聚合物化学反应
聚合物的化学反应
聚合物的化学反应第九章聚合物的化学反应聚合物化学反应的特征大分子基团的活性大分子上的基团的活性一般小于低分子，并且受到基团所处的宏观（物理）、微观（化学）因素的影响。
物理因素对基团活性的影响1、结晶度药剂难以渗入晶区，反应多限于表面。
反应多在非晶区进行。
必要时可溶胀破坏晶区。
2、相态在均相溶液，非均相气固态下的反应的结果差别很大。
3、溶解度无规线团中，局部的高分子基团浓度大。
化学因素对基团活性的影响1、几率效应当聚合物相邻侧基作无规成对反应时，由于相邻基团按几率反应，中间往往留有未反应的孤立单个基团，最高转化程度因而受到限制。
2、邻近基团效应高分子中原有基团或反应后形成的新基团的位阻效应和电子效应，以及试剂的静电作用，均可能影响到邻近基团的活性和基团的转化程度。
位阻效应——影响转化率静电相斥——令反应减速静电相吸——令反应增速有利于形成5、6元环中间体——反应加速聚合物的基团反应聚二烯烃的加成反应二烯类橡胶中含有双键，可以进行加成。
1、加氢能提高橡胶的耐候性。
2、氯化和氢氯化在四氯化碳溶液中与氯反应。
能提高耐溶剂性、提高对水气的阻透性聚烯烃和聚氯乙烯的氯化氯化聚乙稀属于连锁机理。
氯气吸收紫外光光子后，均裂形成氯自由基。
向高分子链进攻，夺取氢后，留下链自由基。
氯形成氯化氢。
链自由基成为活性种，引发氯分子，连锁机理。
氯化聚乙烯CPE可是弹性体，阻燃，可用作聚氯乙烯抗冲击改性剂。
聚丙烯也可氯化。
聚氯乙烯也可氯化，提高耐热性、耐候、耐腐蚀、阻燃。
可用于热水管、化工设备等。
聚醋酸乙烯酯的醇解聚醋酸乙烯酯用甲醇醇解生成聚乙烯醇。
不同用途对醇解度DH 有要求。
若分子内缩醛，形成六元环，由于几率效应，不能完全转化。
聚丙烯酸酯类的基团反应丙烯腈——水解——丙烯酰胺——水解——丙烯酸可用于锅炉水的防垢，和水处理的絮凝。
可经霍夫曼反应生成聚乙烯胺。
苯环侧基的取代反应烷基化、氯化、磺化、氯甲基化、硝化。
苯乙烯——发烟硫酸——阳离子交换树脂苯乙烯——氯代二甲基醚——氯甲基——季铵基团——阴离子交换树脂环化反应提高聚合物的刚性，丙烯腈——200~300℃预氧化——800~1900℃炭化——2500℃石墨化——碳纤维聚二烯烃环氧化，用作涂料和增强塑料。
第九章 聚合物的化学反应(2012)
丙烯腈、聚丙烯酰胺经水解，最终均能形成聚丙烯酸。
CH 2 CH CO OC H 3 OH CH 2 CH C OO H
聚丙烯酸或部分水解的聚丙烯酰胺可用于锅炉水的
防垢和水处理的絮凝剂，水中有铝离子时，聚丙烯酸成
絮状，与杂质一起沉降除去。
9 聚合物的化学反应
22
9.2
聚合物的基团反应
9.2.5 苯环侧基的取代反应
聚乙烯醇缩醛化反应可得到重要的高分子产品。
CH 2 C H CH 2 C H OH OH + RCH O H CH O CH CH O
缩甲醛：维尼纶 缩丁醛：良好的玻璃粘合剂 9 聚合物的化学反应
R
21
9.2
聚合物的基团反应
9.2.4 聚丙烯酸酯类的基团反应
与丙烯腈、丙烯酰胺的水解相似，聚丙烯酸甲酯、聚
9 聚合物的化学反应
23
9.2.5 苯环侧基的取代反应
H 2 C CH + H 2 C CH 悬浮共聚合 体型共聚物小珠
H 2C C H 浓硫酸磺化 （阳离子交换树脂） SO 3 H
+
NR 3 氯甲基化
+
（阴离子交换树脂） C H 2 Cl CH 2 N R 3 Cl
-
P
SO 3 H
-
+
Na 交 换 P H C l， 再 生
聚苯乙烯及其共聚物，带有苯环侧基，苯环上的氢原子
容易进行取代反应。几乎可进行芳烃的一切反应。
如：以苯乙烯－二乙烯苯共聚物为母体制备离子交换树脂。 离子交换树脂由三部分组成：不溶不熔的三维网状骨架 、固定在骨架上的官能团和官能团所带的可交换离子。 如PS类的是由苯乙烯与二乙烯基苯的悬浮共聚得到体型
聚合物化学反应
2、接枝反应（Grafting Reaction）
ABS是一种通用热塑性工程塑料，由丁二烯（B）、丙烯腈（A）、苯 乙烯（S）接枝共聚合成，材料性能可由三组份配比及物理形态调控。 ABS结合了聚丙烯腈耐热、耐候，聚丁二烯抗冲击强度强，聚苯乙烯刚 性较好的特点，具有刚性好、耐热耐低温、抗冲击强度高、易于加工、 产品尺寸稳定性和表面光泽好等优点。
无定形高分子
玻璃态：链段运动冻结，难以反应 高弹态：链段活动增大，反应加快 粘流态：可顺利进行
须适当溶剂溶胀，才易进行反应。 轻度交联聚合物 如苯乙烯－二 乙烯基苯共聚物，用
二氯乙烷溶胀后，才易磺化。
2.均相反应中高分子链构象的影响
尽管在高分子溶液的均相反应中， 高分子链构象也会对高分子基团的 化学反应产生较大影响
高分子链在溶液中可呈螺旋形或无 规线团状态。溶剂改变，链构象亦 改变，基团的反应性会发生明显的 变化。
化学因素对基团活性的影响
❖ 几率效应（Probability Effect）
高分子链上的相邻基团进行无规成对反应时，中间 往往留有孤立基团，最高转化率受到几率的限制，称为 几率效应。例PVC与Zn粉共热脱氯，按几率计算只能达 到86. 5%，与实验结果相符。
3、交联反应（Crosslinking）
❖ 二烯类橡胶的硫化（Sulfuration） 橡胶硫化就是使具有弹性的线型橡胶分子生成交联的过程。 顺丁、异戊二烯类橡胶：主链上有双键的线形聚合物。
通过硫化交联，形成三维交联网络结构，可阻止高分子 链的滑移，消除永久形变，赋予高弹性。
3、交联反应（Crosslinking）
4、降解（Degradation）和老化（Aging）
聚合物在使用中，受众多环境因素综合影响，性能 变差，如外观上变色发黄、变软发粘、变脆发硬，物化 性质增减，力学性能上强度、弹性的消失，均是降解和/ 或交联的结果，总称为老化。
第八章聚合物的化学反应
第八章聚合物的化学反应重点、难点指导一、重要术语和概念概率效应、功能高分子、离子交换树脂、高分子试剂、接枝、嵌段、扩链、遥爪聚合物、老化、降解、解聚、燃烧性能、氧化指数二、难点概率效应、邻近基团效应1、聚合物化学反应的特点及影晌因素聚合物化学反应系指以聚合物为反应的化学反应。
聚合物化学反应可分为三类：聚合度不变的反应(如侧基反应)；聚合度增加的反应(如接枝、扩链、嵌段和交联等)；聚合度减小的反应(如降解、解聚、分解和文化等)。
(1)特点：反应复杂，产物多样．不均匀。
(2)影响因素①聚合韧聚集态的影响：处于结晶态的聚合物几乎不能参加化学反应，因为结晶区聚合物分子链间作用力强，链段堆砌十分致密，化学试剂不易扩散进去，难于产生化学反应。
②邻近基团位阻的影响：聚合物分子镊上参加化学反应的基团邻近体积较大的基团时由于位阻效应而使低分子反应物难于接近反应部位，而无法继续进行反应。
③邻近基团的静电效应：当聚合物化学反应涉及酸碱催化过程，或者有离子态反应物参与反应，或者有离子态基团生成时，在化学反应进行到后朗，未反应基团的进一步反应往往会受到邻近带电荷基因的静电作用而改变速率。
④构型的影响：具有不同立构异构体的聚合物参加的化学反应中，反应速率不相同。
⑤基团的隔离作用或“孤立化”：在聚合物化学反应中．如果参加反应的聚合物官能团必须是两个或两个以上．当反应进行到后期，当一个官能团的周围已经没有能够与之协同反应的第二个官能团，则这个官能团就好做“隔离”或“孤立”起来而无法继续进行反应。
⑥相容性的影响。
总之，影响聚合物化学反应的因素多种多样。
研究聚合物肋化学反应需综合考虑。
2、聚合废不变的反应—聚合物侧基反应聚合物侧基反应是大分子链上除端基以外的原子或原子团所进行的化学反应。
侧基反应是对聚合物进行化学改性的重要手段，同时也是制备那些无法由单体直接聚合得到或者对应单体无法稳定存在的聚合物的唯一方法。
3、聚合度增大的化学反应—接枝、扩链、交联(1)接枝：即在聚合物主链上引入一定数量与主链结构相同或不同文链的过程。
chap8聚合物化学反应
8.1 高分子基团反应特点及影响因素
1. 反应产物的不均匀性和复杂性 高分子基团可以起各种化学反应。 高分子链上的基团很难全部起反应。
3
如聚丙烯腈（PAN）的水解:
CH2 CH n CN
CH2 CH CN
CH2 CH CH2 CH
CONH2
COOH
反应不能用小分子的“产率”一词来描述。 只能用基团转化率来表征：即指起始基团生成各 种基团的百分数。 基团转化率不能达到百分之百，是由高分子反应 的不均匀性和复杂性造成的。
但要注意链阴离子的活性，pKa大的单体可引发小的 S t MMA AN VDCN （乙叉二氰）
22
扩链反应
以适当的方法，将分子量为几千的低聚物连接起来， 使分子量成倍或几十倍提高。 活性端基不同，相应的扩链剂也不相同：
活性端基
－OH －COOH 环氧 －NCO
扩链剂的官能团
－NCO 环氧基 －OH －HN2 －OH －COOH、酸酐 －OH －NH2 －NHR －COOH
17
接枝反应 通过化学反应，在某一聚合物主链上接上结 构、组成不同的支链。 接枝共聚物的性能取决于： ✓主、支链的组成结构和长度； ✓支链数。 接枝方法大致分为两类：聚合法和偶联法。
18
聚合法 在高分子主链的引发点 上，单体聚合长出支链。
偶联法 将预先制好的支链偶 联CCl4 Fe
Br
hv CH2CH M
M(M)nM
19
也可在聚合物主链上形成过氧化物侧基：
CH2CH CH2CH
CH3
+ ClCH
AlCl3
CH3
CH2CH CH3 C CH3
H
CH3 C CH3
O2
高分子化学第七章聚合物的化学反应
二、 化学因素
• 1. 几率因素
大分子链上相邻基团作无规成对反应时，往往有一 些孤立的基团残留下来，反应不能进行到底。
～～CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2～～
O -CH2- O
OH
O -CH2- O
按反应的几率，羟基的最高转化率86.5％，实验
测得为85～87％。
二、 聚合物化学反应的影响因素
影响聚合物功能基反应能力的因素：
（1）物理因素 （2）化学因素
一、 物理因素
• 1. 结晶的影响(聚合物的聚集态)
对于部分结晶的聚合物，晶区分子的取向 度高，分子间作用力大，低分子试剂不易扩散 进去，反应往往只限于无定形区。无定形物处 于玻璃态时，链段被冻结，不利于低分子扩散 ，反应最好在Tg以上或使其适当溶胀后。
• CPE可用于电缆护套，耐热输送带，胶 辊，工业用胶管等。
2.聚氯乙烯的氯化(CPVC)
~CH2–CH~ + HCl Cl
~CH–CH~ + HCl Cl Cl
• 氯化聚氯乙烯的特点是耐热、耐老化 、耐化学腐蚀性好，基本性能于PVC 接近，但耐热性比PVC高。
三、聚乙烯醇的合成及其缩醛化
• 1.聚合
n CH2=CH BPO OCOCH3
－[ CH2-CH－] n
OCOCH3
控制合适条件，制备聚合度适当的产物
• 2.醇解
－[ CH2-CH－] n
CH3OH,OH–CH3COOCH3
OCOCH3
~~CH2-CH~~ OH
制备维尼纶纤维，醇解度要大于99% 悬浮聚合分散剂，醇解度大约为80%
• 3.缩醛化
化学分析。 (5)研究材料的老化和防老化
第六章聚合物化学反应
8
高分子化学反应的分类
聚合度基本不变的反应，侧基和端基发生变化 聚合度变大的反应：交联、接枝、嵌段、扩链 聚合度变小的反应：降解，解聚
6.1 聚合物化学反应的特征及影响因素
6.1.1 聚合物化学反应特征
虽然高分子的功能基能与小分子的功能基发生类似的化学应， 由于高分子的链结构、聚集态结构与小分子差异很大，因而其化 学反应也有不同于小分子的特性：
如聚乙烯醇的三苯乙酰化反应，由于新引入的庞大的 三苯乙酰基的位阻效应，使其邻近的-OH难以再与三苯乙 酰氯反应：
H 2 C CH CH + OC - CO O NH 2 H CH CH 2 CH + N H 3 OC OC OH OH
+ H , H O 2
6.1 聚合物化学反应的特征及影响因素
6.2 聚合物的官能团反应
聚乙烯醇缩醛化反应可得到重要的高分子产品
H S O 2 4
S O H 3
C lC H O C H 2 3 Z n C l2 N R 3 N a O H
缩甲醛：维尼纶（其性能接近棉花，有“合成棉花”之称，是现有合成
纤维中吸湿性最大的品种。主要用于制作外衣、棉毛衫裤、运动衫等针织物， 还可用于帆布、渔网、外科手术缝线、自行车轮胎帘子线、过滤材料等。）
S CH 2 + H CH OC-SNa 2 CH 2CH CH + CH RCHO 2 CH CH O O O OH OH OH CH O ONa
R
6.2 聚合物的官能团反应
b. 纤维素乙酸酯
常称醋酸纤维素，物性稳定，不燃，除火药外已全部取代硝 化纤维素。由乙酸酐和乙酸在硫酸催化下与纤维素反应而得。
立基团，最高转化率受到限制，称为概率效应。
聚合物化学反应
3）醋酸纤维——纤维素醋酸酯
~[C6H7O2(OH)3]n ~ + (CH3CO)2O H2SO4 ~[C6H7O2(OH)2(Ac)]n ~ + ~[C6H7O2(OH)(Ac)2]n ~ + ~[C6H7O2(Ac)3]n ~
醋酸纤维物性稳定，且不燃，可用作制造电影胶 片的片基材料、制漆和各种塑料制品，最大用途是制 造人造丝。
4）纤维素醚类
纤维素与烷基化剂反应即成纤维素醚类可作织物上胶 剂、乳化剂、墨水增稠剂等。
甲基纤维素： ~[C6H7O2(OH)3]n ~ + (CH3O)2SO2
~[C6H7O2(OH)2(OCH3)3]n ~ 羟乙基纤维素： ~[C6H7O2(OH)3]n ~ + CHO2_ CH2
聚合物化学反应可以分为以下三类：
聚合度不变的反应，如侧基反应等； 聚合度增加的反应，接枝、扩链、嵌段和交联等； 聚合度减小的反应降解、解聚、分解和老化等。
6.1 聚合物化学反应的特点及影响因素
6.1.1 聚合物化学反应的特点
反应的复杂性、产物的多样和不均匀、以及影响因素的
多样性是聚合物化学反应的主要特点。
高分子材料。
功能类 别
化学 功能
物理功 能
生命功 能
功能特 性
反应性 催化 离子交换 物理吸附
光化学 光传导 光色、偏光 导电 导磁 热电、热光 声电、力电 形态记忆
机体功能 药理功能 仿生功能 生命功能
小类
高分子试剂 催化剂、固定化酶 离子交换树脂及膜
吸附树脂、絮凝
剂
光敏树脂 光传导光缆 光色、液晶高分子 导电高分子 磁性高分子 热电、热释光高分子 压电、压敏高分子 形态记忆高分子
第2章2节 聚合物的化学反应
二、聚合物的相似转变（聚合物的基团反应）
聚合物与低分子化合物作用，仅限于基团（侧基和／或 端基）转变而聚合度基本不变的反应，称做聚合物相似转变 。这是制备改性聚合物的常用方法，许多天然药用高分子材 料的改性就是采取这种方法来制备。 1 引入新基团 聚合物经过适当的化学处理在分子链上引入新功能基， 重要的实际应用如聚乙烯的氯化与氯磺化：
H2 C CH + O C - C O O NH 2 H CH H+, H2O CH2 CH CH O C O C OH OH
+ NH3
再如丙烯酸与甲基丙烯酸对硝基苯酯共聚物的碱催化水解 反应，其中的对硝基苯酯的水解反应速率比甲基丙烯酸对硝基 苯酯均聚物快，这是由于邻近的羧酸根离子参与形成酸酐环状 过渡态促进水解反应的进行：
CH2 CH OH + C COCl CH2 CH CH2 CH CH2 CH OH O OH CO
b. 静电效应：邻近基团的静电效应可降低或提高功能基的反 应活性。
如聚丙烯酰胺的水解反应速率随反应的进行而增大，其原 因是水解生成的羧基与邻近的未水解的酰胺基反应生成酸酐环 状过渡态，从而促进了酰胺基中-NH2的离去加速水解。
Contents
1
聚合物化学反应的分类、特性及其影响因素
2
3 4 5
聚合物的相似转变 聚合度变大的化学反应 聚合物的降解反应 聚合物的老化与防老化
一、聚合物化学反应的分类、特性及其影响因素
（一）聚合物化学反应的分类
1、聚合度基本不变而仅限于侧基和／或端基变化的反 应 ：反应仅发生在聚合物分子的侧基和端基上，并不 会引起聚合度的明显改变。 2、聚合物的聚合度发生根本改变的反应，包括： 聚合度变大的化学反应，如扩链（嵌段、接枝等） 和交联； 聚合度变小的化学反应，如降解与解聚
八章聚合物的化学反应
C2H 2 CH
C2C H2C HH
C2H
H C2H
分子内“回咬”
CH2 C2H
CH2 CH2CH
CH2
CH3
CH2 + CH2 CHCH2CH2CH2CH2
CH2CH2CH CH2 +
CH2CH2CH3
(4)基团的脱除
聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯腈等受热时， 将脱除取代基。自由基机理。
C H 2 C H C l C H 2 C H C l
第八章 聚合物的化学反应
（1） 活性阴离子聚合：依顺序加入单体。
SBS的合成： S段分子量1～1.5万，B段约
5～10万。常温下，SBS反应出B段 弹性体的性质， S段处于玻璃态微 区，起到物理交联的作用。温度升 到聚苯乙烯Tg以上，SBS具有流动 性，可以模塑。因此，SBS称作热 塑性弹性体，且无须硫化。
（3）淬灭剂 这类稳定剂能与被激发的聚合物分子作用，把激发能
转移给自身并无损害地耗散能量，使被激发的聚合物分子 回复原来的基态。
常用的有过渡金属的络合物。
6. 老化和耐候性
聚合物的老化：是指聚合物在加工、贮存及使用过程中， 其物理化学性能及力学性能发生不可逆坏变的现象。
热、光、电、高能辐射和机械应力等物理因素以及氧化、 酸碱、水等化学作用，以及生物霉菌等都可导致聚合物的老化。 因此聚合物的老化是多种因素综合的结果，并无单一的防老化 方法。
（3）根据具体聚合物材料的主要老化机理和制品的 使用环境条件添加各种稳定剂，如热、氧、光 稳定剂以及防霉剂等；
（4）采用可能的适当物理保护措施，如表面涂层等。
8. 8 反应功能高分子
功能高分子按应用功能分：
反应功能高分子：高分子试剂、高分子药 物
聚合物的化学反应名词解释
聚合物的化学反应名词解释聚合物是由许多重复单元通过化学反应相互连接而成的大分子化合物。
在聚合物的化学反应中，涉及到许多特定的名词和概念。
本文将对这些名词进行解释，以帮助读者更好地理解聚合物的化学反应过程。
一、聚合反应聚合反应是多个单体分子通过特定的化学反应，生成一个或多个高分子聚合物的过程。
常见的聚合反应包括加聚反应和缩聚反应。
加聚反应是指单体分子中的双键或三键被打开，并与其他单体分子发生共价键形成，生成聚合物。
缩聚反应则是通过两个或多个单体分子的反应失去一个小分子，例如水，形成聚合物。
二、单体单体是参与聚合反应的分子单位，是聚合物合成的基本构成单元。
单体可以是有机化合物，也可以是无机化合物。
在聚合反应中，单体通过共价键的形成与其他单体连接在一起，形成聚合物的主链。
单体的选择对聚合物的性质和用途有很大的影响。
三、引发剂在聚合反应中，引发剂被用来引发聚合过程。
引发剂可以是热能、光能、电能或化学物质。
引发剂的选择取决于所需的聚合反应速度和条件。
引发剂通过引发聚合反应中的自由基形成，从而提高反应速率。
四、聚合度聚合度是指聚合物中重复单元的数量，也可理解为聚合物链的长度。
聚合度的大小直接影响到聚合物的物理和化学性质。
一般来说，聚合度越大，聚合物的分子量越高，性质越稳定。
五、共聚物共聚物是由两种或更多种不同单体按一定比例混合聚合而成的聚合物。
共聚物的存在可以调节聚合物的性质，使其具有更多样的特性。
常见的共聚物有嵌段共聚物、交替共聚物和无规共聚物等。
六、交联聚合交联聚合是指通过化学反应或物理作用将两个或多个线性聚合物或共聚物的链连接在一起，形成一个具有高度网络结构的聚合物。
交联聚合可以提高聚合物的力学性能和热稳定性。
常见的交联方式包括辐射交联、热交联和化学交联等。
七、配位聚合配位聚合是指通过配位键的形成将金属离子和有机配体连接在一起形成聚合物的反应过程。
配位聚合可以得到具有特殊性质的聚合物，如电学性能和光学性能等。
第七章 聚合物化学反应
第七章聚合物化学反应一、名称解释1. 聚合物化学反应：研究聚合物分子链上或分子链间官能团相互转化的化学反应过程。
聚合物的化学反应根据聚合物的聚合度和基团的变化（侧基和端基）可分为相似转变、聚合物变大的反应及聚合物变小的反应。
2. 功能高分子：是指具有传递、转换或储存物质、能量可信息的高分子，其结构特征是聚合物上带有特殊功能基团，其中聚合物部份起着载体的作用，不参与化学反应。
按功能的不同，可分为化学功能高分子、物理功能高分子和生物功能高分子。
3. 高分子试剂：也叫反应性高分子，即高分子试剂上的基团起着化学试剂的作用，它是各类高分子的化学试剂的总称。
4. 高分子催化剂：将能起催化剂作用的基团接到高分子母体上，高分子本身不发生变化，但能起催化低分子反应。
这种催化剂称作高分子催化剂，5. 低分子基质：低分子反应物中的特定基团与保护试剂作用后受到保护不再参与主反应，这种受到保护的低分子反应物称作低分子基质。
6. 高分子基质：将要准备反应的低分子化合物以共价键形式结合到聚合物载体上，得到高分子基质。
7. 接枝：通过化学反应，在某些聚合物主链上接上结构、组成不同的支链，这一过程称为接枝，形成的产物称为接枝共聚物。
8. 嵌段：形成嵌段共聚物的过程。
9. 扩链：分子量不高的聚合物，通过适当的方法，使多个大分子连接在一起，分子量因而增大的过程称为扩链。
10. 交联：聚合物在光、热、辐射、或交联剂作用下，分子链间形成共价键，产生凝胶或不溶物，这一过程称为交联。
交联有化学交联和物理交联。
交联的最终目的是提高聚合物的性能。
如橡胶的硫化等。
11. 交联剂：使聚合物交联的试剂。
12. 降解：降解是聚合度分子量变小的化学反应的总称。
它是高分子链在机械力、热、超声波、光、氧、水、化学药品、微生物等作用下，发生解聚、无规断链及低分子物脱除等反应。
13. 老化：聚合物及其制品在加工、贮存及使用过程中，物理化学性质及力学性能逐步变坏，这种现象称老化。
第9章 聚合物化学反应
对小分子物质的 扩散都有着不同 的影响，从而影 响到基团的反应 能力。
1. 物理因素
（1） 聚合物聚集态的影响
处于结晶态的聚合物几乎不能参加化学反应，即使 发生也仅限于聚合物中的非结晶区。
例：PE的氯化（CPE的制备） ➢ 溶液法（CCl4）制得的氯化PE的Tg和硬度较 高
➢ 将PE颗粒悬浮在惰性溶剂(如水)中进行 氯化，制得的氯化PE的Tg和硬度较低。
例2：PVC与锌粉共热脱氯成环
链上氯残 留率降为 13.5%
第九章 聚合物化学反应 9.3 聚合物的基团反应
9.3 聚合物的基团反应
一、 聚合物的相似转变 聚合物与低分子化合物反应，仅限于侧基或端基 转变, 而聚合度基本不变的反应，称为聚合物的 相似转变。
聚合物的侧基官能团反应（酯化、醚化、卤化、 磺化、硝化、酰胺化、缩醛化、水解、醇解等）
例1：PVA的缩甲醛
CH2
+ CH2O 缩醛化
CH CH2 CH CH2 CH2
OH
OH
OH
CH2 CH CH2 CH CH2
O CH2
O
OCH2OH H2C HC H2C
链上羟基残 留率达到6 ％～10%
CH CH2 CH2
O
OH
CH2 O
CH
2. 化学因素
(4) 基团的隔离作用或“孤立化”－－几率效 应
一、聚合物的相似转变
4.烯烃的氯化和氯磺酰化 5.聚丙烯酰胺—高分子聚电解质 6.环化反应—PVA的缩醛化、PAN热解 7. SBS加氢反应
一、聚合物的相似转变
1. 芳环取代反应
可用离子交换树脂作为示例：
磺化—强酸型正离子交换树脂 氯甲基化—负离子交换树脂
_聚合物的化学反应
1. 化学反应方程式的局限性
在低分子有机化学反应中，用化学反应方程式 就可以表示反应物和产物之间的变化及其定量关系。 但是，聚合物的化学反应虽也可用反应式来表示， 其意义却有很大的局限性。如聚丙烯腈的水解
CH 2 CH n CN H2O H CH 2 CH n C O OH
许多反应中，大分子链中一种官能团转化为离 子后，如果它带的电荷与进攻试剂相同，由于静电 相斥效应，会显著阻碍邻近基团受试剂的进攻。 实例1：阻碍效应
甲基丙烯酰胺碱性水解程度不超过72％。
解释方法有两种:一是静电排斥，一是氢键限制。
CH 3 CH 2 C O C CH 2 O 排斥
CH 3 C CH 2 O
RCHO CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH OH OH OH CH 2 CH O CH R CH 2 CH CH 2 CH O OH
+
H2O
当缩醛化反应随机进行反应到转化率较高时， 大分子链上总有一部分孤立的未反应的羟基残留下 来。
O R
O
OH O R
O
O R
O
OH O R
O
OH O R
k
温度
100 120 129 名称
k 温度 30
4.4 3.1 4.8 聚乙酸乙烯酯
H2 C H C O C CH 3 O
4.8 2.7 4.7 乙酸异丙酯
H3C H C CH 3 O C CH 3 O
0.37
0.57
3. 邻近基团的静电和立体位阻
大分子链上反应基团甚多，邻近基团相距很近， 因此，基团之间的静电和立体位阻会增加或降低大 分子链上官能团的反应能力。 静电效应
聚合物的化学反应
2.溶解度的影响
聚合物在反应过程中，溶解度会发生变化。
起始聚合物不溶，产物可溶。
由于聚乙烯醇的单体无法制备，要想直接从 单体来制备聚合物有很大困难 ，就想法通过其 它方法制备一高聚物后 再通过化学反应得到我 们所需要的高聚物。生产上聚乙烯醇是由单体醋 酸乙烯酯经自由基溶液聚合得到聚醋酸乙烯酯， 再由NAOH的甲醇溶液醇解为聚乙烯醇，最后在纺 丝过程中加入甲醛进行缩醛化反应得到聚乙烯醇 缩甲醛纤维（即商品名称为维纶）。
2、除了正反应外，常伴随着许多副反应。
如分子内相邻的官能团的相互环化，分子之间 的交联等。 在化学反应时，还常常产生分子链的降解、裂 解，形成氧化物。
3、产物的不均一性
大分子链中有大量的具有反应能力的官能团， 当进行化学反应时，并不能使每个分子中所有的基 团都起反应。因为试剂的扩散速度和可及程度不一 样。这样在产物中，在同一个大分子链上就包含有 未反应的和反应后的多种不同基团，形成类似共聚 物的产物。
将三醋酯纤维素皂化为乙酰基，取代度约 2.4 即得到二醋酯纤维素。以丙酮为溶剂经纺丝 做成二醋酯纤维，可用于纺织、卷烟滤嘴丝束、 薄膜等。 纤维素醚是天然纤维素经化学改性得到的最 重要的水溶性聚合物之一。 如：羧甲基纤维素（CMC） 羟乙基纤维素（HEC） 甲基纤维素 （ MC ） 等等， 主要用于分散剂、乳化剂、增稠剂等。
第一节 研究聚合物化学反应的意义
一、合成一些不能由单体直接制备的高聚物 1. 有的单体不稳定或不能聚合，其聚合物不 能用相应单体的聚合方法制备，只能通过制 备另一种高聚物，然后通过高聚物的化学反 应来合成 。 例如：聚乙烯醇 由于乙烯醇 CH2= CHOH 是不稳定的化 合物，它要重排， 转化为乙醛 CH3--CHO。
聚合反应聚合物的化学反应
• 聚合单体有利于活性种的进攻（内因） 与单体的结构有关
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
RR
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，另一缺电子的基团，称做阳离子
合成聚合物 机理分 的化学反应
按反应活性中 心性质不同分
连锁聚合
自由基聚合
离子 聚 合
按有无小 分子生成
逐步聚合
缩聚反应 逐步加聚
其它聚合反应
链锁聚合
❖ 整个聚合反应是由链引发，链增长，链终止等基元 反应组成。
❖ 特征 1、瞬间形成分子量很高的聚合物 2、分子量随反应时间变化不大 3、反应需要活性中心。
氧化还原引发体系组份可以是无机和有机化合物 可以是水溶性(water soluble)和油溶性(oil soluble)
1） 水溶性氧化—还原体系 • 氧化剂：过氧化氢、过硫酸盐、氢过氧化物等 • 还原剂：无机还原剂和有机还原剂（醇、胺、草酸、葡 萄糖等） 主要有过氧化氢体系和过硫酸盐体系
2 ） 油溶性氧化—还原体系
无机 典型代表：水溶性的过硫酸钾和过硫酸铵 一般用于乳液聚合和水溶液聚合
O
O
O
KO S O O S OK
O
O
2KO S O O
氧化—还原体系引发剂(redox initiator)
由氧化剂与还原剂组合在一起，通过电子转移反 应（氧化—还原反应），产生自由基而引发单体进行 聚合的引发体系叫氧化—还原体系 特点： • 活化能低，可以在室温或更低的温下引发聚合 • 引发速率快，即活性大 • 诱导期短（Rp=0） • 只产生一个自由基
高分子化学第六章 聚合物的化学反应
Cl
(4) 氯化反应
饱和烃聚合物的氯化
聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚氯乙烯及其他 饱和聚合物及其共聚物均可氯化。
反应系自由基链式机理，热、自由基聚合引发 剂及紫外光等都可引发反应。
反应可在固相或溶液中进行。
非均相时，反应仅在聚合物表面进行，得
到低含氯量产物，这对于改善表面性能又 不影响主体机械性能是很有利的。
• 二醋酸纤维素的丙酮溶液可纺丝制人造丝，也可 作塑料和绝缘漆等。
生成纤维素衍生物的反应
（3）纤维素黄原酸钠
Cell OH NaOH + CS2 粘胶纤维 Cell OH + CS2 + Na+
S
Cell O C SNa + H2O
纺丝 H+， 酸 化
水解
生成纤维素衍生物的反应
（4）纤维素的甲基和乙基醚化物
O
O
O
OCH2CH2O
C
C
CH=CH
x
OCH2CH2
OSt St
C
S. t
St
. .
St
O
St St
CSt O
St
S. t
.
+
. RSt
St
St
St
.
+ R St St
St
PSt
St St
若以
St
St
St
St
代表UP，以St代表苯乙烯
St
St
St
St
St
St
St
St
改变单体的种类及比例，调S节t 产物的St 组成与结构，以
接枝也是聚合物改性的重要手段之一。
（2）接枝反应
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第七章聚合物化学反应一、名称解释1. 聚合物化学反应：研究聚合物分子链上或分子链间官能团相互转化的化学反应过程。
聚合物的化学反应根据聚合物的聚合度和基团的变化（侧基和端基）可分为相似转变、聚合物变大的反应及聚合物变小的反应。
2. 功能高分子：是指具有传递、转换或储存物质、能量可信息的高分子，其结构特征是聚合物上带有特殊功能基团，其中聚合物部份起着载体的作用，不参与化学反应。
按功能的不同，可分为化学功能高分子、物理功能高分子和生物功能高分子。
3. 高分子试剂：也叫反应性高分子，即高分子试剂上的基团起着化学试剂的作用，它是各类高分子的化学试剂的总称。
4. 高分子催化剂：将能起催化剂作用的基团接到高分子母体上，高分子本身不发生变化，但能起催化低分子反应。
这种催化剂称作高分子催化剂，5. 低分子基质：低分子反应物中的特定基团与保护试剂作用后受到保护不再参与主反应，这种受到保护的低分子反应物称作低分子基质。
6. 高分子基质：将要准备反应的低分子化合物以共价键形式结合到聚合物载体上，得到高分子基质。
7. 接枝：通过化学反应，在某些聚合物主链上接上结构、组成不同的支链，这一过程称为接枝，形成的产物称为接枝共聚物。
8. 嵌段：形成嵌段共聚物的过程。
9. 扩链：分子量不高的聚合物，通过适当的方法，使多个大分子连接在一起，分子量因而增大的过程称为扩链。
10. 交联：聚合物在光、热、辐射、或交联剂作用下，分子链间形成共价键，产生凝胶或不溶物，这一过程称为交联。
交联有化学交联和物理交联。
交联的最终目的是提高聚合物的性能。
如橡胶的硫化等。
11. 交联剂：使聚合物交联的试剂。
12. 降解：降解是聚合度分子量变小的化学反应的总称。
它是高分子链在机械力、热、超声波、光、氧、水、化学药品、微生物等作用下，发生解聚、无规断链及低分子物脱除等反应。
13. 老化：聚合物及其制品在加工、贮存及使用过程中，物理化学性质及力学性能逐步变坏，这种现象称老化。
橡胶的发粘、变硬、或龟裂，塑料制品的变脆、破裂等都是典型的聚合物老化现象。
导致老化的物理因素是热、光、电、机械应力等。
化学因素是氧、酸、碱、水以及生物霉菌的侵袭，实际上，老化是上述各因素的综合作用的结果。
14. 聚合物的无规降解：聚合物在热的作用下,大分子链发生任意断裂,使聚合度降低,形成低聚体,但单体收率很低(一般小于3%),这种热降解称为无规降解15. 聚合度相似的化学反应：如果聚合物的化学反应是发生在侧基官能团上,很显然这种化学反应不涉及聚合物大分子的聚合度,反应前后聚合度不变,把这种聚合物的化学反应称为聚合度相似的化学反应。
16. 遥爪高分子：含有反应性末端基团、能进一步聚合的高分子。
二、选择题1. 下列因素不能使聚合热降低的是（C ）A．取代基的位阻效应B．共轭效应C．带上电负性强的取代基D．溶剂化2. 聚合度变大的化学反应是( C )APVAc的醇解B纤维素硝化C高抗冲PS的制备D离子交换树脂的制备3. 聚合物热降解得到的单体收率最高的是( B )A 苯乙烯B 聚α-甲基苯乙烯C聚异丁烯D聚苯乙烯4. 聚甲醛合成后要加入乙酸酐处理，目的是( )A洗除低聚物B除去引发剂C提高聚甲醛热稳定性D增大聚合物分子量5. 在聚合物热降解过程中，单体回收率最高的聚合物是（A ）。
A、聚甲基丙烯酸甲酯B、聚乙烯C、聚苯乙烯D、聚四氟乙烯6. 天然橡胶的塑炼属于（A ）降解。
A、机械B、氧化C、光D、生物7. 在相同的条件下焚烧下列物质，污染大气最严重的是(A )。
A、聚氯乙烯B、聚乙烯C、聚丙烯D、有机玻璃8. 下列关于废弃塑料制品的处理方法中，最为恰当的是(D )。
A、将废弃物切成碎片，混在垃圾中填埋于土壤中B、将废弃物焚烧C、将废弃物倾倒于海洋中D、将废弃物应用化学方法加工成防水涂料或汽油9. 不饱和聚酯主要用途是用作玻璃纤维增强塑料的（A ）。
A、胶黏剂B、分散剂C、引发剂D、催化剂10 下列材料制成的产品破损后不能进行热修补的是（D）。
A、聚氯乙烯塑料凉鞋B、自行车内胎11 高聚物受热分解时，发生侧链环化的聚合物是（C）A聚乙烯；B聚氯乙烯；C聚丙烯晴；D聚甲基丙酸甲酯11 聚醋酸乙烯乳液可作为胶黏剂使用，通常可用来粘接（D）。
A、玻璃制品B、塑料薄膜C、橡胶制品D、木材和纸张12 按照国务院办公厅下发的通知，从2008 年6 月1 日起，在全国范围内禁止生产、销售、使用厚度小于0.025 毫米的塑料购物袋。
下列说法错误的是（D）。
A、这项措施能达到节能减排的目的B、塑料购物袋是造成“白色污染”的来源之一C、塑料购物袋是由合成材料制成的D、为防止污染，可以将塑料购物袋直接烧掉13 防老剂D、属于（B）。
A、伯胺B、仲胺C、叔胺D、季胺14 属于可自然降解的高分子材料的是（B ）。
A、丁苯橡胶B、纤维素C、聚丙烯D、聚氯乙烯15 乙丙橡胶的交联剂是(C )A、硫磺B、二元胺C、过氧化物D、紫外光16在苯乙烯光聚合中，加入安息香是起（B）作用A热引发剂B光敏剂C相对分子质量调节剂17 橡胶中加硫磺是因为它是（B）A抗老化剂B交联剂C着色剂18 聚甲醛合成后要加入乙酸酐处理，其目的是（C）A洗除低聚物B除去引发剂C提高聚甲醛热稳定性D加入少量环氧氯丙烷19 在聚合物降解过程中，单体回收率最高的聚合物是（D）A聚苯乙烯B聚乙烯C聚丙烯酸甲酯D聚四氟乙烯20 丁基橡胶常用硫磺做硫化剂，而不用过氧化物，是因为过氧化物（A）A产生的自由基会引起链断裂B反应不易控制C毒性大D过氧化物价格昂贵21 接技共聚物可采用（B ）聚合方法。
A逐步聚合反应B聚合物的化学反应C阳离子聚合D 阴离子聚合22 聚合度变大的化学反应是(C )APVAc的醇解B纤维素硝化C高抗冲PS的制备D离子交换树脂的制备23 为了提高棉织物的防蛀和防腐能力，可以采用烯类单体与棉纤维辐射技术或化学引发接枝的方法，最有效的单体是（C ）ACH2=CH-COOH BCH2=CH-COOCH3C CH2=CH-CND CH2=CH-OCOCH324 为了改进聚乙烯（PE）的粘接性能，需加入第二单体（ D ）ACH2=CH-COOH BCH2=CH-COOCH3C CH2=CH-CND CH2=CH-OCOCH325 聚合物聚合度不变的化学反应是（A ）A 聚醋酸乙烯醇解B 聚氨基甲酸酯预聚体扩链C 环氧树脂固化D 聚甲基丙烯酸甲酯解聚26 聚合物聚合度变小的化学反应是（ D ）A 聚醋酸乙烯醇解B纤维素硝化C 环氧树脂固化D聚甲基丙烯酸甲酯解散聚27. 属于功能高分子的是( A )A 离子交换树脂B SBSC HIPSD ABS28. 下列材料中属于功能高分子材料的是（D ）①高分子膜②生物高分子材料③隐身材料④液晶高分子材料⑤光敏高分子材料⑥智能高分子材料A、①②⑤B、②④⑤⑥C、③④⑤D、全部三、简答题1. 何谓聚合物官能团的化学转化？在聚合物官能团的化学转化中，影响官能团转化的因素是什么?官能团的转化率一般为多少？答：由于高分子的化学反应是通过官能团的化学转化而实现的,所以又可以将聚合物的化学反应称为聚合物官能团的化学转化。
因为聚合物的化学反应的复杂性,官能团的转化,一般为86.5%。
这主要是因为扩散因素的影响、邻近基团的影响和相邻官能团成对反应的限制。
2、聚合物化学反应浩繁，如何考虑合理分类，便于学习和研究？答：聚合物化学反应主要有以下三种基本类型。
①相对分子质量基本不变的反应，通常称为相似转变。
高相对分子质量的母体聚合物，在缓和的条件下，使基团转化为另一种基团，或把另一种基团引到分子链上，这种反应往往仅适用于分子链不含弱键的聚合物。
②相对分子质量变大的反应，如交联、接枝、嵌段、扩链等。
③相对分子质量变小的反应，如解聚、无规断链、侧基和低分子物的脱除等。
3、聚集态对聚合物化学反应影响的核心问题是什么？举一例来说明促使反应顺利进行的措施。
答：核心问题是化学试剂与不同聚集态聚合物的接触反应前的扩散速率不同。
对于部分结晶聚合物，低分子反应物很难扩散入晶区，反应局限在无定形区内进行。
无定形聚合物处于玻璃态时，链段被冻结，也不利于低分子的扩散，最好在玻璃化温度以上或处于溶胀状态进行反应。
例如苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物是离子交换树脂的母体，须预先用适当溶剂溶胀，才易进行后续的磺化或氯甲基化反应。
聚合物如能预先配置成均相溶液，而后进行化学反应，则可消除聚集态方面的影响，但须注意生成物的熔解状况。
4、几率效应和邻近集团效应对聚合物基团反应有什么影响？各举一例说明。
答：几率效应是指，高分子链上的相邻基团做无规成对反应时，中间往往留有孤立基团，最高转化率受到几率的限制，称为几率效应。
例如聚氯乙烯与锌粉的反应，环化率只有86.5%。
高分子链上的邻近基团，包括反应后的基团都可以改变未反应基团的活性，这种影响称为邻近基团效应。
例如聚（甲基丙烯酸对-硝基苯基酯—co —丙烯酸）共聚物的水解反应。
在中性介质中，高水解速率是由邻位羧基的参与引起的。
羧基在形成负离子后，进攻邻近的酯基，形成酸酐，从而加速水解。
5. 聚乙烯、乙-丙二元共聚物大分子中无双键,说明其交联方法和交联的目的？并写出有关的化学反应方程式。
聚乙烯、乙-丙二元共聚物可以用过氧化物做交联剂与其共热而交联。
聚乙烯交联后,可CH 2CH 2CH Cl Cl CH CH 2Cl CH CH 2Cl CH CH 2Cl CH Zn CHCH 2CH CH 2CH ClCH 2CH CH CH 2CH 2CH 2 C CH 2 CHCH 3COOCO COOCO CH 3CH 2 C CH 2 CHOCO O CO CH 3CH 2 C CH 2 CHROOR 2RORO + CH 2CH 2 ROH + CH CH 22 CH CH 2 CH CH 2CH CH 2增加强度,提高使用温度,乙-丙二元共聚物交联后成为有用的弹性体。
交联机理如下6、从醋酸乙烯酯到维尼纶纤维，需要经过哪些反应？写出反应式、要点和关键。
答：(1) 须经自由基聚合发应、醇解反应及缩醛化反应。
(2) 各步反应要点和关键如下： ①自由基聚合反应CH 2CH OCOCH 3n CH 2CH3n要点：用甲醇为溶剂进行溶液聚合以制取适当相对分子质量的聚醋酸乙烯酯溶液。
关键：选择适宜的反应温度，控制转化率，用甲醇调节分子量以制得适当相对分子质量，且基本不存在不能被醇解的醋酸乙烯酯侧基。
②醇解反应:CH 2CH3n3CH 2CH n要点：用醇、碱或甲醇钠作催化剂，在甲醇溶液中醇解。
关键：控制醇解度在98％以上。
③缩醛化反应（包括分子内和分子间）CHCH 2CH 2CH OHOH2CHCH 2CH 2CH OOCH 2要点：用酸作催化剂在甲醛水溶液中反应。