第八章 聚合物化学反应

9 聚合物的化学反应

9.1 课程的知识要点

聚合物化学反应的类型、特点及应用，介绍通过聚合物化学反应生成的几类产品:纤维素类、PVA及缩醛化、离子交换树脂的生产及应用、交联反应、高分子试剂；降解反应：热、光、氧化、机械降解的特点。

9.2 本章习题

1、聚合物化学反应浩繁，如何考虑合理分类，便于学习和研究？

2、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。

3、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。

4、在聚合物基团反应中，各举一例来说明基团变换、引入基团、消去基团、环化反应。

5、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。

6、由纤维素合成部分取代的醋酸纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素，写出反应式，简述合成原理要点。

7、简述粘胶纤维的合成原理。

8、试就高分子功能化和功能集团高分子化，各举一例来说明功能高分子的合成方法。

9、高分子试剂和高分子催化剂有何关系？各举一例。

10、按链转移原理合成抗冲聚苯乙烯，简述丁二烯橡胶品种和引发剂种类的选用原则，写出相应反应式。

11、比较嫁接和大单体共聚嫁接合成接枝共聚物的基本原理。

12、以丁二烯和苯乙烯为原料，比较溶液丁苯橡胶、SBS弹性体、液体橡胶的合成原理。

13、下列聚合物选用哪一类反应进行交联？

a.天然橡胶

b.聚甲基硅氧烷

c.聚乙烯涂层

d.乙丙二元胶和三元胶

14、如何提高橡胶的硫化效率，缩短硫化时间和减少硫化剂用量？

15、研究热降解有哪些方法？简述其要点。

16、那些基团是热降解、氧化降解、光（氧化）降解的薄弱环节？

17、热降解有几种类型？简述聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯热降解的机理特征。

18、抗氧剂有几种类型？它们的抗氧机理有何不同？

19、紫外光屏蔽剂、紫外光吸收剂、紫外光淬灭剂对光稳定的作用机理有何不同？

20、比较聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯装饰材料的耐燃性和着火危害性。评价耐热性的指标是什么？

9.3 模拟考试题

1、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。

2、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。

3、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。

4、简述粘胶纤维的合成原理。

5、高分子试剂和高分子催化剂有何关系？各举一例。

6、下列聚合物选用哪一类反应进行交联？

a.天然橡胶

b.聚甲基硅氧烷

c.聚乙烯涂层

d.乙丙二元胶和三元胶

7、研究热降解有哪些方法？简述其要点。

8、热降解有几种类型？简述聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯热降解的机理特征。

9、比较聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯装饰材料的耐燃性和着火危害性。评价耐热性的指标是什么？ 9.4 模拟考试题答案

1、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。

2、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。

3、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：

CH 2CH 2CH Cl Cl CH CH 2Cl CH CH 2Cl CH CH 2

Cl CH Zn CH

CH 2CH CH 2CH Cl

CH 2CH CH CH 2CH 2CH 2 C CH 2 CH

CH 3

CO O CO CO

O

CO CH 3

2 C CH 2 CH

O

CO O CO CH 3

CH 2 C CH 2 CH

① 自由基聚合反应

CH 2

CH OCOCH

3

n CH 2

CH

OCOCH 3n

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 2

CH

OCOCH 3

n 3CH 2

CH OH

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）

CH

CH 2CH 2

CH OH

OH

2CH

CH 2CH 2

CH O

O

CH 2

要点：用酸作催化剂在甲醛水溶液中反应。 关键：缩醛化程度必须接近90％

纤维用和悬浮聚合分散剂用的聚乙烯醇的差别在于醇解度不同。前者要求醇解度高（98％～99％）以便缩醛化。后者要求醇解度中等（87％～89％）。

4、简述粘胶纤维的合成原理。

将棉短绒或木浆等纤维素用20%的氢氧化钠溶液在室温下处理20～60分钟，大部分氢氧化钠被物理吸附在溶胀的纤维素上，部分碱则成纤维素醇碱。将多余的碱液从纤维素中除去，在室温放置2～3天，使聚合物链氧化降解至所希望的程度，然后在25～30℃下用二硫化碳处理碱纤维素，形成纤维素黄酸钠粘胶。反应过程如下：

O

CH 2OH OH O OH H H NaOH 2

H H OH O OH CH 2OC SNa O

S

S O

CH 2OC SH

OH O

OH

H

H

H

+