第七章逐步聚合-7.6-8体型逐步聚合逐步共聚反应逐步聚合实施方法
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选择与填空1、对于可逆平衡缩聚反应,在生产工艺上,到反应后期往往要在(1)下进行,(a、常压,b、高真空,c、加压)目的是为了(2、3)。
2、动力学链长ν的定义是(4),可用下式表示(5);聚合度可定义为(6)。
与ν的关系,当无链转移偶合终止时,ν和的关系是为(7),歧化终止时ν和的关系是(8)。
3、苯乙烯(St)的pKd=40~42,甲基丙烯酸甲酯(MMA)pKd=24,如果以KNH2为引发剂进行(9)聚合,制备St-MMA嵌段共聚物应先引发(10),再引发(11)。
KNH2的引发机理(12),如以金属K作引发剂则其引发机理是(13)。
4、Ziegler-Natta引发剂的主引发剂是(14),共引发剂是(15),要得到全同立构的聚丙烯应选用(16),(a、TiCl4+Al(C2H3)3,b、α-TiCl3+Al(C2H5)3,C、α-TiCl3+Al(C2H5)2Cl),全同聚丙烯的反应机理为(17)。
5、已知单体1(M1)和单体2(M2)的Q1=2.39,e1=-1.05,Q2=0.60,e2=1.20,比较两单体的共轭稳定性是(18)大于(19)。
从电子效应看,M1是具有(20)取代基的单体,M2是具有(21)取代基的单体。
比较两单体的活性(22)大于(23)。
当两单体均聚时的kp 是(24)大于(25)。
6、阳离子聚合的反应温度一般都(26),这是因为(27、28)。
7、苯酚和甲醛进行缩聚反应,苯酚的官能度f=(29),甲醛的官能度f=?0)。
当酚∶醛=5∶6(摩尔比)时,平均官能度=(31),在碱催化下随反应进行将(32),(a、发生凝胶化;b、不会凝胶化)。
如有凝胶化,则Pc=(33)。
当酚∶醛=7∶6(摩尔比),则=(34),以酸作催化剂,反应进行过程中体系(35)。
(a、出现凝胶化;b、不出现凝胶化)8、聚乙烯醇的制备步骤是:①在甲醇中进行(36)的溶液聚合,②(37)。
形成聚乙烯醇的反应称为(38)。
第七章逐步聚合(stepwise polymerization)7.1 概述7.1.1逐步聚合反应分类1.按反应机理缩合聚合:多次缩合反应,有小分子析出(典型逐步聚合,重点研究)nH2N(CH2)6NH2+nHCOOC(CH2)8COOH H [ NH(CH2)6NHOC(CH2)8CO ]n OH+ (2n-1)H2O逐步加聚: 多次官能团间加成, 无小分子析出nHO-R1-OH+nO=C=N-R2-N=C=O nHO-R1-O- CO-NH-R2-N=C=O ……..HO-R1-O [CO-NH-R2-NH-CO-O-R1-O] CO-NH-R2-NCO(聚氨酯)2. 按反应动力学平衡反应:K<103聚酯(K≈4)不平衡反应: K>103聚碳酸酯3. 按产物链结构线型缩聚: 单体f=2 线型结构,可溶解,可熔融尼龙体型缩聚: 单体f=3 体型(支化或网状)结构,不溶解,不熔融环氧树脂4. 按所含特征官能团: 聚醚化, 聚酯化, 聚酰胺化…..5. 按反应单体种类homopolycondensation:aRb→N(CH2)5COOH→2mixing polycondensation:aRa+bR’b→H2N(CH2)6NH2+HOOC(CH2)4COOH→co-condensation polymerization:7.1.2逐步聚合反应的单体一单体的官能团与官能度官能团:参与反应并表征反应类型的原子(团)官能度:单体分子中反应点的数目叫做单体功能度(f ), 一般就等于单体所含功能基的数目。
二单体种类1两功能基相同并可相互反应:如二元醇聚合生成聚醚2两功能基相同, 但相互不能反应,聚合反应只能在不同单体间进行:如二元胺和二元羧酸聚合生成聚酰胺3两功能基不同并可相互反应:如羟基酸聚合生成聚酯三单体的反应能力1 官能团种类2 官能团位置3 单体设计7.2 线性逐步聚合反应机理aAa+bBb aABb+ab 单体+单体反应速率R1平衡常数K1aABb+ aAa aABAa+ab 单体+二聚体R2K2aABb+ bBb bBABb+ab 单体+二聚体R3K3aABb+ aABb aABABb+ab 二聚体+二聚体R4K4……a(AB)n/2b+ a(AB)n/2b a(AB)n b+ab R n K n7.2.1 官能团的等活性一概念(Flory)官能团等活性概念:反应物的两官能团的反应活性是相等的,它与分子链大小无关,与另一官能团是否反应也无关⇒缩聚反应表示:~a+~b ~~ +ab, R1 =R2=…=R, K1=K2=…= K 二依据1 实验依据(表2-2,2-3)2 理论依据(1)化学效率(2)碰撞频率三成立条件1 真溶液,均相体系2 官能团所处环境在反应中不变3 无扩散控制7.2.2 反应机理一大分子生成反应1 反应的逐步性2 官能团间反应:无活性中心,各基元反应活化能相同3(大多数)为可逆平衡反应4 反应进度描述(1)转化率无意义(2) 反应进程P:参加反应的官能团数/起始官能团数X n = 1/(1-P)二大分子生长终止1 热力学特征:平衡常数,黏度2 动力学限制(1)用单官能团封端(2)副反应①环化反应(聚合初期)羟基酸HO(CH2)n COOH措施: 提高单体浓度,降低反应温度,利于线型聚合②官能团消去反应(聚合中后期)③化学降解反应(聚合中后期)(缩合反应的逆反应)④链交换反应(聚合中后期)(不影响Mn,且利于Mn均匀化)(1)【作业】p50-27.3 线性逐步聚合反应动力学7.3.1 不可逆条件下线性逐步聚合动力学(以聚酯反应为例) 适用情况:1:K 小且不断排除小分子:情况2:K 很大O OH HA2AA C OHOH OH6OHOHAC OH OHOH AO及时移走及时排出水,k 4,k 6=0 另外,k 1,k 2,k 5>k 3⇒聚酯化速率]][)([])([][233OH OH C k dtOH C d dt COOH d R p ++==-=而K k k HA COOH A OH C ==-+212]][[]][)([ 且}[]][[HA A H K HA-+=⇒]][][[]][][[][]][][[0231231++-=∙=∙=H OH COOH kH OH COOH K k k k A HA OH COOH k k k R HAp 即一 自催化聚合(体系中的羧酸单体起自催化作用) 1 方程式R P = k [COOH][OH][酸催化剂]= k [COOH]2[OH] R P =-d[M]/d t = k [M]3 2[M]02kt = 1/(1-P )2 – 1 X n 2 = 1 + 2[M]02kt 2动力学曲线(1)P=0.8-0.93,符合三级动力学关系 (2)P<0.8,偏离 (3) P>0.93,偏离二 外加催化剂(外加催化剂不消耗,其浓度为常量) 1 方程式X n = 1 + [M]0k’t 2动力学曲线三 官能团不等活性体系7.3.2平衡逐步聚合动力学(不排除小分子)CO OH-1OH 2O起始 C 0 C 0 0 0t 时刻,未除水 C C C 0-C C 0-C t 时刻,部分除水 C C C 0-C n w 1.封闭体系(不排出水分子)2.开放体系(部分排出水分子)3 分析7.4 线性逐步聚合反应聚合度的控制7.4.1 影响线性逐步聚合反应聚合度的因素 一 反应程度 X n = 1/(1-P )二 平衡常数 1 封闭体系)1/(+=K K P1+=K X n2 开放体系wn Pn KC X 0=3 K 的影响三 官能团过量程度越大,分子量越小 7.4.2 控制相对分子质量方法一 (max)n X 小✋需增大聚合度✋在开放的环境中及时移走小分子 二 (max)n X 大✋需控制聚合度✋ 1控制反应程度2控制反应官能团的当量比 3加入少量单官能团单体7.4.3 某一官能团过量时的定量关系 一 A-A 与B-B (过量) 1 过量表示参数 (1)当量系数BAN N r =(2)过量分率AAB N N N q -=(3)关系r=1/(1+q) 2 X n 与r,q 的关系数均聚合度 X n=起始单体的A-A 和B-B 分子总数/生成聚合物的分子总数rP r r X n 211-++=)1(22P q q X n -++=3 讨论结论:要获得高聚合度,需同时使r →1,P →1; r 的微妙变化会引起聚合度大幅变化 二A-A 与B-B (等当量)+单官能团单体B 聚合度计算公式同前,但r,q 需调整,2BB AN N N r +=ABN N q ,2= 二A-B+单官能团单体B聚合度计算公式同前,但r,q 需调整,2BA AN N N r +=ABN N q ,2= 四 反应中r 的变化7.5 重要线性逐步聚合物学生自学,要求掌握涤纶、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯的合成工艺与反应式7.6 体型逐步聚合7.6.1 基本概念一.体型逐步聚合:由至少一种三官能团(及以上)单体参与缩聚并生成交联网状结构聚合物的逐步聚合反应二.热塑性树脂与热固性树脂三. 热固性树脂的合成线型 可溶可熔 甲阶 P<Pc部分支化 不溶可熔 乙阶 P Pc 交联 不溶不熔 丙阶 P>Pc凝胶化现象:在交联型逐步聚合反应中,随着聚合反应的进行,体系粘度突然增大,失去流动性,反应及搅拌所产生的气泡无法从体系逸出,可看到凝胶或不溶性聚合物的明显生成。