第6章 开环聚合(全)分解
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1. 说明下列名词和术语:(1)单体,聚合物,高分子,高聚物(2)碳链聚合物,杂链聚合物,元素有机聚合物,无机高分子(3)主链,侧链,侧基,端基(4)结构单元,单体单元,重复单元,链节(5)聚合度,相对分子质量,相对分子质量分布(6)连锁聚合,逐步聚合,加聚反应,缩聚反应(7)加聚物,缩聚物,低聚物2.与低分子化合物比较,高分子化合物有什么特征?3. 从时间~转化率、相对分子质量~转化率关系讨论连锁聚合与逐步聚合间的相互关系与差别。
4. 举例说明链式聚合与加聚反应、逐步聚合与缩聚反应间的关系与区别。
5. 各举三例说明下列聚合物(1)天然无机高分子,天然有机高分子,生物高分子。
(2)碳链聚合物,杂链聚合物。
(3)塑料,橡胶,化学纤维,功能高分子。
6. 写出下列单体的聚合反应式和单体、聚合物的名称(1) CH2=CHF(2) CH2=CH(CH3)2CH3|(3) CH2=C|COO CH3(4) HO-( CH2)5-COOH(5) CH2CH2CH2O|__________|7. 写出下列聚合物的一般名称、单体、聚合反应式,并指明这些聚合反应属于加聚反应还是缩聚反应,链式聚合还是逐步聚合?-(1) -[- CH2- CH-]n|COO CH3(2) -[- CH2- CH-]-n|OCOCH3(3) -[- CH2- C = CH- CH2-]-n|CH3(4) -[-NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO-]n-(5) -[-NH(CH2)5CO-]n-8. 写出合成下列聚合物的单体和反应式:(1) 聚苯乙烯(2) 聚丙烯(3) 聚四氟乙烯(4) 丁苯橡胶(5) 顺丁橡胶(6) 聚丙烯腈 (7) 涤纶(8) 尼龙6,10 (9) 聚碳酸酯(10) 聚氨酯9. 写出下列单体形成聚合物的反应式。
指出形成聚合物的重复单元、结构单元、单体单元和单体,并对聚合物命名,说明聚合属于何类聚合反应。
10. 写出聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙66、维尼纶、天然橡胶、顺丁橡胶的分子式,根据表1-4所列这些聚合物的相对分子质量,计算这些聚合物的聚合度。
第六章 开环聚合开环聚合属于链式聚合,单体为环化合物,包括环醚、环缩醛、内酯、内酰胺、环硅氧烷等。
7.1 总论7.1.1 环单体的聚合活性环单体的聚合活性由热力学因素和动力学因素共同决定。
1. 热力学因素即环单体和相应的线形聚合物的相对稳定性,它与环大小、成环原子和环的取代基相关。
1) 环烷烃的稳定性:环烷烃进行开环聚合的热力学可行性顺序为:三元环、四元环>八元环>五元环,七元环>六元环。
2) 环的取代基:取代基的引入使聚合热增加、熵变增加,总体使开环聚合可能性降低。
3) 单环单体和多环单体:多环单体的环张力会有所增加,使开环聚合可能性增加。
如8-氧杂[4,3,0]环壬烷,反式的可开环聚合。
4) 成环原子:对于内酯而言,六元、七元环内酯可聚合,而五元环内酯则不可;环三硅氧烷的聚合活性高于环四硅氧烷。
2. 动力学因素环烷烃没有易受活性种攻击的键,因此动力学上仅环丙烷衍生物可进行开环聚合,并且仅能得到低聚物。
环醚、内酯、内酰胺等环单体,因有亲核或亲电子部位,易开环聚合。
7.1.2 开环聚合机理和特征 1. 聚合机理开环聚合的引发剂为烯烃聚合进行离子型聚合所用的引发剂,引发反应包括初级活性种的形成和单体活性种的形成。
大多数阳离子开环聚合的链增长是通过单体对增长链末端的环状阳离子的亲核反应来进行的,其中的Z 基团为C-O (环醚)、C-N (环氮化合物)、Si-O (环硅氧烷)、酯键和酰胺键;而阴离子聚合的链增长则是增长链末端的阴离子对单体的亲核反应,Z 基团为RO -(环醚)、COO -(内酯)和Si-O -(环硅氧烷)。
;一般情况下,开环聚合的增长链末端带电荷,进行链增长的单体是中性的。
但是,开环聚合还有另一种链增长方式,即所谓的活化单体机理,增长链末端不带电荷,而单体是离子化的,如己内酰胺的阴离子聚合。
2. 开环聚合的基本特征Z-++Z单体加到增长链上进行高分子链的生长;聚合度随转化率增加缓慢,但是在许多场合下呈线性关系;溶剂对聚合反应影响同烯烃的离子聚合;动力学表达式通常类似于链式聚合,特别是活性聚合;许多开环聚合的单体平衡浓度较高,即临界聚合温度较低。
【最新整理,下载后即可编辑】第六章 开环聚合 习题参考答案1. 试讨论环状单体环的大小与开环聚合反应倾向的关系。
解答:环状单体能否转变为聚合物,取决于聚合过程中自由能的变化情况,与环状单体和线形聚合物的相对稳定性有关。
以环烷烃为例,由液态的环烷烃(I )转变为无定型的聚合物(c ):聚合过程中的自由能变化:ΔG lc 0 =ΔH lc 0 — T ΔS lc 0≤ 0由表6-1可以看出,除六元环外,其他环烷烃的ΔG lc 0均小于0,开环聚合在热力学上是有利的。
除六元环烷烃外,其他环烷烃的聚合可行性为:三元环,四元环>八元环>五元环,七元环。
对于三元环、四元环来讲,ΔH lc 0是决定ΔG lc 0的主要因素,是开环聚合的主要推动力;而对于五元环、六元环和七元环来说,ΔH lc 0和ΔS lc 0对ΔG lc 0的贡献都重要。
随着环节数的增加,熵变对自由能变化的贡献增大,十二元环以上的环状单体,熵变是开环聚合的主要推动力。
以上仅是通过热力学分析的结果,事实上环烷烃的开环聚合通常难于进行,主要是因为环烷烃的结构中不存在容易被引发物种进攻的键,这是动力学原因。
其他的环状单体如内酰胺、内酯、环醚等杂环单体与环烷烃不同,由于杂原子的存在提供了可接受引发物种亲核或亲电进攻的部位,从而能够进行开环聚合。
2. 氧化丙烯的负离子聚合通常仅能得到低分子量的聚合物,试讨论原因。
解答:在氧化丙烯的负离子开环聚合过程中,由于存在副反应如交换反应、向单体的转移反应等,使得聚合物的相对分子质量降低,仅能得到低聚物。
具体原因如下:(CH 2)n x x n (CH 2)[](l)(c)交换反应 氧化丙烯的负离子开环聚合,常在醇(常采用醇盐相应的醇)的存在下,由醇盐或氢氧化物等引发聚合。
醇的存在,可以溶解引发剂,形成均相体系,同时能明显地提高聚合反应的速率,但醇可与增长链之间发生交换反应:新生成的高分子醇也会与增长链发生类似的交换反应:从而引起分子质量的降低及分子质量分布的变宽。