合的反应机理可以通过图示来描述：在负离子和水分子之间发生交互作用时，水分子会在其中形成一个吸引力场，负离子就会被吸引到水分子的表面，并形成一个四方锥形结构，其中负离子占据三个顶点，水分子占据第四个顶点。
此时，在负离子和水分子之间形成了一种强烈的化学键。
由于水分子和负离子之间的相互作用强烈，因此，当水分子和负离子之间发生聚合反应时，会形成非常紧密的四方锥形结构，这就是所谓的“阴离子聚合”。
阴离子聚合反应不但能够使不同的负离子结合起来，也能使负离子和脂肪盐、酸盐、碱盐等离子结合起来，从而形成更大的高分子结构。
自由基聚合自由基聚合是指由自由基发生的一种聚合反应，是最重要的一类聚合反应。
自由基聚合的特点是当自由基和另一个物质发生反应时，会形成新的物质，这种物质称为“聚合物”，而原来的自由基则被称为“聚合剂”。
第二章 第三节阳离子聚合反应
3.4 阳离子聚合反应机理 阳离子聚合由链引发、链增长、链终止及链转移四个 主要基元反应所组成。其特点为：快引发、快增长、易转 移、难终止。 3.4.1 链引发 阳离子聚合引发速率很快，活化能Ei=8.4~21kJ/mol， 远低于自由基聚合引发(Ed=105~125kJ/mol)。
3.4.2 链增长 链增长是通过把单体分子连续地插入单体的活性中心 的正负离子间而发生。 1. 单体的反应活性 双键上取代基的给电子性越强，双键电子云密度越高， 越易受亲电试剂进攻，单体活性越高； 但一旦生成链碳阳离子后，给电子取代基分散碳阳离 子的电正性，降低链碳阳离子的活性，起稳定链碳阳离子 的作用，即单体的反应活性与其形成的增长链活性相反。
c. 立体规整度以及立体规整性（全同立构亦 或间同立构）随溶剂极性不同而改变 非极性溶剂有利于立体规整度的提高。 非极性溶剂有利于全同立构的生成，而 极性溶剂有利于间同立构的生成。
4. 阳离子聚合中的异构化反应 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： 3-甲基-1-丁烯的阳离子聚合：
3.5.3 添加某些链转移剂或终止剂(往往是主要终止 方式）
HMnM+(CR)－ + XA → HMnMA + XCR
除碳阳离子外，通常硫、氧阳离子活性都较 低，添加水、醇、酸、酐、酯、醚等，实际上都 能使链终止。 在阳离子聚合中，真正的动力学链终止反应 比较稀少，但又不像阴离子聚合，很难生成活的 聚合物，主要原因在于体系难以做到完全除尽上 述杂质。
ii/ 酸根的亲核性 酸根的亲核性过强，与碳阳离子的离解程度较小，则 不利于单体向离子对插入增长。 如卤化氢的X－亲核性非常强，与碳阳离子之间可以形 成稳定的共价键，所以不能作为阳离子聚合的引发剂使用。 超强酸由于酸性极强，离解常数大，活性高，引发速 率快，且生成的抗衡阴离子亲核性弱，难以与增长链活性 中心成共价键而使反应终止。
第四章2阳离子聚合
+
C
H
稳定正离子的方法
G
C+
G
C+
吸电基团使正 离子不稳定
推电基团使 正离子稳定
2.历史回顾 初步试验
A. 1789年，Bishop R. Watsons, 松节油在酸催化下 生成树脂状聚合物。 B. 1839年，Deville，Friedel-Crafts试剂使苯乙烯聚 合。 C. 1854年，Cannizaro完成了苯甲醇聚合。
（2） IIR聚合工艺流程
无水 AlCl3 浓 AlCl3
T℃
反应釜 －100
PMPa
0.3
闪蒸塔
70
0.14
0.03 CH3Cl及未 反应单体
溶剂 CH3Cl 异丁烯 异戊二烯
真空脱气塔 50－ 60
AlCl3配 制釜
冷 剂 蒸 汽 反应器 闪蒸塔 真空脱 气塔
胶 液
去 分 离
混合罐
丙烯压 缩冷却
*
OCH2CH2
n
*
CH2Cl
OCH2CH2 CH2Cl
CO
n
OCH2CH2
m
ECO
OCH2CHn 2 OCH2CH m CH2Cl OCH2CH CH2
GCO
4 石油树脂 C5树脂； C9树脂 广泛应用于热溶胶、涂料、橡胶添加剂、油漆 等 5聚苯：
AlCl3-H2O-CuCl2
n
6 聚乙烯基醚
2 聚异丁烯
低分子量聚合物 高分子量聚合物
应用：
低分子量和中分子量聚异丁烯可以用作油品添 加剂、胶黏剂、密封剂、涂料、润滑剂、增塑 剂和电缆浸渍剂等 高分子量聚异丁烯可用作塑料、生胶、热塑性 弹性体的添加剂
C
H
稳定正离子的方法
G
C+
G
C+
吸电基团使正 离子不稳定
推电基团使 正离子稳定
2.历史回顾 初步试验
A. 1789年，Bishop R. Watsons, 松节油在酸催化下 生成树脂状聚合物。 B. 1839年，Deville，Friedel-Crafts试剂使苯乙烯聚 合。 C. 1854年，Cannizaro完成了苯甲醇聚合。
（2） IIR聚合工艺流程
无水 AlCl3 浓 AlCl3
T℃
反应釜 －100
PMPa
0.3
闪蒸塔
70
0.14
0.03 CH3Cl及未 反应单体
溶剂 CH3Cl 异丁烯 异戊二烯
真空脱气塔 50－ 60
AlCl3配 制釜
冷 剂 蒸 汽 反应器 闪蒸塔 真空脱 气塔
胶 液
去 分 离
混合罐
丙烯压 缩冷却
*
OCH2CH2
n
*
CH2Cl
OCH2CH2 CH2Cl
CO
n
OCH2CH2
m
ECO
OCH2CHn 2 OCH2CH m CH2Cl OCH2CH CH2
GCO
4 石油树脂 C5树脂； C9树脂 广泛应用于热溶胶、涂料、橡胶添加剂、油漆 等 5聚苯：
AlCl3-H2O-CuCl2
n
6 聚乙烯基醚
2 聚异丁烯
低分子量聚合物 高分子量聚合物
应用：
低分子量和中分子量聚异丁烯可以用作油品添 加剂、胶黏剂、密封剂、涂料、润滑剂、增塑 剂和电缆浸渍剂等 高分子量聚异丁烯可用作塑料、生胶、热塑性 弹性体的添加剂
阳离子聚合名词解释
阳离子聚合名词解释阳离子聚合是指一种物理现象，在水溶液中，溶质的阳离子会与另一种溶质的负离子结合，形成一种新的物质。
阳离子聚合的物理和化学现象是物质化合物的基本机理。
首先，阳离子聚合是一种物理现象，它特别适用于识别水溶液中的复合物。
在水溶液中，溶质的阳离子会与另一种溶质的负离子结合，形成一种新的物质，这就是阳离子聚合。
这一现象是由势场力引起的，可以被定义为：当其中一种离子被另一种离子吸引，它们就会聚合在一起，形成一种新的物质。
如果这些离子是正离子（如硫酸根离子）和负离子（如氯离子），那么当它们聚合时，就会形成一种新的化合物，这就是阳离子聚合。
其次，阳离子聚合的化学现象是原子间的相互作用，有时也被称为“表面结合”，是原子或分子之间结合反应的基本机理。
这一反应是由一种称为“氢键”的相互作用引起的，它是由一种电离力（如硝酸根和氢离子）和两个原子之间的相异氢原子引起的。
氢键是一种不可割裂的强结合，是由原子之间的相异氢原子引起的，可以使分子形成较小的阳离子聚合物。
最后，阳离子聚合在催化剂的作用下，可以促进一种叫做水解反应的化学反应，从而使溶液中的某些物质发生变化。
在水解反应中，催化剂促进某种特定的化学反应，使反应物发生分解。
例如，硫酸根和氢离子可以在水解反应中被分解，形成质子和硫酸根离子。
在这种情况下，硝酸根离子就是一种阳离子，因此，在水解反应中，它可以与另一种负离子结合，形成一种新的物质，这就是阳离子聚合。
总之，阳离子聚合是一种物理现象，它特别适用于识别水溶液中的复合物。
它的化学现象是原子间的相互作用，有时也被称为“表面结合”，是原子或分子之间结合反应的基本机理。
它还可以在催化剂的作用下促进一种叫做水解反应的化学反应，使某些物质发生变化。
因此，阳离子聚合是一种重要的物理现象，也是化合物形成的基本机理。
高分子化学-7(阳离子聚合)
体积大，离子对疏松，聚合速率大。
25º C, S聚合（CH2Cl)2溶剂 Initiator or coinitiator I2 SnCl4-H2O HClO4 kp(L/mol. S) 0.003 0.42 17.0
3. 聚合温度的影响 ER=Ei+Ep-Et
E Xn E p Etr
ER=-21-41.8KJ/mol 易出现低温加速
阳离子：C m=10-2-10-4
自由基 C m=10-4-10-5
低温有利于控制链转移 （或从单体到增长中心负氢离子转移）
H-[-CH2C(CH3)2-]n-CH2C+(CH3)2(BF3OH)-+ CH2=C(CH3)2 CH2=C(CH3)-CH2+ BF3OH-+H-[CH2C(CH3)2]n-CH2CH(CH3)2
CH2=CH-OR + 2I2 ICH2-CHI OR
I2
ICH2-CHI3 OR
+
-
or
I2 + CH2=CH-OR
I CH=CH + HI OR
在HI中加Lewis酸: HI + ZnX2(SnX2)或HI+I2
CH-I R
I2
ZnI2
CH I3 R CH2=CH R + CH I ZnI2 R CH2=CH R
(CH3)3C+(AlCl4)-
(CH3)3C+(AlCl4)- +фCH=CH2→ (CH3)3C CH2CH+ф(AlCl4)-
a. (C6H5)3CCl+SbCl5→(C6H5)3C+SbCl6Cl + SbCl5
+
6-2离子聚合-阳离子聚合
6.3.2 阳离子聚合单体：电子和空间效应
a.
具有推电子性的烯类单体 b. 环状含氧醚等（如THF）—— 开环聚合 c. 甲醛 CH2=O
H
A B
A+ 为阳离子活性中心（碳阳离子，氧鎓离子），难以孤立 存在，往往与反离子形成离子对。 B－ 为反离子，又称抗衡离子 （通常为引发剂碎片， 带反电荷）。
活性中心
离子聚合
(Ionic Polymerization)
6.3 阳离子聚合反应 （Cationic Polymerization)
6.1 离子聚合反应概述 6.2 阴离子聚合反应 (Anionic Polymerization) 6.3 阳离子聚合反应 (Cationic Polymerization) 6.4 离子聚合与自由基聚合区别
常用的引发剂都是亲电试剂
阳离子聚合 引发方式
引发剂生成阳离子，引发单体生成碳阳离子 电荷转移引发，即引发剂和单体先形成电荷 转移络合物而后引发
共轭烯烃
聚合活性远不如异丁烯、乙烯烷基醚，工业很少进行这类 单 体的阳离子聚合
基本原则： 离子聚合的工艺要求较高，故能用自由基 聚合的，尽可能不采用离子聚合。
链终止
离子聚合的增长活性中心带有相同的电荷，不能 离子聚合的增长活性中心带有相同的电荷，不能 双基终止，只能发生链转移终止或单基终止，也 双基终止，只能发生链转移终止或单基终止，也 可人为添加终止剂终止
• 与反离子加成终止： 与反离子加成终止：反离子的亲核性较强时
CH2 CH2 C CH3
z
OOCCF3
CH C2H5
p-π 共轭
H2C CHOR ..
..
..
R 1CH2
C
阳离子聚合
9
BF3 H2O
H+(BF3OH)-
X CH2 C Y H+(BF3OH)-
X [ CH2 C H+(BF3OH)- ] Y
X
CH3 C (BF3OH)
Y
BF3-H2O引发体系的引发机理
10
共引发剂共有两类：一类是质子供体，如H2O, ROH, RCOOH，HX等；另一类是碳阳离子供体，
如RCl, RCOX, (RCO)2O, ROR等。
H [ CH2 C ] n CH2 C CH3 CH3
H [ CH2 C ] n CH2 C CH3 CH3
H3O
(BF3OH)
形成的氧鎓离子活性低，不能再引发聚合。 阳离子聚合的特点：
快引发，快增长，易转移，难终止。
30
6.2.3 阳离子聚合动力学 (the kinetics of cationic polymerization)
1
6.2.1 阳离子聚合的单体 (the monomer of cationic polymerization)
（1）α- 烯烃 (α-olefin) 能用于阳离子聚合的单体有烯类化合物、羰基 化合物、含氧杂环化合物等，以烯类单体为重点。
原则上，具有推电子取代基的烯类单体都可进
行阳离子聚合。但实际上能否进行阳离子聚合取决
止反应和动力学链终止的链终止反应两类。
23
（1）动力学链不终止
（i）自发终止（向反离子转移终止）
增长离子对重排导致活性链终止成聚合物，再
生出引发剂－共引发剂络合物，继续引发单体，动
力学链不终止。
CH3 CH3 (BF3OH) CH3 CH3 CH2 + H (BF3OH)
高分子化学7(阳离子聚合)
聚合反应分类
根据聚合机理，聚合反应可分为连锁 聚合和逐步聚合。阳离子聚合属于连 锁聚合的一种。
根据聚合物的结构和性能，聚合反应 可分为均聚合、共聚合和嵌段聚合等 。阳离子聚合可用于制备均聚物和共 聚物。
02
阳离子聚合基本原理
阳离子聚合的机理
01
02
03
链引发
引发剂在阳离子作用下形 成活性中心，引发单体聚 合。
高分子化学7(阳离子聚合)
• 引言 • 阳离子聚合基本原理 • 阳离子聚合的单体 • 阳离子聚合催化剂 • 阳离子聚合的影响因素 • 阳离子聚合的应用 • 结论
01
引言
主题简介
01
阳离子聚合是一种通过阳离子引 发的高分子聚合反应，其特点是 聚合过程中聚合物链带有正电荷 。
02
阳离子聚合在工业生产中具有重 要应用，如合成橡胶、塑料、涂 料等。
动力学参数的确定
通过实验数据拟合动力学方程，求得反应速率常数、活化能等动力 学参数。
阳离子聚合的活化能
活化能的概念
01
指引发聚合反应所需的最低能量。
活化能的影响因素
02
引发剂类型、单体类型、溶剂极性等。
活化能与聚合速率的关系
03
活化能越高，聚合速率越快；反之，活化能越低，聚合速率越
慢。
03
阳离子聚合的单体
选择依据
选择催化剂时应考虑其活性、稳定性、毒性等因素，以及聚合物的性能要求和 生产成本等因素。
05
阳离子聚合的影响因素
温度和压力的影响
温度
阳离子聚合反应是放热反应，温度升高会导致聚合速率增加，但同时也会加速聚 合物链断裂，影响聚合物分子量。因此，需要选择适当的温度以获得高分子量聚 合物。
阳离子聚合
可得自发终止的阳离子聚合速率方程：
Rp=kpc(HMnM (CR) )c(M)
kpkiKc(C)c(HR)c(M)2 Rp = kt
• • ② 成键终止 成键终止动力学方程与自发终止相当,式(4.5)同样适用。 (4.5)
• 式 (4.5) 是假定引发过程中 , 控制引发速率的是配合物与单 体加成生成活性单体的反应,结果聚合速率与单体浓度的二次 方成正比。 • 若
• • •
⒉ 链增长反应 ⑴ 用Lewis酸作引发剂的链增长反应
H CH2
CH3 CH3 C (BF3OH) + n CH2 C CH3 CH3
CH3 CH3 C ]nCH2 C (BF3OH) CH3 CH3
H [ CH2
4.2
阳离子聚合
写成通式:
HMnM (CR)
•
+ M
kp
HMn+1M (CR)
4.2
阳离子聚合
•
⒋ 其它能产生阳离子的物质
• 如卤素中I2、氧翁离子、高氯酸盐[CH3CO(ClO4)]、砷酸盐 [(C6H5)3C(SbCl6)]、[C7H7(SbCl6)]和高能射线等。 • 三、 阳离子聚合反应的机理 • 阳离子聚合也属于连锁聚合的范畴。 • 聚合的全过程也分为链引发、链增长、链终止和链转移等基 元反应。 • ⒈ 链引发反应 • 链引发反应是形成增长活性中心的过程。 • 链引发反应随所用引发剂、单体及反应条件的不同，引发机 理有很大的差别。 • ⑴ 用含氢酸引发 CH3 CH3 • H A + CH2 C H CH2 C A CH3 CH3
CH2 O O CH2 O
三聚甲醛
O H C H
甲醛
O
CH2 CH2
第二节___阳离子聚合
1 2 3
60 80 100
1、阳离子聚合；2、自由基聚合；3、 阴离子聚合
二、阳离子共聚 以乙烯基醚类和异乙烯最为活泼。单体的反应活性取 决于双键上取代基的供电子能力。取代基供电子能力 越强，双键上电子密度就越大，单体活性就越大，越 有利于阳离子共聚，生成的 C + 与取代基共振，其稳定 性增加。单体的活性顺序为： 乙烯基醚类 > IB > St > IP > BD 若 St 的苯环上带有不同取代基时，它们对 St 活性的 影响遵循Hammett方程：
（三）链终止 不能双基终止 C + 活性高（有空轨道），易发生链转移终止，即与亲 核试剂发生电荷转移。 1、动力学链不终止 （1）向单体转移终止
CH 3
CH 3
+ M −1 −2
H+
CH 2 − C + B − + CH 2 = C
CH 3
CH 3
• M
CH 3 CH 2 − C = CH 2 + CH 3 − C + B − CH 3 CH
−
AlCl3 + HCl → H
+
[ AlCl4 ]
−
有两类共引发剂： 一是能析出质子的物质：H 2O ROX HX RCOOH
RX 二是能析出碳阳离子的物质： RCOX ( RCO) 2 O 等
主引发剂和共引发剂共同组成引发体系。主引发剂 和共引发剂的比例很重要，用量的最佳比例随采用 的引发体系而变化，下面的图说明了共引发剂的重 要性，若没有共引发剂，R p = 0 。 阳离子引发剂，无论是质子酸或引发体系都可用 H + B − 表示。 路易斯酸+共引发剂
高分子化学阳离子聚合.pptx
向单体链转移为主：
Xn
Rp Rtr .M
kp k tr .M
1 CM
向溶剂或链转移转移为主： X n
Rp Rtr .S
1 CS
[M ] [S]
1 Xn
k
kt p[M
]
CM
Cs
[S] [M ]
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苯乙烯阳离子聚合[H2SO4-(CH2Cl)2]和自由基聚合动力学参数
参数
阳离子
自由基聚合
[C*] mol/l
10-3
10-8
Kp l/mol.S ktr,m l/mol.S
kt
Kp/kt
7.6
1.2×10-1
自发终止 4.9×10-2(S-1)
102
10 107(l/mol.S) Kp/kt 1/2 10-2
第26页/共34页
五. 影响阳离子聚合的因素
1、 反应介质（溶剂）的影响
A B A B A B A B 共价键 离子对 离子对 自由离子
H-[-CH2C(CH3)2-]n-CH2C(CH3)=CH2 + (CH3)3C+BF3OH+ H-[-CH2C(CH3)2-]n-CH=C(CH3)2
阳离子：C m=10-2-10-4 自由基 C m=10-4-10-5 低温有利于控制链转移
（或从单体到增长中心负氢离子转移）
H-[-CH2C(CH3)2-]n-CH2C+(CH3)2(BF3OH)-+ CH2=C(CH3)2
羰基化合物： HCHO
第4页/共34页
二 、阳离子聚合的引发体系
1. 质子酸：
H2SO4, H3PO4, HClO4, Cl3CCOOH
阳离子聚合
用水做溶剂会终止反应 较小
＜0 ℃或室温
较小
＜0 ℃ －70～－100℃
难终止、难转移 向单体、反 链终止方式 双基终止 离子、链转 链转移终止 形成活性分子 移剂终止 阻聚剂种类 氧、DPPH、 极性物质水、醇， 极性物质水、醇
苯醌
酸性物质，CO2
碱性物质，苯醌
聚合方法
常规四大方法
本体、溶液
EtCH2—C+H(AlCl4)-
CH2 CH
CH CH3
CH3
AlCl3 EtCl H3C
CH CH3
CH2—CH H (AlCl4) C H3C CH3 负氢转移
(CH2—CH)n CH H3C CH3
Ⅰ
CH3 CH2 —CH2 —C+(AlCl4)CH3 1,3聚合 CH3 CH2 —CH2 —C— n
温度下降，kp降低， 重排机会增加，Ⅱ成 份也增加。 温度/℃ Ⅱ% 0 83 -80 86 -130 100
Ⅱ
CH3
3、链终止和链转移
阳离子聚合通常为链转移终止或单基终止
1、链转移终止： （1）向单体转移：活性中心向单体分子 转移，生成的大分子含有不饱和端基，同 时再生出能引发的离子对，动力学链不终 止
是阳离子聚合的引发剂，其中
A
为引发剂的
紧靠活性中心的引发剂碎片，与活性中心所带电荷相反， 称反离子或抗衡离子。
二、阳离子聚合的单体一般有三类：
①取代基有足够供电性的烯类单体：
②含有有孤对电子的杂原子的不饱和化合物与 O 环状化合物，如： ，CH2O 等 ③共轭烯烃
CH3 CH 2=C CH=CH2
• 成功引发聚合反应的条件：
①酸要有足够的强度产生质子H＋，故弱酸不行 ②酸根的亲核性不能太强，否则会与活性中心结合成共价键 而终止
阳离子聚合
引发过程：
• 引发剂与共引发剂的聚合催化活性： • 主引发剂的活性与其接受电子的能力有 关； BF3＞AlCl3＞TiCl4＞SnCl4 AlCl3＞AlRCl2＞AlR2Cl＞AlR3 • 与共引发剂的酸性强度有关，酸性强度 降低，活性下降； • HCl＞HAc＞C2H5NO2＞Phenol＞H2O＞CH3OH ＞CH3COCH3 • 二者具有一种最佳搭配方式。 异丁烯以BF3为引发剂时，共引发剂的活性 比为：水: 醋酸: 甲醇＝50 : 1.5 : 1
CH3 CH2 —CH2 —C+(AlCl4)CH3 1,3聚合 CH3 CH2 —CH2 —C— CH3 n
温度下降，kp降低，重 排机会增加，Ⅱ成份也 增加。 温度/℃ 0 -80 -130 Ⅱ% 83 86 100
Ⅱ
6.2.3 阳离子聚合的机理
三、链终止和链转移 阳离子聚合通常为链转移终止或单基终止
Rp=K·i·p· k k [C]· [RH]· [M]/ktrm
5-6
Xn=Rp/Rtrm=1/CM
5-9
6.2.4 阳离子聚合动力学 综合 1/ Xn=kt/kp[M]+CM+Cs[S]/[M] 5-8 4 与自由基聚合比较 阳离子 Rp ∝ [C], Xn与引发剂浓度无关 自由基 Rp ∝[I]1/2, Xn ∝[I]1/2 5 局限性 • 稳态假设问题一般Ri〉Rt
CH3 CH 3 C + BF3OH CH3 + CH2 CH3 C CH3 CH3 CH3 C + CH3
CH2
BF 3OH CH3 C
+
-
CH3 CH3 C CH 2 CH3 M CH3 CH3 C CH2 CH3
阳离子聚合名词解释
阳离子聚合名词解释阳离子聚合是一种有机化学过程，是一种由氧原子和阳离子结合而成的聚合反应。
它是肽链的组装过程，也是大分子的形成过程。
阳离子聚合反应分为了三步，即搅动步、疏水步和结合步。
在搅动步中，阳离子被搅动形成分子极性，而在疏水步中，疏水性气体助剂或者有机溶剂被用来减少水分子之间的亲合力；最后在结合步中，阳离子被拉跟被结合，并由水分子活化形成水溶性的产物。
阳离子聚合的应用非常广泛，在生物领域里它被用来构建蛋白质和核酸分子，也可以用来形成复杂的聚合物。
在药物制剂的开发过程中，它被用来制备经口服用的药物，其中聚合物的作用可以通过调整分子大小、表面活性及溶剂性等来改善药物的稳定性、溶解度及肠溶机制。
此外，阳离子聚合还被用来制备无机颗粒、光学膜和基础材料，以及各种新型催化剂和聚合物材料等。
在阳离子聚合过程中，分子表面活性剂被用来改变表面活性。
它们能够减少水分子之间的亲和力，这样就可以提高有机结构的稳定性和灵敏度。
此外，它们还能够抑制水溶性溶剂的凝固，并促进溶质的溶解度。
阳离子聚合的另一个有用的特征是它可以在室温下进行，不需要高温或有毒的溶剂催化剂，因此它是一种安全、简单、快速、高效的反应。
然而，有时过度的搅动可能会破坏结构，或者有机溶剂的过量使用可能会导致反应产物的不纯。
另外，它们还可以用来制备微纳米技术中的核心材料，如碳纳米管、氧化物纳米管、金纳米粒子等。
这些纳米材料具有独特的物理性质和化学性质，可以用于制备更多的新型材料。
总的来说，阳离子聚合是一种重要的有机化学过程，在生物领域和药学研究中，它被广泛应用于蛋白质、核酸、药物及各种纳米材料的制备。
它为有机化学发展提供了广阔的发展前景，因此它将在未来发挥更大的重要作用。
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❖ 工业中主要采用淤浆法。以强极性氯代甲烷作溶 剂，它能溶解单体，但不溶解聚合物。
❖生成的聚合物能成为细小颗粒分散于溶剂中形成淤浆状，这 样可减少传热阻力，快速聚合，从而可提高生产能力。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
❖ 7.2.2 聚合体系各组分及作用 ❖ 一、聚合单体
❖ 异丁烯，无色气体，熔点-140.3℃， 沸点-6.9℃，易聚合，可 爆炸极限1.7%-9.0％(体积分数)。异丁烯具有窒息、弱麻醉和弱 刺激性质。
(1) 向反离子转移（自发终止或向反离子转移终止）
CH3 ～CH2－C|＋［BF3OH］－ →
|
CH3
CH2
||
～CH2－C ＋ H＋［BF3OH］－
|
CH3
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
链转移
（2）向溶剂的链转移
CH2 CH2 X + Ph
+H2C CH Ph
CH2 CH Ph
+ CH3 CH2X Ph
❖ 异丁烯与少量异戊二烯（1～5％）的共聚物。 ❖ 粘均分子量20-40万，分布指数为 2.5-3 。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
❖ 透气性是烃类橡胶中最低的，作为内胎及电绝缘层。
❖ 由于异戊二烯量少，使硫化速度降低，妨碍了丁基橡胶 与轮胎常用的高不饱和橡胶的共硫化。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
引发剂的配制有常温配制法和低温配制法两种常 用方法。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
二、聚合
冷却至-100℃左右的单体溶液和催化剂溶液分别送 入聚合反应釜，开动搅拌，聚合反应开始，迅速生成聚 合产物，聚合物在氯甲烷中析出形成颗粒状悬浮浆液。 反应热由通入反应釜内冷却列管液态乙烯带出。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
什么作为冷却介质？ 4. 含水胶粒的干燥分哪三个步骤？ 5. 如何抑制链转移反应？为什么？ 6. 温度升高分子量如何变化？ 7. 单体中异戊二烯含量增加，丁基橡胶不饱和度和分子量如何变
化？
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
第二节 阳离子聚合机理制备丁基橡胶 7.2.1 丁基橡胶
丁基橡胶是异丁烯和少量异戊二烯的线形无规共聚物。
聚合转化率
异丁烯7595%（质量）； 异戊二烯4585%（质量）
丁基橡胶的不饱和度 大于 1.5%(摩尔)
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
工艺特点
在氯代烃中，异丁烯和异戊二烯的聚合是沉淀聚合，体 系粘度低，聚合热方便移出，且便于聚合物物料的强制 循环和输送；聚合物具有较为理想的分子量和分布。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
单体等组分的精制与配制
阳离子聚合工艺
聚合 未反应单体与溶剂的分离、回收
产物后处理
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.4 .2 影响因素
溶剂
阳离子聚合影响因素
温度
(一) 溶剂 阳离子聚合不能用水作为反应介质，工业 上采用本体聚合或溶液聚合。阳离子聚合一般在较低温度 下进行，此时，溶剂必须保持较低的粘度，可以采用选择 混合溶剂。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
二、溶剂
溶剂采用一氯甲烷，无色易液化气体，加压液化贮存于钢瓶 中。氯甲烷的熔点−97.7℃，沸点−24℃， 有麻醉作用，易燃， 加热或遇火焰生成光气。与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 8.1-17.2%(体积）。腐蚀铝、镁和锌。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺 二、溶剂
链增长反应活化能与链引发一样很低，因此增长速率 很快；同时也容易发生链转移，需在-100 ℃左右低温下 进行方可提高分子量。
反应活化能为负值时，聚合速率随温度降低而加快， 这是阳离子聚合特有的现象。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
阳离子聚合的特点
链增长过程中，有时发生分子内重排、转移、异构化。
只能单基终止或链转移终止，实际生产过程中常采 用外加终止剂的方法。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
丁基橡胶的结构
丁基橡胶的大分子链为线形结构，基本上没有支 链，大分子链上异丁烯以头尾相连为主，异戊二 烯以反式1,4-结构为主，聚集态结构为无定型。
在一般情况下，无定型丁基橡胶的玻 璃化温度约为-70℃，拉伸下能结晶。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
❖ 大分子链中的不饱和度为3.0%左右。
燥方法。
气态单体 水蒸汽 乙二醇
干燥剂
气态单体
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
四、产物的分离及后处理
经脱除未反应单体及溶剂的聚合物淤浆液，含有丁基橡胶 胶粒、水、少量未除尽的单体和溶剂。
气态单体 水蒸汽
丁基橡胶粒 水
少量单体 溶剂
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
四、产物的分离及后处理
进入真空脱气塔，脱除残余氯甲烷及未反应单体。为防止胶粒 粘结和热老化，在真空脱气塔内加入1.5%分散剂和0.3%防老剂， 或抗氧剂。真空脱气塔内装有搅拌器，操作真空度为30kPa，温 度5060℃。
增长过程中，可能有异构化，故聚合需低温。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
链引终止
添加某些链转移剂 HMnM (CR) XA ktr,s HMnMA XCR
添加某些链终止剂
2HMnM(+ CR)- + O
加醌 O Mn+1 +[HO
OH]2+(CR)-2
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
链转移
三、溶剂及未反应单体的回收
聚合后的淤浆液从聚合釜上部导出管溢流入盛有
热水的闪蒸罐，在搅拌中与热水和蒸汽接触，未反应的
单体和溶剂从塔顶蒸出。
气态单体 水蒸汽
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
三、溶剂及未反应单体的回收
从闪蒸器出来的单体及溶剂混合蒸气可两步方法进行脱
水干燥，第一是用乙二醇吸收，第二是采用固体吸附干
一氯甲烷仅能溶解单体，不能溶解聚合物。聚合物以细颗粒
状分散于溶剂中呈淤浆状。
一氯甲烷纯度要＞95%。水、醚、醇和氨等极性物质都会使
引发剂失去活性。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
三、引发剂
工业上丁基橡胶的合成采用AlCl3为主引发剂，引 发时须加入少量水分作为助引发剂。
氯化铝对皮肤、粘膜有刺激作用。 氯化铝要密封阴凉干燥保存，使用时谨慎小心。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.2.3 聚合工艺过程
项目
合成工艺条件
共聚单体投料比
异丁烯/异戊二烯，约97/3（质量）
单体浓度Βιβλιοθήκη 异丁烯，2540％（质量）； 异戊二烯，0.751.2％（质量）；
溶剂及用量
一氯甲烷，5974％（质量）
引发剂
三氯化铝，0.20.3％（质量）；少量水
聚合温度
约-100℃
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
碘
化
碘分子可以歧化为离子对引发阳离子聚合。
氢
与
碘
的
引
此外，高氯酸盐、三苯基甲基盐等稳
发
定的阳离子盐也可引发阳离子聚合。
剂
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.4 阳离子聚合的工艺及影响因素
7.1.4 .1 聚合工艺 阳离子聚合不能用水作为反应介质，工业上采用本 体聚合或溶液聚合。
❖ 异丁烯，纯度99%以上。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
❖ 7.2.2 聚合体系各组分及作用 ❖ 一、聚合单体
❖ 异 戊 二 烯 ， 是 合 成 橡 胶 的 重 要 单 体 。 熔 点 -120℃ ， 沸 点 34.07℃，常温下为无色易挥发、刺激性油状液体，不溶于水。爆 炸极限>1.6%。因含有共轭双键，化学性质活泼。 ❖ 异戊二烯，纯度约98%。
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第七章 阳离子聚合原 理及其合成工艺
本节课重点
1. 阳离子聚合的定义 2. 阳离子聚合过程四个基元反应 3. 通过阳离子聚合要获得高分子量聚合物，该如何控制反应？为 什么？ 4. 什么是阳离子聚合特有的现象？ 5. 链增长过程中结构发生哪些变化？ 6. 常用的引发剂有哪四种？ 7. 实际生产过程中常采什么方法终止反应？ 8. 引发机理是什么？ 9. 对质子酸引发剂有何有求？
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
(3) 向单体的链转移
链转移
CH3 ～CH2－C|| ＋［BF3OH］－＋
CH3
CH3 |
CH2＝C → |
CH3
CH2
CH3
|| ～CH2－C
＋
CH3－C| ＋［BF3OH］－
|
|
CH3
CH3
低温有利于控制链转移
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
阳离子聚合的特点
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.1 阳离子聚合反应
阳离子聚合是借阳离子引发剂使单体形成阳离 子引发中心，通过连锁反应机理进行链增长，形成 的增长链端基带有正电荷的聚合反应。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.1 阳离子聚合反应
聚合过程
链引发 增长 转移 终止
引发活化能低，几乎瞬 间完成，形成阳离子活性中 心，单体不断插入到碳正离 子和反离子中间进行链增长， 形成长链聚合物。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.4 .2 影响因素
(二)温度
阳离子容易发生向单体、溶剂的链 转移，聚合温度高，分子量下降。
为了合成高分子量的聚合物， 必须在很低的温度下进行。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.5 阳离子聚合的工业应用
高分子合成工业中应用阳离子聚合反应生产的 聚合物主要品种有聚异丁烯、丁基橡胶、聚甲 醛、聚四氢呋喃、聚乙烯亚胺、功能聚合物等。
❖生成的聚合物能成为细小颗粒分散于溶剂中形成淤浆状，这 样可减少传热阻力，快速聚合，从而可提高生产能力。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
❖ 7.2.2 聚合体系各组分及作用 ❖ 一、聚合单体
❖ 异丁烯，无色气体，熔点-140.3℃， 沸点-6.9℃，易聚合，可 爆炸极限1.7%-9.0％(体积分数)。异丁烯具有窒息、弱麻醉和弱 刺激性质。
(1) 向反离子转移（自发终止或向反离子转移终止）
CH3 ～CH2－C|＋［BF3OH］－ →
|
CH3
CH2
||
～CH2－C ＋ H＋［BF3OH］－
|
CH3
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
链转移
（2）向溶剂的链转移
CH2 CH2 X + Ph
+H2C CH Ph
CH2 CH Ph
+ CH3 CH2X Ph
❖ 异丁烯与少量异戊二烯（1～5％）的共聚物。 ❖ 粘均分子量20-40万，分布指数为 2.5-3 。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
❖ 透气性是烃类橡胶中最低的，作为内胎及电绝缘层。
❖ 由于异戊二烯量少，使硫化速度降低，妨碍了丁基橡胶 与轮胎常用的高不饱和橡胶的共硫化。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
引发剂的配制有常温配制法和低温配制法两种常 用方法。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
二、聚合
冷却至-100℃左右的单体溶液和催化剂溶液分别送 入聚合反应釜，开动搅拌，聚合反应开始，迅速生成聚 合产物，聚合物在氯甲烷中析出形成颗粒状悬浮浆液。 反应热由通入反应釜内冷却列管液态乙烯带出。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
什么作为冷却介质？ 4. 含水胶粒的干燥分哪三个步骤？ 5. 如何抑制链转移反应？为什么？ 6. 温度升高分子量如何变化？ 7. 单体中异戊二烯含量增加，丁基橡胶不饱和度和分子量如何变
化？
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
第二节 阳离子聚合机理制备丁基橡胶 7.2.1 丁基橡胶
丁基橡胶是异丁烯和少量异戊二烯的线形无规共聚物。
聚合转化率
异丁烯7595%（质量）； 异戊二烯4585%（质量）
丁基橡胶的不饱和度 大于 1.5%(摩尔)
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
工艺特点
在氯代烃中，异丁烯和异戊二烯的聚合是沉淀聚合，体 系粘度低，聚合热方便移出，且便于聚合物物料的强制 循环和输送；聚合物具有较为理想的分子量和分布。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
单体等组分的精制与配制
阳离子聚合工艺
聚合 未反应单体与溶剂的分离、回收
产物后处理
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.4 .2 影响因素
溶剂
阳离子聚合影响因素
温度
(一) 溶剂 阳离子聚合不能用水作为反应介质，工业 上采用本体聚合或溶液聚合。阳离子聚合一般在较低温度 下进行，此时，溶剂必须保持较低的粘度，可以采用选择 混合溶剂。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
二、溶剂
溶剂采用一氯甲烷，无色易液化气体，加压液化贮存于钢瓶 中。氯甲烷的熔点−97.7℃，沸点−24℃， 有麻醉作用，易燃， 加热或遇火焰生成光气。与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 8.1-17.2%(体积）。腐蚀铝、镁和锌。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺 二、溶剂
链增长反应活化能与链引发一样很低，因此增长速率 很快；同时也容易发生链转移，需在-100 ℃左右低温下 进行方可提高分子量。
反应活化能为负值时，聚合速率随温度降低而加快， 这是阳离子聚合特有的现象。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
阳离子聚合的特点
链增长过程中，有时发生分子内重排、转移、异构化。
只能单基终止或链转移终止，实际生产过程中常采 用外加终止剂的方法。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
丁基橡胶的结构
丁基橡胶的大分子链为线形结构，基本上没有支 链，大分子链上异丁烯以头尾相连为主，异戊二 烯以反式1,4-结构为主，聚集态结构为无定型。
在一般情况下，无定型丁基橡胶的玻 璃化温度约为-70℃，拉伸下能结晶。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
❖ 大分子链中的不饱和度为3.0%左右。
燥方法。
气态单体 水蒸汽 乙二醇
干燥剂
气态单体
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
四、产物的分离及后处理
经脱除未反应单体及溶剂的聚合物淤浆液，含有丁基橡胶 胶粒、水、少量未除尽的单体和溶剂。
气态单体 水蒸汽
丁基橡胶粒 水
少量单体 溶剂
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
四、产物的分离及后处理
进入真空脱气塔，脱除残余氯甲烷及未反应单体。为防止胶粒 粘结和热老化，在真空脱气塔内加入1.5%分散剂和0.3%防老剂， 或抗氧剂。真空脱气塔内装有搅拌器，操作真空度为30kPa，温 度5060℃。
增长过程中，可能有异构化，故聚合需低温。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
链引终止
添加某些链转移剂 HMnM (CR) XA ktr,s HMnMA XCR
添加某些链终止剂
2HMnM(+ CR)- + O
加醌 O Mn+1 +[HO
OH]2+(CR)-2
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
链转移
三、溶剂及未反应单体的回收
聚合后的淤浆液从聚合釜上部导出管溢流入盛有
热水的闪蒸罐，在搅拌中与热水和蒸汽接触，未反应的
单体和溶剂从塔顶蒸出。
气态单体 水蒸汽
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
三、溶剂及未反应单体的回收
从闪蒸器出来的单体及溶剂混合蒸气可两步方法进行脱
水干燥，第一是用乙二醇吸收，第二是采用固体吸附干
一氯甲烷仅能溶解单体，不能溶解聚合物。聚合物以细颗粒
状分散于溶剂中呈淤浆状。
一氯甲烷纯度要＞95%。水、醚、醇和氨等极性物质都会使
引发剂失去活性。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
三、引发剂
工业上丁基橡胶的合成采用AlCl3为主引发剂，引 发时须加入少量水分作为助引发剂。
氯化铝对皮肤、粘膜有刺激作用。 氯化铝要密封阴凉干燥保存，使用时谨慎小心。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.2.3 聚合工艺过程
项目
合成工艺条件
共聚单体投料比
异丁烯/异戊二烯，约97/3（质量）
单体浓度Βιβλιοθήκη 异丁烯，2540％（质量）； 异戊二烯，0.751.2％（质量）；
溶剂及用量
一氯甲烷，5974％（质量）
引发剂
三氯化铝，0.20.3％（质量）；少量水
聚合温度
约-100℃
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
碘
化
碘分子可以歧化为离子对引发阳离子聚合。
氢
与
碘
的
引
此外，高氯酸盐、三苯基甲基盐等稳
发
定的阳离子盐也可引发阳离子聚合。
剂
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.4 阳离子聚合的工艺及影响因素
7.1.4 .1 聚合工艺 阳离子聚合不能用水作为反应介质，工业上采用本 体聚合或溶液聚合。
❖ 异丁烯，纯度99%以上。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
❖ 7.2.2 聚合体系各组分及作用 ❖ 一、聚合单体
❖ 异 戊 二 烯 ， 是 合 成 橡 胶 的 重 要 单 体 。 熔 点 -120℃ ， 沸 点 34.07℃，常温下为无色易挥发、刺激性油状液体，不溶于水。爆 炸极限>1.6%。因含有共轭双键，化学性质活泼。 ❖ 异戊二烯，纯度约98%。
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第七章 阳离子聚合原 理及其合成工艺
本节课重点
1. 阳离子聚合的定义 2. 阳离子聚合过程四个基元反应 3. 通过阳离子聚合要获得高分子量聚合物，该如何控制反应？为 什么？ 4. 什么是阳离子聚合特有的现象？ 5. 链增长过程中结构发生哪些变化？ 6. 常用的引发剂有哪四种？ 7. 实际生产过程中常采什么方法终止反应？ 8. 引发机理是什么？ 9. 对质子酸引发剂有何有求？
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
(3) 向单体的链转移
链转移
CH3 ～CH2－C|| ＋［BF3OH］－＋
CH3
CH3 |
CH2＝C → |
CH3
CH2
CH3
|| ～CH2－C
＋
CH3－C| ＋［BF3OH］－
|
|
CH3
CH3
低温有利于控制链转移
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
阳离子聚合的特点
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.1 阳离子聚合反应
阳离子聚合是借阳离子引发剂使单体形成阳离 子引发中心，通过连锁反应机理进行链增长，形成 的增长链端基带有正电荷的聚合反应。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.1 阳离子聚合反应
聚合过程
链引发 增长 转移 终止
引发活化能低，几乎瞬 间完成，形成阳离子活性中 心，单体不断插入到碳正离 子和反离子中间进行链增长， 形成长链聚合物。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.4 .2 影响因素
(二)温度
阳离子容易发生向单体、溶剂的链 转移，聚合温度高，分子量下降。
为了合成高分子量的聚合物， 必须在很低的温度下进行。
第七章 阳离子聚合原理及其合成工艺
7.1.5 阳离子聚合的工业应用
高分子合成工业中应用阳离子聚合反应生产的 聚合物主要品种有聚异丁烯、丁基橡胶、聚甲 醛、聚四氢呋喃、聚乙烯亚胺、功能聚合物等。