第2章:聚碳酸酯
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聚碳酸酯的制备
聚碳酸酯是一种常见的高分子材料,具有优异的性能和广泛的应用领域。
其制备过程多样,但一般包括原料准备、缩聚反应和聚合反应等步骤。
原料准备
制备聚碳酸酯的原料通常为二醇和二酸。
二醇是聚碳酸酯主要的构建单元之一,常见的二醇有乙二醇、丙二醇等;二酸也是构建单元之一,常用的二酸有对苯二甲酸、环己烷二甲酸等。
为了提高反应效率和产物质量,原料的纯度要求较高,通常需要经过精细的精炼和预处理。
缩聚反应
制备聚碳酸酯的过程中,缩聚反应是至关重要的一步。
在缩聚反应中,二醇和二酸经过酯键形成缩聚物,释放出水分子。
这一步骤常常在高温、高压环境下进行,以促进反应的进行。
反应物质的比例、温度、压力和催化剂的选择都会对反应效率和产物质量产生重要影响。
聚合反应
缩聚得到的中间体经过进一步的聚合反应,形成聚碳酸酯高分子链。
聚合反应是聚碳酸酯制备过程的决定性步骤,其聚合程度直接影响着聚合物的物理化学性质。
聚合反应常常在较高温度下进行,通过控制反应条件和添加合适的催化剂,可以获得具有不同分子量和结构的聚碳酸酯。
总结
聚碳酸酯的制备是一个复杂而精细的过程,需要精密的控制和严格的实验操作。
通过合理选择原料、优化反应条件和控制反应过程,可以获得高质量的聚碳酸酯产品。
聚碳酸酯作为一种具有广泛应用前景的高分子材料,将在各个领域发挥重要作用,为人们生活和工作带来更多便利和可能性。
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第二章缩聚及其他逐步聚合反应一、学习要求1、了解线形缩聚的单体种类及类型,掌握官能团及官能度的概念,等物质的量的概念。
2、熟悉线形缩聚的机理和特点,熟悉在密闭体系与开放体系中聚合度与平衡常数和残留小分子的关系,熟悉线形缩聚中出现的副反应。
3、掌握官能团等活性概念,了解线形缩聚动力学,自催化聚酯化动力学及外加酸聚酯化动力学,平衡缩聚动力学。
4、掌握线形缩聚产物聚合度的影响因素及控制方法,了解反应程度和平衡常数对聚合度的影响;了解等物质的量对聚合度的影响;掌握摩尔系数的计算,聚合度与反应程度、摩尔系数的关系,了解线形缩聚物的分子量分布。
5、掌握体型缩聚的形成条件,凝胶化现象与凝胶点,Carothers方程的理论基础及方程式,等物质的量及非等物质的量条件下的体系平均官能度的计算,了解Flory统计法估算体系凝胶点的方法。
6、掌握缩聚反应的实施方法,了解聚酯、聚酰胺的制备原理及过程,了解酚醛树脂、尿醛树脂及三聚氰胺甲醛树脂的制备原理及过程。
二、学时学时聚合反应从机理上可分为逐步聚合反应和连锁聚合反应两大类型。
在高分子化学和高分子合成工业中,逐步聚合反应占有重要地位。
其中包括人们熟知的涤纶、尼龙、酚醛树脂及脲醛树脂等高分子材料。
近年来,逐步聚合反应的研究在理论上和实际应用上都有了新的发展,一些高强度、高模量、耐老化及抗高温等综合性能优异的高分子材料不断问世。
逐步聚合反应中最重要是缩合聚合,简称缩聚。
本章着重讨论缩聚反应,并介绍其他常用的逐步聚合反应。
2.1 聚合反应类型及特点逐步聚合反应包括缩聚反应、逐步加成聚合,一些环状化合物的开环聚合、Diels—Alder 加成反应(狄尔斯-阿尔德反应是一种有机反应(具体而言是一种环加成反应)。
共轭双烯与取代烯烃(一般称为亲双烯体)反应生成取代环己烯。
即使新形成的环之中的一些原子不是碳原子,这个反应也可以继续进行。
一些狄尔斯-阿尔德反应是可逆的,这样的环分解反应叫做逆狄尔斯-阿尔德反应(retro-Diels–Alder)。
聚碳酸酯制作过程
聚碳酸酯是一种常见的高性能塑料材料,具有优异的耐热性、耐冲击性和透明度,广泛应用于各个领域。
其制作过程主要包括原料准备、缩聚、聚合和后续加工等阶段。
首先,聚碳酸酯的制作需要准备适量的苯酚和二氧化碳。
苯酚是聚碳酸酯的主要原料之一,而二氧化碳则是用来进行缩聚反应的重要中间体。
这两种原料的质量和纯度对最终产品的质量起着至关重要的作用。
在缩聚阶段,苯酚和二氧化碳首先在一定温度和压力下进行反应,形成二酚化合物。
随后,这些二酚化合物会进一步聚合,形成线性或支化结构的聚合物。
这一缩聚过程通常需要催化剂的存在,以促进反应的进行。
接着是聚合阶段,聚碳酸酯的分子链会不断延伸,形成长链聚合物。
这一过程一般是在高温下进行,以确保聚合反应的顺利进行。
此时需要控制好反应的温度和时间,以获得理想的聚合物分子结构和分子量。
最后,在完成聚合反应后,会进行一系列的后续加工步骤。
例如,将聚碳酸酯熔融后注射成型,制成各种塑料制品。
这些制品可以进一步经过表面处理、添加填料或着色等工艺,以满足不同应用领域的需求。
总的来说,聚碳酸酯的制作过程是一个复杂而精细的化学工程过程。
通过精准控制原料质量、反应条件和加工工艺,可以生产出高质量的聚碳酸酯材料,为各行各业提供优质塑料产品。
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第二章高分子的结构与合成一、单选题1. 下列高分子中,属于元素有机高分子的是(C)A.聚乙烯B.聚己内酰胺C.聚二甲基硅氧烷D.聚丙烯酸甲酯2.下列高分子中,属于杂链高分子的是(D)A.聚丙烯B.聚氯乙烯C.聚乙烯醇D.聚乳酸3.由己二酸和己二胺缩合生成的聚酰胺,其重复结构单元是(C)A.—HN(CH2)6NH—B.—CO(CH2)4CO—C.—HN(CH2)6NHCO(CH2)4CO—D.H2N(CH2)6NHCO(CH2)4COOH4.高分子材料常分成塑料、橡胶、纤维、涂料和黏合剂5大类,其分类依据是(A)A.性能和用途B.主链结构C.来源D.组成聚合物的元素5.下列各组聚合物中,关于链柔性的比较正确的是(D)A.聚苯乙烯>聚丙烯B.聚氯乙烯>聚乙烯C.聚乙炔>聚乙烯D.聚二甲基硅氧烷>聚异丁烯6.聚合物随着结晶度增大,其性能降低的是(D)A.熔点B.密度C.硬度D.溶解性7.聚合物在外力作用下,分子链沿外力方向平行排列形成的结构称为(C)A.结晶态结构B.非晶态结构C.取向态结构D.织态结构8.测定重均相对分子质量的方法是(C)A.端基分析法B.沸点升高法C.光散射法D.黏度法9.同一多分散性聚合物的各种相对分子质量的关系是(B)A.M n wηB.M nηwC.MηnwD.Mηwn10.相对分子质量分布指数表示为(A)M w/M nA.M n/M wB.C.Mη/M wD.Mη/M n11.下列聚合物中,属于加聚物的是(B)A.聚己二酰己二胺B.聚甲基丙烯酸甲酯C.聚碳酸酯D.聚乙醇酸12.下列聚合物中,属于缩聚物的是(B)A.聚苯乙烯B.聚对苯二甲酸乙二醇酯C.聚醋酸乙烯酯D.聚异丁烯13.可作为自由基聚合引发剂的物质是(A)A.偶氮二异丁腈B.金属钠C.吡啶D.水14.阴离子聚合机制的特点是(D)A.慢引发、快增长、速终止B.慢引发,快增长、无终止C.快引发、快增长、速终止D.快引发、快增长、无终止15.本体聚合的体系中包含(A)A.单体、引发剂B.溶剂、单体、引发剂C.水、单体、引发剂、分散剂D.水、单体、引发剂、乳化剂16.下列不属于聚合物化学反应的是(D)A.聚乙烯醇用甲醛交联B.聚醋酸乙烯酯进行醇解C.壳聚糖在体内发生降解D.由氨基酸生成聚氨基酸17.下列聚合物中,属于表面降解的材料是(A)A.聚酸酐B.聚乳酸C.聚丙烯酸D.聚氨基酸18.若想制备分布指数约为1的聚苯乙烯,适宜采取的聚合机理是(C)A.自由基聚合B.阳离子聚合C.阴离子聚合D.逐步聚合19.形成支链聚合物时,要求参加反应的其中一种单体带有的最少官能团数是(C)A. 1B. 2C. 3D. 420.聚合物的降解速度主要取决于(A)A.聚合物的骨架官能团结构B.结晶度C.相对分子质量D.介质的pH值21.元素有机高分子的主链结构中可能含有的元素是(BCD)A.碳B.硅C.硼D.氧22.下列天然高分子的命名与其来源有关的是(BCD)A.淀粉B.壳聚糖C.阿拉伯胶D.海藻酸23.高分子的独特物理-力学性能表现为(ABCD)A.具有很大的分子间作用力,不能气化B.力学性质是弹性与黏性的综合C.具有溶胀特性D.相对分子质量具有多分散性24.紫外光谱在高分子材料中的表征,能够提供的信息不包括(D)A.芳香结构B.共轭体系C.杂原子的取代D.双键的位置25.红外光谱在高分子材料中的表征,能够提供的信息不包括(D)A.聚合物的官能团B.取代基的位置C.侧链的结构D.重复单元连接顺序26.下列关于激光拉曼光谱在高分子材料中表征的叙述,错误的是(D)A.要研究化合物分子受光照射所产生的拉曼散射现象B.拉曼光谱与红外光谱的测定原理和方法是有区别的C.拉曼光谱是散射光谱,最适用于研究同原子的非极性键D.拉曼光谱对于构型、构象的变化更敏感,但固体样品不能测定27.下列关于核磁共振谱在高分子表征的叙述,错误的是(D)A.按测定的核分类,分为氢谱(1HNMR)、碳谱(13CNMRB.氢谱可提供分子中氢原子所处的化学环境、各官能团或分子骨架上氢原子的相对数目C.碳谱可以提供碳碳骨架的信息D.固体核磁共振相对精度更高,分辨率高于对液体的测定28.质谱在高分子材料中的表征,能够提供的信息不包括(D)A.相对分子质量分布B.末端基团C.重复单元连接顺序D.双键位置29.X-射线衍射在高分子材料中的表征,能够提供的信息不包括(D)A.结晶度B.晶胞参数C.聚合物的取向度D.嵌段长度30.下列关于聚合物的基团反应的叙述,错误的是(C)A.许多天然改性的药用高分子材料都是通过聚合物的基团反应制备,提高天然材料的性能B.包括酯化、醚化、卤化、磺化等,改善聚合物物理化学性质C.包括分子链的环化反应,,水解,加氢反应等,调整聚合物的分子量和链长度D.聚合物可以与药物偶联直接制备出前药,提高药物吸收31.高分子链的近程结构包括(ABC)A.结构单元的键接顺序B.共聚物的序列结构C.支链D.柔性32.影响高分子柔性的主要因素有(AB)A.主链结构B.侧基C.结晶D.取向33.聚集态结构是指高分子链间的几何排列,包括(BCDE)A.构象B.晶态结构C.非晶态结构D.取向态结构E.织态结构34.下列能够结晶的聚合物是(ABC)A.聚乙烯B.聚酰胺C.聚乳酸D.聚苯乙烯35.聚合物结晶度的测试方法包括(ABCD)A.X射线衍射B.红外吸收光谱C.密度法D.热分析法36.共混聚合物的性能取决于各组分的(ABD)A.性质B.配比C.溶解性D.混合状态37.有关高分子相对分子质量描述正确的是(ABD)A.相对分子质量很大B.相对分子质量具有多分散性C.平均相对分子质量与测定方法没有关系D.聚合物的相对分子质量是统计平均值38.凝胶渗透色谱法可以测定(ABD)A.数均相对分子质量B.重均相对分子质量C.黏均相对分子质量D.相对分子质量分布39.利用溶液的光散射性质可以测定聚合物的(BCD)A.构型B.相对分子质量C.分子大小D.分子形状40.凝胶渗透色谱法的特点是(ABCD)A.快速、简便B.数据可靠C.重现性好D.同时测定相对分子质量和分布41.自由基聚合的基元反应包括(ABCD)A.链引发反应B.链增长反应C.链终止反应D.链转移反应42.自由基链增长反应的特点是(BCD)A.活化能较高B.活化能较低C.链增长速率极快D.瞬间形成大分子43.链转移反应的对象可以是(ABCD)A.单体B.引发剂C.溶剂D.大分子44.缩聚反应一般选择的聚合方法有(AB)A.本体聚合B.溶液聚合C.乳液聚合D.悬浮聚合45.溶液聚合的优点是(ABC)A.聚合温度易于控制B.不易生成支化产物C.反应后物料易输送D.聚合物浓度高46.影响聚合物生物降解的因素包括(ABCD)A.结晶度B.化学结构C.相对分子质量D.介质pH值47.天然生物降解聚合物包括(ABD)A.蛋白质B.壳聚糖C.聚氨基酸D.纤维素48.根据所制成材料的性能和用途,常将高分子分成塑料、橡胶、纤维三大合成材料,它们之间的界限是十分严格的。
第二章缩聚和逐步聚合思考题2.1简述逐步聚合和缩聚、缩合和缩聚、线形缩聚和体形缩聚、自缩聚和共缩聚的关系和区别。
解(1)逐步聚合和缩聚逐步聚合反应中无活性中心,通过单体中不同官能团之间相互反应而逐步增长,每步反应的速率和活化能大致相同。
缩聚是指带有两个或两个以上官能团的单体间连续、重复进行的缩合反应,缩聚物为主产物,同时还有低分子副产物产生,缩聚物和单体的元素组成并不相同。
逐步聚合和缩聚归属于不同的分类。
按单体—聚合物组成结构变化来看,聚合反应可以分为缩聚、加聚和开环三大类。
按聚合机理,聚合反应可以分成逐步聚合和连锁聚合两类。
大部分缩聚属于逐步聚合机理,但两者不是同义词。
(2)缩合和缩聚缩合反应是指两个或两个以上有机分子相互作用后以共价键结合成一个分子,并常伴有失去小分子(如水、氯化氢、醇等)的反应。
缩聚反应是缩合聚合的简称,是指带有两个或两个以上官能团的单体间连续、重复进行的缩合反应,主产物为大分子,同时还有低分子副产物产生。
l-1、1-2、1-3等体系都有一种原料是单官能度,只能进行缩合反应,不能进行缩聚反应,缩合的结果,只能形成低分子化合物。
醋酸与乙醇的酯化是典型的缩合反应,2-2、2-3等体系能进行缩聚反应,生成高分子。
(3)线形缩聚和体形缩聚根据生成的聚合物的结构进行分类,可以将缩聚反应分为线形缩聚和体形缩聚。
线形缩聚是指参加反应的单体含有两个官能团,形成的大分子向两个方向增长,得到线形缩聚物的反应,如涤纶聚酯、尼龙等。
线形缩聚的首要条件是需要2-2或2官能度体系作原料。
体形缩聚是指参加反应的单体至少有一种含两个以上官能团,并且体系的平均官能度大于2,在一定条件下能够生成三维交联结构聚合物的缩聚反应。
如采用2-3官能度体系(邻苯二甲酸酐和甘油)或2-4官能度体系(邻苯二甲酸酐和季戊四醇)聚合,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。
(4)自缩聚和共缩聚根据参加反应的单体种类进行分类,可以将缩聚反应分为自缩聚、混缩聚和共缩聚。
聚碳酸酯的合成方程式
聚碳酸酯是一类重要的高分子材料,在工业和日常生活中有着广泛的应用。
其合成方法一般采用酯交换聚合(Transesterification polymerization )的方式,通过醇和二酸酯反应生成聚合物。
首先,我们来看一下聚碳酸酯的合成原理。
聚碳酸酯的合成是通过醇和二酸酯之间的缩聚反应进行的。
具体步骤为:首先,将醇和二酸酯混合反应,生成半酯(an ester),然后半酯经过进一步缩聚反应,形成聚碳酸酯的长链结构。
其次,我们来具体描述一下聚碳酸酯的合成方程式。
以聚丁二醇醚和己二酸酯反应得到聚碳酸酯为例。
在反应条件下,聚丁二醇醚(HO-(-CH2-CH2-O-)n-H)和己二酸酯(OOC-(CH2)4-COO)进行缩聚反应。
反应生成的聚碳酸酯结构如下所示:[HO-(-CH_2-CH_2-O-)n-H + OOC-(CH_2)_4-COO -(-CH_2-CH_2-O-CO-(CH_2)_4-CO-)n- + nH_2O]
通过以上合成方程式,我们可以清晰地了解聚碳酸酯的制备过程。
聚碳酸酯材料因其具有优异的物理性质和化学稳定性,被广泛应用于塑料制品、纺织品、医疗器械等领域。
总的来说,聚碳酸酯的合成是一种经济、高效的制备方法,为各行各业提供了重要的材料基础。
希望通过本文的介绍,读者对聚碳酸酯的合成方法有了更深入的了解。
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聚碳酸酯方程式怎么写聚碳酸酯是一种常见的高分子聚合物,由于其优异的物理性质和化学稳定性,已被广泛应用于工业生产和科研领域。
在化学制品和塑料制品的生产中,了解聚碳酸酯的合成方法和方程式是非常重要的。
聚碳酸酯的合成主要通过酯交换反应或缩聚反应来实现。
其中最常见的是通过将二酸酯和二醇在催化剂的作用下反应得到聚碳酸酯。
下面我将以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的合成为例,来介绍聚碳酸酯方程式的写法。
首先,聚碳酸酯的合成过程中需要用到的原料有对苯二甲酸(PTA)和丁二醇(BDG)。
PTA和BDG的化学结构如下所示:对苯二甲酸(PTA): 丁二醇(BDG):HOOC-C6H4-COOH HO-(CH2)4-OHPTA和BDG在反应过程中会发生脱水缩聚反应,生成聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
其化学结构如下所示:聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT):HOOC-C6H4-COO-(CH2)4-OOC-C6H4-COOH聚碳酸酯的合成方程式可以表示为:PTA + BDG → PBT + H2O在这个方程式中,PTA和BDG发生酯交换反应,生成PBT和水。
根据化学方程式的质量守恒原理,反应物的物质量等于生成物的物质量。
聚碳酸酯的合成过程中通常需要添加催化剂,常用的催化剂有锌盐、钛盐等。
催化剂的作用是加速酯交换反应的进行,提高合成效率和产物质量。
聚碳酸酯的合成过程还受到温度和压力等因素的影响。
一般来说,反应温度较高,反应速率较快,但会增加能耗和设备成本。
反应压力较高,也有助于反应的进行,但过高的压力会增加设备的安全隐患。
需要注意的是,聚碳酸酯的合成并不是一步到位的过程,通常需要经历多个反应步骤和处理过程。
其中涉及到的化学物质和条件,还需要根据具体的合成工艺进行调整。
总之,聚碳酸酯的方程式可以通过酯交换反应或缩聚反应来表示。
在具体的合成过程中,需要根据反应物和产物的化学结构,选择适当的原料和催化剂,并控制合适的反应条件,以保证合成过程的高效性和产物的良好性能。
第二章 逐步聚合反应§2.1 概述前面提到,大部分缩聚反应属于逐步聚合机理,因此,以缩聚反应为例来阐述逐步聚合反应的规律和特点,并介绍重要逐步聚合物。
缩聚是基团间的反应,乙二醇和对苯二甲酸缩聚成涤纶聚酯,以及己二酸和己二胺缩聚成聚酰胺-66,都是典型的例子。
nHO(CH2)2OH+n +(2n-1)H 2O 2)22)4CONH(CH 2)6H nHOOC(CH 2)4COOH+nH 2N(CH 2)6NH +(2n-1)H 2O缩聚在高分子合成中占有重要的地位,聚酯、聚酰胺、酚醛树脂、环氧树脂、醇酚树脂等杂链聚合物多由缩聚反应合成。
此外,聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚苯硫醚等工程塑料,聚硅氧烷、硅酸盐等半无机或无机高分子,纤维素、核酸、蛋白质等天然高分子都是缩聚物,可见缩聚反应涉及面很广。
特别是近年来通过缩聚反应制得了许多性能优异的工程塑料和耐热聚合物。
缩聚逐步聚合不论在理论上还是在实践上都发展得很快,新方法、新品种、新工艺不断出现,这一领域十分活跃。
还有不少非缩聚的逐步聚合,如合成聚氨酯的聚加成、制聚砜的芳核取代、制聚苯醚的氧化耦合、己内酰胺经水催化合成尼龙-6的开环聚合等。
这些聚合反应产物多数是杂链聚合物,与缩聚物相似。
§2.2 缩合反应与缩聚反应一、缩合反应——两个官能团间缩掉一小分子进行的化合反应缩合反应的反应物中每个反应物只能有一个官能团。
例如:O H H COOC CH OH CH CH COOH CH 2523233+→+O H CH CONHCH CH NH CH H C COOH CH 23232233+→+O H CH OCH CH CH OH CH CH 22322323+→O H OCOCH CO CH COOH CH 22333+→分别生成酯、酰胺、醚和酸酐。
二、缩聚反应1、缩聚反应的定义由两个或两个以上官能团的单体之间连续、重复进行的缩合反应,即缩合聚合反应,简称缩聚反应。
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。