高分子化学第4章__聚合方法3
- 格式:ppt
- 大小:4.93 MB
- 文档页数:67
第一章绪论(Introduction)高分子化合物(High Molecular Compound):所谓高分子化合物,系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。
单体(Monomer):合成聚合物所用的-低分子的原料。
如聚氯乙烯的单体为氯乙烯。
重复单元(Repeating Unit):在聚合物的大分子链上重复出现的、组成相同的最小基本单元。
如聚氯乙烯的重复单元为。
单体单元(Monomer Unit):结构单元与原料相比,除了电子结构变化外,其原子种类和各种原子的个数完全相同,这种结构单元又称为单体单元。
结构单元(Structural Unit):单体在大分子链中形成的单元。
聚氯乙烯的结构单元为。
聚合度(DP、Xn)(Degree of Polymerization) :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的平均值,以Xn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DP表示。
聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合物所组成,因此聚合度是一统计平均值,一般写成、。
分子量分布(Molecular Weight Distribution, MWD ):由于高聚物一般由不同分子量的同系物组成的混合物,因此它的分子量具有一定的分布,分子量分布一般有分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。
多分散性(Polydispersity):聚合物通常由一系列相对分子量不同的大分子同系物组成的混合物,用以表达聚合物的相对分子量大小并不相等的专业术语叫多分散性。
分布指数(Distribution Index) :重均分子量与数均分子量的比值。
即。
用来表征分子量分布的宽度或多分散性。
连锁聚合(Chain Polymerization):活性中心引发单体,迅速连锁增长的聚合。
烯类单体的加聚反应大部分属于连锁聚合。
第四章离子聚合习题参考答案1.与自由基聚合相比,离子聚合活性中心有些什么特点?解答:离子聚合和自由基聚合的根本不同就是生长链末端所带活性中心不同。
离子聚合活性中心的特征在于:离子聚合生长链的活性中心带电荷,为了抵消其电荷,在活性中心近旁就要有一个带相反电荷的离子存在,称之为反离子,当活性中心与反离子之间得距离小于某一个临界值时被称作离子对。
活性中心和反离子的结合,可以是极性共价键、离子键、乃至自由离子等多种形式,彼此处于平衡状态:BA B+A B+A B AⅠ为极性共价物种,它通常是非活性的,一般可以忽略。
Ⅱ和Ⅲ为离子对,引发剂绝大多数以这种形式存在。
其中,Ⅱ称作紧密离子对,即反离子在整个时间里紧靠着活性中心。
Ⅲ称作松散离子对,即活性中心与反离子之间被溶剂分子隔开,或者说是被溶剂化。
Ⅳ为自由离子。
通常在一个聚合体系中,增长物种包括以上两种或两种以上的形式,它们彼此之间处于热力学平衡状态。
反离子及离子对的存在对整个链增长都有影响。
不仅影响单体的的聚合速度,聚合物的立体构型有时也受影响,条件适当时可以得到立体规整的聚合物。
2.适合阴离子聚合的单体主要有哪些,与适合自由基聚合的单体相比的些什么特点?解答:对能进行阴离子聚合的单体有一个基本要求:①适合阴离子聚合的单体主要有:(1)有较强吸电子取代基的烯类化合物主要有丙烯酸酯类、丙烯腈、偏二腈基乙烯、硝基乙烯等。
(2)有π-π共轭结构的化合物主要有苯乙烯、丁二烯、异戊二烯等。
这类单体由于共轭作用而使活性中心稳定。
(3)杂环化合物②与适合自由基聚合的单体相比的特点:(1)有足够的亲电结构,可以为亲核的引发剂引发形成活性中心,即要求有较强吸电子取代基的化合物。
如V Ac,由于电效应弱,不利于阴离子聚合。
(2)形成的阴离子活性中心应有足够的活性,以进行增长反应。
如二乙烯基苯,由于空间位阻大,可形成阴离子活性中心,但无法增长。
(3)不含易受阴离子进攻的结构,如甲基丙烯酸,其活泼氢可使活性中心失活。
第一章绪论(Introduction)(1)分子量的计算公式:M0:重复单元数的分子量M1:结构单元数的分子量(2)数均分子量:N1,N2…N i分别是分子量为M1,M2…M i的聚合物分子的分子数。
x i表示相应的分子所占的数量分数。
(3)重均分子量:m1,m2…m i分别是分子量为M1,M2…M i的聚合物分子的重量W i表示相应的分子所占的重量分数(4)Z均分子量:(5)粘均分子量:α:高分子稀溶液特性粘度—分子量关系式中的指数,一般在 0.5~0.9之间(6)分布指数:分布指数第二章自由基聚合(Free-Radical Polymerization)(1)引发剂分解动力学:引发剂的分解速率:引发剂的浓度引发剂分解一般属于一级反应,因而分解速率为的一次方。
将上式积分得:进而得到半衰期(引发剂分解至起始浓度一半时所需的时间)对应半衰期时:,由前面的推导有:半衰期(2)自由基聚合微观动力学链引发速率:链增长速率:链终止速率:式中:kd、kp、kt分别为引发、增长及终止速率常数;[M]为体系中单体总浓度;为体系中活性种(自由基)的总浓度;f为引发剂效率。
推导如下:链引发反应由以下两个基元反应组成:式中:为初级自由基;为单体自由基。
若第二步的反应速率远大于第一步反应(一般均满足此假设),有:引入引发剂效率后,得引发速率的计算式如下:一般用单体的消失速率来表示链增长速率,即:链增长反应如下式:引入自由基聚合动力学中的第一个假定:等活性理论,即链自由基的活性与链长基本无关,即各步速率常数相等,kp1=kp2=kp3=…kp x=kp推得:自由基聚合一般以双基终止为主要的终止方式,在不考虑链转移反应的情况下,终止反应方程式如下:偶合终止:歧化终止:终止总速率:式中:Rtc为偶合终止速率;Rtd为歧化终止速率;Rt为总终止速率;ktc、ktd、kt为相应的速率常数。
在以上公式的基础上,引入处理自由基动力学的三个假设,得到以单体消耗速率表示的总聚合速率,其计算公式为:以及单体浓度随时间的变化关系为:若引发剂浓度可视为常数,则上式还原为:以上公式推导如下:自由基浓度较难测定,也很难定量化,因而无实用价值,引入处理自由基动力学的第二个假定——稳态假定,假定体系中自由基浓度在经过一段很短的时间后保持一个恒定值,或者说引发速率和终止速率相等,Ri=Rt即:解出:再引入处理自由基动力学的第三个假定:大分子的聚合度很大,用于引发的单体远少于增长消耗的单体,Ri <<Rp由此,用单体消失速率来表示的聚合总速率就等于链增长速率代入引发速率的表达式得:代入引发剂浓度随时间的变化关系得到:积分得:两边同时变号当引发剂的浓度可看作常数时即:即:此时:可略去高阶无穷小量得:(3)动力学链长及平均聚合度1)不考虑链转移反应自由基聚合过程中双基终止有两种方式,一种为双基偶合终止,另一种为双基歧化终止,二者所占的分率的不同将会引起平均聚合度的改变,但两种终止方式不会改变动力学链长的大小,二者的计算公式为:式中:Rtc为双基偶合终止的反应速率;Rtd为双基歧化终止的反应速率;Rp为链增长速率。