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高分子化学 第6章 离子聚合

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高分子化学6-离子聚合-阴离子聚合

高分子化学6-离子聚合-阴离子聚合

二、阴离子聚合引发剂
对于吸电子取代基的烯类单体,按其反应能力, 可以排为四组:
CN A 组 CH2 C(CN)2 > CH2 C COOC2H5 > CH2 CHNO2 >>
B 组 CH2 CHCN > CH2 C(CH3)CN > CH2 CHCCH3 >>
CH3
O
C 组 CH2 CH
> CH2 C
Na + CH2 CH
CH2 CH
CH2 CH Na+
自由基末端偶合二聚后形成双阴离子：
2 CH2 CH
CH2 CH Na+
Na+
CH CH2 CH2 CH Na+
双向引发聚合
1.链引发（3）碱金属络合引发--电子间接转移引发
钠—萘体系：利用碱金属在某些溶剂中能够生成 有机络合物并降低其电子转移活化能的特点。
>>
COOCH3 D 组 CH2 CHCH CH2
COOCH3 > CH2 CH
CH3 > CH2 C
C6H5
C6H5
二、阴离子聚合引发剂
表 常见阴离子聚合单体和引发剂的反应活性
单体活性类别
单体
高活性A 次高活性B 中活性C 低活性D
硝基乙烯 偏二氰基乙烯
丙烯腈 甲基丙烯腈
丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸甲酯
A
苯乙烯
非极性共轭烯烃
丁二烯
B
甲基丙烯酸甲酯 丙烯酸甲酯
丙烯腈
C 甲基丙烯腈
极性单体
活 性
甲基乙烯酮
硝基乙烯
高活性单体
亚甲基丙二酸二乙酯 D - 氰基丙烯酸乙酯

高分子化学-离子聚合

高分子化学-离子聚合

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。

第六章离子聚合

第六章离子聚合

第六章离子聚合一、名称解释1. 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。

2. 活性聚合：当单体转化率达到100%时，聚合仍不终止，形成具有反应活性聚合物（活性聚合物）的聚合叫活性聚合。

3. 化学计量聚合：阴离子的活性聚合由于其聚合度可由单体和引发剂的浓度定量计算确定，因此也称为化学计量聚合。

4. 开环聚合：环状单体在引发剂作用下开环，形成线形聚合物的聚合反应。

5. Ziegler-Natta引发剂：Zigler-Natta引发剂是一大类引发体系的统称，通常有两个组份构成：主引发剂是Ⅳ～Ⅷ族过渡金属化合物。

共引发剂是Ⅰ～Ⅲ族的金属有机化合物。

6. 配位聚合：单体与引发剂经过配位方式进行的聚合反应。

具体的说，采用具有配位（或络合）能力的引发剂、链增长（有时包括引发）都是单体先在活性种的空位上配位（络合）并活化，然手插入烷基—金属键中。

配位聚合又有络合引发聚合或插入聚合之称。

7. 定向聚合：任何聚合过程（包括自由基、阳离子、阴离子、配位聚合）或任何聚合方法（如本体、悬浮、乳液和溶液等），只要它是经形成有规立构聚合物为主，都是定向聚合。

定向聚合等同于立构规整聚合。

二、选择题1. 下列单体中哪一种最容易进行阳离子聚合反应---------------------------------------------（ B ）A．CH2=CH2B．CH2=CHOCH3C．CH2=CHCl D．CH2=CHNO22. 下列哪种物质不能作为阳离子聚合的引发剂------------------------------------------------（B ）A．正碳离子盐B．有机碱金属C．质子酸D．Lewis酸3. 四氢呋喃可以进行下列哪种聚合---------------------------------------------------------（ C ）A．自由基聚合B．阴离子聚合C．阳离子聚合D．配位聚合4. 在无终止的阴离子聚合中，阴离子无终止的原因是（C ）A 阴离子本身比较稳定B 阴离子无双基终止而是单基终止C 从活性链上脱出负氢离子困难D 活化能低，在低温下聚合5. 合成聚合物的几种方法中，能获得最窄相对分子质量分布的是( A )A 阴离子聚合B 阳离子聚合C 自由基聚合D自由基共聚合6. 能引发苯乙烯阴离子活性聚合，并且聚合度等于两倍的动力学链长的是（D）A. BuLiB. AIBNC. AlCl3+H2OD. 萘+钠7. 制备分子量分别较窄的聚苯乙烯，应该选择(B)A阳离子聚合B阴离子聚合反应C配位聚合反应D自由基聚合反应8. 按阴离子聚合反应活性最大的单体是(A)A α-氰基丙烯酸乙酯B 乙烯C 甲基丙烯酸甲酯D乙酸乙烯酯9. 高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的合成方法不同，若要合成高密度聚乙烯所采用的引发剂是（ B ）A. BuLiB. TiCl4－AlR3C. BF3+H2OD. BPO10. Ziegler-Natta引发剂引发丙烯聚合时，为了控制聚丙烯的分子量，最有效的办法是(D)A 增加引发剂的用量B适当降低反应温度C适当增加反应压力D加入适量氢气11. 合成顺丁橡胶所用的引发剂为(D)A BPOB BuLiC Na + 萘D TiI+AlEt312. 鉴定聚丙烯等规度所用的试剂是(D)A 正庚烷B正己烷C 正辛烷D沸腾的正庚烷13. 能采用阳离子、阴离子与自由基聚合的单体是（B）A、MMAB、StC、异丁烯D、丙烯腈14. 在高分子合成中，容易制得有实用价值的嵌段共聚物的是（B）A配位阴离子聚合；B阴离子活性聚合；C自由基共聚合15 阳离子聚合最主要的链终止方式是（B）A向反离子转移；B向单体转移；C自发终止16能引发丙烯酸负离子聚合的引发剂是（A）A丁基锂B三氯化铝C过氧化氢17 取代苯乙烯进行阳离子聚合反应时，活性最大的单体是（A）A对甲氧基苯乙烯B对甲基苯乙烯C对氯苯乙烯D间氯苯乙烯18 在具有强溶剂化中进行阴离子聚合反应时，聚合速率随反离子的体积增大而（B）A增加B下降C不变D无规律变化19 用强碱引发己内酰胺进行阴离子聚合反应时存在诱导期，消除的方法是（C）A加入过量的引发剂B适当提高温度C加入少量乙酸酐D适当加压20 为了得到立构规整的1.4-聚丁二烯，1,3 –丁二烯可采用( D)聚合。

潘祖仁《高分子化学》课后习题及详解(离子聚合)【圣才出品】

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第6章离子聚合（一）思考题1．试从单体结构来解释丙烯腈和异丁烯离子聚合行为的差异，选用何种引发剂？丙烯酸、烯丙醇、丙烯酰胺、氯乙烯能否进行离子聚合？为什么？答：（1）丙烯腈中氰基为吸电子基团，可以与双键形成π-π共轭，使双键上的电子云密度减弱，有利于阴离子的进攻，并使所形成的碳阴离子的电子云密度分散而稳定，因此丙烯腈能够进行阴离子聚合。

进行阴离子聚合时，可选用碱金属、碱金属化合物、碱金属烷基化合物、碱金属烷氧化合物等作为引发剂。

异丁烯中两个甲基为推电子基团，能使双键上的电子云密度增加，有利于阳离子的进攻，并使所形成的碳阳离子的电子云密度分散而稳定，因此异丁烯能够进行阳离子聚合。

进行阳离子聚合时，通常采用质子酸、Lewis酸及其相应的共引发剂进行引发。

（2）丙烯酸、烯丙醇、丙烯酰胺不能进行离子聚合，因为没有强烈的推电子基团和吸电子基团。

氯乙烯中氯原子的诱导效应为吸电性，而共轭效应却有供电性，两者相抵消后，电子效应微弱，因此氯乙烯不能离子聚合。

2．下列单体选用哪一引发剂才能聚合？指出聚合机理类型。

表6-1答：（1）苯乙烯三种机理均可，可以选用表6-1中任何一种引发剂。

（2）偏二腈乙烯，阴离子聚合，选用Na＋萘或n-C4H9Li引发。

（3）异丁烯，阳离子聚合，选用SnC14＋H2O或BF3＋H2O。

（4）丁基乙烯基醚，阳离子聚合，选用SnC14＋H2O或BF3＋H2O。

（5）甲基丙烯酸甲酯，阴离子聚合和自由基聚合。

阴离子聚合，选用Na＋萘或n-C4H9Li 引发，自由基聚合选用（C6H5CO）2O2作引发剂。

3．下列引发剂可以引发哪些单体聚合？选择一种单体，写出引发反应式。

a．KNH2b．AlCl3＋HClc．SnCl4＋C2H5Cld．CH3ONa答：a．KNH2是阴离子聚合引发剂，可以引发大多阴离子单体聚合，如引发苯乙烯进行聚合，反应式为b．AlCl3活性高，和微量的水作共引发剂即可，和HCl配合时，氯离子的亲和性过强，容易同阳离子共价终止，所以很少采用。

第六章离子聚合

第六章离子聚合

20
实验证据 萘钠在THF中引发苯乙烯聚合，碳阴
离子增长链为红色，直到单体100％转 化，红色仍不消失
重新加入单体，仍可继续链增长 （放热），红色消退非常缓慢，几天～ 几周
21
Na +
[ THF
[2
] THF Na +2CH2 CH
] Na （绿色）
+ Na CH CH2 CH2 CH Na
（红色）
2 CO2
X
O A O C CH CH2
X
O
CH2 CH C O A
H+
X
O HO C CH CH2
X
CH2
36
O CH C OH X
（4）制备嵌段共聚物 利用活性聚合,先制得一种单体的活性链,
然后加入另一种单体,可得到希望链段长度的 嵌段共聚物。
工业上已经用这种方法合成了St－B、 St－B－St两嵌段和三嵌段共聚物,这种聚合物 在室温具有橡胶的弹性,在高温又具有塑料的 热塑性,称热塑弹性体。
26
(3) 链转移反应
负离子聚合链转移反应发生的比 较少，特别是在低温下进行，链转 移反应就更少了。
27
聚合速率 可简单地用增长速率来表示：
上式适用条件： (1) 无杂质的活性聚合；
M-——阴离子增长 活性中心的总浓度
(2) 且引发快于增长反应，即在开始聚合前，
引发剂已定量地离解成活性中心，则阴离
引发剂活性
高
K，Na
引发剂
萘-Na复合物 KNH2 ，RLi
较高 RMgX t-BuOLi
中 ROK RONa ROLi
低 吡啶 R3N H2O
单体 单体活性
苯乙烯

高分子化学-离子聚合

高分子化学-离子聚合

（2）带有共轭取代基的烯类单体，如
CH2=CH-CH=CH2
CH2 CH
CH2=C-CH=CH2 CH3
丁二烯
苯乙烯
异戊二烯
（3）部分环氧化合物及环硫化合物，如
H2C-CH2
O
H2C-CH2
S
H2C-CH2-CH3
S
环氧乙烷
环硫乙烷
环氧丙烷
（4）羰基化合物，如甲醛
3.2 阴离子聚合引发剂
阴离子聚合引发剂是电子给予体，亲核试剂，
离子型聚合和配位聚合
主讲：付丽华老师
1 引言
离子型聚合类型
阳离子聚合
阴离子聚合
配位离子聚合
2 阳离子聚合
阳离子聚合反应通式可表示如下：
+ -
A+ B -
+ M
AM B …
M
--Mn--
A+ 为阳离子活性中心，可以是碳阳离子， 也可以是氧鎓离子。
2.1 阳离子聚合单体
能进行阳离子聚合的单体可分为以下几类：
阻 聚 剂 酚、醌、芳 胺、硝基化 合物、氧 产物结构 无规
实施方法 本体、溶液、 本体聚合、溶液聚合 悬浮、乳液 实 例 氯乙烯的自 异丁烯的聚 由基聚合反应 合反应 苯乙烯的聚合 丙烯的聚合反 反应 应
共聚合反应
1 共聚合反应与共聚物
由一种单体所进行的聚合反应叫做均聚合反应， 由两种或两种以上的单体共同进行的聚合反 应叫做共聚合反应。 根据聚合单体种类的多少有：二元共聚合、三 元共聚合…等，以此类推。 二元共聚合的理论研究较系统深入，而三元及三 元以上共聚合复杂，理论研究很少，但实际应用 的例子颇多。
4 配位聚合
配位聚合反应是烯烃单体的碳-碳双键与引发 剂活性中心的过渡元素原子的空轨道配位， 然后发生位移使单体分子插入到金属-碳之间 进行链增长的一类聚合反应。

高分子化学第四版6-离子聚合

高分子化学第四版6-离子聚合

6.2.6 活性阴离子聚合动力学
阴离子聚合的特征：聚合前引发剂全部转变成
活性中心，各活性中心活性相同，以相同的
速度同时引发单体增长，增长过程中无引发
反应和终止反应，活性中心数保持不变。 活性阴离子聚合是： 快引发、慢增长、无终止和无转移。
⑴. 聚合速率
测定t 时的 残留[M]， 可求kp
⑵. 聚合度和聚合度分布
6.3.3 阳离子聚合机理
阳离子聚合机理：
快引发、快增长、易转移、难终止。
1. 链引发
其它络合物离子对： BF3 H 2O H BF3OH SnCl4 RCl R SnCl5

AlCl3 HCl H AlCl4


BF3 C2 H 5 2 O C2 H 5 BF3OC2 H 5
6.2.4 活性阴离子聚合的机理和应用 1. 活性阴离子聚合机理
2. 活性聚合的应用
①合成均一分子量的聚合物
②制备嵌段聚合物
在利用阴离子聚合，先制得一种单体的活的聚合物，然 后加入另一种单体聚合时，并非所有活的聚合物都可 以引发另一种单体聚合，反应能否进行，取决于 M1
和 M2 的相对碱性，即 M1 的给电子能力和 M 2的亲电
2. 链增长
阳离子聚合增长反应的特点：
⑴. 离子与分子间的反应，速度快，活化能低，几乎与引发同时完成；
⑵. 单体按头尾结构插入离子对，对构型有一定控制能力； ⑶. 增长过程中有时伴有分子内重排反应。
例如：3甲基1丁 烯的阳离子聚 合产物。
3. 链转移
离子聚合的增长活性中心带有相同的电荷，不能
4 9 4 9
C H Mn Li K C H Mn Li

潘祖仁《高分子化学》(第5版)课后习题详解(6-9章)【圣才出品】

潘祖仁《高分子化学》(第5版)课后习题详解(6-9章)【圣才出品】

第6章离子聚合（一）思考题1．试从单体结构来解释丙烯腈和异丁烯离子聚合行为的差异，选用何种引发剂？丙烯酸、烯丙醇、丙烯酰胺、氯乙烯能否进行离子聚合？为什么？答：（1）丙烯腈中氰基为吸电子基团，可以与双键形成π-π共轭，使双键上的电子云密度减弱，有利于阴离子的进攻，并使所形成的碳阴离子的电子云密度分散而稳定，因此丙烯腈能够进行阴离子聚合。

进行阴离子聚合时，可选用碱金属、碱金属化合物、碱金属烷基化合物、碱金属烷氧化合物等作为引发剂。

异丁烯中两个甲基为推电子基团，能使双键上的电子云密度增加，有利于阳离子的进攻，并使所形成的碳阳离子的电子云密度分散而稳定，因此异丁烯能够进行阳离子聚合。

进行阳离子聚合时，通常采用质子酸、Lewis酸及其相应的共引发剂进行引发。

（2）丙烯酸、烯丙醇、丙烯酰胺不能进行离子聚合，因为没有强烈的推电子基团和吸电子基团。

氯乙烯中氯原子的诱导效应为吸电性，而共轭效应却有供电性，两者相抵消后，电子效应微弱，因此氯乙烯不能离子聚合。

2．下列单体选用哪一引发剂才能聚合？指出聚合机理类型。

表6-1答：（1）苯乙烯三种机理均可，可以选用表6-1中任何一种引发剂。

（2）偏二腈乙烯，阴离子聚合，选用Na＋萘或n-C4H9Li引发。

（3）异丁烯，阳离子聚合，选用SnC14＋H2O或BF3＋H2O。

（4）丁基乙烯基醚，阳离子聚合，选用SnC14＋H2O或BF3＋H2O。

（5）甲基丙烯酸甲酯，阴离子聚合和自由基聚合。

阴离子聚合，选用Na＋萘或n-C4H9Li 引发，自由基聚合选用（C6H5CO）2O2作引发剂。

3．下列引发剂可以引发哪些单体聚合？选择一种单体，写出引发反应式。

a．KNH2b．AlCl3＋HClc．SnCl4＋C2H5Cld．CH3ONa答：a．KNH2是阴离子聚合引发剂，可以引发大多阴离子单体聚合，如引发苯乙烯进行聚合，反应式为b．AlCl3活性高，和微量的水作共引发剂即可，和HCl配合时，氯离子的亲和性过强，容易同阳离子共价终止，所以很少采用。

高分子化学第六章+离子聚合

高分子化学第六章+离子聚合

R3N
+ CH2 CH X
R3N
电荷分离的两性离子
CH2 CH X
R3N
CH2 CH CH2 CH n X X
只能引发非常 活泼的单体
不同引发剂对单体的引发情况见表5-6
3）活性阴离子聚合
A、聚合机理
活性阴离子聚合只有引发和增长两步基元反应。
引发过程与溶剂性质有关：������

在极性溶剂中，活性中心以自由离子状态存在 （但反离子始终伴在近旁）；������ 在非极性溶剂中，则以离子对形式存在。
带有1,1-二烷基、烷氧基等推电子基的单体才能进 行阳离子聚合
具有腈基、羰基等强吸电子基的单体才能进行阴离 子聚合
羰基化合物、杂环化合物，大多属离子聚合

聚合机理和动力学研究不如自由基聚合成熟
聚合条件苛刻,微量杂质有极大影响,聚合重现性差
原因 聚合速率快，需低温聚合，给研究工作造成困难
反应介质的性质对反应也有极大的影响，影响因素 复杂
[M－]：阴离子增长活性种的总浓度
测得t时[M]，即可求得kp。
在聚合全过程中 保持不变，且等 于引发剂浓度。 即[M－]=[C]
在适当溶剂中，阴离子聚合的kp 与自由基聚合相近，但阴离子聚
合无终止，阴离子浓度比自由基
浓度高得多，故聚合速率总比自 由基聚合快得多。

阴离子的聚合速率比自由基聚合大104～107倍

阴离子聚合无终止的原因：

离子聚合无双基终止 反离子为金属离子，不能加成终止 从活性链上脱除氢负离子H－进行链转移 困难，所需能量较高（主要原因）
虽无终止，但微量杂质如水、氧等都易使碳阴离子 终止。阴离子聚合须在高真空或惰性气氛下，试剂和玻 璃器皿非常洁净的条件下进行。

高分子化学复习简答题(六)---离子聚合(精)

高分子化学复习简答题(六)---离子聚合(精)

高分子化学复习简答题（六）---离子聚合学校名称：江阴职业技术学院院系名称：化学纺织工程系时间：2017年3月10日1、阴离子活性聚合的最重要的两个应用是什么？ 答：制备单分散聚合物；制备嵌段共聚物。

2、能进行阴离子聚合的单体有哪些？ 答：能进行阴离子聚合的单体包括三种类型：（1）带吸电子取代基的-α烯烃；（2）带共轭取代基的-α烯烃； （3）某些含杂原子（如O 、N 杂环）的化合物如环氧乙烷、环氧丙烷、四氢呋喃等（既可进行阴离子聚合，也可进行阳离子聚合）。

3、将下列单体和引发剂进行匹配，并说明聚合反应类型。

单体：CH 2=CHC 6H 5；CH 2=CHCl ；CH 2=C(CH 3)2；CH 2=C(CH 3)COOCH 3 引发剂：(C 6H 5CO 2)2；萘钠；BF 3 + H 2O ；Ti(OEt)4+AlEt 3答：CH2=CHC6H5 以(C6H5CO2)2引发属于自由基聚合，以萘钠引发属于阴离子聚合，以BF 3 +H 2O 引发属于阳离子聚合，但是副反应多，工业上较少采用，用Ti(OEt)4+AlEt 3进行配位阴离子聚合；CH 2=CHCl 以(C 6H 5CO 2)2引发属于自由基聚合，除此之外，不可发生阴、阳离子聚合反应；CH 2=C(CH 3)2以BF 3 + H 2O 引发属于阳离子聚合，并且该单体只可发生阳离子聚合；CH 2=C(CH 3)COOCH 3以(C 6H 5CO 2)2引发属于自由基聚合，以萘钠引发属于阴离子聚合，不可发生阳离子聚合。

4、在下表中为每一个单体选择一个合适的引发剂（连线）。

答：5、下列烯类单体适于何种机理聚合（自由基聚合，阳离子聚合，阴离子聚合）？简述原因。

答：CH 2=CHCl ； （2）CH 2=CHC 6H 5； （3）CH 2=C(CH 3)2； （4）CF 2=CFCl ； （5）CH 2=C(CN)COOR ； （6）CH 2=CHNO 2； （7）CH 2=CH-CH=CH 2；答：（1）和（4）均适于自由基聚合，因Cl 原子的吸电性和共轭效应均较弱，F原子体积很小可视同H原子看待。

高分子化学_第六章_离子聚合比较

高分子化学_第六章_离子聚合比较

6.4 离子聚合的影响因素
将活性种区分成离子对P-C+ 和自由离子 P- 两种，离解平衡为：
M Na K
k+ +M
离子对增长
M M Na K
k M + Na + M
自由离子增长
M M + Na
总聚合速率是离子对 P-C+ 和自由离子 P- 聚合速率之和：
R p k [P C ][M] k [P ][M]
H —负值
X n n[M ] [C ]
温度对聚合度无影响
温度对增长速率的影响不明显，对聚合度无影响。
6.4 离子聚合的影响因素
4、丁基锂的配位能力和定向作用
反离子和溶剂—配位定向能力
聚二烯烃的微结构
1,4-和1,2-（或3,4）连接 顺式和反式、全同或间同构型
影响因素：
碱金属的电负性和原子半径； 溶剂的极性； 单体；
2、溶剂的影响
活性中心与反离子的结合形式:
AB
共价键
AB
紧对
AB
松对
A +B
自由离子
共价键—一般无引发活性 紧密离子对—利于定向配位，聚合速率较低； 疏松离子对—无定向能力，聚合速率较高；
活性次序：自由离子 > 疏松离子对 > 紧密离子对
聚合速率——平衡状态的离子对和自由离子共同作用的结果
6.4 离子聚合的影响因素
k Xn
=
Ap Atr,M
e-(Ep - （Etr,6m-)2/3R）T
E
Xn
=
Ep
-
Et
E Xn = Ep - Etr,M
Etr(Et) >Ep 总活化能 EXn＝-12.5～-29 kJ/mol <0

高分子化学 第六章 离子聚合

高分子化学 第六章 离子聚合

55
五、低顺丁橡胶
n CH2=CH–CH=CH2
~~CH2
C=C
CH2~~ H C=C
H
占40~60%
H
~~CH2
CH2~~ H ~~CH2–CH~~ CH=CH2
占30~55% 占5~10%
56
性 能
缺点：弹性和强度比不上高顺丁橡胶，且分子 量分布窄，不易加工，难混炼。 优点：耐寒性特别好，在－70℃时仍能使用， 适于制造耐寒橡胶制品；另外，它生成容易、 成本低、色浅透明、质地较纯等，一般很少 单用，多与其它橡胶品种混合使用。
38
五、影响阳离子聚合速率常数 的因素
~~CH2–CH–A X ~~CH2–CH+A– X
共价键化合物
~~CH2–CH+┆┇A– X
紧密离子对
~~CH2–CH+ + A– X
松散离子对
自由离子
39
1.溶剂
溶剂的极性和溶剂化能力越大，则聚合 体系中自由离子和松散离子对的比例就越高， 结果会使聚合速率和聚合度增大，而产物的 规整性下降。
19
活的高分子的应用
• 1.合成遥爪预聚物及大分子单体
遥爪预聚物、大分子单体
• 2.合成梳形和星形聚合物
• 3.合成嵌段共聚物
~~SSSSBBB~~BBSSS~~
• 4.合成分子量均一聚合物
20
• 活的聚合物的数均聚合度
n([M ]0 [M ]) X n [C]
[M]0:起始单体浓度
[M]: 某时刻单体浓度
单基终止
36
4.链转移
阳离子聚合CM=10–2~10–4，自由基 聚合CM=10–4~10–5，阳离子聚合极易向 单体链转移。由于Etr,M > Ep ，升温使 CM增大。 为了得到高分子量产物，需在低温 下进行聚合。

高分子化学-阴离子聚合

高分子化学-阴离子聚合

丁基锂的定向作用 一般认为其机理可能为:
单体与sp3构型的Li＋配位，形成六元环过渡态， 将异戊二烯的构象“锁定”为顺式构象：
非极性溶剂，增长链端主要是顺式； 极性溶剂，增长链端主要是反式。
丁基锂的定向作用
非极性溶剂中，对于异戊二烯， 2C上的甲基阻碍了链端 上2C-3C单键的旋转，同时单体以S-顺式为主；对于丁 二烯， 2C-3C单键可自由旋转，单体以S-反式为主。 极性溶剂中，链端配位结合较弱，甚至极性分子代替了 单体的配位，致使链端2C-3C键可自由旋转，反式1,4和 顺式1,4聚合随机进行，甚至发生1,2和3,4聚合。

阴离子聚合速率总比自由基聚合快很多：104～107倍
尽管：从kp值比较，两者相近 但是：因阴离子聚合无终止，活性中心浓度高 [M－] 10－3 ~ 10－2 mol / L [M•] 10－9 ~ 10－7 mol / L [M－] > [M•] 104 ~ 107 倍

聚合度 在下列条件下： 引发剂全部瞬时转变成活性中心（瞬时离解） 搅拌良好，单体分布均匀，所有链增长同时开始 无链转移和链终止反应 解聚可忽略
Xw Xn 1 1 1 2 Xn ( X n 1) Xn
阴离子活性聚合得到的产物的分子量分布很窄，接近单分散。 St在THF中聚合，分子量分布指数= 1. 06 ~ 1. 12，可用作分子 量及其分布测定的标准样品。 仍存在一定分散性，原因：
传质：反应过程中很难使引发剂分子与单体完全混合均匀， 即每个活性中心与单体混合的机会总是有些差别。
溶剂和反离子对聚丁二烯微观结构的影响
溶剂和反离子对聚丁二烯微观结构的影响
σ-烯丙基：多1,4-加成，非极性溶剂。 π-烯丙基：多1,2-加成，极性溶剂。

高分子化学 第六章_阳离子聚合

高分子化学 第六章_阳离子聚合
四、阳离子聚合动力学
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 第六章聚合方法解答

高分子化学 第六章聚合方法解答

解：⑴ 如反应前后的聚合度不变，由于原料的原有官能团往往和产物同在一个分子链中，也就是说，分子链中官能团很难完全转化，因此这类反应需以结构单元作为化学反应的计算单元。

⑵ 如反应前后聚合度发生变化，则情况更为复杂。

这种情况常发生在原料聚合物主链中有弱键、易受化学键进攻的部位，由此导致裂解或交联。

⑶ 与低分子反应不同，聚合物化学反应的速度还会受到大分子在反应体系的形态和参加反应的相邻基团等的影响。

⑷ 对均相的聚合物化学反应，反应常为扩散控制，溶剂起着重要作用。

对非均相反应情况更为复杂。

２.解：⑴ 物理因素：主要反映在反应物质的扩散速度和局部浓度两方面。

结晶和无定型聚合物；线性、支链型及交联聚合物；不同的链构象以及反应呈均相还是非均相等，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。

另外，链的构象也有一定影响，聚合物呈紧密线团、疏松线团或螺旋线团时，链上官能团与小分子反应物反应的活性也并不相同。

⑵ 化学因素：主要是大分子链上邻近基团间效应和几率效应。

大分子链上邻近基团间的静电作用、空间位阻及构型的不同，可改变官能团的反应活性；聚合物相邻官能团作无规成双反应时，中间往往会有孤立的单个基团，使最高转化程度受到限制，则此时要考虑几率效应。

３.解：① 自由基聚合反应：nCH 2 CH [CH 2CH]nOCOCH 3OCOCH 3② 醇解反应：[CH 2CH]nOCOCH 3[CH 2CH]nCH 3OH③ 缩醛化反应（包括分子内和分子间）：HCHO H 2OCH 2O O2CH 2CH CHOH OHCH 2CH CHCH 2４.解：聚合物与低分子化合物反应，仅限于侧基和／或端基而聚合度基本不变的反应，称为聚合物的相似转变。

这类反应在工业上有诸多应用，例如天然或合成聚合物的官能团反应如酯化、醚化、卤化、磺化、硝化、酰胺化、水解、醇解等，以及大分子链中的环化反应，含不饱和键聚合物的加氢反应。

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溶剂时，则[H2O]/[SnCl4]≈1.0，聚合速率最大。 产生原因： • • 过量水产生活性较低的氧鎓离子，使聚合速率降低； 水是阳离子聚合的链转移剂，过量水导致链终止，降低聚合速率。
3. 其它能产生 阳离子的物质
碘、氧鎓离子、高氯酸盐、六氯化铅盐等 引发活性较低，只能引发活性较高的单体。 高能辐射也能产生阳离子引发聚合，
CH3
异丁烯：
异丁烯是唯一能进行阳离子聚合的α —烯烃，且它 只能进行阳离子聚合。根据这一特性，常用异丁烯 来鉴别引发机理。
更高级的α —烯烃：由于位阻效应，只能形成二聚体(Dimer) 。
烷基乙烯基醚： 诱导效应：烷氧基使双键电子云密度降低； 共轭效应：氧上未共用电子对与碳碳双键形成P～π共轭， 使双键电子云密度增加。
阳离子聚合机 理的特点
讨论:阳离子聚合有
无自动加速现象 单基终止 ,无? 自动加速现 快引发、快增长、易转移、难终止。 象 終止方式是单基終止。
在阳离子聚合中，真正的动力学链终止较难实 现，但与阴离子聚合相比，却不易生成活性聚合 物，主要原因是反应体系中水是引发剂，又是終 止剂。另外，阳离子聚合易链转移。 但现在也可以作到活性聚合。
烯烃双键对质子的亲和力，可以从单体和质子 加成的的热焓判断。
增长反应比其他副反应快，即生成的碳
阳离子有适当的稳定性。
如：α —烯烃 乙烯(ethylene)： 无侧基，C=C电子云密度低，且不易极化，对质 子亲和力小，难以阳离子聚合。
丙烯(propylene)、丁烯(butylene)：
烷基供电性弱，生成的二级碳阳离子较活泼，易 发生重排(rearrangement)等副反应，生成更稳 定的三级碳阳离子。
+ CH2 C (BF3OH)
Y
引发过程：
SnCl4 + RCl
X R (SnCl5) + CH2=C Y
R (SnCl5)
X RCH2 C (SnCl5) Y
引发活性取决于向单体提供质子或R+的能力。
主引发剂：与其接受电子的能力和酸性强弱有关。
活性次序： BF3>AlCl3>TiCl4>SnCl4
AlCl3>AlRCl2>AlR2Cl>AlR3 共引发剂：活性次序一般也即酸根强弱次序。
引发剂与共引发剂用量最佳比
——聚合速率最快、分子量最高。最佳比还与溶剂性质有关。
共引发剂过少，活性不足，共引发剂过多将终止反应。
如SnCl4-H2O引发苯乙烯聚合，以CCl4为溶剂时，最大速率
在[H2O]/[SnCl4]≈0.002，以30%硝基苯～70% CCl4为
* CH2
CH3 + CH2 C CH CH2
－100℃
CHCl3溶剂
AlCl3 +H2O引发
CH3 C CH CH2 m
反应通式：
A B +M
特点：
AM B
M
Mn
: 阳离子活性中心，通常为碳阳离子 (carbocation)或氧鎓离子。
A
: 紧靠中心离子的引发剂碎片，称反离 子(counterion)或抗衡离子。
酸根离子的亲核性不能过强，以免与活性中心 结合成共价键，使链终止。
如氢卤酸：在非极性溶剂中，其酸根离子亲核性很强，只能得到齐聚物。 在强极性有机溶剂中，酸根离子被溶剂化，可得较高分子量的聚合物。
2. Lewis酸 -电子 受体，亲电试剂
广义上把能和非共用电子对 配位的分子和离子称做酸。
AlCl3、BF3、SnCl4、ZnCl2、TiBr4金属卤化物等。 共引发剂——质子或碳阳离子的供给体。
2）引发阶段以生成单体活性种为控制速率 3）稳态假定（事实是不可能，为方便）
引发：
H
(CR)
+ M
ki
HM
(CR)
Ri= ki[H (CR) ] [M] =Kki[C][RH][M]
HMn (CR) + M kp
K：引发剂-共引发 剂络合平衡常数
HMnM (CR)
增长：
Rp=kp[HM (CR)
HMnM
通过离子聚合可获得“活性聚合物”(living
polymer)，可以有目的的分子设计，合成具有 预想结构和性能的聚合物；
工业生产中，利用离子聚合生产了许多性能
优良的聚合物，如丁基橡胶、异戊橡胶、SBS 塑性橡胶等。
6.2 阳离子聚合( Cationic polymerization)
阳离子聚合发展史
4. 电荷转移 络合引发
I2
I2
I+(I3)-
单体和适当的受电体生成电荷转移络合物， 在热和其他能量作用下，该络合物离解而 引发聚合。
三. 阳离子聚合机理
链引发、链增长、链终止、链转移等基元反应。 1 . 链引发：由连续两步反应组成：
引发体系反应，产生活性中心； 与单体双键加成形成单体碳阳离子。
四. 阳离子聚合反应动力学
反应机理复杂，动力学方程建立较难。 聚合速率快，反应易受微量杂质的影响——实验数据重现 性差。 快引发、难终止、易转移的特点——很难建立“稳态”假 定。
但在特定的反应条件下，仍可采用“稳态”假定
1. 动力学方程
以St-SnCl4为例，假定：
1）链終止为单基終止（自发終止和反离子加成）
共引发剂：
能产生质子的物质，如H2O、ROH、HX、RCOOH等； 能析出碳阳离子的物质。如RX、RCOX、（RCO）2O等。
阳离子聚合的引发体系包括主引发剂和 共引发剂，如BF3—H2O称为引发体系。
引发过程：
BF3 H2O X CH2 C Y H+(BF3OH)H+(BF3OH)X [ CH2 C H+(BF3OH)- ] Y X
+
CH3 CH2 C CH3 CH3
CH3 C+ CH3 CH2
-
BF 3OH CH3 C
+
-
CH3
CH3 CH3 C CH 2 CH3 M CH3 CH3 C CH2 CH3
CH3 C + BF 3OH CH3 CH 3 C CH 3
n
-
CH3
CH3
* CH2
C + BF 3OH CH3
-
链增长反应是单体分子不断插入到C＋与反离子形成的 离子对中间，进行增长反应。
对阳离子聚合的认识还不很深入，原因： ①阳离子活性很高，极易发生各种副反应， 很难获得高分子量的聚合物 ②碳阳离子易发生和碱性物质的结合、转移、 异构化等副反应——构成了阳离子聚合的 特点 ③引发过程十分复杂，至今未能完全确定
目前唯一采用阳离子聚合并大规模工业化的 产品——丁基橡胶
CH3 CH2 C CH3 97% r1 =2.5 3% r2=0.4 CH2 CH3 C CH3 98.5% 1.5% n
] [M]
kt Mn+1 + H (CR)
(CR)
终止：
Rt=kt[HM
(CR) ]
[HM
(CR)
]
：所有增长离子对的总浓度
[C]、[RH]、[M]：分别为引发剂、共引发剂、单体的浓度。
引发： Ri= ki[H (CR) ] [M] =Kki[C][CR][M]
增长： Rp=kp[HM (CR) ] [M]
3. 链转移和链终止
增长活性中心带有相同电荷，不能双分子终止，往往通过链转 移或单基终止。
1）动力学链未终止
增长的碳阳离子活性中心易与亲核物质（如单体、溶剂、杂质 及反离子等）发生电荷转移反应，即链转移反应。 链转移的结果，动力学链不终止。 向单体转移终止
HMnM
(CR)
+ M
ktr,m
Mn+1 + HM (CR)
B
一. 阳离子聚合的单体
烯类单体
羰基化合物
含氧杂环的单体
供电基团使C=C电子云密 度增加，有利于阳离子活性 种的进攻；
离子聚合
A
δ
_
CH2=CH Y
供电基团又使阳离子增长 种电子云分散，能量降低而 稳定。
ACH2
C Y
含供电基团的单体能否聚合成高聚物，还要求： 质子(proton)对C=C有较强亲和力；
二. 阳离子聚合引发体系及引发作用
引发方式：
由引发剂生成阳离子，再与单体加成，生 成碳阳离子实现引发；
通过电荷转移引发。 常用的引发剂： 质子酸(protonic acid)
Lewis酸
电荷转移络合物引发 其它
1. 质子酸
HClO4、H2SO4、H3PO4、HCl 引发机理：在水溶液中离解成H+，使烯烃质子 化引发聚合。 质子酸作为引发剂的条件： 有足够强度产生H+ ；
与反离子加成（反离子有足够的亲核性）
HMnM (CR) HMn M (CR)
当反离子亲核性较大时，与碳阳离子结合成共价键，导致链终止；
活性中心与反离子中亲核性较强的共引发组份结合，导致链终止；
添加链终止剂
常用终止剂：水、醇、酸、酸酐、酯、醚等。 苯醌既是自由基聚合的阻聚剂，又对阳离子聚合起阻聚作用
C + RH
H
特点：
H
ki
(CR)
HM (CR)
C：引发剂 RH：共引发剂 M：单体。
(CR)
+ M
引发速率快，引发活化能低（Ei=8.4～21KJ/mol）
2 . 链增长
HMn (CR)
特点：
+ M
kp
HMnM (CR)
快增长，增长活化能低，Ep=8.4～21KJ/mol
增长反应是插入反应，单体插入碳阳离子与反离子之间 异构化聚合： 进行增长。