聚合反应实施方法

第二章聚合反应的工业实施方法

第一节连锁聚合反应的工业实施方法

工业实施方法主要有:本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合、乳液聚合等。

一、本体聚合——适用于自由基、离子型聚合反应

1.定义：在不加溶剂或分散介质情况下，只有单体本身在引发剂（有时也不加）或光、热、辐射的作用下进行聚合反应的一种方法。

基本组成：单体、引发剂。有时也加入增塑剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和色料等。

2.分类

（1）根据单体与聚合物相互混溶的情况可分为：均相、非均相聚合（或沉淀聚合）两种。

均相聚合反应：凡单体与所形成的聚合物能相互混溶，在聚合过程中无分相现象发生的反应。

沉淀聚合反应：单体与所形成的聚合物不能相互混溶，在聚合过程中，聚合物逐渐沉析出来的反应。

（2）根据参加反应的单体的状态，可分为气相、液相、固相本体聚合，其中液相本体聚合应用最广泛。

（3）工业上分，间歇法、连续法。

3.特点：

（1）聚合方法简单，生产速度快，产品纯度高，设备少。

（2）易产生局部过热，致使产品变色，发生气泡甚至爆聚。

（3）反应温度不易恒定，所以反应产物的相对分子质量分散性较大。

（4）产品容易老化。

4.主要产品：

PS树脂、PMMA树脂、PE树脂、PVC树脂等。

5.主要影响因素：

（1）单体的聚合热

会放出大量的热量，如何排除是生产中的第一个关键问题。

工业生产中：一般采用两段式聚合

第一段在较大的聚合釜中进行，控制10%～40%以下转化率；第二

段进行薄层（如板状）聚合或以较慢的速度进行。

（2）聚合产物的出料

是本体聚合的第二个问题，控制不好不但会影响产品的质量，还会造成生产事故。

解决办法：根据产品特性，选出料方式

浇铸脱模制板材或型材，

熔融体挤出造粒，

粉状出料。

6.优点；产物纯净，适于生产板材、型材等透明制品，也可生产电绝缘材料和医用材料。

7.应用：实验室研究（如单体聚合能力、动力学研究、竟聚率测定。

二、溶液聚合

1.定义：将单体和引发剂溶解于适当溶剂中进行聚合反应的一种方法。

基本组成→单体、引发剂、溶剂

2.类型：

（1）根据溶剂与单体和聚合物相互混溶的情况分为：均相、非均相溶液聚合（或沉淀聚合）两种。

均相聚合反应：凡溶剂与单体和聚合物能相互混溶，得到的产物为高聚物溶液（此溶液可以直接用作油漆、涂料），将此溶液注入高聚物的非溶剂中，高聚物即可沉析出来，经过过滤、洗涤、干燥得到最终产品。

沉淀聚合：溶剂仅能溶解单体而不能溶解聚合物的，这时所生成的聚合物呈细小的悬浮体不断从溶液中析出，经过滤、洗涤、干燥可得最终产品。

（2）根据聚合机理可分为：自由基溶液聚合、离子型溶液聚合和配位溶液聚合。

3.溶液聚合的特点：

（1）原料纯度要求严格。

（2）反应容易控制；

（3）聚合物相对分子质量比较均匀；

（4）易实现连续化生产。

（5）聚合后，分离、回收、后处理复杂。

4.溶剂对溶液聚合的影响

（1）对自由基溶液聚合的影响：

对引发剂有无诱导分解反应发生；

链自由基对溶剂有无链转移反应

溶剂对聚合物的溶解能力大小，对凝胶效应的影响

常见溶剂：芳烃、烷烃、醇类、醚类、胺类等有机溶剂和水等。

（2）对离子型、配位型溶液聚合的影响：

不能选择水、醇、酸等具有氢质子的溶剂，以防止破坏引发剂的活性；

考虑对增长离子对紧密程度和活性的影响

考虑向溶剂的链转移大小；

考虑对引发剂及产物的溶解能力。

选择：烷烃、芳烃、二氧六环、四氢呋喃、二甲基甲酰胺等。

三、悬浮聚合

1.定义：将不溶于水的，溶有引发剂的单体，利用强烈的机械搅拌以小液滴的形式，分散在溶有分散剂的水相介质中，完成聚合反应的一种方法。

2.基本组成：单体、水、分散剂（悬浮剂）、引发剂

3.聚合场所：每个小液滴内，是一种微型化的本体聚合。

4.用途：聚氯乙烯、聚苯乙烯、离子交换树脂、聚（甲基）丙烯酸酯类、聚醋酸乙烯酯及它们的共聚物等。

5.特点：

（1）工业生产技术路线成熟、方法简单、成本低；

（2）产品质量稳定、纯度较高；

（3）易移出反应热、操作安全、温度容易控制；

（4）产物粒径可以控制；

（5）只能间歇操作，而不宜连续操作。

6.悬浮聚合的组成

基本组成为：单体、引发剂、分散剂和水。

单体（或油）相水相

（1）单体相

一般：油性单体、引发剂组成，有时也加入其他物质。

1）单体

油性单体（非水溶性），必须处于液态。

气态→加压；结晶性→熔融。

2）引发剂

一般：根据单体和工艺条件在油溶性的偶氮类和有机氧化物中选择单一型或复合型引发剂。

3）其他组分

根据需要，在单体中加入链转移剂、发泡剂、溶胀剂或致孔剂、热稳定剂、紫外光吸收剂等。

（2）水相

是影响悬浮聚合成粒机理和颗粒特性的主要因素。

组成→水、分散剂和其他成分。

1）水

去离子的软化水。

作用：保持单体呈液滴状，起分散作用；

作为传热介质。

2）分散剂

作用：降低表面张力，帮助单体分散成液滴；

在液滴表面形成保护膜，防止液滴（或粒子）粘并；

防止出现结块危险。

类型：非水溶性无机粉末、水溶性高分子

①水溶性高分子：一般用量约为单体的0.05%～0.2%

分散机理→吸附在单位液滴表面，形成一层保护膜，起保护胶

体的作用；同时，使液滴变小。

②非水溶性无机粉未一般用量约为单体的0.1%～0.5%

分散机理→起机械隔离的作用。

3）其他组分

无机盐、pH值调节剂和防粘釜剂等。

7.单体液滴与聚合物粒子的形成过程

（1）单体液滴的形成过程

（2）聚合物粒子的形成过程

在悬浮聚合过程中搅拌的作用是使单体分散为液滴的必要条件，而分散剂的作用是防止粘稠液滴之间发生粘合的必要条件，进而确保聚合渡过结块危险期。

1）均相粒子的形成过程

分为三个阶段：聚合初期、聚合中期、聚合后期

生成的聚合物能溶于自身单体中而使反应液滴保持均相，最终形成均匀、坚硬、透明的固体球粒。

→→→→→单体液滴聚合初期聚合中期聚合后期透明粒子

2）非均相粒子的形成过程

一般认为有五个阶段，

聚合物不溶解于自己的单体中，有聚合物产生就沉淀出来。形成由均相变为单体和聚合物组成的非均相体系，产物不透明，外形极为不规则的小粒子。

3）悬浮聚合聚合物粒子形成过程的特点

①非均粒子的形成有相变化：液相→液、固两相→固相。

②均相粒子的形成无相变化：聚合过程始终保持为一相。

③由单体转化为聚合物的过程是体积缩小的过程

④均相聚合体系危险性比非均相聚合体系危险性大

⑤分散剂外膜

8.粒径的大小与形态

取决于搅拌强度、分散剂性质和浓度、水-单体、聚合温度、引发剂种类和用量、聚合速率、单体种类、其他添加剂等。

四、乳液聚合

1.定义：在用水或其他液体作介质的乳液中，按胶束机理或低聚物机理生成彼此孤立乳胶粒，在其中进行自由基聚合或离子聚合来生产高聚物的一种方法。

体系组成：单体、水、乳化剂、水溶性引发剂。

2.乳液聚合的特点

（1）反应速度快，聚合物相对分子质量高（独到的）。

（2）易移出反应热（水作导热介质）。

（3）乳化液稳定，利于连续生产。

（4）产物是乳胶，可以直接用作水乳漆、粘合剂。

（5）若最终产品为固体聚合物时，后处理复杂（凝聚、洗涤、脱水、干燥），生产成本高。

6.主要高聚物：丁苯橡胶、丁腈橡胶、糊状聚氯乙烯；聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯（乳白胶）、聚四氟乙烯等。

（二）乳液聚合体系的组成

1.单体→乙烯基单体

具备条件：①可以增溶溶解但不是全部溶解于乳化剂水溶液；

②可以在发生增溶溶解作用的温度下进行聚合；

③与水或乳化剂无任何活化作用，即不水解。

2.水相

组成：水、乳化剂、稳定剂、pH调节剂、引发剂等。

（1）水

纯净的非离子水。

主要作用：分散介质，用量占乳液聚合体系总质量的60%～80%。

（2）乳化剂→表面活性剂

能使油水变成相当稳定难以分层乳状液物质。

①乳化剂的作用：

降低表面张力

降低界面张力

乳化作用→形成稳定乳状液

分散作用→使每个颗粒稳定地分散并悬浮于水中而不凝聚。

增溶作用

发泡作用→对生产有不良影响，要加以控制。

②乳化剂的类型

阴离子型乳化剂

阳离子型乳化剂

按照亲水基团的性质可分：非离子型乳化剂

两性乳化剂

阴离子型乳化剂→使用最多的主要乳化剂，多在碱性介质中使用。最常见：

皂类、十二烷基硫酸钠C12H25SO4Na、烷基磺酸钠、十二

烷基苯磺酸盐C12H25C6H4SO3Na等。

阳离子型乳化剂→多在酸性介质中使用，乳液聚合一般较少使用。常见：

胺盐、仲胺盐、叔胺盐和季胺盐类。

非离子型乳化剂→对介质酸碱性不敏感，一般作辅助乳化剂使用

常见：聚环氧乙烷类物质。

两性乳化剂→本身带有碱性基团和酸性基团。

常见：羧酸型、硫酸酯型、磷酸酯型、磺酸型等。

③临界胶束浓度，简称CMC

临界胶束浓度：能够形成胶束的最低乳化剂浓度，是乳化剂性质的一个特征参数。

CMC的大小主要取决于乳化剂的分子结构及水电解质浓度。

④乳化剂的特点

a.分子结构中具有亲水和亲油基团两部分。

b.能降低表面张力，使液滴稳定。

c.具有乳化作用

⑤乳化剂的选择

a.乳状液的类型：水包油乳液→标志为O/W；

油包水乳液→标志为W/O。

b.乳化剂的亲油亲水平衡值（HLB值）

c.乳化剂的选择方法

根据HLB值进行选择

经验法选择

一般：先用选择HLB合适的乳化剂，再借鉴实践经验进行确定。

（3）引发剂

用量为单体质量的0.1%～1.0%。

（4）稳定剂

保护胶体，用以防止乳液的析出和沉淀。

常用：明胶、酪素等，

用量： 2%～5%。

（5）表面张力调节剂

作用：控制单体粒度大小和保持乳液的稳定性。

用量： 0.1%～0.5%。

（6）缓冲剂（pH值调节剂）

pH值大小直接影响乳液体系的稳定性和引发剂分解速度。

常用：磷酸盐、碳酸盐、醋酸盐等，

用量： 2%～4%。

（7）相对分子质量调节剂

目的：调节产物的相对分子质量，避免支化和交联，提高产品质量和加工性能。

常用：脂肪族硫醇

（三）乳液聚合反应原理

分四个阶段：分散阶段、乳胶粒生成阶段、乳胶粒长大阶段和聚合完成阶段。

1.单体分散阶段

没加引发剂时的乳液聚合系统。

2.乳胶粒生成阶段

该阶段从开始引发聚合，直至胶束消失，聚合速率递增。

3.乳胶粒长大阶段

自胶束消失开始，乳胶粒继续增大，直至单体液滴消失，是聚合

恒速阶段。

4.聚合完成阶段

5.乳液聚合速率与相对分子质量

（四）乳液聚合技术的发展

1.乳液定向聚合

2.辐射乳液聚合

3.非水介质中的乳液聚合

第二节缩聚反应的工业实施方法

工业实施方法主要有:熔融缩聚、固相缩聚、溶液缩聚、界面缩聚、乳液缩聚等。

一、熔融缩聚

1.定义：指反应中不加溶剂，反应温度在单体和缩聚物熔融温度以上进行的缩聚反应。

2.特点：（1）反应温度高（一般在200℃以上）；

（2）利于提高反应速率和排出低分子副产物；

（3）符合可逆平衡规律；

（4）单体易发生成环反应，缩聚物易发生裂解反应。

3.工艺特点：

（1）不用溶剂、工艺过程简单、成本低（聚酯、聚酰胺、聚氨酯）

熔融→缩聚→造粒→干燥→成品

（2）反应需要在高温（200～300℃）下进行；

（3）反应时间较长（4——6小时）；

（4）常需在惰性气体的保护下进行；

（5）反应后期需要在高真空度下进行；

（6）反应物的浓度大，生产能力大。

4.关键问题：充分除出低分子副产物。

5.影响因素：

（1）单体配料比

对产物平均相对分子质量有决定性影响。

生产上：混缩聚→均缩聚

挥发性较大的单体采用适当多加

（2）反应程度

通过排出低分子副产物的办法提高反应程度。

方法：提高真空度；

强烈机械搅拌；

改善反应器结构（如采用卧式缩聚釜、薄层缩聚法等）；

采用扩链剂（扩链剂能增加低分子副产物的扩散速率）；

通入惰性气体。

（3）温度、氧、杂质

先高温后低温；

通入惰性气体，并加入抗氧剂；

清除杂质。

（4）催化剂

加入能提高反应速率。

二、固相缩聚

1.定义：指在原料熔点（或软化温度）以下进行的缩聚反应。

2.类型：

（1）反应温度在单体熔点以下的固相缩聚→固相缩聚

（2）反应温度在单体熔点以上，但在缩聚物熔点以下的→熔融缩聚制备预聚物，再在预聚物熔点（或软化点）以下进行固相缩聚。

（3）体型缩聚反应或环化缩聚反应→固态下进行的。

3.特点：

（1）反应慢，表观活化能大；

（2）固相缩聚是扩散控制的过程；

（3）动力学特点→有明显的自催化效应；

（4）对反应物的物理结构很敏感物理结构包括晶格结构、结晶缺陷、杂质等。

（5）可采用反应成型法

4.影响因素：

（1）单体配料比及单官能团化合物

混缩聚时，一种单体过量→产物相对分子质量降低。

（2）反应程度

真空度增加→产物的相对分子质量提高。

（3）温度

温度范围较窄，（熔点以下15～30℃左右）

（4）添加物

（5）原料粒度

原料粒度越小→反应速率越快。

三、溶液缩聚

1.定义；在溶剂中进行的缩聚反应。

2.类型：

（1）根据反应温度分：高温、低温（100℃以下）溶液缩聚。

（2）按反应性质分：可逆、不可逆溶液缩聚。

（3）按产物溶解情况分：均相、非均相溶液缩聚。

3.工艺特点：

（1）工艺流程较复杂，后处理繁琐。

单体溶解→缩聚→产物分离→洗涤→干燥→产品

溶剂回收

（2）反应平稳（易控制）；

（3）不需要高真空（设备简单）；

（4）可以直接用作清漆、成膜材料、纺丝。

4.影响因素：

（1）单体配料比和单官能团

（2）反应程度

（3）单体浓度：

增加→反应速率增加→产物相对分子质量提高，过大时有所下降。

（4）温度：

温度升高→反应平衡常数下降。

（5）催化剂：

活性大的单体可以不加，但活性小的单体需要适量加入。

（6）溶剂：

极性大（如介电常数大）→反应速度提高→相对分子质量提高

可以选用混合溶剂。

四、界面缩聚（相间缩聚）

1.定义：在多相（一般为两相）体系中，在相的界面处进行的缩聚反应。

2.类型：

（1）根据体系的相状态可分：液-液、液-气界面缩聚；

液-液界面缩聚：将两种反应活性很大的单体，分别液于两互不相溶的液体内，在两相的界面处进行缩聚反应。

液-气相界面缩聚：使一种单体处于气相，另一种单体溶于溶剂中，在气-液相界面进行缩聚反应。

（2）按工艺方法分为：静态、动态界面缩聚

静态界面缩聚：是不进行搅拌的界面缩聚。所得的产物是薄膜或纤维状物，又称薄层界面缩聚。

动态界面缩聚：是进行搅拌的界面缩聚。所得产物为粒状，又称粒状界面缩聚。

3.基本特点：

（1）是复相反应；

（2）是扩散控制过程；

（3）反应速度快；

（4）是不可逆反应。

4.影响因素：

（1）单体配料比

（2）单官能团化合物

会降低产物相对分子质量。

（3）产物相对分子质量与产率的关系

（4）温度：不是主要因素。

（5）溶剂性质

（6）水相的pH值

（7）乳化剂

可加快反应速率，提高产率，反应的重复性好。

五、乳液缩聚

1.定义：反应体系由两个液相组成，而形成缩聚物的缩聚反应在其中一个相（反应相）的全部体积中进行。

2.体系组成

（1）分散介质

一般是水，称为水相。

第三章自由基聚合

第三章自由基聚合 思考题3.2 下列烯类单体适用于何种机理聚合?自由基聚合、阳离子聚合还是阴离子聚合?并说明原因。 (1)CH2——CHCl (2)CH2＝CCl2(3)CH2＝CHCN (4)CH2＝C(CN)2 (5)CH2＝CHCH3(6)CH2＝C(CH3)2(7)CH2=CHC6H5 (8)CF2＝CF2(9)CH2＝C(CN)COOR (10)CH2＝C(CH3)-CH＝CH2 答可以通过列表说明各单体的聚合机理，如下表：

思考题3.3 下列单体能否进行自由基聚合，并说明原因。 (1)CH2＝C(C6H5)2(2)CH3CH＝CHCOOCH3(3)CH2＝C(CH3)C2H5 (4)ClCH＝CHCl (5)CH2＝CHOCOCH3(6)CH2＝C(CH3)COOCH3 (7)CH3CH＝CHCH3(8)CF2＝CFCl 答(1) CH2＝C(C6H5)2不能进行自由基聚合，因为l,1-双取代的取代基空间位阻大，只形成二聚体。

(2) CH3CH＝CHCOOCH3不能进行自由基聚合，因为1,2-双取代，单体结构对称，空间阻碍大。 (3) CH2＝C(CH3)C2H5不能进行自由基聚合，两个取代基均为供电基团，只能进行阳离子聚合。 (4)ClCH＝CHCl不能进行自由基聚合，因为1,2-双取代，单体结构对称，空间阻碍大。 (5)CH2＝CHOCOCH3能进行自由基聚合，因为-COCH3为吸电子基团，利于自由基聚合。 (6) CH2＝C(CH3)COOCH3能进行自由基聚合，因为l,1-双取代，极化程度大，甲基体积小，为供电子基团，而-COOCH3为吸电子基团，共轭效应使自由基稳定。 (7) CH3CH＝CHCH3不能进行自由基聚合，因为1,2-双取代，单体结构对称空间阻碍大。 (8) CF2＝CFCl能进行自由基聚合，F原子体积小，Cl有弱吸电子作用。 思考题3.7为什么说传统自由基聚合的机理特征是慢引发、快增长、速终止？在聚合过程中，聚合物的聚合度、转化率，聚合产物中的物种变化趋向如何? 答自由基聚合机理由链引发、链增长、链终止等基元反应组成，链引发是形成单体自由基(活性种)的反应，引发剂引发

第5章聚合方法

思考题 2. 本体法制备有机玻璃板和通用级聚苯乙烯，比较过程特征，说明如何解决传热问题、保证产品品质。 答：本体法制备有机玻璃板过程中，有散热困难、体积收缩、产生气泡诸多问题；本体法制备通用级聚苯乙烯存在散热问题。前者采用预聚合、聚合和高温处理三阶段来控制；后者采用预聚和聚合两阶段来克服。 3. （略） 4. 悬浮聚合和微悬浮聚合在分散剂选用、产品颗粒特性上有何不同？ 答：悬浮聚合分散剂主要是水溶性高分子和不溶于水的无机粉末，而微悬浮聚合在分散剂是特殊的复合乳化体系，即由离子型表面活性剂和难溶助剂组成；悬浮聚合产品的粒度一般在50μm～2000μm之间，而悬浮聚合产品的粒度介于0.2μm～1.5μm之间。 5．苯乙烯和氯乙烯悬浮聚合在过程特征、分散剂选用、产品颗粒特性上有何不同？ 答：苯乙烯悬浮聚合的初始体系属于非均相，其中液滴小单元则属均相，最后形成透明小珠状，故有珠状（悬浮）聚合之称，而氯乙烯悬浮聚合中，聚氯乙烯将从单体液滴中沉析出来，形成不透明粉状产物，故可称作沉淀聚合或粉状（悬浮）聚合。 聚苯乙烯要求透明，选用无机分散剂为宜，因为聚合结束后可以用稀硫酸洗去，而制备聚氯乙烯可选用保护能力和表面张力适当的有机高分子作分散剂，有时可添加少量表面活性剂。 聚苯乙烯为透明的珠状产品，聚氯乙烯为不透明的粉状产物。 6. 比较氯乙烯本体聚合和悬浮聚合的过程特征、产品品质有何不同？ 答：氯乙烯本体聚合除了悬浮聚合具有的散热、防粘特征外，更需要解决颗粒疏松结构的保持问题，多采用两段聚合来解决。本体法聚氯乙烯的颗粒特性与悬浮法树脂相似，疏松，但无皮膜，更洁净。 7. 简述传统乳液聚合中单体、乳化剂和引发剂的所在场所，链引发、链增长和链终止的场所和特征，胶束、胶粒、单体液滴和速率的变化规律。 答：单体的场所：水中、增溶胶束、单体液滴 乳化剂的场所：水中、胶束、增溶胶束、单体液滴表面 引发剂的场所：水中 引发的场所：增溶胶束 增长的场所：乳胶粒内 终止的场所：乳胶粒内 （1）增速期：这一阶段胶数不断减少直至消失，乳胶粒数不断增加，聚合速率相应提高，单体液滴数目不变，但体积减少； （2）恒速期：这一阶段只有单体液滴和乳胶粒，单体液滴数目减少直至消失，乳胶粒数目恒定，聚合速率不变； （3）降速期：这一阶段只有乳胶粒，单体液滴数目减少直至消失，乳胶粒数目恒定，聚合速率随着乳胶粒内单体浓度的降低而降低。 8. 简述胶束成核、液滴成核、水相成核的机理和区别。 答：难溶于水的单体所进行的经典乳液聚合，以胶束成核为主。经典乳液聚合体系选用水溶性引发剂，在水中分解成初级自由基，引发溶于水中的微量单体，在水相中增长成短链自由基。聚合物疏水时，短链自由基只增长少量单元就沉析出来，与初级自由基一起被增容胶束捕捉，引发其中的单体聚合而成核，即所谓胶束成核。

自由基聚合

自由基聚合及实施方法 一、解释概念： 1、引发剂效率和引发剂半衰期 2、动力学链长及其表达式 3、链自由基的等活性理论 4、自动加速现象/ 自动加速效应 / 自由基聚合的凝胶效应 5、配位聚合、阴离子聚合、阳离子聚合 6、自由基聚合的双基终止，歧化终止、偶合终止 7、阻聚、缓聚、阻聚剂、分子量调节剂 8、链转移常数的定义及表达式 二、回答下列问题： 1、自由基聚合是由哪些基元反应组成的，其中决定聚合反应的速率的基元反应是什么？决定大分子链结构的基元反应是什么？决定聚合物分子量的两对竞争反应是什么与什么的竞争？ 2、试总结自由基聚合反应特征。引发剂分解、链增长反应是放热反应还是吸热反应？ 3、引发剂有哪些种类？在无引发剂的情况下是否能发生自由基聚合？如何引发？ 4、试总结自由基聚合有哪些链转移反应，这些反应对聚合度有何影响？写出自由基聚合产物聚合度的表达式。 5、推导自由基聚合速率方程时作了哪四条基本假设？试写出链引发、链增长、链终止反应的速率方程式。并推导自由基聚合速率方程式。 6、试回答动力学链长与聚合度之间的关系，在无链转移反应时，写出其关系式。 7、试从动力学的角度解释自由基聚合的凝胶效应。对聚合速率及分子量的影响。 8、使引发剂引发效率降低的原因主要什么？ 9、在自由基聚合反应中，影响反应速度因素有哪些？如何影响？这些因素对最终产物的分子量有何影响？ 10、在自由基聚合反应中和，逐步聚合反应中，单体转化率与时间、产物聚合度与时间的关系是什么？各自延长反应时间的目的是什么？ 11、典型乳液聚合的基本组份有哪些？其中乳化剂用量和聚合反应速度、产物分子量有何关系？简述乳液聚合的机理，为什么乳液聚合时，在恒定的引发速率下可同时提高聚合速率和分子量？ 12、写出下列物质在高分子合成中的用途：偶氮二异丁腈（AIBN），过硫酸钾，十二烷基硫酸钠，BPO，丁基锂，Lewis酸、正丁硫醇、苯醌。 13、在引发剂引发的自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合中，其聚合机理的特征是什么？（引发、增

第三章自由基聚合习题

第三章自由基聚合_习题 1、下列烯类单体能否进行自由基聚合？并解释原因。 CH2＝C(C6H5)2CH2=C(CH3)C2H5 CH3CH=CHCH3C l CH=CHC l CF2=CF2 CH2=C(CH3)COOCH3CH2=CHCOOCH3 CH2=CHCN CH2=C(CH3)CH=CH 2、以偶氮二异丁腈为引发剂，写出醋酸乙烯酯聚合历程中各基元反应式。 3、PVA的单体是什么？写出其聚合反应式。 4、试写出氯乙烯以偶氮二异庚腈为引发剂聚合时的各个基元反应。 5、甲基丙烯酸甲酯聚合时，歧化终止的百分比与温度的依赖性如下表所示： 计算： （a）歧化终止与偶合终止的活化能差值； （b）偶合终止为90％时的温度。 6、如果某引发剂的半衰期为4 hr，那么反应12 hr后，引发剂还剩余多少（百分比）没有分解？ 7、写出下列常用引发剂的分子式和分解反应式。 偶氮二异丁腈，偶氮二异庚腈，过氧化二苯甲酰，过氧化二碳酸二（2-乙基己酯）， 异丙苯过氧化氢，过氧化羧酸叔丁酯，过硫酸钾-亚硫酸盐体系，过氧化氢-亚铁盐体系

8、苯乙烯在苯中以过氧化二苯甲酰为引发剂、80℃下进行聚合反应。已知： k d=2.5×10-4S-1，E d=124.3kJ·mol-1，试求60℃的k d值和引发剂的半衰期。 9、直接光引发和加光引发剂的光引发有什么不同？ 10、据报道，过氧化二乙基的一级分解速率常数为1.0×1014e-35000cal/RT s-1，试预测这种引发剂的使用温度范围。 11、在稳态状态下，如果[M×]=1×10-11mol/L，那么在30、60、90分钟后，[M×]分别等于多少？ 12、何为自动加速作用？其出现的根本原因是什么？ 13、阻聚作用与缓聚作用的定义，常见阻聚剂有哪几种类型？它们的阻聚机理有什么不同？ 14、单体溶液浓度为0.20 mol/L，过氧化物引发剂浓度为4.0×10-3 mol/L，在60℃下加热聚合，问需多长时间能达到50％的转化率？计算时采用如下数据：k p=145 L/mol×s，k t=7.0×107 L/mol×s，f=1，引发剂半衰期为44 hr。 15、用引发剂W在60℃下热引发单体Z（单体浓度8.3 mol/L）进行本体聚合，得到下列数据： 若试验证明R p=4.0×10-4[I]1/2，请计算C M，k p/k t1/2和fk d的值。在聚合中，向引发剂链转移重要吗？如果重要，请简述怎样计算C I。 16、氧化还原体系Ce4+-醇可以引发自由基聚合： 链增长反应为：

第三章自由基共聚合(1)分析

第三章自由基共聚合 一、课程主要内容 ⒈自由基共聚合反应概述：共聚物的分类与命名；研究自由基共聚合反应的意义。 ⒉二元共聚物组成与原料组成的关系：共聚物组成微分方程的推导及讨论；共聚类型及共聚物组成曲线。 ⒊共聚反应的竞聚率的测定：直线交点法；截距斜率法；积分法。 ⒋控制共聚物组成的方法：调节起始单体配比的一次投料法；连续补加活泼单体的投料法；连续补加混合单体的投料法。 ⒌单体的相对活性和自由基的活性：单体的相对活性和自由基的活性；影响单体活性和自由基活性的因素；Q-e概念。 通过学习第三章，掌握共聚物的分类与命名，两单体共聚的倾向，截距斜率法测定竞聚率；熟练掌握二元共聚物组成与原料组成的关系，控制共聚物组成的方法；而对单体的相对活性和自由基的活性，Q-e概念作一般了解。 二、试题与答案 本章试题有基本概念题、填空题、选择填空题、简答题和计算题。 ㈠基本概念题 ⒈自由基共聚合反应：两种或两种以上单体混合物，经引发聚合后形成的聚合物大分子链中含有两种或两种以上单体单元的聚合过程，称为自由基共聚合反应,简称自由基共聚。 ⒉无规共聚物：共聚物大分子链中两种单体单元毫无规律排列。M1、M2连续的单元数不多； ⒊交替共聚物：共聚物大分子链中两种单体单元严格相间排列的共聚物。 ⒋嵌段共聚物：由较长的M1链段和另一较长的M2链段构成的共聚物； ⒌接枝共聚物：接枝共聚物主链由一种(或两种)单体单元构成，支链由另一种(或另两种)单体单元构成的共聚物。 ⒍共聚合和共聚物：两种或两种以上单体混合物,经引发聚合后,形成的聚合物其大分子链中,含有两种或两种以上单体单元的聚合过程,称为共聚合反应,。大分子链中含有两种或两种以上单体单元的聚合物称为共聚物。 ⒎共聚物组成：共聚物大分子链中单体单元的比例即为共聚物组成。 ⒏竞聚率：均聚链增长反应速率常数与共聚链增长反应速率常数之比。 ⒐竞聚率r1、r2的物理意义：r1是单体M1均聚链增长反应速率常数与M2共聚链增长反应速率常数之比。r2是单体M2均聚链增长反应速率常数与M1共聚链增长反应速率常数之比。r1、r2表征两种单体的相对活性。 ㈡填空题 ⒈根据共聚物大分子链中单体单元的排列顺序，共聚物分为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物。

教材习题参考答案解析_第三章自由基聚合

教材习题参考答案 第三章自由基聚合 思考题 1.烯类单体家具有下列规律: ①单取代和1,1-双取代烯类容易聚合, 而1,2-双取代烯类难聚合；②大部分烯类单体能自由基聚合，而能离子聚合的烯类单体却很少，试说明原因。 2. 下列烯类单体适于何种机理聚合？自由基聚合、阳离子聚合还是阴离子聚合？并说明原因。 CH2=CHCl CH2=CCl2 CH2=CHCN CH2=C(CN)2 CH2=CHCH3 CH2=C(CH3)2 CH2=CHC6H5 CF2=CF2 CH2=C(CN)COOR CH2=C(CH3)-CH=CH2 答：CH2=CHCl：适合自由基聚合，Cl原子是吸电子基团，也有共轭效应，但均较弱。 CH2=CCl2：自由基及阴离子聚合，两个吸电子基团。 CH2=CHCN：自由基及阴离子聚合，CN为吸电子基团。 CH2=C(CN)2：阴离子聚合，两个吸电子基团（CN）。 CH2=CHCH3：配位聚合，甲基（CH3）供电性弱。 CH2=CHC6H5：三种机理均可，共轭体系。 CF2=CF2：自由基聚合，对称结构，但氟原子半径小。 CH2=C(CN)COOR：阴离子聚合，取代基为两个吸电子基（CN及COOR） CH2=C(CH3)-CH=CH2：三种机理均可，共轭体系。 3. 下列单体能否进行自由基聚合，并说明原因。 CH2=C(C6H5)2 ClCH=CHCl CH2=C(CH3)C2H5 CH3CH=CHCH3 CH2=CHOCOCH3 CH2=C(CH3)COOCH3 CH3CH=CHCOOCH3 CF2=CFCl 答：CH2=C(C6H5)2：不能，两个苯基取代基位阻大小。 ClCH=CHCl：不能，对称结构。 CH2=C(CH3)C2H5：不能，二个推电子基，只能进行阳离子聚合。 CH3CH=CHCH3：不能，结构对称。 CH2=CHOCOCH3：醋酸乙烯酯，能，吸电子基团。 CH2=C(CH3)COOCH3：甲基丙烯酸甲酯，能。 CH3CH=CHCOOCH3：不能，1，2双取代，位阻效应。 CF2=CFCl：能，结构不对称，F原子小。 第三章自由基聚合 计算题

聚合反应实施方法1

第二章聚合反应的工业实施方法 第一节连锁聚合反应的工业实施方法 工业实施方法主要有:本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合、乳液聚合等。 一、本体聚合——适用于自由基、离子型聚合反应 1.定义：在不加溶剂或分散介质情况下，只有单体本身在引发剂（有时也不加）或光、热、辐射的作用下进行聚合反应的一种方法。 基本组成：单体、引发剂。有时也加入增塑剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和色料等。 2.分类 （1）根据单体与聚合物相互混溶的情况可分为：均相、非均相聚合（或沉淀聚合）两种。 均相聚合反应：凡单体与所形成的聚合物能相互混溶，在聚合过程中无分相现象发生的反应。 沉淀聚合反应：单体与所形成的聚合物不能相互混溶，在聚合过程中，聚合物逐渐沉析出来的反应。 （2）根据参加反应的单体的状态，可分为气相、液相、固相本体聚合，其中液相本体聚合应用最广泛。 （3）工业上分，间歇法、连续法。 3.特点： （1）聚合方法简单，生产速度快，产品纯度高，设备少。 （2）易产生局部过热，致使产品变色，发生气泡甚至爆聚。 （3）反应温度不易恒定，所以反应产物的相对分子质量分散性较大。 （4）产品容易老化。 1

4.主要产品： PS树脂、PMMA树脂、PE树脂、PVC树脂等。 5.主要影响因素： （1）单体的聚合热 会放出大量的热量，如何排除是生产中的第一个关键问题。 工业生产中：一般采用两段式聚合 第一段在较大的聚合釜中进行，控制10%～40%以下转化率；第二 段进行薄层（如板状）聚合或以较慢的速度进行。 （2）聚合产物的出料 是本体聚合的第二个问题，控制不好不但会影响产品的质量，还会造成生产事故。 解决办法：根据产品特性，选出料方式 浇铸脱模制板材或型材， 熔融体挤出造粒， 粉状出料。 6.优点；产物纯净，适于生产板材、型材等透明制品，也可生产电绝缘材料和医用材料。 7.应用：实验室研究（如单体聚合能力、动力学研究、竟聚率测定。 二、溶液聚合 1.定义：将单体和引发剂溶解于适当溶剂中进行聚合反应的一种方法。 基本组成→单体、引发剂、溶剂 2.类型： （1）根据溶剂与单体和聚合物相互混溶的情况分为：均相、非均相溶液聚合（或沉淀聚合）两种。 均相聚合反应：凡溶剂与单体和聚合物能相互混溶，得到的产物为高聚物溶液

自由基聚合机理以四种常见共聚物

自由基聚合机理 烯类单体的加聚反应多属连锁聚合，连锁聚合反应由链引发、链增长、链终止等基元反应组成，各步的反应速率和活化能相差很大。连锁聚合链引发形成活性中心（或称活性种），活性中心不断与单体加成而使链增长（单体之间并不反应），活性中心的破坏就是链终止。自由基、阳离子、阴离子都可能成为活性中心引发聚合，故连锁聚合又可分为自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合和配位聚合等，其中自由基聚合产物约占聚合物总产量的60％。 热力学上能够聚合的单体对聚合机理的选择是有差异的，如氯乙烯只能自由基聚合、异丁烯只能阳离子聚合、MMA可以进行自由基聚合和阴离子聚合、苯乙烯则可按各种连锁机理聚合。 自由基聚合产物约占聚合物总产量60％以上，其重要性可想而知。高压聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯类、聚丙烯腈、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、ABS树脂等聚合物都通过自由基聚合来生产。本节将对自由基链式聚合反应作较详细的讨论。 自由基聚合的基元反应 烯类单体的自由基聚合反应一般由链引发、链增长、链终止等基元反应组成。此外，还可能伴有链转移反应。现将各基元反应及其主要特征分述如下。 1 链引发 链引发反应是形成单体自由基活性种的反应。用引发剂引发时，将由下列两步组成：（1）引发剂I分解，形成初级自由基R?； （2）初级自由基与单体加成，形成单体自由基。 单体自由基形成以后，继续与其他单体加聚，而使链增长。 比较上述两步反应，引发剂分解是吸热反应，活化能高，约105～150kJ／mo1，反应速率小，分解速率常数约10－4～10－6s－1。初级自由基与单体结合成单体自由基这一步是放热反应，活化能低，约20～34kJ/mo1，反应速率大，与后继的链增长反应相似。但链引发必须包括这一步，因为一些副反应可以使初级自由基不参与单体自由基的形成，也就无法继续链增长。 有些单体可以用热、光、辐射等能源来直接引发聚合。这方面的研究工作不少，苯乙烯热聚合已工业化；紫外光固化涂料也已大规模使用。 2 链增长 在链引发阶段形成的单体自由基，仍具有活性，能打开第二个烯类分子的π键，形成新的自由基。新自由基活性并不衰减，继续和其他单体分子结合成单元更多的链自由基。这个过程称做链增长反应，实际上是加成反应。 为了书写方便，上述链自由基可以简写成，其中锯齿形代表由许多单元组成的碳链骨架，基团所带的独电子系处在碳原子上。 链增长反应有两个特征：一是放热反应，烯类单体聚合热约55～95kJ／mol；二是增长活化能低，约20～34KJ／mol，增长速率极高，在0.01～几秒钟内，就可以便聚合度达到数千，甚至上万。这样高的速率是难以控制的，单体自由基一经形成以后，立刻与其他单体分子加成，增长成活性链，而后终止成大分子。因此，聚合体系内往往由单体和聚合物两部分组成，不存在聚合度递增的一系列中间产物。 对于链增长反应，除了应注意速率问题以外，还须研究对大分子微观结构的影响。在链增长反应中，结构单元间的结合可能存在“头-尾”和“头-头”或“尾-尾”两种形式。经实验证明，主要以头-尾形式连接。这一结果可由电子效应和空间位阻效应得到解释。对一些取代基共轭效应和空间位阻都较小的单体聚合时头-头结构会稍高，如醋酸乙烯酯、偏二氟

聚合反应的工业实施方法

第七章聚合反应的工业实施方法 第一节缩聚反应的工业实施方法 工业实施方法主要有:熔融缩聚、固相缩聚、溶液缩聚、界面缩聚、乳液缩聚等。 一、熔融缩聚 1.定义：指反应中不加溶剂，反应温度在单体和缩聚物熔融温度以上进行的缩聚反应。 2.特点：（1）反应温度高（一般在200℃以上）； （2）利于提高反应速率和排出低分子副产物； （3）符合可逆平衡规律； （4）单体易发生成环反应，缩聚物易发生裂解反应。 3.工艺特点： （1）不用溶剂、工艺过程简单、成本低（聚酯、聚酰胺、聚氨酯） 熔融→缩聚→造粒→干燥→成品 （2）反应需要在高温（200～300℃）下进行； （3）反应时间较长（4——6小时）； （4）常需在惰性气体的保护下进行； （5）反应后期需要在高真空度下进行； （6）反应物的浓度大，生产能力大。 4.关键问题：充分除出低分子副产物。 5.影响因素： （1）单体配料比 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 《高聚物生产技术》

对产物平均相对分子质量有决定性影响。 生产上：混缩聚→均缩聚 挥发性较大的单体采用适当多加 （2）反应程度 通过排出低分子副产物的办法提高反应程度。 方法：提高真空度； 强烈机械搅拌； 改善反应器结构（如采用卧式缩聚釜、薄层缩聚法等）； 采用扩链剂（扩链剂能增加低分子副产物的扩散速率）； 通入惰性气体。 （3）温度、氧、杂质 先高温后低温； 通入惰性气体，并加入抗氧剂； 清除杂质。 （4）催化剂 加入能提高反应速率。 二、固相缩聚 1.定义：指在原料熔点（或软化温度）以下进行的缩聚反应。 2.类型： （1）反应温度在单体熔点以下的固相缩聚→固相缩聚 （2）反应温度在单体熔点以上，但在缩聚物熔点以下的→熔融缩聚制备预聚物，再在预聚物熔点（或软化点）以下进行固相缩聚。 （3）体型缩聚反应或环化缩聚反应→固态下进行的。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2 《高聚物生产技术》

自由基聚合题库

? 1. 目前,悬浮聚合发主要用于生产（ ）。
A. PVC、PVDC C. PE
正确答案:A.
B. PS D. PP
? 2. 下列单体中可进行自由基、阴离子、阳离子聚合反应的是（ ）。
A. 氯乙烯 B. 苯乙烯 C. 乙烯 D. 醋酸乙烯 正确答案:B.
? 3. 聚乙烯醇的单体是（ ）。
A. 乙烯醇 B. 乙醇
C. 乙醛
D. 醋酸乙烯酯
正确答案:D.
? 4. 典型乳液聚合中,主要引发地点是在 （ ）。
A. 单体液滴 B. 胶束 C. 水相 D. 单体液滴和胶束 正确答案:B.
? 5. 过硫酸钾引发剂属于（ ）。
A. 氧化还原引发剂 B. 水溶性引发剂 C. 油溶性引发剂 D. 阴离子引发剂 正确答案:B.
? 6. 在自由基聚合中,若初级自由基与单体的引发速度较慢,则最终聚合速率与单体浓 度呈（ ）级关系。
A. 1 C. 2
正确答案:B.
B. 1.5 D. 不能确定
? 7. 苯醌是常用的分子型阻聚剂,一般用单体的（ ）就能达到阻聚效果。
A. 1.0%一 0.5% C. 2.0%一 5.0% 正确答案:D.
B. 1.0%一 2.0% D. 0.1%一 0.001%
? 8. （ ）的自由基是引发聚合反应常见的自由基。

A. 高活性 B. 低活性 C. 中等活性 D. 无活性 正确答案:C.
? 9. 某工厂用 PVC 为原料制搪塑制品时,从经济效果和环境考虑,他们决定用（ ）聚合 方法。
A. 本体聚合法生产的 PVC C. 乳液聚合法生产的 PVC
正确答案:C.
B. 悬浮聚合法生产的 PVC D. 溶液聚合法生产的 PVC
? 10. 自由基链转移反应中,不可能包括活性链向( )的转移。
A. 高分子 B. 单体 C. 引发剂 D. 溶剂
? 1. 对于自由基聚合,在其他条件保持不变的前提下升高聚合温度,得到的聚合物的分 子量将（ ）。
A. 减小 B. 增大 C. 不变 D. 不一定 正确答案:B.
? 2. 在乙酸乙烯酯的自由基聚合反应中加入少量苯乙烯,会发生（ ）
A. 聚合反应加速 C. 相对分子量降低 正确答案:B.
B. 聚合反应停止 D. 相对分子量增加
? 3. 传统自由基聚合的机理特征是（ ）。
A. 慢引发,快增长,速终止 C. 快引发,快增长,难终止
正确答案:A.
B. 快引发,慢增长,不中止 D. 慢引发,慢增长,速终止
? 4. 合成丁基橡胶的主要单体是（ ）。
A. 异丁烯+丁二烯 C. 异丁烯
正确答案:B.
B. 异丁烯+异戊二烯 D. 丁二烯
? 5. 合成橡胶通常采用乳液聚合反应,主要是因为乳液聚合（ ）。
A. 产品较纯净
B. 易获得高分子量聚合物
C. 不易发生凝胶效应 D. 聚合反应容易控制

第三章 自由基共聚合(2)

㈤ 计算题 ⒈ 在共聚反应中，单体对的竞聚率如表3.4所示： 表3.4 几种共聚体系的竞聚率21 r r ?值 ⑴ 示意绘出各对单体形成的共聚物组成曲线(11x ~x ' 曲线)。 ⑵ 说明其共聚类型？ ⑶ 计算501.x =时，各对单体形成的共聚物，低转化率阶段的' 1x 、' 2x 值等于多少？ 答案： ⑴ 示意绘出各对单体形成的共聚物组成曲线(11x ~x ' 曲线)。 ① r 1=0.05， r 2=0.10属于非理想恒比共聚体系。11x ~x '共聚曲线与恒比共聚线有一交点，其坐标为 '211121-1-0.1 (A)(A)0.486 2--2-0.05-0.1 r x x r r == == 11x ~x '共聚曲线如图3.1中的曲线①。 ② r 1=0.01, r 2=0.01属于点对称的非理想恒比共聚体系，11x ~x ' 共聚曲线与恒比共聚线有一交点，其坐标为 '11(A)(A)=0.5x x =, 11x ~x '共聚曲线如图3.1中的曲线②。 ③ r 1=0.2， r 2=5，则121=?r r ，属一般理想共聚。11x ~x ' 共聚物组成曲线为一弧线，位于恒比共聚线的下方，如图3.1中曲线③。 '1x 1x ⑵ 说明其共聚类型？ ① r 1=0.05， r 2=0.10属于非理想恒比共聚体系。 ② r 1=0.01, r 2=0.01属于点对称的非理想恒比共聚体系。 图3.1 1 1 x ~x '共聚曲线 0.5

③ r 1=0.2， r 2=5，则121=?r r ，属一般理想共聚。 ⑶ 计算501.x =时，各对单体形成的共聚物，低转化率阶段的'1x 、' 2x 值等于多少？ 根据式（3.2）和 / '211-x x = 2'1112 1 2 2 111222 2r x x x x r x x x r x +=++ (3.2) 当50=1.x 时 ①4880=50×100+50×50×2+50×0505 0×50+50×050=+2++=2 2222221211212111 ...........x r x x x r x x x r x ' / '211-10.4880.512x x ==-= ② 2'1 22 0.010.50.50.50.50.010.520.50.50.010.5 x ?+?==?+??+? 50=50-1=-1='12..x x '。 ③ 共聚物组成方程为， 2 111 11+= x x r x r x ' 当10.5x =时 1670=5 0+50×205 0×20=+= 211111......x x r x r x ' 8330=1670-1=-1='12..x x '。 计算结果列表于3.5。 表3.5 几种共聚体系的特征及' 1x 、' 2x 值

第三章共聚合

第三章共聚合 1．无规、交替、嵌段、接枝共聚物的结构有何差异？在这些共聚物名称中，对前后单体的位置有何规定？ 2．试讨论二元共聚物组成微分方程的适用范围。 3．何为竞聚率？它的物理意义是什么？ 4．单体M1和M2进行共聚，r1 = 0，r2 = 0.5，计算并回答： (1)合成组成为M2〈M1的共聚物是否可能？ (2)起始单体组成为f1O = 0.5共聚物组成F1为多少？ (3)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? 示意画出各对单体形成的共聚物的组成曲线。f1O =0.5时，低转化率阶段的F2约为多少? 6.为什么要对共聚物的组成进行控制？在工业上有哪几种控制方法？它们各针对何种聚合体系？各举一例加以说明。 7.为了改进聚氯乙烯的性能，常将氯乙烯（M1）与醋酸乙烯（M2）共聚得到以氯乙烯为主的氯醋共聚物。已知在60℃下上述共聚体系的r1=1.68，r2=0.23，试具体说明要合成含氯乙烯重量分数为80%的组成均匀的氯醋共聚物应采用何种聚合工艺？ 8.考虑苯乙烯（M1）和丙烯酸甲酯（M2）在苯中进行共聚合：[M1]0=1.5mol/L，[M2]0=3.0mol/L。 （1）如果聚合温度为60℃，用BPO引发，[BPO]0为5.0×10-4mol/L，那么起始共聚物的组成为多少 （2）如果体系中有5.0×10-5mol/L的正丁基硫醇存在，则起始共聚物的组成为多少？ （3）如用正丁基锂或BF3与少量水引发，则共聚物组成如何变化？ 9.温度、溶剂对自由基共聚的竞聚率有何影响？竞聚率在共聚过程中有无变化？对离子共聚的竞聚率又如何影响？ 10.在自由基共聚合反应中，苯乙烯的相对活性远大于醋酸乙烯。当醋酸乙烯均聚时如果加入少量苯乙烯，则醋酸乙烯难以聚合。试解释发生这一现象的原因。 11.甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、丙烯腈、马来酸酐与丁二烯共聚，试以交替倾向的次序排列上述单体，说明原因。 12.苯乙烯、丙烯腈和丁二烯进行三元溶液共聚，起始浓度分别为0.47、0.47、0.06mol/L。试求三元共聚物的起始组成。 13.试述Q、e概念，如何根据Q、e值来判断单体间的共聚行为。 14.单体M1和M2进行共聚，50℃时r1=4.4，r2=0.12，计算并回答： （1）若两单体极性相差不大，空间效应的影响也不显著，则取代基的共轭效应哪个大？ （2）开始生成的共聚物的摩尔组成M 1和M2各为50%，问起始单体组成是多少？ 15.醋酸乙烯（M1）3.5mol/L和氯乙烯(M2) 1.5mol/L在苯溶液中于60℃下以偶氮二异丁腈引发共聚反应，r1=0.23，r2=1.68。试计算； (1)起始形成共聚物中二者组成比。 (2)M1与M2在聚合物中的平均序列长度。 (3)生成8 M1序列的几率。 16.下表是几对单体进行自由基共聚时的Q值和e值：

第三章 自由基共聚合分解

第三章自由基共聚合习题参考答案 1. 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 （4）无规共聚物、无规预聚物与无规立构聚合物 （5）共聚物、共混物、互穿网络 解答： （1）在链式聚合中，由一种单体进行聚合的反应称为均聚合，所得产物称为均聚物。由两种或两种以上单体共同参与聚合的反应称为共聚合，产物称为共聚物。 （2）均缩聚：在逐步聚合中，将只有一种单体参加的反应。 混缩聚：两种带有不同官能团的单体共同参与的反应。 共缩聚：在均缩聚中加入第二单体或在混缩聚中加入第三甚至第四单体进行的缩聚反应。 （3）共聚物组成：共聚物中各种单体的含量。 序列结构：不同单体在大分子链上的相互连接情况。 （4）无规共聚物：参加共聚的单体在大分子链上无规排列，在主链上呈随机分布，没有一种单体能在分子链上形成单独的较长链段。 无规预聚物：预聚物中可进一步反应官能团的数目、大小、位置不清楚。 无规立构聚合物：聚合物中各结构单元的立体结构呈现无序状态。 （5）共聚物：两种或两种以上单体共同参与聚合，以化学键相互连接的聚合物。 共混物：指通过物理的方法将聚合物与其它的物质（其它聚合物、充填剂、增塑剂等）混合到一起的物质。 互穿网络：各聚合物均各自独立交联（可以是化学交联，也可以是物理交联），形成有某种程度互穿的网络。 2. 无规、交替、嵌段、接枝共聚物的序列结构有何差异？ 解答： 以二元共聚为例： ①无规共聚物：两种单体M1、M2在大分子链上无规排列，两单体在主链上呈随机分布，没有一种单体能在分子链上形成单独的较长链段。 ②交替共聚物：两种单体M1、M2在大分子链上严格相间排列。 ③嵌段共聚物：由较长的M1链段和较长的M2链段间隔排列形成大分子链。 ④接枝共聚物：主链由一种单体组成，支链则由另一种单体组成。 3. 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 （5）苯乙烯与丙烯腈的无规共聚物在聚丁二烯上进行接枝共聚 （6）苯乙烯在丁二烯（75%）与苯乙烯（25%）的无规共聚物上进行接枝共聚 解答： （1）丁二烯-r-苯乙烯无规共聚物

3自由基共聚合(1)

第 7 次课 2 学时

3.1引言 共聚合：两种或多种单体共同参加的聚合反应。 共聚物：两种或多种单体共聚反应所形成的聚合物。 共聚合多用于连锁聚合，如自由基共聚，离子共聚。 在逐步聚合反应中，如聚酰胺-6，6和涤纶聚酯的合成，大多采用两种原料，形成的聚合物含有两种结构单元，但不能说是共聚合。 3.1.1共聚物的类型和命名 A无规共聚物其中两单元无规排列 B交替共聚物共聚物中M1、M2两单元严格相间 C嵌段共聚物由较长的M1链段和另一较长的M2链段构成大分子 D接枝共聚物主链由单元M1组成，而支链则由另一种单元M2组成 3.1.2研究共聚合反应的意义：均聚物种类有限，但某单体与第二单体共聚后，可以改变大分子的结构和性能，扩大应用范围。 3.2二元共聚物的组成 3.2.1共聚物组成方程 用动力学推导共聚物组成方程时须作下列假定： A自由基活性与链长无关，这一等活性理论与自理均聚动力学时相同 B前末端（倒数第二）单元结构对自由基活性无影响，即自由基活性仅取决于末端单体的结构 C无解聚反应，即不可逆聚合 D共聚物聚合度很大，引发和终止对共聚物组成无影响

E稳态，要求自由基总浓度和两种自由基的浓度都不变，除引退速率和终止速率相等外，还要求两自由基相互转变的速率相等。 二元共聚时有二种引发、四种增长、三种终止反应。 A链引发 B链增长 C链终止 根据共聚物聚合度很大的假定，用于引发的单体比例很小，忽略不计。M1、M2的消失速率或进入共聚物的速率仅决定于链增长速率。 两单体消耗速率比等于两单体进入共聚物的速率比（m1/m2） 对和分别作稳态假定，得 满足上述稳态假定须有两个条件：一是的引发速率分别等于各自的终止速率另一是转变成转变成的速率相等。即： 由上式解出令 经简化，最后得共聚物组成摩尔比（浓度比）微分方程： 是均聚和共聚链增长速率常数之比，表征两单体的相对活性，特称为竞聚率。以两单体的摩尔比或浓度比来描述共聚物瞬时组成与单体组成的定量关系，竞聚率是影响该定量关系的重要参数。 采用摩尔分率代替摩尔比或浓度比来表达共聚方程。 令f1代表某瞬间单体M1占单体混合物的摩尔分率，即

聚合实施方法

正离子聚合的新方法与新工艺 吴一弦** ，张来宝，黄强，刘强，李贝特，徐日炜 北京化工大学 化工资源有效利用国家重点实验室，北京 100029 关键词：正离子聚合 异丁烯 分子混合 聚异丁烯 丁基橡胶 聚合反应是高分子合成化学、高分子材料制备以及高分子材料高性能化的重要且关键的部分。随着社会不断发展进步，人们对化学工业中各种生产技术（包括聚合技术）提出更高的要求：不仅要高效节能，而且要无污染、低排放甚至零排放——开发环境友好的生产技术。为达此目的，就聚合物的生产技术而言，需在原有聚合方法和聚合技术基础上进一步提炼出基本科学问题，特别是与高效、节能和环境友好的总体目标紧密相关的科学问题进行研究，开发正离子聚合新工艺技术及新方法以及用于异丁烯、异戊二烯、苯乙烯类单体的正离子聚合，为设计合成官能化聚合物、立构规整聚合物、高性能化弹性体材料奠定基础。主要介绍以下几个方面内容： （1）不同分子量的聚异丁烯系列产物的设计合成 采用可控正离子聚合方法以及调节聚合产物分子量与分子量分布的方法，可设计合成出分子量在5.0×102～8.0×106范围的低分子量、中分子量、高分子量和超高分子量的系列聚异丁烯产物。 （2）软段全饱和热塑弹性体材料的设计合成 通过单体顺序加料和可控的苯乙烯或其衍生物与异丁烯正离子嵌段共聚合，制备了具有优异的热氧稳定性、在不加稳定剂的情况下可重复加工和优异的减振性能和气体阻隔性能的软段全饱和聚异丁烯链段的热塑弹性体材料。 （3）环境友好介质中的正离子聚合新方法 水作为一种廉价且对环境友好的溶剂，一直受到学术界和工业界的很大关注。传统的离子聚合通常须在几乎无水、无氧和高纯惰性气体保护下进行。然而，近几年在水相中正离子聚合的研究进展，改变了多年来人们一直认为的离子聚合的概念。 （4）微观分子混合与正离子聚合新工艺 国家自然科学基金委（20474006,20774008）、中国石油化工股份有限公司、教育部新世纪优秀人才计划（NCET-04-0124）和教育部长江学者和创新团队发展计划资助（IRT0706）。 **wuyx@https://www.wendangku.net/doc/867360731.html,

自由基聚合

第三章自由基聚合 思考题 2、下列烯类单体适于何种机理聚合？自由基聚合、阳离子聚合还是阴离子聚合？并说明原因。 CH2=CHCl CH2=CCl2CH2=CHCN CH2=C(CN)2CH2=CHCH3CH2=C(CH3)2 CH2=CHC6H5CF2=CF2CH2=C(CN)COOR CH2=C(CH3)-CH=CH2 答：CH2=CHCl：适合自由基聚合，Cl原子是吸电子基团，也有共轭效应，但均较弱。 CH2=CCl2：自由基及阴离子聚合，两个吸电子基团。 CH2=CHCN：自由基及阴离子聚合，CN为吸电子基团。 CH2=C(CN)2：阴离子聚合，两个吸电子基团（CN）。 CH2=CHCH3：配位聚合，甲基（CH3）供电性弱。 CH2=CHC6H5：三种机理均可，共轭体系。 CF2=CF2：自由基聚合，对称结构，但氟原子半径小。 CH2=C(CN)COOR：阴离子聚合，取代基为两个吸电子基（CN及COOR） CH2=C(CH3)-CH=CH2：三种机理均可，共轭体系。 3、下列单体能否进行自由基聚合，并说明原因。 CH2=C(C6H5)2ClCH=CHCl CH2=C(CH3)C2H5CH3CH=CHCH3 CH2=CHOCOCH3CH2=C(CH3)COOCH3CH3CH=CHCOOCH3CF2=CFCl 答：CH2=C(C6H5)2：不能，两个苯基取代基位阻大小。 ClCH=CHCl：不能，对称结构。 CH2=C(CH3)C2H5：不能，二个推电子基，只能进行阳离子聚合。 CH3CH=CHCH3：不能，结构对称。 CH2=CHOCOCH3：醋酸乙烯酯，能，吸电子基团。 CH2=C(CH3)COOCH3：甲基丙烯酸甲酯，能。 CH3CH=CHCOOCH3：不能，1，2双取代，位阻效应。 CF2=CFCl：能，结构不对称，F原子小。

第3章自由基聚合习题参考答案

第3章自由基聚合-习题参考答案 1、判断下列单体能否进行自由基聚合？并说明理由 H2C CHCl H2C CH H2C CCl2H2C CH2H2C C H2C CHCN H2C C(CN)2H2C CHCH3F2C CF2ClHC CHCl H2C C CH3 COOCH3H2C C CN COOCH3 HC CH OC CO O 答： (1)可以。Cl原子的诱导效应为吸电性，共轭效应为供电性两者相抵，电子效应微弱，只能自由基聚合。 (2)可以。为具有共轭体系的取代基。 (3)可以。结构不对称，极化程度高，能自由基聚合。 (4)可以。结构对称，无诱导效应共轭效应，较难自由基聚合。 (5)不能。1，1—二苯基乙烯，二个苯基具有很强的共轭稳定作用，形成的稳定自由基不能进一步反应。 (6)可以。吸电子单取代基。 (7)不可以。1，1双强吸电子能力取代基。 (8)不可以。甲基为弱供电子取代基。 (9)可以。氟原子半径较小，位阻效应可以忽略不计。 (10)不可以。由于位阻效应，及结构对称，极化程度低，难自由基聚合 (11)可以。1，1-双取代。 (12)可以。1，1-双取代吸电子基团。 (13) 不可以。1，2-双取代，空间位阻。但可进行自由基共聚。 2、试比较自由基聚合与缩聚反应的特点。

答： 自由基聚合：（1）由链引发，链增长，链终止等基元反应组成，其速率常数和活化能均不等，链引发最慢是控制步骤。 （2）单体加到少量活性种上，使链迅速增长。单体-单体，单体-聚合物，聚合物-聚合物之间均不能反应。 （3）只有链增长才是聚合度增加，从一聚体增加到高聚物，时间极短，中间不能暂停。聚合一开始就有高聚物产生。 （4）在聚合过程中，单体逐渐减少，转化率相应增加 （5）延长聚合时间，转化率提高，分子量变化较小。 （6）反应产物由单体，聚合物，微量活性种组成。 （7）微量苯酚等阻聚剂可消灭活性种，使聚合终止。 缩聚反应：（1）不能区分出链引发，链增长，链终止，各部分反应速率和活化能基本相同。 （2）单体，低聚物，缩聚物中任何物种之间均能缩聚，使链增长，无所谓活性中心。 （3）任何物种之间都能反应，使分子量逐步增加，反应可以停留在中等聚合度阶段，只在聚合后期才能获得高分子产物。 （4）聚合初期，单体缩聚成低聚物，以后再由低聚物逐步缩聚成高聚物，转化率变化微小，反应程度逐步增加。 （5）延长缩聚时间分子量提高，而转化率变化较小。 （6）任何阶段都由聚合度不等的同系缩聚物组成。 （7）平衡和基团非等当量可使缩聚暂停，这些因素一旦消除，缩聚又可继续进行。 3、解释下列概念： 歧化终止，偶合终止，引发剂效率，笼蔽效应，诱导效应，自动加速现象，诱导期，聚合上限温度，悬浮聚合，乳液聚合，增溶作用，临界胶束浓度，胶束，种子乳液聚合， 答： 歧化终止：链自由基夺取另一自由基的氢原子或其他原子终止反应。 偶合终止：两链自由基的独电子相互结合成共价键的终止反应。 引发剂效率：引发剂在均裂过程中产生的自由基引发聚合的部份占引发剂分解总量的分率，

自由基共聚合.

第三章自由基共聚合 3．1．概述 一．均聚反应与共聚反应 上一章我们讲的很多单体如st、vc等能够形成各种高聚物。这些高聚物的共同特点是分子中只有一个单体结构单元。我们把这种：只有一种单体参加的聚合反应称为均聚反应。。而丁苯橡胶、丁腈橡胶由两种或两种以上单体共同参与的聚合反应，称为共聚反应，新得聚合物称为共聚物。 二．共聚物分类 共聚物的性能不仅取决于单体单元的结构，相对数量，而且还与单体单元的排列方式有密切关系。下面以两种单体单元新组成的“二元共聚物”为例来说明。 共聚物按其单体单元在分子链内键按方式的不同，可分为无轨共聚物，崭段共聚物，接枝共聚物和交替共聚物。 （1）无轨共聚物：（random copolymer）共聚物中不同单体单元的排列是完全无规律的，称为无轨共聚物。如-ABAAAABABBABABBA…- AB连续的单元数不多，自一至数十不等，按一定几率分布。自由基连锁共聚所得的共聚物多居此类。 （2）交替共聚物：（alternative copolymer）共聚物中两种单体单元交替排列，严格相间。-ABABABABABABABABABABAB…- 如ST和MAN共聚物就居此类。 （3）崭段共聚物：（block copolymer）共聚物分子链中，两种单体单元各自排列成链段，两种均聚链段又通过共价键相互连接。-AAAABBBBAAAABBBB…- 又分为AB型和ABA型，AB 型AAAAAAABBBBBBB…（几百列几千个单体单元）如BD-ST崭段共聚物（SB），ABA型AAAABBBBAAAABBBBAAAA…如SBS （4）接枝共聚物：共聚物中由一种单体形成主链，接上由另一种单体形成的倒链，称为接枝共聚物。如：淀粉接枝丙烯腈，然后水解，制备超高吸水材料高分子。 以上四种共聚物，无规和交替系由一般共聚反应制得，而其他两种常常须用特殊方法制得。 三. 共聚物的命名. a.将两种单体名称已短线相连，前面冠以“聚”字，或在其后加“共聚物”二字。 如：聚氯乙烯-醋酸乙烯酯或氯乙烯-醋酸烯酯共聚物.聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物. b.对于共聚物中单体的系列排列方式是交替、无规、崭段、接枝，则只能添加文字另外说明，如：苯乙烯-马来酸肝交替共聚物. c.国际命名中常在两单体之间插入-CO-,-alt-,-g-,-b-来表示无规、交替、崭段、接枝共聚物。 如:聚苯乙烯-b-丁二烯 POLY（styrene-b-butadiene）. 聚甲醛丙烯酸甲酯-g-苯乙烯POLY（MMA-g-ST）. 四. 研究共聚反应的意义. 研究共聚物，在理论和实践上都有重大意义。 理论上，可通过共聚反应，研究共聚反映机理，借以确定单体、自由基、阴离子、阳离子等的化学结构与反应活性的关系，从而控制聚合物组成和结构组成，并可预言新的聚合物。实践上，均聚物种类有限，但某单体与第二单体共聚后，可以改变大分子的结构和性能，增加品种，扩大单体与应用范围。通过共聚，可以改变许多性能，如机械性能、弹性、塑性、柔软性、TG、塑化温度、TM、溶解性能、染色性能、表面活性等。性能改变的程度与第二、三单体的种类，数量以反排列方式有关。 如将丙烯腈和苯乙烯共聚物作支链，接在丁二烯主链上，所得三元共聚物，成ABS。其中丙烯腈有-cn基，能使聚合物耐化学腐蚀，提高制品的抗张强度和硬度；丁二烯使聚合物呈