第4章 单体活性

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。

2.解：（1）k
=k11/r1 = 49/0.64=76.56 L/(mo l·s)，
12
k21=k22/r2 =25.1/1.38=18.19L/(mo l·s)
（2）1/ r1为丁二烯单体的相对活性、1/r2为苯乙烯单体的相对活性。

1/
r1=1.56>1/
r2=0.725说明丁二烯单体活性较苯乙烯单体活性大，又因为k12>k22说明
丁二烯自由基活性较苯乙烯自由基活性小。

（3）两种单体共聚属无恒比点的非理想共聚，共聚物组成方程为F1=( r1f12+f1f2)/(r1f12+2f1f2+r2f22)，代入r1和r2值，作图如下
（4）欲得组成均匀的共聚物，可按组成要求计算投料比，且在反应过程中不断补加丁二烯单体，以保证原配比基本保持恒定。

2. 假定一：链自由基的活性与链长无关。

假定二：链自由基的活性只取决于末端单体单元的结构，与前末端单元的结构无关。

假定三：聚合反应是不可逆的，无解聚反应；
假定四：共聚物的聚合度很大，单体主要消耗在链增长反应过程中，而消耗在链引发中的单体数可忽略不计，Rp ＞＞Ri。

假定五：聚合过程为稳态反应，即体系中总自由基浓度及两种自由基浓度都保持不变。

3. 均聚和共聚链增长速率常数之比定义为竞聚率。

它表征两种单体的相对活性，
反映了单体自身增长（均聚）和交叉增长（共聚）的快慢。

r1= k11/k12，r2= k22/k21
当r1 r2=1时，可进行理想共聚；
当r1＜1且r2＜1时，可进行有恒比点的共聚；
当r1＜＜1，r2＜＜1，r1→0，r2→0或r1= r2=0时发生交替共聚。

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。

第四章自由基共聚合1. 基本概念:均聚合（Homo-polymerization）：由一种单体进行的聚合反应。

共聚合(Co-polymerization)：由两种或两种以上单体共同参加的连锁聚合反应。

形成的聚合物中含有两种或多种单体单元。

均聚物(Homo-polymer)：由均聚合所形成的聚合物。

共聚物(Copolymer)：由共聚合形成的聚合物。

无规共聚物(Random Copolymer)：聚合物中组成聚合物的结构单元呈无规排列。

交替共聚物(Alternating Copolymer)：聚合物中两种或多种结构单元严格相间。

嵌段共聚物(Block Copolymer)：聚合物由较长的一种结构单元链段和其它结构单元链段构成，每链段由几百到几千个结构单元组成。

接枝共聚物(Graft Copolymer)：聚合物主链只由某一种结构单元组成，而支链则由其它单元组成。

共聚合组成方程(Equation of Copolymer Composition)：表示共聚物组成与单体混合物（原料）组成间的定量关系。

理想共聚（Ideal Co-polymerization）：该聚合竞聚率r1＊r2=1，共聚物某瞬间加上的单体中１组分所占分率F1＝r1f1/(r1f1+f2)，并且其组成曲线关于另一对角线成对称（非恒比对角线）。

理想恒比共聚( Ideal Azeotropic Co-polymerization)：该聚合的竞聚率r1=r2=1，这种聚合不论配比和转化率如何，共聚物组成和单体组成完全相同，F1＝f1，并且随着聚合的进行，F1、f1,的值保持恒定不变。

交替共聚(Alternating Co-polymerization)：该聚合竞聚率r1=r2=０或者r1→0，r2→0，这种聚合两种自由基都不能与同种单体加成，只能与异种单体共聚，因此不论单体组成如何，结果都是F1=0.5，形成交替共聚物。

非理想共聚(Non-ideal Co-polymerization)：竞聚率r1＊r2≠1的聚合都是非理想聚合，非理想聚还可再往下细分。

第一章测试1.硅橡胶属于（）高分子。

A:元素有机B:无机C:杂链D:碳链答案:A2.多糖、核酸和蛋白质都属于高分子物质。

( )A:对B:错答案:A3.聚苯乙烯的结构单元和单体单元以及重复结构单元都相同。

( )A:错B:对答案:B4.尼龙66重复结构单元数目是结构单元数目的两倍。

( )A:对B:错答案:B5.高分子分子量的不均匀性叫多分散性。

( )A:对B:错答案:A第二章测试1.哪个官能度体系不能生成高分子。

( )A:2-2B:4-4C:1-2D:3-4答案:C2.要判断单体的官能度可以根据结构式判断。

( )A:对B:错答案:B3.缩聚反应中可以根据单体转化率判断反应进行的深度。

( )A:对B:错答案:B4.通过控制基团数比来控制线形缩聚物聚合度其实就是为了封锁端基。

( )A:对B:错答案:A5.体型缩聚平均官能度必须大于等于2 ( )A:错B:对答案:A第三章测试1.下列哪种引发剂可以在低温下引发聚合（）。

A:偶氮类B:氧化还原引发体系C:过氧化物类D:光引发剂答案:BD2.氯乙烯可以进行阴离子聚合。

( )A:错B:对答案:A3.偶合终止和歧化终止的区别是偶合终止得到一条高分子链，而歧化终止得到两条高分子链。

( )A:对B:错答案:A4.自由基聚合产物聚合度随着单体转化率增大而增大。

( )A:错B:对答案:A5.动力学链长也是聚合度的表征方法，适合于任何聚合方法得到的高分子。

( )A:对B:错答案:B第四章测试1.下列哪项不属于连锁聚合（）。

A:自由基聚合B:缩聚反应C:离子聚合D:配位聚合答案:B2.路易斯酸不能单独作为阳离子聚合的引发剂，必须要加共引发剂 ( )A:错B:对答案:B3.阳离子聚合主要的链终止方式是向单体的链转移。

( )A:对B:错答案:A4.萘钠引发剂可以产生处于缔合状态的双阴离子活性中心。

( )A:错B:对答案:B5.阴离子聚合的特点是：快引发、快增长、无终止 ( )A:错B:对答案:A6.聚合物的立构规整度可以通过化学性质的变化间接测得。

4. 自由基共聚合例1 苯乙烯（M 1）和丙烯酸甲醇（M 2）在苯中共聚，已知r=0.75,r 2=0.20。

求：（1）画出共聚物组成F 1-f 1曲线；（2）[M 1]0=1.5mol ·L -1，[M 2]0=3.0mol ·L -1，求起始共聚物的组成；（3）当M 1质量分数为15%，当M 2质量分数为时85%，求共聚物的组成。

解 （1） 因为r 1=0.75 < 1 , r 2=0.2 < 1,所以，两单体的共聚属于有恒比共聚点的非理想共聚。

其恒比点为：762.02.075.022.0121f F 21211=---=---==r r r共聚物组成的F 1-f 1曲线如下： ·（2）因为[M 1]0=1.5mol ·L -1，[M 2]0=3.0mol ·L -1。

得[][][]67.0f 1f 33.00.35.15.1M M M f 010202010101=-==+=+=，起始共聚物组成为()()()5.0fr f f 2fr f f f r F 202202012011020121101=+++=（3）当[M 1]0=15%（质量分数），[M 2]=85%（质量分数），M 1和M 2的摩尔分数分别为：[][][]873.0127.01f 1f 127.01088.91044.11044.186/85.0104/15.0104/15.0M M M f01023332010101=-=-==⨯+⨯⨯=+=+=---起始共聚物组成为 ()()()318.0fr f f 2fr f f f r F 202202012011020121101=+++=例2 根据下图的二元组分的自由基共聚反应F 1-f 1关系形状，判断竞聚率值、共聚反应特征、共聚物组成与原料组成的关系，以及共聚物两组分排列的大致情况。

解 曲线（1）r 1=r 2=0，交替共聚，不论单体配比如何，共聚物组成恒定，并且不随转化率的变化而变化，共聚物为交替共聚物，两种结构单元严格交替排列。

⾼分⼦第4章习题71. 解释下列名词：(1)均聚合与共聚合，均聚物与共聚物(2)均缩聚、混缩聚、共缩聚(3)共聚组成与序列结构2. ⽆规、交替、嵌段、接枝共聚物的结构有何差异？对下列共聚反应的产物进⾏命名：(1)丁⼆烯（75%）与苯⼄烯（25%）进⾏⽆规共聚(2)马来酸酐与⼄酸2-氯烯丙基酯进⾏交替共聚(3)苯⼄烯-异戊⼆烯-苯⼄烯依次进⾏嵌段共聚(4)苯⼄烯在聚丁⼆烯上进⾏接枝共聚3. 试⽤动⼒学和统计两种⽅法来推导⼆元共聚物组成微分⽅程（式7-10）。

在推导过程中各做了哪些假定？4. 对r1 = r2 = 1；r1 = r2 = 0；r1 ＞0，r2 = 0；r1 r2 = 1等特殊体系属于哪种共聚反应？此时d[M1]/d[M2] = f([M1]/[M2])，F1 = f(f1)的函数关系如何5. ⽰意画出下列各对竞聚率的共聚物组成曲线，并说明其特征。

f1=0.5时,低转化率阶段的F1=6. 试作氯⼄烯-醋酸⼄烯酯(r1 = 1.68，r2 = 0.23)、甲基丙烯酸甲酯-苯⼄烯(r1 = 0.46，r2 = 0.52)两组单体进⾏⾃由基共聚的共聚物组成曲线。

若醋酸⼄烯酯和苯⼄烯在两体系中的浓度均为15%(重量)，试求起始时的共聚物组成。

7. 两单体的竞聚率r1 = 2.0，r2 = 0.5，如f1O = 0.5，转化率为50%，试求共聚物的平均组成。

8.单体M1和M2进⾏共聚，r1 = 0，r2 = 0.5，计算并回答：⑴合成组成为M2〈M1的共聚物是否可能？⑵起始单体组成为f1O = 0.5共聚物组成F1为多少？⑶如要维持⑵中算得的F1，变化不超过5%，则需控制转化率为多少？9. 甲基丙烯酸甲酯（M1）和丁⼆烯（M2）在60OC进⾏⾃由基共聚，r1 = 0.25，r2 = 0.91，试问以何种配⽐投料才能得到组成基本均匀的共聚物？并计算所得共聚物中M1和M2的摩尔⽐。

若起始配料⽐是35/65（重量⽐），问是否可以得到组成基本均匀的共聚物？若不能，试问采⽤何种措施可以得到共聚组成与配料⽐基本相当的组成基本均匀的共聚物？10. 什么是前末端效应、解聚效应、络合效应？简述它们对共聚组成⽅程的影响。