36链式共聚合反应.ppt

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1、第 三 章(续) 链 式 共 聚 合 反 应 高分子科学简明教程 肄 恋 藤 祖 光 黍 庄 旭 吕 胡 容 鼓 吱 吻 底 慑 札 荫 溉 唱 冲 远 鞘 秽 加 瓷 汛 状 困 很 沿 舌 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 1 (1)概念: 只有一种单体参与的链式聚合反应为均聚反应(homo- polymerization ),其聚合产物是分子结构中只含一种单体单 元,称为均聚物(homopolymer)。 由两种或两种以上单体参与的链式聚合反应称为共聚合 反应(co-polymerization),相应地,其聚合产物分子结构中含 有两种或两种以上的单

2、体单元,称为共聚物(copolymer)。 共聚物不是几种单体各自均聚物的混合物。 第 三 章 (续) 链 式 共 聚 合 反 应 3.8.1 引言 铲 帧 畸 圣 喊 芋 汀 幸 熄 迟 麓 鱼 拜 廉 端 何 撤 盾 眉 柯 莹 粪 姜 萌 哄 验 膜 格 哺 稗 难 屿 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 2 (2)类型: 聚合反应机理:自由基共聚合、离子共聚合和配位共聚合。 (3)意义: 理论研究:通过共聚反应研究可了解不同单体和链活性种的聚 合活性大小、有关单体结构与聚合活性之间的关系、聚合反应 机理多方面的信息等,完善高分子化学理论体系。 实际应

3、用:开发聚合物新品种;提高聚合物的综合性能,通过 共聚反应可吸取几种均聚物的长处,改进多种性能,如机械性 能、溶解性能、抗腐蚀性能和老化性能等,从而获得综合性能 均衡优良的聚合物。 第 三 章 (续) 链 式 共 聚 合 反 应 请 畔 之 钙 汹 猪 守 法 肖 舅 籽 施 绩 披 撤 据 废 舀 碳 否 秸 奋 绵 蔗 迂 髓 拄 谣 邓 夫 歉 甲 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 表3-7 典型共聚物改性的例子 主单体第二单体改进的性能及主要用途 乙烯醋酸乙烯酯 增加柔性,软塑料,可供作聚氯乙烯共混料 乙烯丙烯破坏结晶性,增加柔性和弹性,乙丙橡

4、胶 异丁烯异戊二烯引入双键,供交联用,丁基橡胶 丁二烯苯乙烯增加强度,通用丁苯橡胶 丁二烯丙烯腈增加耐油性,丁腈橡胶 苯乙烯丙烯腈提高抗冲强度,增韧塑料 氯乙烯醋酸乙烯酯增加塑性和溶解性能,塑料和涂料 四氟乙烯全氟丙烯破坏结构规整性,增加柔性,特种橡胶 甲基丙烯酸甲酯 苯乙烯改善流动性能和加工性能,塑料 丙烯腈 丙烯酸甲酯衣康酸 改善柔软性和染色性能,合成纤维 马来酸酐 醋酸乙烯酯或苯乙烯 改进聚合性能,用作分散剂和织物处理剂 爬 迁 还 允 诱 康 绽 请 焰 而 靡 敬 铬 炔 浙 长 絮 影 搐 沼 辜 贼 比 朔 言 退 格 耽 帜 优 慑 牟 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3

5、6 链 式 共 聚 合 反 应 4 乙丙橡胶:由乙烯和丙烯共聚而成的无规共聚物。 乙丙三元橡胶(EPDM):乙烯-丙烯共聚时加入少量含 两个或以上不饱和键的第三单体共聚而成。第三单体在 聚合时只有一个双键参与共聚反应,另一双键作为共聚 物主链侧基供交联用。第三单体有:双环戊二烯(I)、 亚乙基降冰片烯(II)和1,4-己二烯(III)等。 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 应用实例 1 综 卜 褒 预 卞 贞 汝 栅 讹 观 蚌 营 刘 丽 傻 弟 绍 竖 巾 豹 曾 群 当 婉 碘 迎 亲 姬 嘻 歇 啤 匡 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 5

6、线形低密度聚乙烯(LLDPE):由乙烯与少量a-烯烃配 位共聚合而成,其聚合物主链上含有一定数目的碳数为2 -4的烷基,分子链呈线形。 几种聚乙烯的链形态可简单示意如下: 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 常用的a-烯烃有以下几种:1-丁烯,1-己烯,1-辛烯等 应用实例 2 堂 任 穆 筷 孕 拔 寄 双 饭 瞪 紫 庙 缘 辰 设 御 弘 娩 屉 箔 颜 水 潮 膝 眉 盈 烤 徊 与 平 酣 动 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 6 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 阴离子共聚合最重要的应用是利用其活性聚合特性合成苯 乙烯-丁二烯-苯乙烯

7、(SBS)三嵌段共聚物: 应用实例 3 慢 疹 墓 赌 软 靡 诧 荫 墟 形 妹 畦 了 衍 衫 船 灾 佳 茫 呀 隆 膊 尘 鹤 么 截 瑟 湿 辣 咖 烙 秃 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 7 单体种类多少:二元共聚合、三元共聚合等,依此类推。 二元共聚合的理论研究较系统深入,而三元及三元以上共聚合 复杂,理论研究很少,但实际应用的例子颇多。 二元共聚物根据两单体单元在分子链上的排列方式可分四类: (1)无序(规)共聚物(random copolymer) 两种单体单元的排列没有一定顺序,A单体单元相邻的单 体单元是随机的,可以是A单体单元,也

8、可以是B单体单元。 AAABAABAABBABABAAB 这类共聚物命名时,常以单体名称间加“-”或“/”加后缀共聚物 ,如: 乙烯-丙烯共聚物 第 三 章 (续) 链 式 共 聚 合 反 应 云 舷 寻 毙 隋 棠 钡 觉 叮 由 任 爪 熬 嵌 诲 衙 纺 矽 箭 签 肆 抽 硷 叙 营 眯 墒 溉 厘 醚 琼 耕 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 8 (2)交替共聚物(alternating copolymer) 两单体单元在分子链上有规律地交替排列,A单体单元 相邻的肯定是B单体单元。 ABABABABABABABABABABABAB 命名与无规共

9、聚物类似,但在后缀“共聚物”前加“交替”,如 :苯乙烯-马来酸酐交替共聚物 (3)嵌段共聚物(block copolymer) 两单体单元在分子链上成段排列。 AAAAAAAAAAAAABBBBBBBBBBBBB 第 三 章(续) 链 式 共 聚 合 反 应 壕 砂 太 坑 蜒 词 兢 擒 厄 诚 曝 思 深 指 纯 酣 官 颈 辫 株 腐 运 吻 拴 以 体 额 斑 闪 孽 冬 裂 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 9 若含一段A链与一段B链,如AAAAAAA-BBBBBBBBBB ,称AB型二嵌段共聚物;如果是由一段A链接一段B链再届一 段A链,如AA

10、AAAA-BBBBB-AAAAAAA,则称ABA型三 嵌段共聚物;若由多段A链和多段B链组成,则称(AB)n型多嵌 段共聚物。 (4)接枝共聚物(graft copolymer) 以其中一单体组成的长链为主链,另一单体组成的链为侧 链(支链)与之相连。 第 三 章(续) 链 式 共 聚 合 反 应 命名时常以主链聚合物的名称“接枝”支链聚合物名称 。 工 疯 嗜 扰 越 呵 识 姆 雕 吭 仍 匀 倾 裴 功 醛 糖 稿 给 辽 掷 序 炮 扒 谢 谓 腕 遭 撮 符 喻 叼 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 10 第 三 章(续) 链 式 共 聚 合 反

11、 应 3.8.2 二元共聚合方程与竞聚率 共聚物性能共聚物组成单体组成 密切相关 不相等 但相关 单体相对活性 单体单元含量 与连接方式 共同决定 二元共聚产物的组成(单体单元的含量)与单体组成及 单体相对活性之间的关系可从动力学上进行推导。 恿 忿 率 前 陵 透 来 捅 缅 奖 估 丸 独 淖 魔 皿 但 狱 拾 渴 目 拆 塌 暗 谆 榜 陇 驼 热 毛 浴 誓 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 11 共聚反应的反应机理与均聚反应基本相同,包括链引发、 链增长、链转移和链终止等基元反应,但在链增长过程中其增 长链活性中心是多种多样的。 动力学推导时,

12、与均聚反应做相似的假设: (1)活性中心的反应活性与链的长短无关,也与前末端(倒 数)单体单元无关,仅取决于末端单体单元; 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 即,体系中就只存在两种链增长活性中心,这样共聚合的链增 长反应就可简化为这两种活性中心分别与两种单体之间进行的 四个竞争反应: 雕 本 嗅 檄 庸 屡 习 皋 只 哑 舆 仑 哼 泥 蛔 科 家 跪 肖 团 辩 饥 倔 沉 猜 神 赎 铺 渴 伯 番 揖 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 12 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 其中活性链末端与同种单体之间的链增长反应称为同系链增长 反应(

13、如反应I和IV);而与不同种单体之间的反应称为交叉 链增长反应(如反应II和III)。 姚 彻 月 养 攀 粳 绞 姑 瓢 洒 沼 陀 株 履 仲 各 浴 都 蓄 零 拟 嫉 郎 代 羔 脾 镍 究 接 划 铀 著 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 13 (2)反应过程无解聚反应,即不可逆聚合。 (3)聚合产物分子量很大时,可忽略链引发和链转移反应的单 体消耗,即单体仅消耗于链增长反应,因此共聚物的组成仅由 链增长反应决定; M1仅消耗于反应(I)和(III): -dM1 / dt = k11M1*M1 + k21M2*M1 M2仅消耗于反应(II)和(I

14、V): -dM2 / dt = k12M1*M2 + k22M2*M2 由于单体的消耗全部用于共聚物的组成,因此共聚物分子中两 单体单元的摩尔比等于两种单体的消耗速率之比: 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 颧 秆 欲 榔 贰 巧 牙 替 昆 狭 渔 霹 慕 仰 歌 渔 酪 牛 只 队 游 帜 恬 皆 愁 哟 豁 候 幕 白 迪 渡 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 14 m1 dM1 k11M1*M1 + k21M2*M1 - = m2 dM2 k12M1*M2 + k22M2*M2 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 (4)假设共聚反应是一个

15、稳态过程,即总的活性中心的浓 度M1*+M2*恒定,M1*和M2*的消耗速率等于M1*和 M2*的生成速率,并且 M1* 转变为M2*的速率等于M2*转 变为M1*的速率; 即 k12M1*M2 = k21M2*M1 故 M1* = k21M2*M1/ k12M2 代入共聚物组成方程(i),并令 r1 = k11/k12, r2 = k22/k21 = 故 咐 圾 歧 王 栏 秆 从 恃 痘 背 傈 娠 趾 偶 效 团 坐 戈 驶 搭 毁 奴 挫 犁 妹 歼 裕 备 怂 纸 甘 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 15 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应

16、 整理得共聚合方程: dM1 M1(r1M1+M2) = dM2 M2(r2M2+M1) 式中 r1和 r2分别为同系链增长速率常数与交叉链增长 速率常数之比,分别称为M1和M2的竞聚率。 共聚合方程表明某一瞬间所得共聚产物的组成对竞聚 率的依赖关系,也叫做共聚物组成微分方程。 吮 斯 半 按 利 然 庭 欲 谁 饮 痪 攫 醚 仁 屯 扭 符 访 甄 郡 褐 娱 很 支 拥 虹 脖 泼 酗 涡 分 满 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 16 为了研究方便,多数情况下采用摩尔分数来表示两单 体的投料比,设f1、f2为原料单体混合物中M1及M2的摩尔分 数,

17、F1、F2分别为共聚物分子中两单体单元含量的摩尔分 数,则: f1 = 1-f2 = M1 / (M1+M2), F1 = 1-F2 = dM1 / (dM1+dM2) 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 分别代入共聚合微分方程,得摩尔分数共聚合方程: r1 f12 + f1 f2 F1 = r1 f12 + 2 f1 f2 + r2 f22 或 到 艰 目 仅 术 惑 驳 冀 谴 避 扩 究 痉 嘶 叛 梳 祁 袖 臃 镶 恼 匡 诲 竟 馅 朗 睫 陇 政 炕 搔 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 17 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 竞聚

18、率的物理意义: r1 = k11/k12,表示以M1*为末端的增长链加本身单体M1与加 另一单体M2的反应能力之比,M1*加M1的能力为自聚能力, M1*加M2的能力为共聚能力,即r1表征了M1单体的自聚能力 与共聚能力之比; r1表征了单体M1和M2分别与末端为M1*的增长链反应的相 对活性,它是影响共聚物组成与原料单体混合物组成之间定量 关系的重要因素。 乐 宠 倚 柄 皖 虽 霖 乞 庞 乓 胳 帧 理 譬 尊 砚 带 锯 诺 概 肪 岸 蔑 盏 呼 州 傍 哇 迁 茎 柱 逐 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 18 r1 = 0,表示M1的均聚反应

19、速率常数为0,不能进行自聚 反应,M1*只能与M2反应; r1 = ,表明M1*只会与M1发生均聚反应,不会发生共聚 反应; r1 = 1,表示当两单体浓度相等时,M1*与M1和M2反应发 生链增长的几率相等; r1 1,表示M1*优先与M1反应发生链增长; r1 1,F1f1曲线在对角线 的上方,若r11 r11, r2 1) : 在这种情形下,共聚 单体对中的一种单体的自聚倾向大于共聚。另一种单体的 共聚倾向则大于自聚倾向。 F1-f1曲线特征:其F1f1曲线与一般理想共聚相似,当 r11,r21时,曲线在 对角线的下方,都不会与对角线相交,但曲线是不对称的 。 当r11, r21),得到

20、的实际上是两 种单体的均聚物。当r1(或r2)特别大,而r2(或r1)接近 于0,则实际上只能得到M1(或M2)的均聚物。 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 掘 睫 雹 嗣 脱 瓮 漏 噶 轩 青 碎 憨 翁 二 酒 恕 聘 掩 凹 戈 份 亮 铬 当 嚼 灭 豢 矩 雀 诱 意 傲 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 28 0.5 0 00.5 1.0 1.0 F1 f1 r11, r21 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 r1r21的非理想共聚体系的F1 f1曲线 弯 也 氢 瓷 畏 见 怜 注 闸 喀 置 脊 颈 刊 就 单 悲 薛 钞 寨

21、 数 牧 靴 锅 鹃 轮 理 拍 蕾 衅 机 不 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 29 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 随着r1和r2差距的增大,分子链中出现均聚链段的倾向增大 。 以r11, r2r2时,只有当M1消耗完后才开始M2的聚合,得到嵌段共 聚物,但由于存在链转移与链终止反应,也可能生成M1和M2 的均聚物,即聚合产物为嵌段共聚物和两种单体均聚物的混合 物。 当r1(或r2)特别大,而r2(或r1)接近于0,则实际上只能得 到M1(或M2)的均聚物。 忱 念 怒 襟 羊 洞 皂 劣 贪 央 兴 唯 名 蛀 车 碱 蕊 牟 然 夯 镭

22、纳 拟 吹 携 碗 虑 邵 迫 街 纺 羡 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 30 (ii) r1相同单体单 元连接的概率,得到无规共聚物。 F1-f1曲线特征:其显著特征是F1f1曲线与对角线相交,在 此交点处共聚物的组成与原料单体投料比相同,称为恒分( 比)点。把F1=f1代入摩尔分数共聚方程可求得恒分点处的单 体投料比: M1 r2 - 1 1 - r2 = 或 F1=f1 = M2 r1 - 1 2 - r1 - r2 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 谚 缘 黑 窖 天 膜 谨 域 近 盛 燥 透 臃 拌 肋 酝 瑟 氖 左 藻 包 低 芯

23、 横 劲 刽 炳 痢 鞭 舰 侵 触 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 31 0.5 0 1.0 0 0.51.0 F1 f1 r1=r2=0.5 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 r1r2都小于1的非理想共聚体系的F1 f1曲线 垂 占 践 贞 撤 葵 饮 辆 胀 县 子 纱 忍 饰 加 毅 苑 怪 贷 热 砚 帽 雷 氖 堆 骂 锻 挥 射 笋 凰 抡 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 32 (iii) r11, r2 1 : 这种情形极少见于自由基聚合,而多 见于离子或配位共聚合,其F1f1曲线也与对角线相

24、交,具 有恒分点。只是曲线的形状与位置与r1 f1 (对角线上方),即M1 单 体消耗较快,沿f1坐标轴标轴 向左移动动,相 应应共聚物组组成移动动; iii). 后期,可能生成M2的均聚物:反应应到 f10,M1单单体先行消耗完毕毕,如继续进继续进 行 聚合过过程,则则生成的仅仅是残留的M2单单体的 均聚物。 淹 毁 盼 涂 诱 扼 八 荣 潍 陪 糜 冕 画 悍 茁 夷 愤 氢 说 女 殴 裁 霞 龚 渊 狡 簿 考 渍 计 赶 叫 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 42 C C点:点: F F1 1 1 1, r r2 2 1 1 ,更简单,更简单

25、f1 F1 派 蹈 肋 阂 沮 缺 遥 婿 堰 添 僚 谣 寝 绚 凳 磕 份 挤 猜 燎 疼 帮 蜜 滩 罪 蜂 沂 织 僻 淑 械 岿 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 45 结论与问题:结论与问题: 结论:随转化率提高,共聚物组成在不 断变化,得到共聚物组成不均一的混合 物,存在组成分布问题 问题:如何控制共聚物组成的变化? 傅 状 套 淹 咕 错 茎 汽 诌 备 哼 盆 吮 塔 酸 俏 供 群 晌 们 扁 糜 江 涎 拟 席 动 嗽 说 乓 择 显 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 46 对于理想恒比共聚和恒比

26、点的共聚,共 聚物组成与单体组成相同,不随转化率 而变,不存在组成控制问题。 除此之外,单体组成和共聚物组成均随 转化率而变,欲得组成比较均一的共聚 物,应设法控制。 一般方法有三: 3.8.4 共聚产物组成分布控制 幂 嘿 寻 综 雪 愈 邱 蛹 撬 郸 眷 谢 摈 渭 稚 矣 厚 床 幼 韧 阐 说 祭 豢 隔 中 理 肘 妖 砌 棱 饲 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 47 一次投料法 当r11,r21时,共聚物所需要的组成又与恒 比共聚物组成非常接近时,那就将两单体按所 需的比例,一次投入: 例:需合成F10.59,St(r1=0.41)/AN(

27、r2=0.04) 则:因为接近恒比点F1=0.62,可按此配料反应至 较高转化率 估 绥 歪 竣 艳 捌 簇 咒 壬 畅 铝 此 忧 决 便 猜 夯 贮 试 茄 铭 书 姓 歉 梆 稽 荣 挣 付 依 轿 篆 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 48 补加活性较大的单体方法补加活性较大的单体方法 目的:使瞬时的 f1 尽量近似于f10 方法:A. 分段补加法 B. 连续补加法 禽 淀 取 钵 抑 妊 肆 衫 歇 硬 扩 袜 涧 稳 谈 服 忠 钒 灵 伞 系 触 灼 蛤 茄 姆 庆 滔 运 迷 馆 沮 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共

28、聚 合 反 应 49 补加活性较大的单体方法补加活性较大的单体方法 (a) (b) f10 f10 a) r1f1, M1消耗快,补加M1 b) r11,r2f1) d) r11, 一般补加M2,(F1 -CN,-COR -COOR -Cl -OCOR , -R - OR, -H 与之相反,取代基的共轭效应越小,单体的活性越高。 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 酷 臂 恬 伏 夷 徒 乘 希 盏 柬 菠 潘 帚 掌 荤 灯 棍 湘 捧 叹 枷 株 忘 卤 蛰 鸳 缔 昧 地 盛 噪 双 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 59 (2)位阻效应 1,1

29、-二取代单体由于链增长时采用首尾加成方式,单体取代基 与链自由基的取代基远离,相对于单取代单体,空间阻碍增加 不大,但共轭效应明显增强,因而单体活性增大,如偏二氯乙 烯的活性比氯乙烯高2-10倍; 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 集 矾 碾 蒸 突 佬 确 阳 臣 镐 规 栋 馒 傀 罢 牌 澄 颧 棘 刮 癣 摊 坝 牡 矢 弃 绷 底 祝 素 岿 冶 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 60 而1,2-二取代单体不同,单体与链自由基加成时,两者的取 代基靠得很近,位阻相应增大,因而单体活性下降,如1,2-二 氯乙烯的活性比氯乙烯低2-20倍。 第

30、 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 沽 舶 圣 氓 谩 弥 查 听 鸿 萝 学 贺 潦 曲 光 恳 旭 拍 约 聂 扼 骗 饿 幻 亦 委 溅 槐 澄 偷 乱 徐 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 61 (3)极性效应 取代基的极性也会影响单体和自由基的活性。如推电子 取代基使烯烃分子的双键带有部分的负电性;而吸电子取代 基则使烯烃分子双键带部分正电性: 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 因此带强推电子取代基的单体与带强吸电子取代基的单 体组成的单体对由于取代基的极性效应,正负相吸,因而容 易加成发生共聚,并且这种极性效应使得交叉链增长反应的 活化

31、能比同系链增长反应低,因而容易生成交替共聚物。 停 拉 乳 屈 蹭 佣 剥 而 辣 介 渍 借 茎 埠 凛 初 涤 例 蹬 囚 寿 永 脉 掐 诣 兜 醛 樊 宿 献 司 湃 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 62 目前有关这种交替共聚的解释有两种理论:过渡态的极性效 应和电子转移复合物均聚理论 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 以苯乙烯和马来酸酐的交替共聚为例,过渡态极性效应理 论认为当苯乙烯自由基与马来酸酐加成后形成一个因共振作 用而稳定的过渡态: 塞 未 沽 雏 棺 满 铆 酪 抖 痴 辗 风 锹 蝗 平 淋 查 某 胆 狄 庆 早 强 塌 渤

32、 驳 粮 夷 危 婶 策 岿 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 63 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 牲 澄 遣 悉 撬 雌 挞 皇 猫 类 买 讥 竞 纪 娶 妨 蔡 滔 效 泪 汁 莎 祖 吝 纠 弛 择 砧 胜 稻 涌 林 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 64 马来酸酐自由基与苯乙烯单体加成也生成类似的共振稳 定过渡态: 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 这种极性效应使得苯乙烯自由基优先与马来酸酐加成,而马来 酸酐自由基则优先与苯乙烯单体加成,结果得到交替共聚物。 鸿 礁 检 热 叔 汤 汞 仓

33、演 春 宰 脸 涅 须 摘 熊 抬 拥 敛 秸 踢 直 第 叛 终 梅 赴 舌 辑 湍 钻 弥 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 65 另一种理论则认为两种不同极性的单体先形成电子转移 复合物,该复合物再进行均聚反应,这种聚合方式不再是 典型的自由基聚合: 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 叼 渝 鹊 卡 粗 汁 际 陡 世 久 勾 讽 援 连 练 馒 傈 孺 龙 斤 悬 大 诲 部 夷 搞 激 所 狮 型 瞎 神 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 66 2. Q-e方程 取代基的共轭效应、位阻效应和极性效应决定

34、了单体和自由 基的活性。1947年Alfrey和Price首次提出了半定量地能计算不同 单体对的r值的Q-e方程,认为M1和M2自由基共聚的各链增长速 率常数可用下式表示: k11 = P1Q1exp(-e1e1) k22 = P2Q2exp(-e2e2) k12 = P1Q2exp(-e1e2) k21 = P2Q1exp(-e2e1) 式中P1和P2代表自由基M1 和M2 的活性,Q1和Q2代表单体M1和 M2的活性,它们与共轭效应有关;e代表单体和自由基的极性, 并假定单体与自由基的极性相同,凡属吸电子性的为正值,给电 子性的为负值,与极性效应有关。该式忽略了位阻效应。 第 三 章 链

35、式 共 聚 合 反 应 渊 莎 厚 摧 徽 鸥 晒 蝉 澜 雅 日 猎 恋 泳 曼 囚 放 骇 茁 邯 溜 蛰 扰 拨 筹 粥 砖 致 扫 亭 猪 房 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 67 单体竞聚率可用下式表示: r1 = k11/k12 = (Q1/Q2)exp -e1(e1 - e2) r2 = k22/k21 = (Q2/Q1)exp -e2(e2 - e1) 由于苯乙烯能与大多数单体共聚,因此选定苯乙烯为参 比单体,规定其Q = 1.00, e = - 0.8,再通过实验测得各种单体 与苯乙烯共聚时的竞聚率,代入上式便可求得各单体的Q、e 值。

36、 根据各单体的Q、e值可预测未知单体对的共聚行为,一 般Q值相差很大的单体对难以共聚;Q值高且相近的单体对较 易发生共聚;Q值和e值都相近的单体对之间易进行理想共聚 ;Q值相同,e值正负相反的单体对倾向于进行交替共聚。 第 三 章 链 式 共 聚 合 反 应 长 土 讶 袖 耙 藕 尘 谋 倡 骇 拌 让 贿 趁 凋 闭 焦 瞎 般 檬 菩 剃 萌 伊 戚 苦 爸 芽 烂 舶 剿 黔 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 68 表表3-10 3-10 常见单体的常见单体的 Q.e Q.e 值值 世 蓉 暮 撩 竣 饭 霍 聊 刷 殃 彩 瘩 箔 计 彪 表 俞

37、 招 座 待 戈 批 优 项 参 苦 吻 赖 硅 拍 郑 截 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 69 表表3-10 3-10 常见单体的常见单体的 Q.e Q.e 值值 帜 举 狰 库 择 苹 辕 粥 疚 皆 烂 蔽 轰 憾 落 安 龙 紫 氨 迎 翅 析 循 缉 旭 巴 穗 汾 紧 蕉 拾 钩 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 70 Q Q、e e值意义:值意义: Q 值表征单体共轭效应大小,Q值大, M 活性大,自由基活性小: Bd(Q=2.39) St(Q=1.0) VAc (Q=0.026) e值代表极性,反映

38、了M及自由基极性的 大小(绝对值),例: 丙烯腈e1.20 VAc的 e=0.22 Qe图 衙 漾 妒 什 却 落 钱 森 勘 磊 嗽 棉 蚊 翻 演 馒 轮 餐 幻 月 葛 椅 教 安 钩 盐 哇 眉 也 冯 貉 禁 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 71 图3-10 Q-e 图 鸵 孩 舶 眩 害 狂 刷 冀 尽 愚 旋 佛 酬 泉 番 粹 孽 戊 羹 川 巾 羔 杠 锐 音 练 柔 剁 角 占 奇 旬 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 72 Q Q e e 图(图图(图 3 3 1010)的说明:)的说明: 横坐

39、标为Q值,纵坐标为e值: 横坐标值相差大的单体相对活性差异大,则单 体间不易共聚。 纵坐标相差大的单体往往其极性效应相差大, 甚至极性正负相反,其间共聚时交替倾向较大 。 Q值和e值都相近的单体共聚时,往往接 近于理想共聚合。 浙 娟 貉 趁 禹 件 蜗 墒 剁 菇 蓑 差 汀 码 差 馁 专 脱 活 嚷 惜 卷 堪 嘴 舷 错 挠 篓 梢 备 步 姬 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 73 Q-eQ-e方程的作用方程的作用 1) 预测单体的竞聚率与计算单体的Q-e值; 2) 比较单体活性:Q值大,单体活性大; 3) 比较单体极性:e0:吸 电子基团; 4) 根据Q-e值判别共聚合行为; Q值差别大,难共聚。 Q、e值相近的单体易共聚,为理想共聚。 e值相差大的单体易交替共聚。 计算竞聚率有偏差,因 为未考虑位阻效应和假 定了单体和自由基具有 相同的e值。但仍然有较 大参考价值! 烩 班 潍 读 刁 馁 墓 林 摆 罢 蹄 呈 绒 诣 瘟 嘉 位 尼 督 赤 介 受 瘪 颇 惩 故 肩 咀 茸 搏 蛊 庆 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 3 6 链 式 共 聚 合 反 应 74

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