高分子化学-缩聚和逐步聚合汇总.
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二、缩聚和逐步聚合2.2 缩聚反应(缩聚反应是缩合聚合的简称,是多次缩合重复结果形成缩聚物的过程)(1) 缩合反应*官能度:一分子中能参与反应的官能团数称作官能度(f );考虑官能度时需以参与的反应集团为基准。
(2)缩合反应线形缩聚的首要条件是需要2-2或2-官能度体系作原料,采用2-3或2-4官能度体系是,除了按线形方向缩聚外,侧基也能缩聚,先形成支链,进一步形成体形结构,这就称作体形缩聚。
(3) 共缩聚羟基酸或氨基酸一种单体的缩聚,可称作均缩聚;由二元酸和二元醇2种单体进行的缩聚是最普通的缩聚;从改进缩聚物结构性能角度考虑,将1种二元酸和2种二元醇、2种二元酸和2种二元醇进行所谓“共缩聚”。
2.3 线形缩聚反应的机理2.3.1 线形缩聚和成环倾向*线形缩聚时,需考虑单体及其中间产物的成环倾向,一般情况下,五、六元环的结构比较稳定。
*成环是单分子反应,缩聚则是双分子反应,因此,低浓度有利于成环,高浓度有利于线形缩聚。
2.3.2 线形缩聚机理 (特征有2:逐步、可逆)(1)逐步特性缩聚反应无特定的活性种,各步反应速率常数和活化能基本相等,缩聚早期,转化率就很高,因此用基团的反应程度来表述反应的程度更为确切,现已等摩尔二元酸和二元醇的缩聚反应为例来说明*反应程度p 的定义为参与反应的基团数(0N N -)占起始基团数0N 的分数,因此:0001N N N p N N -==-*如将大分子的结构单元数定义为聚合度n X ,则:0n N X N==结构单元总数大分子数 进一步可得 11n X p =-;(2) 可逆平衡聚酯化和低分子酯化反应相似,都是可逆平衡反应,正反应是酯化,逆反应是水解。
*平衡常数小,低分子副产物水的存在限制了分子量的提高,需在高度减压条件下脱除; *平衡常数中等,300—400;水对分子量有所影响,聚合早期可在水中进行,只是后期,需要在一定的减压条件下脱水,提高反应程度;*平衡常数很大,K>1000;可以看作不可逆。
第二章缩聚与逐步聚合名词解释连锁聚合(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。
连锁聚合需活性中心,根据活性中心的不同可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。
逐步聚合(Step Polymerization):无活性中心,单体官能团之间相互反应而逐步增长。
绝大多数缩聚反应都属于逐步聚合。
加聚反应(Addition Polymerization):即加成聚合反应,烯类单体经加成而聚合起来的反应。
加聚反应无副产物。
缩聚反应(Condensation Polymerization):即缩合聚合反应,单体经多次缩合而聚合成大分子的反应。
该反应常伴随着小分子的生成。
线形缩聚(Linear Poly-codensation):在聚合反应过程中,如用2-2 或 2 官能度体系的单体作原料,随着聚合度逐步增加,最后形成高分子的聚合反应。
线型缩聚形成的聚合物为线形缩聚物,如涤纶、尼龙等。
体形缩聚(Tri-dimensional Poly-condensation):参加反应的单体,至少有一种单体含有两个以上的官能团,反应中形成的大分子向三个方向增长,得到体型结构的聚合物的这类反应。
官能度(Functionality):一分子聚合反应原料中能参与反应的官能团数称为官能度。
平均官能度(Aver-Functionality) :单体混合物中每一个分子平均带有的官能团数。
即单体所带有的全部官能团数除以单体总数反应程度(Extent of Reaction):参加反应的官能团数占起始官能团数的分率。
转化率(Conversion)参加反应的反应物(单体)与起始反应物(单体)的物质的量的比值即为转化率。
凝胶化现象(Gelation Phenomena) 凝胶点(Gel Point):体型缩聚反应进行到一定程度时,体系粘度将急剧增大,迅速转变成不溶、不熔、具有交联网状结构的弹性凝胶的过程,即出现凝胶化现象。
第二章缩聚及其他逐步聚合反应缩聚反应1、按聚合机理或动力学分类:*连锁聚合(Chain polymerization)*逐步聚合(Stepwise polymerization)大部分缩聚属于逐步机理,大多数烯类加聚属于连锁机理2、逐步聚合的种类:*缩聚:官能团间的缩合聚合反应,同时有小分子产生。
*聚加成:形式上是加成,机理是逐步的。
*开环反应:部分为逐步反应,如水、酸引发己内酰胺的开环生成尼龙-6*氧化偶合:单体与氧气的缩合反应,如2,6-二甲基苯酚和氧气形成聚苯撑氧,也称聚苯醚(PPO)。
*Diels-Alder反应:共轭双烯烃与另一烯类发生1,4 加成,制得梯形聚合物.即多烯烃的环化聚合。
(附1)重要的逐步聚合物3、绝大多数天然高分子都是缩聚物。
4、线性缩聚反应单体需要满足的条件:2-2官能度体系、反应单体不易成环、较少副反应。
线形缩聚反应的机理特征①逐步特性:官能团之间逐步反应n-聚体+m-聚体=(n+m)-聚体+水高分子链向两个方向增长,分子链逐步增长②可逆平衡:缩聚产物被反应中伴生的小分子降解,单体分子与聚合物分子之间)aABb +ab存在可逆平衡的反应。
aAa + bBb=( k₁/k-1平衡常数:K=k₁/k-1可逆程度,可根据平衡常数K衡量。
线形缩聚大致分三类:K较小:反应可逆。
如聚酯化反应(K=4),低分子副产物的存在对分子量影响较大,需高温减压脱除;K中等:如聚酰胺反应K=300-400),低分子副产物对分子量有所影响,一定程度减压脱除;K很大:可看作不可逆反应。
如聚砜、聚碳酸酯等反应K>1000。
单体的转化率:参加反应的单体量占总单体量的百分比7、缩聚:官能团间的缩合聚合反应,同时有小分子产生。
8、缩聚反应的特点:单体具有官能团:OH,NH₂, COOH, COOR, COCI等;产生小分子副产物;缩聚物和单体分子量不成整数倍;缩聚物有特征官结构能团。
9、官能度体系:(缩聚批注中也有提及)官能度:分子中能参与反应的官能团数。