高分子第5章_离子聚合
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第一章绪论思考题1. 举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义,以及它们之间的相互关系和区别。
答:合成聚合物的原料称做单体,如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯,缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。
在聚合过程中,单体往往转变成结构单元的形式,进入大分子链,高分子由许多结构单元重复键接而成。
在烯类加聚物中,单体单元、结构单元、重复单元相同,与单体的元素组成也相同,但电子结构却有变化。
在缩聚物中,不采用单体单元术语,因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出,结构单元的元素组成不再与单体相同。
如果用2种单体缩聚成缩聚物,则由2种结构单元构成重复单元。
聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子量高达104-106的同系物的混合物。
聚合度是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X表示。
均值,以DP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n2. 举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义,以及它们之间的关系和区别。
答:合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合物。
聚合物(polymer)可以看作是高分子(macromolecule)的同义词,也曾使用large or big molecule的术语。
从另一角度考虑,大分子可以看作1条大分子链,而聚合物则是许多大分子的聚集体。
根据分子量或聚合度大小的不同,聚合物中又有低聚物和高聚物之分,但两者并无严格的界限,一般低聚物的分子量在几千以下,而高聚物的分子量总要在万以上。
多数场合,聚合物就代表高聚物,不再标明“高”字。
齐聚物指聚合度只有几~几十的聚合物,属于低聚物的范畴。
低聚物的含义更广泛一些。
3. 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙-66、聚丁二烯和天然橡胶的结构式(重复单元)。
选择其常用4. 举例说明和区别:缩聚、聚加成和逐步聚合,加聚、开环聚合和连锁聚合。
第六章离子聚合论述题1. 丁基锂和萘钠是阴离子聚合的常用引发剂,试说明两者引发机理和溶剂的选择有何差别。
2. 甲基丙烯酸甲酯分别在苯、四氢呋喃、硝基苯中用萘钠引发聚合。
试问在哪一种溶剂中的聚合速率最大?3. 应用活性阴离子聚合来制备下列嵌段共聚物,试提出加料次序方案。
a.(苯乙烯)x—(甲基丙烯腈)yb.(甲基苯乙烯)x—(异戊二烯)y—(苯乙烯)zc.(苯乙烯)x—(甲基丙烯酸甲酯)y—(苯乙烯)x4. 试从单体、引发剂、聚合方法及反应的特点等方面对自由基、阴离子和阳离子聚合反应进行比较。
5. 将下列单体和引发剂进行匹配。
说明聚合反应类型并写出引发反应式。
单体:(1)CH2=CHC6H5(2)CH2=C(CN)2(3)CH2=C(CH3)2(4)CH2=CHO(n-C4H9)(5)CH2=CHCl(6)CH2=C(CH3)COOCH3引发剂:(1)(C6H5CO2)2(2)(CH3)3COOH+Fe2+(3)萘-Na(4)BF3+H2O6. 在离子聚合反应过程中,能否出现自动加速效应?为什么?7. 何为活性聚合物?为什么阴离子聚合可以实现活性聚合?计算题1. 用n-丁基锂引发100 g苯乙烯聚合,丁基锂加入量恰好是500分子,如无终止,苯乙烯和丁基锂都耗尽,计算活性聚苯乙烯链的数均分子量。
2. 将1.0×10-3 mol萘钠溶于四氢呋喃中,然后迅速加入2.0 mol苯乙烯,溶液的总体积为1 L。
假如单体立即混合均匀,发现2000 s内已有一半单体聚合。
计算聚合2000 s和4000 s时的聚合度。
3. 将苯乙烯加到萘钠的四氢呋喃溶液中,苯乙烯和萘钠的浓度分别为0.2 mol⋅L-1和1×10-3 mol⋅L-1。
在25℃下聚合5 s,测得苯乙烯的浓度为1.73×10-3 mol⋅L-1。
试计算:a.增长速率常数b.10s的聚合速率c.10s的数均聚合度4. 在搅拌下依次向装有四氢呋喃的反应器中加入0.2 mol n-BuLi和20 kg苯乙烯。
高分子化学中聚合度的计算1、自由基聚合2、自由基共聚3、乳液聚合4、阳离子聚合5、阴离子聚合6、线形缩聚(一)线型缩聚动力学:(1)不可逆条件下a 、自催化聚合(无外加酸)积分得: p t 22p R k 2]M [k =ντν]M [k p =Xn 1=k P k t [M]+C M +C S [M][S]]C []M [n n ]M []M [n X ==-NN X 0n =大分子数结构单元数目=3kC dt dC =-t k 2C 1C 1202=-由C = Co (1-P),代入上式b 、外加酸催化积分得:将 C = Co (1-P ) 代入上式(2)平衡条件下a 、水未排出时(密闭体系)根据反应程度关系式0N N 1P -=2C `k dt dC =-t `k C 1C 10=-1t C `k P 110+=-1t C `k X 0n +=()2121C 1k C k dtdC ----=1C 1C C C N N N P 0000---===P1C -=∴所以正、逆反应达到平衡时,总聚合速率为零,则解得b 、水部分排出时(非密闭体系)根据反应程度关系式所以平衡时()[]K P P 1k dt dP 221--=()0K P P 122=--()0K KP 2P 1K 2=+--1K K 1K K K P +==--1K 1K K 11P 11X n +===+--()W 121n C 1k C k dt dC ----=1C 1C C C N N N P 0000---===P 1C -=∴()[]K n P P 1k dt dP w 21--=()K n P P 1W 2=-当 P 趋近于1 ( > 0.99)时(二)线形缩聚物聚合度的控制(端基封锁)(1)单体aAa 和bBb 反应,其中bBb 稍过量a 、当原料单体官能团等摩尔比时,即 r = 1 或 q = 0b 、当P =1时,即官能团a 完全反应(其中 ,称为摩尔系数; ,称为bBb 单体的分子过量分率, )(2)aAa 、bBb 等摩尔比,另加少量单官能团物质CbW n P K P 11Xn =-= ∴)P 1(2q 2q P r 2r 1r 12/)P N 2N N (2/)N N (X a b a b a n -++-++-++===()P 11P 122X n --==q 21q 2r 1r 1X n ≈=+=+-()()P N N N 2N N 2P N N N N N X a c a c a a c a c a n -++-++==()()rP2r 1r 1P N 2N 2N N N 2N N a c a a c a a -++-++++==1<=b a N N r r r 1N N N 2/N 2/)N N (q a a b a a b ---===1q 1r += ∴(其中, )(3)aRb 加少量单官能团物质Cb(分子数为Nc )反应(其中, )7、体型缩聚Carothers 理论c a a N N N r 2+=a c a c N N 22N N q ==1q 1r +=()()P r r r P N N N N N P N N N N N X a c a c a a c a c a n 21122-++===-++-++c a a 'N N N r 2+=1q 1r +=)(=nX 11f 2P -f P 22X n -=。