第3章自由基聚合习题参考答案

第3章自由基聚合-习题参考答案

1判断下列单体能否进行自由基聚合？并说明理由

H2C 二CHCN H2C = C(CN) 2H2C二CHCH 3F2C-CF2ClHC 二CHCl CH3

CN

I HC 二CH

H2C 二C

I

H2C 二C

I

OC CO

COOCH 3COOCH 3O

答：

(1) 可以。Cl原子的诱导效应为吸电性，共轭效应为供电性两者相抵，电子效应微弱，只能自由基聚合。

(2) 可以。为具有共轭体系的取代基。

(3) 可以。结构不对称，极化程度高，能自由基聚合。

(4) 可以。结构对称，无诱导效应共轭效应，较难自由基聚合。

(5) 不能。1，1 —二苯基乙烯，二个苯基具有很强的共轭稳定作用，形成的稳定自由基不

能进一步反应。

(6) 可以。吸电子单取代基。

(7) 不可以。1，1双强吸电子能力取代基。

(8) 不可以。甲基为弱供电子取代基。

(9) 可以。氟原子半径较小，位阻效应可以忽略不计。

(10) 不可以。由于位阻效应，及结构对称，极化程度低，难自由基聚合

(11) 可以。1，1-双取代。

(12) 可以。1，1-双取代吸电子基团。

(13) 不可以。1，2-双取代，空间位阻。但可进行自由基共聚。

2、试比较自由基聚合与缩聚反应的特点。

H2C 二CHCl H2C CH H2^CC l2 H2C二CH2

答：

自由基聚合：

（1）由链引发，链增长，链终止等基元反应组成，其速率常数和活化能均不等，链引发最慢是控制步骤。

（2）单体加到少量活性种上，使链迅速增长。单体-单体，单体-聚合物，聚合物-聚合物之间均不能反应。

（3）只有链增长才是聚合度增加，从一聚体增加到高聚物，时间极短，中间不能暂停。聚合一开始就有高聚物产生。

（4）在聚合过程中，单体逐渐减少，转化率相应增加

（5）延长聚合时间，转化率提高，分子量变化较小。

（6）反应产物由单体，聚合物，微量活性种组成。

（7）微量苯酚等阻聚剂可消灭活性种，使聚合终止。

缩聚反应：

（1）不能区分出链引发，链增长，链终止，各部分反应速率和活化能基本相同。

（2）单体，低聚物，缩聚物中任何物种之间均能缩聚，使链增长，无所谓活性中心。

（3）任何物种之间都能反应，使分子量逐步增加，反应可以停留在中等聚合度阶段，只在聚合后期才能获得高分子产物。

（4）聚合初期，单体缩聚成低聚物，以后再由低聚物逐步缩聚成高聚物，转化率变化微小，反应程度逐步增加。

（5）延长缩聚时间分子量提高，而转化率变化较小。

（6）任何阶段都由聚合度不等的同系缩聚物组成。

（7）平衡和基团非等当量可使缩聚暂停，这些因素一旦消除，缩聚又可继续进行。

3、解释下列概念：

歧化终止，偶合终止，引发剂效率，笼蔽效应，诱导效应，自动加速现象，诱导期，聚合上限温度，悬浮聚合，乳液聚合，增溶作用，临界胶束浓度，胶束，种子乳液聚合，

答：

歧化终止：链自由基夺取另一自由基的氢原子或其他原子终止反应。偶合终止：两链自由基的独电子相互结合成共价键的终止反应。引发剂效率：引发剂在均裂过程中产生的自由基引发聚合的部份占引发剂分解总量的分率，以f表示。

笼蔽效应：引发剂分解产生的初级自由基，处于周围分子（如溶剂分子）的包围，像处在笼

子中一样，不能及时扩散出去引发单体聚合，就可能发生自由基偶合等副反应，

形成稳定分子，使引发剂效率降低。引发剂分解产生的初级自由基在与单体反应形成单体自由

基之前发生副反应而失活，造成引发剂效率降低。

诱导效应：实质上是自由基向引发剂的转移反应。

自加速现象：聚合速率因体系粘度引起的加速现象，又称凝胶效应。

诱导期：初级自由基被阻聚杂质所终止，无聚合物产生，聚合速率为零

1.3个引发剂残基，假定无链转移反

9、对于双基终止的自由基聚合，若每一个大分子含有

应，试计算歧化终止和偶合终止的相对量。

解：设偶合终止百分数为C,歧化终止百分数为D

------ =1.3V

C∕2÷D

Y

J C+D=1

得C=46%

D=54%

即偶合终止为46% ,歧化终止为54%。

3

10、单体溶液浓度0.20 mol/l ,过氧类引发剂浓度为4.0 × 10-mol∕l ,在60 C下加热聚合。如引发剂的半衰期为44hr,引发剂效率领f=0.8, kp=145 l/mol ∙S, kt=7.0 × 107 l/mol ,欲达到50% 转化率，需多长时间？

解：k d =0∙693t =4.375*10^s' =0.01575h'

/ t1/2

当引发剂浓度随时间不变时：

1

0.8* 4.375* 10^ 1/2

」1/2

ln

145* (

7

) (4.0*10 ) t

1—0.50

7

0.693

I

1 〜 Z fk d 、「，■, 1/

2 〃 -k d

t/2、 In 2k p ( —)[l]° (1-e d ) 1 - C K t

t =170.8hr

11、什么叫链转移反应？有几种形式？对聚合速率和分子量有何影响

？什么叫链转移常数？与链

转移速率常数的关系如何？ 解：

(1) 链转移是链自由基 MX •夺取另一分子 YS 中结合得较弱的原子 Y 而终止，而YS 失去

Y 后则成为新自由基 S •；

(2) 向单体转移，向引发剂转移，向溶剂或链转移剂转移，向大分子转移；

(3) 如果转移后形成的自由基活性不减，则聚合速率不变；如果自由基活性减弱，则聚合 速率减小。而对分子量来说，任何链转移都会导致分子量下降。 (4)

链转移常数：链转移速率常数与链增长速率之比， 代表这两种反应的竞争能力。

C=k t r

∙∕k p

13、以过氧化苯甲酰作引发剂，在

60 C 进行动力学研究，数据如下：

(1) 60 C 苯乙烯的密度为 0.887 g/L ;

(2)引发剂用量为单体重的

0.109%;

-4

(3) RP=0.255×10 mol/l S ;・ (4)聚合度=2460;

(5)

f=0.80 ; (6)自由基寿命 T =0.82 S

试求kd,kp,kt 值，并比较[M •]和[M]的大小；Ri , RP , Rt 的大小。

1 ln

1*k p (

fk d k t

)1/2[I]1/2t 7.0*107 t

= 145* 2.236*10”* 0.0632 = 94hr