高分子化学 第6章-聚合物的化学反应
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第六章离子聚合论述题1. 丁基锂和萘钠是阴离子聚合的常用引发剂,试说明两者引发机理和溶剂的选择有何差别。
2. 甲基丙烯酸甲酯分别在苯、四氢呋喃、硝基苯中用萘钠引发聚合。
试问在哪一种溶剂中的聚合速率最大?3. 应用活性阴离子聚合来制备下列嵌段共聚物,试提出加料次序方案。
a.(苯乙烯)x—(甲基丙烯腈)yb.(甲基苯乙烯)x—(异戊二烯)y—(苯乙烯)zc.(苯乙烯)x—(甲基丙烯酸甲酯)y—(苯乙烯)x4. 试从单体、引发剂、聚合方法及反应的特点等方面对自由基、阴离子和阳离子聚合反应进行比较。
5. 将下列单体和引发剂进行匹配。
说明聚合反应类型并写出引发反应式。
单体:(1)CH2=CHC6H5(2)CH2=C(CN)2(3)CH2=C(CH3)2(4)CH2=CHO(n-C4H9)(5)CH2=CHCl(6)CH2=C(CH3)COOCH3引发剂:(1)(C6H5CO2)2(2)(CH3)3COOH+Fe2+(3)萘-Na(4)BF3+H2O6. 在离子聚合反应过程中,能否出现自动加速效应?为什么?7. 何为活性聚合物?为什么阴离子聚合可以实现活性聚合?计算题1. 用n-丁基锂引发100 g苯乙烯聚合,丁基锂加入量恰好是500分子,如无终止,苯乙烯和丁基锂都耗尽,计算活性聚苯乙烯链的数均分子量。
2. 将1.0×10-3 mol萘钠溶于四氢呋喃中,然后迅速加入2.0 mol苯乙烯,溶液的总体积为1 L。
假如单体立即混合均匀,发现2000 s内已有一半单体聚合。
计算聚合2000 s和4000 s时的聚合度。
3. 将苯乙烯加到萘钠的四氢呋喃溶液中,苯乙烯和萘钠的浓度分别为0.2 mol⋅L-1和1×10-3 mol⋅L-1。
在25℃下聚合5 s,测得苯乙烯的浓度为1.73×10-3 mol⋅L-1。
试计算:a.增长速率常数b.10s的聚合速率c.10s的数均聚合度4. 在搅拌下依次向装有四氢呋喃的反应器中加入0.2 mol n-BuLi和20 kg苯乙烯。
第一章绪论思考题1. 举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义,以及它们之间的相互关系和区别。
答:合成聚合物的原料称做单体,如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯,缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。
在聚合过程中,单体往往转变成结构单元的形式,进入大分子链,高分子由许多结构单元重复键接而成。
在烯类加聚物中,单体单元、结构单元、重复单元相同,与单体的元素组成也相同,但电子结构却有变化。
在缩聚物中,不采用单体单元术语,因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出,结构单元的元素组成不再与单体相同。
如果用2种单体缩聚成缩聚物,则由2种结构单元构成重复单元。
聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子量高达104-106的同系物的混合物。
聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。
以重复单元数为基准,即聚合物大分子链上所含重复单元数目X表的平均值,以DP表示;以结构单元数为基准,即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值,以n 示。
2. 举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义,以及它们之间的关系和区别。
答:合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合物。
聚合物(polymer)可以看作是高分子(macromolecule)的同义词,也曾使用large or big molecule的术语。
从另一角度考虑,大分子可以看作1条大分子链,而聚合物则是许多大分子的聚集体。
根据分子量或聚合度大小的不同,聚合物中又有低聚物和高聚物之分,但两者并无严格的界限,一般低聚物的分子量在几千以下,而高聚物的分子量总要在万以上。
多数场合,聚合物就代表高聚物,不再标明“高”字。
齐聚物指聚合度只有几~几十的聚合物,属于低聚物的范畴。
低聚物的含义更广泛一些。
8. 举例说明和区别线形结构和体形结构、热塑性聚合物和热固性聚合物、非晶态聚合物和结晶聚合物。
答:线形和支链大分子依靠分子间力聚集成聚合物,聚合物受热时,克服了分子间力,塑化或熔融;冷却后,又凝聚成固态聚合物。
第六章链式共聚反应本章要点:1)共聚反应和共聚物的类型:按不同重复结构单元在聚合物连中的排列情况,共聚物可分为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物,共聚反应也相应地进行分类。
2)共聚组成方程和共聚曲线:描述共聚物组成与单体浓度、转化率之间的关系,共聚组成方程的微分式给出了某个时刻生成的共聚物的组成与该时刻单体组成的定量关系,共聚组成方程的积分式给出了在某个时期形成共聚物的平均组成与起始的单体组成和单体总转化率之间的关系。
共聚曲线则是共聚组成方程微分式的图形化。
3)竞聚率和共聚类型:竞聚率为自增长反应速率常数和交叉增长速率常数的比值,反映了单体共聚能力的强弱;依据共聚单体对竞聚率的乘积,共聚可分为理想共聚、无规共聚、交替共聚、非理想共聚和“嵌段”共聚等类型,它们的共聚曲线具有不同的特征。
4)共聚物的序列分布:是共聚物组成不均一性的必然体现,描述了不同长度的同种结构单元的序列在共聚物中所占的比例,包括序列的数量分布和质量分布。
5)自由基共聚:通过自由基共聚竞聚率的研究可以确定结构对单体和自由基活性的影响,这些结构因素主要包括极性效应和共轭效应,其中共轭效应的作用更为显著;由Q-e方程可建立起结构因素和竞聚率之间的半定量关系,可用于竞聚率的估算和共聚类型的推断。
自由基聚合的竞聚率基本不受反应条件的影响。
6)离子共聚:离子共聚基本属于理想共聚,共聚单体的竞聚率受引发剂类型、温度、溶剂和其它聚合条件影响。
本章难点:1)理想共聚模型:活性中心等活性假定、稳态假定、无解聚和聚合物具有很高分子量是理想共聚模型的基本点;活性中心等活性指的是活性中心只与增长链末端单元相关,与增长链的聚合物和其它结构单元无关。
2)共聚组成方程的成立条件和使用范围:共聚组成方程适用于活性中心等活性和无解聚的共聚。
共聚组成方程的微分形式是瞬时状态方程,描述某个时刻共聚物组成与单体组成的关系。
对于某阶段生成的共聚物组成,如果单体浓度变化不显著,则可以共聚组成方程的微分形式进行简化处理,否则需用共聚组成方程的积分式进行处理。