阳离子聚合
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
阳离子聚合

❖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。
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。
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
+
阳离子聚合

阳离子聚合
增长活性中心为带正电荷的阳离子的连锁聚合 增长活性中心为带正电荷的阳离子的连锁聚合 为阳离子聚合,如 为阳离子聚合 如
CH3 A B + CH2 C CH3 A CH2 CH3 CB CH3
n CH2 CH3 CH CH3
CH3 CH3 A [ CH C ]n CH2 C B CH3 CH3
•
反应中生成的碳阳离子为仲碳阳离子。 反应中生成的碳阳离子为仲碳阳离子。 • 而聚合反应是向着生成稳定的碳阳离子的方向进行的。 而聚合反应是向着生成稳定的碳阳离子的方向进行的。 • ⒊ 链终止反应和链转移反应 • 阳离子聚合不能像自由基聚合那样可以双基终止。 阳离子聚合不能像自由基聚合那样可以双基终止。 • 但阳离子聚合可以发生转移反应而单分子终止,其链转移 但阳离子聚合可以发生转移反应而单分子终止 其链转移 反应是很复杂的。 反应是很复杂的。
4.2
阳离子聚合
• 含氢酸引发剂的引发活性, 含氢酸引发剂的引发活性,决定于它提供质子的能力及阴 离子部分的亲核性。 离子部分的亲核性。 在含氢酸中,只有高氯酸提供质子的能力强 只有高氯酸提供质子的能力强, 在含氢酸中 只有 高氯酸 提供质子的能力强 , 阴离子部分的 亲核性弱,高氯酸作引发剂可以得到高相对分子质量的聚合物。 亲核性弱,高氯酸作引发剂可以得到高相对分子质量的聚合物。 • 用其它含氢酸作引发剂只能得到低聚体,该低聚体可做汽 用其它含氢酸作引发剂只能得到低聚体 该低聚体可做汽 油、煤油、柴油和润滑油等。 煤油、 • ⑵ 用Lewis酸引发 酸引发 • Lewis酸是阳离子聚合中广泛采用的引发剂 Lewis酸是阳离子聚合中广泛采用的引发剂。 酸是阳离子聚合中广泛采用的引发剂。 • Lewis酸作引发剂时(除乙烯基醚单体外)必须有水 用Lewis酸作引发剂时(除乙烯基醚单体外)必须有水、某些 等极性物质作共引发剂 组成配合物,才能起引发作用。 共引发剂, 酸等极性物质作共引发剂,组成配合物,才能起引发作用。 • ① 用BF3作引发剂时往往加入水作共引发剂 作引发剂时往往加入水
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。
活性阳离子聚合

ZnI2
+
-
CH2=CH O-i-Bu
HI
甲苯-40℃
第一单体IBVE
CH3 - CH - CH2-CH I O-i-Bu O-CH2-CH2-OCO
+
-
ZnI2
CH2=CHOCH2CH2OCO
实验现象
讨论 这种实验现象揭示出了什么结果?
●聚合体系中存在两种活性种 ●活性种形态与溶剂极性有关 ●阳离子活性聚合与反离子(引发剂) 有关
双峰实验结果的本质
CH2-CH+B- CH2-CH+ + B-
X
X
非离解状态的离子对
裸阳离子
虽然其反应活性较弱,ß-氢酸性较弱,不易发生链转移,活性种寿命长。Mn与转化率有关
分子量
高
低
溶剂极性
高
低
虚线:高转化率
实线: 低转化率
溶剂:CH2Cl2
HClO4
CH2Cl2
分子量分布曲线出现双峰。
峰值随溶剂极性的变化而变化。
高极性溶剂时,其峰出现高分子量一侧的单峰。
低极性溶剂时,也只出现低分子量一侧的单峰。
低分子量产物的Mn与转化率有关;而高分子量 产物的Mn与转化率几乎无关。
不同酸根的影响
方案:设计不同R基团的RCOOH作引发剂
方案:改用RSO3 H作引发剂代替RCOOH
酸性适中,有利于阳离子的安定化,实现活性聚合 体系中以强路易士酸作活化剂时,可添加季铵盐或季鏻盐实现活性化。 目的:提高反离子的亲核性 思考:从安定化角度出发,应注意什麽?
2)不同活化剂的影响
讨论 如何设计实验研究其酸根的影响?
同类酸根的影响
高分子化学 第六章_阳离子聚合

阳离子聚合反应机理复杂,动力学方程建立较难: ①体系总伴有共引发剂,使引发反应复杂化; ②微量杂质对聚合速率影响很大; ③聚合速率极快,数据重复性差; ④真正的终止反应不存在,稳态假定难以建立; ⑤离子对和少量自由基离子并存,两者的影响难以分离。 ⑥聚合体系多为非均相
因此只能在特定条件下做动力学研究。 引发剂—SnCl4(低活性) 自终止方式—向反离子转移
第十八讲 阳离子聚合
(第六章 离子聚合)
复 习:
1、阴离子聚合的单体和引发剂; 单体—吸电子共轭单体 引发剂—亲核试剂
2、阴离子聚合的机理与特征 快引发、慢增长、无终止、无转移
3、阴离子聚合动力学 ——活性阴离子聚合
6.3 阳离子聚合
阳离子聚合反应的通式:
A B
M
AM
B
M
HM (CR)
质子或碳正离子
特点:
引发剂往往与共引发剂配合使用,引发体系离解度很 低,很难达到活性聚合的要求; 引发活化能低(Ei=8.4~ 21 kJ/mol),引发速率快;
(自由基聚合 Ed=105~150 kJ/mol )
6.3 阳离子聚合
2、链增长
HM (CR) + n M kp HMnM (CR)
古马隆
杂环化合物:环醚、醛类、环缩醛、三元环酰胺
基本原则: 由于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。
6.3 阳离子聚合
二、阳离子聚合的引发体系和引发作用
引发剂—亲电试剂
引发方式有两种: 阳离子引发—质子酸、Lewis酸 —引发剂生成阳离子,引发单体生成碳阳离子
电荷转移引发—乙烯基咔唑和四腈基乙烯(TCE) —引发剂和单体先形成电荷转移络合物而后引发
高分子化学6-离子聚合-阳离子聚合

异构化聚合:在链增长过程中伴有产生分子内重 排的聚合反应。(通过分子内的 H- 或 R- 的转移 进行) 异构化的结果:一种单体通过阳离子聚合得到的 聚合物具有两种或两种以上结构单元。
重排反应的推动力:活性离子总是倾向于生成 热力学稳定的结构。 碳阳离子的稳定次序: 叔碳阳离子 > 仲碳阳离子 > 伯碳阳离子
1,5 或1,6 双烯类单体的异构化,可通过键或电子 转移进行的环化聚合(cyclopolymerization)
例:2,6-二苯基-1,6-庚二烯的聚合:
Y H2C Y+
+
Y CH2 Ph H2C Ph Ph
CH2 Ph
H2C Ph
Ph
2. 异构化聚合
正常链增长反应和重排反应是一对竞争反应, 竞争的结果取决于正碳离子的稳定性和聚合温 度的高低。 正常的阳离子聚合比异构化聚合活化能高, 所以室温聚合时,以正常阳离子聚合为主,而 在-130C低温时,则主要发生异构化聚合。
H CH2 C O R
H CH2 C O R
共轭效应占主导地位 R为芳基时,单体的阳离子聚合活性降低
6.2 阳离子聚合
一、阳离子聚合的单体
3. 异核不饱和单体 R2C=Z (Z为杂原子 或原子团)
例:醛 RHC=O,酮RR’C=O(丙酮除外)、
硫酮RR’=S,重氮烷基化合物RR’CN2等。
Lewis 酸、质子酸、碳阳离子盐等
二、阳离子聚合的引发体系与引发作用
1. 质子酸
作为阳离子引发剂的质子酸包括强的无机酸和有机酸: HClO4、H2SO4、H3PO4、HSO3F(氟磺酸)、HSO3Cl(氯磺 酸)、CF3COOH(三氟乙酸)、CCl3COOH。
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
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二 、阳离子聚合的引发体系
1. 质子酸:
H2SO4, H3PO4, HClO4, Cl3CCOOH
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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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
O
CH2 CH2 CH2
氧杂环丁烷
CH2 O CH2 C
CH2Cl CH2Cl
CH2 CH2
四氢呋喃
3,3'-二氯甲基氧杂环丁烷
4.2
阳离子聚合
• • • • • • • • • • • •
二、阳离子聚合的引发剂 阳离子聚合的引发剂是“酸”。 它包括:含氢酸、Lewis酸、有机金属化合物和其它等。 ⒈ 含氢酸 含氢酸中有HClO4、H2SO4、H3PO4、 三氯乙酸CCl3COOH等。 ⒉ Lewis酸 较强的Lewis酸有BF3、AlCl3, 中强的有FeCl3、SnCl4和TiCl4, 较弱的有ZnCl2等。 ⒊ 有机金属化合物 有三乙基铝Al(C2H5)3、Al(C2H5)2Cl、AlC2H5Cl2等。
阳离子自由基,不稳定,立即二聚为双阳离子:
2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH OR OR OR 双阳离子为阳离子聚合的活性中心。
4.2
阳离子聚合
• •
③ 高能射线引发 CH3 CH2 C Co60 CH3 CH3 2 CH2 C CH3
CH3 射线 CH2 C + e CH3 CH3 CH3 C CH2 CH2 C CH3 CH3
CH3 CH2 C OH + BF3 CH3
这种终止将使引发剂-共引发剂浓度降低。 • ③ 添加某些链转移剂或阻聚剂(SA)使链终止 • 在阳离子聚合中 , 添加某些链转移剂或阻聚剂 , 往往是链 终止的主要方式。如加入阻聚剂苯醌 CH3 • ktr,S 2 CH2 C (BF3OH) + O O CH3 CH3 2 CH2 C + [ HO OH ](2+)(BF3OH)2
⑵ 负氢转移的异构化聚合 • 当用AlCl3作引发剂,氯乙烷作共引发剂,3-甲基-丁烯-1的阳 离子聚合为负氢转移的异构化聚合。 • 引发反应:
•
AlCl3 + C2H5Cl
引发剂
1
C2H5 (AlCl4)
配合物
1 2
共引发剂
2
C2H5 (AlCl4) + CH2 CH C2H5 CH2 CH (AlCl4) 3 CH CH 3 CH CH 3 3 5 5 4 4 CH CH3 3
BF3 + H2O
引发剂 共引发剂
K
H ( BF3OH )
配合物
4.2
阳离子聚合
H ( BF3OH ) + CH2
CH3 C CH3
ki
H CH2
CH3 C (BF3OH ) CH3
② 用TiCl4作引发剂时,往往加入水或三氯乙酸作共引发剂
TiCl4 + CCl3COOH
H (TiCl4 CCl3COO) + CH2
• • • • •
R (BF3 CH2 CHO)
CH (BF3 CH2CHO) OR
CH2 CH OR
R CH2
⑶ 用有机金属化合物引发 用有机金属化合物作引发剂时,也必须有共引发剂卤代烃
Al(C2H5)2Cl + RCl
K
ki
R (Al(C2H 5)2Cl2)
R CH2 CH (Al(C2H5)2Cl2)
R (Al(C2H5)2Cl2) + CH2 CH
4.2
阳离子聚合
⑷ 其它阳离子引发剂的引发反应
① 用卤素引发
I2 + CH2 CH OR
I CH2 CH I I2 I CH2 CHI3 OR OR
② 稳定的碳阳离子盐作引发剂的引发反应
(C6H5)3C + CH2 CH OR (C6H5)3C + CH2 CH OR
4.2
阳离子聚合
增长活性中心为带正电荷的阳离子的连锁聚合 为阳离子聚合,如
CH3 A B + CH2 C CH3 A CH2 CH3 CB CH3
n CH2 CH3 CH CH3
CH3 CH3 A [ CH C ]n CH2 C B CH3 CH3
阳离子活性增长链
A B
A CH2 CH3 CB CH3
因形成的活性单体 , 它可以继续引发单体聚合 , 因而动 力学链没有终止。
4.2
阳离子聚合
CH2
CH3 CH3 C (BF3OH) + CH2 C CH3 CH3 CH2
CH2
CH3 C H CH3
CH3 C CH2 (BF3OH)
阳离子活性增长链向单体夺取一个 H(-), 结果阳离子活 性增长链终止为一个饱和大分子。 单体变为一个含阳离子的单体,其与反离子结合为活性 单体。 因活性单体它可以继续引发单体聚合,因而动力学链 没有终止。 阳离子活性增长链向单体转移,其通式为:
4.2
阳离子聚合
• 含氢酸引发剂的引发活性,决定于它提供质子的能力及阴 离子部分的亲核性。 在含氢酸中 , 只有高氯酸提供质子的能力强 ,阴离子部分的 亲核性弱,高氯酸作引发剂可以得到高相对分子质量的聚合物。 • 用其它含氢酸作引发剂只能得到低聚体 , 该低聚体可做汽 油、煤油、柴油和润滑油等。 • ⑵ 用Lewis酸引发 • Lewis酸是阳离子聚合中广泛采用的引发剂。 • 用Lewis酸作引发剂时(除乙烯基醚单体外)必须有水、某些 酸等极性物质作共引发剂,组成配合物,才能起引发作用。 • ① 用BF3作引发剂时往往加入水作共引发剂
H (CR) + M
HM (CR)
慢反应 情况①
Ri = kic(H (CR) )c(M) ki Kc(C)c(HR)c(M)
⑵ 链增长反应
HMnM (CR)
+ M
kp
HMn+1M (CR)
Rp=kpc(HMnM (CR) )c(M)
4.2
阳离子聚合
⑶ 链终止反应 ① 自发终止
HMnM (CR)
4.2
阳离子聚合
聚3-甲基-丁烯-1的阳离子活性增长链的结构式为 CH3 CH3 C2H5 [ CH2 CH2 C ]m CH2 CH2 C (AlCl4) CH3 CH3 • 3-甲基-丁烯-1的阳离子聚合由1,2-聚合变为1,3-聚合 • 是通过负H离子转移或正电荷的移位而进行的,特称 为负H 转移的异构化(分子内重排)聚合。 原因,碳阳离子的稳定性次序是: 叔C >仲C >伯C
CH2
4.2
阳离子聚合
• 苯醌既是自由基聚合的阻聚剂,又是阳离子聚合的阻聚剂, 因此不能用苯醌的阻聚作用判断聚合反应机理是自由基聚合还 是阳离子聚合。 • 添加胺则生成稳定的无引发活性的季胺盐,且不发生链转移
CH3 C (BF3OH) + NR3 CH3
ktr,S
CH2
CH2
CH3 C (NR3 BF3OH) CH3
kt
HMnM
+ H (CR)
Rt=ktc(HMnM (CR) )
c(HMnM (CR) ) 为阳离子活性增长链的总浓度
作稳态假定:
Ri Rt
ki Kc(C)c(HR)c(M) = ktc(HMnM (CR) )
kiKc(C)c(HR)c(M) c(HMnM (CR) ) = kt
4.2
阳离子聚合
ktr,M
HMnM (CR) + M
Mn+1 + HM (CR)
4.2
阳离子聚合
② 阳离子活性增长链自发终止 增长活性中心重排或称阳离子活性增长链向反离子转移: CH3 CH3 CH2 C (BF3OH) CH2 C CH2 + H (BF3OH) CH3
⊕ ,自 阳离子活性增长链自发终止:向反离子转移一个H 身终止为一个含不饱和端基的大分子,同时再生一个配合物。
C + HR
K
H (CR)
慢反应 情况②
Ri = Kc(C)c(HR)
4.2
阳离子聚合
作稳态假定:
Kc(C)c(HR) =ktc(HMnM (CR) )