1、自由基向()转移,导致诱导分解,使引发剂效率降低,同时也使聚合度降低。
A、引发剂
B、单体
C、高分子链
D、溶剂
2、下列反应过程能使自由基聚合物聚合度增加的是()
A、链增长反应
B、链引发反应
C、链转移反应
D、链终止反应
3、自由基聚合体系中出现自动加速现象的原因是。
A、单体浓度降低
B、引发剂浓度降低
C、体系温度升高
D、体系粘度增大
4、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、说不准
C、不变
D、增大
5、生产聚氯乙烯时,决定产物分子量的因素是。
A、聚合温度
B、引发剂种类
C、引发剂浓度
D、单体浓度
6、在高压聚乙烯(LDPE)中存在长支链,其形成原因是。
A、向引发剂链转移
B、分子内链转移
C、向聚合物的链转移
D、向单体的链转移
7、α-甲基苯乙烯的Tc=25℃,则在下列()条件下可能形成高聚物。
A、聚合温度≥25℃
B、聚合温度=25℃
C、聚合温度<25℃
8、苯乙烯在60℃进行自由基聚合时的链终止方式为。
A、偶合终止
B、歧化终止
C、既有偶合终止也有歧化终止,但以歧化终止为主
D、既有偶合终止也有歧化终止,但以偶合终止为主
9、甲基丙烯酸甲酯在贮运过程中,为了防止聚合,可以考虑加入。
A、甲苯
B、AIBN
C、对苯二酚
D、甲基乙烯基酮
10、本体聚合至一定转化率时会出现自动加速效应,这时体系中的自由基浓度和寿命τ的变化规律为。
A、[M*]增加,τ缩短
B、[M*]增加,τ延长
C、[M*]减少,τ延长
11、对于自由基聚合,聚合温度升高,歧化终止的比例将。
A、增大
B、说不准
C、减小
D、不变
12、在苯乙烯自由基聚合体系中加入少量正丁硫醇(Cs=21)的目的是。
A、调节分子量
B、终止聚合反应
C、都不是
13、分解时有氮气逸出,工业上可用作泡沫塑料的发泡剂。偶氮类引发剂
14、根据对聚合反应的抑制程度,可将对聚合有抑制作用的物质粗略分为和。阻聚剂、缓聚剂
15、在自由基链转移反应中,可能存在活性链向、、等低分子物质的转移,使聚合度降低。单体、引发剂、溶剂
16、自由基链终止反应有和两种方式。偶合反应、歧化反应
17、引发效率不足100%的原因主要是和。笼闭效应、诱导分解
18、自由基聚合的特征是、、。慢引发快增长速终止
19、偶合终止(Coupling Termination)两链自由基的独电子相互结合成共价键的终止反应,偶合终止的结果是大分子的聚合度为链自由基重复单元数的两倍。
20、歧化终止(Disproportionation Termination)某链自由基夺取另一自由基的氢原子或其他原子终止反应。歧化终止的结果是聚合度与链自由基的单元数相同。
21、单基终止(Mono-radical Termination)链自由基从单体、溶剂、引发剂等低分子或大分子上夺取一个原子而终止。
22、聚合上限温度(Ceiling Temperature of Polymerization)ΔG=0,聚合和解聚处于平衡状态时的温度即为聚合上限温度,在此温度以下进行的聚合反应无热力学障碍;超过聚合上限温度聚合就无法进行。
23、引发剂(Initiator)分子结构上具有弱键、易分解产生自由基进而引发单体聚合的物质。
24、引发剂效率(Initiator Efficiency)引发聚合部分引发剂占引发剂分解消耗总量的分率称为引发剂效率。
25、半衰期(Half Life)物质分解至起始浓度(计时起点浓度)一半时所需的时间。
26、自动加速现象(Auto-accelerative Phenomena)聚合中期随着聚合的进行,聚合速率逐渐增加,出现自动加速现象,自动加速现象主要是体系粘度增加所引起的。
27、动力学链长(Kinetics Chain Length)每个活性种从引发阶段到终止阶段所消耗的单体分子数定义为动力学链长,动力学链在链转移反应中不终止。
28、链转移(Chain Transfer)在自由基聚合过程中,链自由基可能从单体(M)、溶剂(S)、引发剂(I)等低分子或大分子上夺取原子而终止,使失去原子的分子成为自由基,继续新链的增长,这一反应叫链转移反应。
29、链转移常数(Chain Transfer Constant)是链转移速率常数和增长速率常数之比,代表链转移反应与链增长反应的竞争能力。
30、阻聚剂(Inhibitor)能够使每一自由基都终止,形成非自由基物质,或形成活性低、不足以再引发的自由基的试剂,它能使聚合完全停止。按机理可分为加成型阻聚剂(如苯醌等)、链转移型阻聚剂(如DPPH等)和电荷转移型阻聚剂(如FeCl3等)等。
31、推导自由基聚合动力学方程时,作了哪些基本假定?
在不考虑链转移反应的前提下,作了三个基本假定:等活性假定,即链自由基的活性与链长无关;稳态假定,即在反应中自由基的浓度保持不变;聚合度很大假定。
32、什么是自动加速现象?产生的原因是什么?对聚合反应及聚合物会产生什么影响?
当自由基聚合进入中期后,随转化率增加,聚合速率自动加快,这一现象称为自动加速现象。这是由于凝胶效应和沉淀效应使链自由基的终止速率受到抑制,而链增长速率变化不大,从而使聚合速率加快。自动加速现象可提高聚合反应速率,但控制不好,会出现爆聚使聚合失败。自动加速现象使聚合物分子量分布变宽。
34、对于双基终止的自由基聚合反应,每一大分子含有1.30个引发剂残基。假定无链转移反应,试计算歧化终止与偶合终止的相对量。
35、以过氧化叔丁基为引发剂,在60℃下研究苯乙烯聚合。苯乙烯溶液浓度(1.0mol/L),过氧化物(0.01mol/L),引发和聚合的初速率分别为4×10-11和1.5×10-7mol/(L·s)。试计算(f kd),初期聚合度,初期动力学链长。计算时采用下列数据和条件:C M=8.0×10-5,C I=3.2×10-4,C S=2.3×10-6,60℃苯乙烯的密度为0.887g/ml,苯的密度为0.839g/ml,设苯乙烯-苯体系为理想溶液。
36、按下述两种配方,使苯乙烯在苯中用过氧化二苯甲酰在60℃下引发自由基聚合
(1)[BPO]=2×10-4mol/L, [St]=416 g/L
(2)[BPO]=6×10-4mol/L, [St]=83.2 g/L
设f=1,试求上述两种配方的转化率均达到10%时所需要的时间比。 解法一:设配方(1)所需时间为t1,配方(2)所需时间为t2 配方(1)单体投料为(2)的5倍,
∴达到同一转化率时,前者生成的聚合物量也为后者的5倍,转化率为10%仍属稳态。
732
.110
216.4106832.0554
4
1
22
1
=?????=
=--p p R R t t 解法二: 根据
1/21/21/200[][]ln ()[]ln [][][]
d p t M f k M k I t k I t M k M =→=
732
.110
2106][][]
[][ln
][][][ln ][4
41
202
/110
2/12
21=??=
=
=
--I I M M I k M M I k t t
37、用过氧化二苯甲酰作引发剂,苯乙烯在60℃进行本体聚合,试计算引发、向引发剂转移、向单体转移三部分在聚合度倒数中各占多少百分比?对聚合度各有什么影响,计算时选用下列数据:
[I]=0.04mol/L ,f =0.8,kd =2.0×10-6 s -1,kp =176L/mol·s,kt =3.6×107
L/mol·s,
ρ(60℃)=0.887g/mL ,CI=0.05,CM=0.85×10-4
1、自由基向()转移,导致诱导分解,使引发剂效率降低,同时也使聚合度降低。 A、引发剂 B、单体 C、高分子链 D、溶剂 2、下列反应过程能使自由基聚合物聚合度增加的是() A、链增长反应 B、链引发反应 C、链转移反应 D、链终止反应 3、自由基聚合体系中出现自动加速现象的原因是。 A、单体浓度降低 B、引发剂浓度降低 C、体系温度升高 D、体系粘度增大 4、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、说不准 C、不变 D、增大 5、生产聚氯乙烯时,决定产物分子量的因素是。 A、聚合温度 B、引发剂种类 C、引发剂浓度 D、单体浓度 6、在高压聚乙烯(LDPE)中存在长支链,其形成原因是。 A、向引发剂链转移 B、分子内链转移 C、向聚合物的链转移 D、向单体的链转移 7、α-甲基苯乙烯的Tc=25℃,则在下列()条件下可能形成高聚物。 A、聚合温度≥25℃ B、聚合温度=25℃ C、聚合温度<25℃ 8、苯乙烯在60℃进行自由基聚合时的链终止方式为。 A、偶合终止 B、歧化终止 C、既有偶合终止也有歧化终止,但以歧化终止为主 D、既有偶合终止也有歧化终止,但以偶合终止为主 9、甲基丙烯酸甲酯在贮运过程中,为了防止聚合,可以考虑加入。 A、甲苯 B、AIBN C、对苯二酚 D、甲基乙烯基酮 10、本体聚合至一定转化率时会出现自动加速效应,这时体系中的自由基浓度和寿命τ的变化规律为。 A、[M*]增加,τ缩短 B、[M*]增加,τ延长 C、[M*]减少,τ延长 11、对于自由基聚合,聚合温度升高,歧化终止的比例将。 A、增大 B、说不准 C、减小 D、不变
自由基共聚 1.一两种单体共聚为例,说明无规共聚、交替、嵌段、接枝共聚物的结构有什么差异?在 这些共聚物名称中,对前后单体的位置有什么规定? 解:无规共聚物:聚合物中两结构单元M1、M2无规排列,而且M1、M2连续的单元数不多。名称中前一单体为主单体,后一单体为第二单体。 交替共聚物:聚合物中两单元M1、M2严格相间呈交替排布,名称前后单体互换也可。 嵌段共聚物:有较长的M1链段和另一较长链段M2构成的大分子,每一链段可以长达几百到几千结构单元,缩写通式PM1-b-PM2。名称中前后单体常代表单体加入次序。 接枝共聚物:主链由一种单元组成,支链则由另一种单元组成,缩写通式为PM1-g、-PM2。名称中前单体为主链,后单体为支链。 2.推导二元共聚合物组成微分方程的基本假设有哪些?由此得到什么结论?他与推导自 由基均聚物动力学的基本假设有什么异同? 解:二元共聚物组成的微分方式是: d[M1]/d[M2]=[M1]/[M2]×{r1[M1]+[M2]}/{r2[M2]+[M1]} 该方程式是在以下假设条件下推导出来的: 1)活性链的活性与链长无关; 2)活性链的活性仅取决于末端单元结构; 3)聚合反应为不可逆; 4)共聚物的聚合度很大,引发和终止对共聚物的组成无影响; 5)两种活性链相互转变的速率相等。 满足以上假设条件的二元共聚反应可用于上述共聚物组成微分方程计算投料组成和瞬间形成的共聚物组成之间的关系。出自由基聚合外,阴离子或阳离子共聚时,原则上也可用上述共聚物组成也能够微分方程进行计算。但是,对于有解的二元共聚、有前末端效应的共聚以及多活性种的二元共聚。 应该强调指出的是,这个方程仅反映了共聚物瞬时组成与单体组成之间的关系。通常仅适用于低转化率。这是因为两单体的竞聚率不同,随着工具反映的进行,投料比不断发生变化,只有低转化率时所得的共聚物组成才近似与起始投料组成相对应。 3.何谓竟聚率和单体的相对活性? 解:竞聚率是单体均聚链增长和共聚链增长速率常数之比。 即r1=k11/k12,r2=k22/k21;单体相对活性是指两种单体对同一链自由基反应(增长)速率常数之比,即M1的相对活性为1/r2,M2的相对活性为1/r1. 4.说明竞聚率r1与r2的意义并说明如何用r1、r2来计算单体的相对活性? 解:M1的竞聚率是r1=k11/k12,他表达的是链自由基~M1·与单体M1反应时的速率常数和他与单体M2反应时速率常数之比;M2的竞聚率是r2=k22/k21,即链自由基~M2·与单体M2反应时的速率常数和他与单体M1反应时速率常数之比。 竞聚率的倒数1/r1= k12/ k11,1/r2= k21/ k22表示同一自由基和异种单体的交叉增长率速率常数之比,因此单体M1的相对活性应为1/r2,单体M2的相对活性应为1/r1。 5.理想共聚和理想恒比共聚的区别是什么? 解:理想恒比共聚是指共聚物组成和单体组成完全相同的共聚,其共聚物组成曲线为对角线。而理想共聚却是共聚物组成与单体组成成简单比例关系,其共聚物组成曲线不予恒比对角线相交。 6.解释下列名词: ⑴均聚合与共聚合,均聚物与共聚物; 解:一种单体进行的聚合反应成为均聚合,产物为均聚产物。有两种或两种以上单体进行
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。 CH 2=CHCl CH 2=CCl 2 CH 2=CHCN CH 2=C(CN)2 CH 2=CHCH 3 CH 2=C(CH 3)2 CH 2=CHC 6H 5 CF 2=CF 2 CH 2=C(CN)COOR CH 2=C(CH 3)-CH=CH 2 答:CH 2=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。 CH 2=CCl 2:自由基及阴离子聚合,两个吸电子基团。 CH 2=CHCN :自由基及阴离子聚合,CN 为吸电子基团。 CH 2=C(CN)2:阴离子聚合,两个吸电子基团(CN )。 CH 2=CHCH 3:配位聚合,甲基(CH 3)供电性弱。 CH 2=CHC 6H 5:三种机理均可,共轭体系。 CF 2=CF 2:自由基聚合,对称结构,但氟原子半径小。 CH 2=C(CN)COOR :阴离子聚合,取代基为两个吸电子基(CN 及COOR ) CH 2=C(CH 3)-CH=CH 2:三种机理均可,共轭体系。 3. 下列单体能否进行自由基聚合,并说明原因。 CH 2=C(C 6H 5)2 ClCH=CHCl CH 2=C(CH 3)C 2H 5 CH 3CH=CHCH 3 CH 2=CHOCOCH 3 CH 2=C(CH 3)COOCH 3 CH 3CH=CHCOOCH 3 CF 2=CFCl 答:CH 2=C(C 6H 5)2:不能,两个苯基取代基位阻大小。 ClCH=CHCl :不能,位阻效应,对称结构,极化程度低。 CH 2=C(CH 3)C 2H 5:不能,二个推电子基,只能进行阳离子聚合。 CH 3CH=CHCH 3:不能,位阻效应,结构对称,极化程度低。
4. 下列单体适于何种机理聚合:自由基聚合,阳离子聚合或阴离子聚合,并说明理由。CH2=CHCl CH2=CHCl2CH2=CHCN CH2=C(CN)2CH2=CHCH3CH2=C(CH3)2 CH2=CHC6H5CF2=CF2CH2=C(CN)COOR CH2=C(CH3)-CH=CH2 CH2=CHCl 只能进行自由基聚合。Cl原子是吸电子基团,也有共轭效应,但均较弱。 CH2=CHCl2能进行自由基和阴离子聚合,因为两个氯原子使诱导效应增强。 CH2=CHCN 适合自由基聚合和阴离子聚合。-CN是较强的吸电子取代基,并有共轭效应。 CH2=C(CN)2 CH2=CHCH3不能进行自由基、阳离子、阴离子聚合,只能进行配位聚合,因为一个甲基供电性弱,不足以使丙烯进行阳离子聚合。 CH2=C(CH3)2只能进行阳离子聚合。-CH3为推电子取代基,-CH3与双键有超共轭效应,两个甲基都是推电子取代基,其协同作用相当于强的推电子取代基,有利于双键电子云密度增加和阳离子进攻。 CH2=CHC6H5可进行自由基、阳离子、阴离子聚合。因为共轭体系中电子流动性大,容易诱导极化。 CF2=CF2适合自由基聚合。F原子体积小。 CH2=C(CN)COOR适合阴离子聚合,两个吸电子取代基其协同作用相当含有强的吸电子取代基,并兼有共轭效应,只能进行阴离子聚合。 CH2=C(CH3)-CH=CH2 5. 判断下列烯类单体能否进行自由基聚合,并说明理由。 CH2=C(C6H5)2ClCH=CHCl CH2=C(CH3)C2H5CH3CH=CHCH3 CH2=C(CH3)COOCH3CH2=CHOCOCH3CH3CH=CHCOOCH3 CH2=CHCH3 CH2=C(C6H5)2不能通过自由基聚合形成高相对分子质量聚合物。因为C6H5-取代基空间位阻大,只能形成二聚体。 ClCH=CHCl不能通过自由基聚合形成高相对分子质量聚合物。因为单体结构对称,对1,2-二取代造成较大的空间位阻。 CH2=CHCH3与CH2=C(CH3)C2H5均不能通过自由基聚合形成高相对分子质量聚合物。由于双键的电荷密度大,不利于自由基的进攻,且易转移生成较稳定的烯丙基型自由基,难于再与丙烯等加成转变成较活泼的自由基,故得不到高聚物,前者只能进行配位阴离子聚合,后者只能进行阳离子聚合。 CH3CH=CHCH3不能通过自由基聚合形成高相对分子质量聚合物。因为结构结称、位阻大,且易发生单体转移生成烯丙基稳定结构。 CH2=C(CH3)COOCH3能通过自由基聚合形成高相对分子质量聚合物。因为是1,1-二元取代基,甲基体积较小,-COOCH3为吸电子取代基,-CH3为推电子取代基,均有共轭效应。 CH2=CHOCOCH3能通过自由基聚合形成高相对分子质量聚合物。 CH3CH=CHCOOCH3不能通过自由基聚合形成高相对分子质量聚合物。由于是1,2-二元取代基,结构结称,空间阻碍大。 CF2=CFCl能通过自由基聚合形成高相对分子质量聚合物。这是因为F原子体积很小,
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。
第二章自由基聚合-习题 1.举例说明自由基聚合时取代基的位阻效应、共轭效应、电负性、氢键和溶剂化对单体聚合热的影响。 2.什么是聚合上限温度、平衡单体浓度?根据表3-3数据计算丁二烯、苯乙烯40、80℃自由基聚合时的平衡单体浓度。 3.什么是自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合? 4.下列单体适合于何种机理聚合:自由基聚合,阳离子聚合或阴离子聚合?并说明理由。 CH 2=CHCl,CH 2 =CCl 2 ,CH 2 =CHCN,CH 2 =C(CN) 2 ,CH 2 =CHCH 3 ,CH 2 =C(CH 3 ) 2 , CH 2=CHC 6 H 5 ,CF 2 =CF 2 ,CH 2 =C(CN)COOR, CH 2=C(CH 3 )-CH=CH 2 。 5.判断下列烯类单体能否进行自由基聚合,并说明理由。 CH 2=C(C 6 H 5 ) 2 ,ClCH=CHCl,CH 2 =C(CH 3 )C 2 H 5 ,CH 3 CH=CHCH 3 , CH 2=C(CH 3 )CO℃H 3 ,CH 2 =CH℃℃H 3 ,CH 3 CH=CHCO℃H 3 。 6.对下列实验现象进行讨论: (1)乙烯、乙烯的一元取代物、乙烯的1,1-二元取代物一般都能聚合,但乙烯的1,2-取代物除个别外一般不能聚合。 (2)大部分烯类单体能按自由基机理聚合,只有少部分单体能按离子型机理聚合。 (3)带有π-π共轭体系的单体可以按自由基、阳离子和阴离子机理进行聚合。 7.以偶氮二异丁腈为引发剂,写出苯乙烯、醋酸乙烯酯和甲基丙烯酸甲酯自由基聚合历程中各基元反应。 8.对于双基终止的自由基聚合反应,每一大分子含有1.30个引发剂残基。假定无链转移反应,试计算歧化终止与偶合终止的相对量。 9.在自由基聚合中,为什么聚合物链中单体单元大部分按头尾方式连接? 10.自由基聚合时,单体转化率与聚合物相对分子质量随时间的变化有何特征?与聚合机理有何关系? 11.自由基聚合常用的引发方式有几种?举例说明其特点。 12.写出下列常用引发剂的分子式和分解反应式。其中哪些是水溶性引发剂,哪些是油溶性引发剂,使用场所有何不同? (1)偶氮二异丁腈,偶氮二异庚腈。 (2)过氧化二苯甲酰,过氧化二碳酸二乙基己酯,异丙苯过氧化氢。 (3)过氧化氢-亚铁盐体系,过硫酸钾-亚硫酸盐体系,过氧化二苯甲酰-N,N二甲基苯胺。 13.60℃下用碘量法测定过氧化二碳酸二环己酯(DCPD)的分解速率,数据列于下 表,求分解速率常数k d (s -1 )和半衰期t 1/2 (hr)。
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:
自由基共聚合练习题 一、填空题: 1、根据共聚物大分子链中单体单元的排列顺序,共聚物分为_______、______、 ______和______。 2、共聚中控制聚合物平均组成的方法_____、_____。 3、竞聚率的物理意义是____,对于r1=r2=1的情况,称为__,r1=r2=0,称_____,而r1<1和r2<1时,共聚组成 曲线存在恒比点,恒比点原料组成公式为__。 4、从竞聚率看,理想共聚的典型特征为_____。 5、M1-M2两单体共聚, r1=0.75,r2= 0.20。其共聚曲线与对角线的交点称为_____。若f10=0.80,随共聚进行到某一时刻,共聚物组成为F1,单体组成为f1,则f1_____f10,F1____F10(大于或小于)。 6、单体的相对活性习惯上用_____判定,自由基的相对活性习惯上用_____判定。在 Q—e值判断共聚行为时,Q代表_____,e代表_____。 二、选择题: 1.下列单体中,与丁二烯(e=1.05)共聚时,交替倾向最大的是() A.PS(e=-1.08) B.马来酸酐(e=2.25) C.醋酸乙烯(e=-0.22) D.丙烯腈(e=1.2) 2.一对单体工具和的竞聚率r1和r2的值将随() A.局和时间而变化 B.局和温度而变化 C.单体配比不同而变化 D.单体的总浓度而变化 3.已知一对单体在进行共聚合反应时获得了恒比共聚物,其条件必定是() A、r1=1.5,r2=1.5 B、r1=0.1,r2=1.0 C、r1=0.5,r2=0.5 D、r1=1.5,r2=0.7 4.在自由基聚合中,竞聚率为()时,可得到交替共聚物。 A 5.下列共聚中,理想共聚是(),理想恒比共聚是(),交替共聚是() A.r1r=1 B.r1=r2=1 C.r1=r2 D.r1=r2=0 6.当r1>1 r2<1时,若提高聚合反应温度,反应将趋向于() A 交替共聚 B 理想共聚 C嵌段共聚 D恒比共聚 7.当两种单体的Q.e值越接近则越() A.越难共聚 B。趋于理想共聚 C.趋于交替共聚 D.趋于恒比共聚 8.两种单体的Q和e值越接近,就( ) A.难以共聚 B.倾向于交替共聚 C.倾向于理想共聚 D.倾向于嵌段共聚 9.有机玻璃板材是采用( ) A、本体聚合 B、溶液聚合 C、悬浮聚合 D、乳液聚合 三、概念题: 1、共聚物 2、自由基共聚合反应 3、竞聚率 4、理想恒比共聚 5、Q,e概念
1、目前悬浮聚合法主要用于生产(C) A、PVC、PVDC B、PS C、PE D、PP 2、苯醌是常用的分子型阻聚剂,一般用单体的(D)就能达到阻聚效果 A、0.5%~1.0% B、1.0%~2.0% C、2.0%~5.0% D、0.1%~0.001% 3、(C)的自由基是引发聚和反应常见的自由基 A、高活性 B、低活性 C、中等活性 D、无活性 4、有机玻璃板材是采用(A) A、本体聚合 B、溶液聚合 C、悬浮聚合 D、乳液聚合 5、(A)不是高效阻聚剂 A、硝基苯 B、苯醌 C、三氯化铁 D、氧气 6、某工厂用PVC为原料生产塑制品时,从经济效果和环境方面考虑,他们决定用(C)聚合方法生产 A、本体聚合法 B、悬浮聚合法 C、乳液聚合法 D、溶液聚合法 7、对于自由集聚和,在其他条件保持不变的前提下提升聚合温度,得到的聚合物分子量将(B) A、减小 B、增大 C、不变 D、不一定 二、判断题 8、苯乙烯通常选用本体法和悬浮法聚合较少采用乳液法(√) 9、扩散控制不一定导致聚合速率的自动加速(√) 10、苯乙烯不可进行热聚合(×)
11、引发效率不是10%的主要原因是(笼闭效应)、(诱导分解) 12、列举四种常见的可进行分解的聚合反应的单体(乙烯)(氯乙烯)(醋酸乙烯)(甲基丙烯酸甲酯) 13、(偶氮类引发剂)分解时有氮气逸出,工业上可用作泡沫塑料的发泡剂 四、问答题 14.写出下列常用引发剂的分子式和分解反应式。其中哪些是水溶性引发剂,哪些是油溶性引发剂,使用场所有何不同? (1)偶氮二异丁腈,偶氮二异庚腈。 (2)过氧化二苯甲酰,过氧化二碳酸二乙基己酯,异丙苯过氧化氢。 (3)过氧化氢-亚铁盐体系,过硫酸钾-亚硫酸盐体系,过氧化二苯甲酰-N,N 二甲基苯胺。 解: (1) 偶氮二异丁腈: 偶氮二异庚腈: CH 2C CN CH 3N N C CN CH 3 CH 2CH 2C CN CH 3 + N 2H C CH 3 CH 3 H C CH 3H 3C H C CH 3CH 3 2 (2) 过氧化二苯甲酰: C O O O C O C O O 2 无单体 2 + 2CO 过氧化二碳酸二乙基己酯:
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。 CH 2=CHCl CH 2=CCl 2 CH 2=CHCN CH 2=C(CN)2 CH 2=CHCH 3 CH 2=C(CH 3)2 CH 2=CHC 6H 5 CF 2=CF 2 CH 2=C(CN)COOR CH 2=C(CH 3)-CH=CH 2 答:CH 2=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。 CH 2=CCl 2:自由基及阴离子聚合,两个吸电子基团。 CH 2=CHCN :自由基及阴离子聚合,CN 为吸电子基团。 CH 2=C(CN)2:阴离子聚合,两个吸电子基团(CN )。 CH 2=CHCH 3:配位聚合,甲基(CH 3)供电性弱。 CH 2=CHC 6H 5:三种机理均可,共轭体系。 CF 2=CF 2:自由基聚合,对称结构,但氟原子半径小。 CH 2=C(CN)COOR :阴离子聚合,取代基为两个吸电子基(CN 及COOR ) CH 2=C(CH 3)-CH=CH 2:三种机理均可,共轭体系。 3. 下列单体能否进行自由基聚合,并说明原因。 CH 2=C(C 6H 5)2 ClCH=CHCl CH 2=C(CH 3)C 2H 5 CH 3CH=CHCH 3 CH 2=CHOCOCH 3 CH 2=C(CH 3)COOCH 3 CH 3CH=CHCOOCH 3 CF 2=CFCl 答:CH 2=C(C 6H 5)2:不能,两个苯基取代基位阻大小。 ClCH=CHCl :不能,位阻效应,对称结构,极化程度低。 CH 2=C(CH 3)C 2H 5:不能,二个推电子基,只能进行阳离子聚合。 CH 3CH=CHCH 3:不能,位阻效应,结构对称,极化程度低。 CH 2=CHOCOCH 3:醋酸乙烯酯,能,吸电子基团。 CH 2=C(CH 3)COOCH 3:甲基丙烯酸甲酯,能。 CH 3CH=CHCOOCH 3 :不能,1,2双取代,位阻效应。 CF 2=CFCl :能,结构不对称,F 原子小。 计算题 1. 甲基丙烯酸甲酯进行聚合,试由H ?和S ?来计算77℃、127℃、177℃、227℃时的平衡单体浓度,从热力学上判断聚合能否正常进行。 解:由教材P75上表3-3中查得:甲基丙烯酸甲酯H ?=mol ,S ?=mol K 平衡单体浓度:)(1]ln[ΘΘ ?-?= S T H R M e T=77℃=,=e M ]ln[*10-3 mol/L T=127℃=,=e M ]ln[L T=177℃=,=e M ]ln[L T=227℃=,=e M ]ln[L
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,
自由基共聚课后习题 1. P170:根据大分子微观结构,共聚物可分为:无规、交替、嵌短、接枝共聚物四种。 2. P172-175: 3. [] []= 2 1 M d M d[] []? 2 1 M M[][] [][] 2 2 1 2 1 1 M r M M M r + + = 1 F 2 2 2 2 1 2 1 1 2 1 2 1 1 2f r f f f r f f f r + + + 4.
5. [][]=21M d M d [][]?21M M [][][][]221211M r M M M r ++ =1F 2 2 221211212 112f r f f f r f f f r +++ 示意图: 6. 7. 注意:课后习题中为方便计算,r 1改为2.0。 所用公式: 221r r -= α ; 111r r -=β ; ()()2121111r r r r - --=γ ; 2 12 21r r r ---=δ 因转化率大与10%,只能用积分公式计算 式 中 15 .015 .0122=-=-= r r α ; 22 12 111-=-=-= r r β ; ()()0) 5.01()2.01(5 .021*******=-?-?-=---= r r r r γ ; 15.05.05.0225.0121212-=-=---=---= r r r δ 又因C%=50%,f 10=0.5,f 20=0.5
8. 由于在共聚反应中,两单体的共聚活性不同,其消耗程度就不一致,故体系物料配比就不断改变,所得共聚物的组成前后不均一。所以要获得组成均一的共聚物,主要控制方法有: 9. r 1=0.02<1,r 2=0.3<1,r 1 r 2=0.006,所以为有恒比点的理想共聚。 恒比点处: ()=c F 1()= c f 121221r r r ---=42.068 .17 .03.002.023.01==--- 而初始投料比f 10= 47.054 5353475347 =+ 初始投料比在恒比点附近,因此用这种比例一次投料时,在高转化率下停止反应时,可得到均一性较好的共聚物。 又如下例:
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 CN H ?C 二 c COOCH 3 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。 ⑵可以。 为具有共轭体系的取代基。 ⑶可以。 结构不对称,极化程度高,能自由基聚合。 ⑷可以。 结构对称,无诱导效应共轭效应,较难自由基聚合。 ⑸不能。 1 , 1 一本基乙烯,一个本基具有很强的共轭稳疋作用,形成的稳疋自由基不 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。 H 2C 二 CHCI H 2C CH H 2C 二 CCI 2 H 2C 二 CH 2 H 2C 二CHCN H 2C 二 C(CN)2 H 2C 二CHCH 3 F 2C 二 CF 2 CIHC 二 CHCI CH 3 H 2C 二 C COOCH 3 HC 二 CH OC CO
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
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
自由基聚合习题参考答 案 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
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。 CH 2=CHCl CH 2=CCl 2 CH 2=CHCN CH 2=C(CN)2 CH 2=CHCH 3 CH 2=C(CH 3)2 CH 2=CHC 6H 5 CF 2=CF 2 CH 2=C(CN)COOR CH 2=C(CH 3)-CH=CH 2 答:CH 2=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。 CH 2=CCl 2:自由基及阴离子聚合,两个吸电子基团。 CH 2=CHCN :自由基及阴离子聚合,CN 为吸电子基团。 CH 2=C(CN)2:阴离子聚合,两个吸电子基团(CN )。 CH 2=CHCH 3:配位聚合,甲基(CH 3)供电性弱。 CH 2=CHC 6H 5:三种机理均可,共轭体系。 CF 2=CF 2:自由基聚合,对称结构,但氟原子半径小。 CH 2=C(CN)COOR :阴离子聚合,取代基为两个吸电子基(CN 及COOR ) CH 2=C(CH 3)-CH=CH 2:三种机理均可,共轭体系。 3. 下列单体能否进行自由基聚合,并说明原因。 CH 2=C(C 6H 5)2 ClCH=CHCl CH 2=C(CH 3)C 2H 5 CH 3CH=CHCH 3 CH 2=CHOCOCH 3 CH 2=C(CH 3)COOCH 3 CH 3CH=CHCOOCH 3 CF 2=CFCl 答:CH 2=C(C 6H 5)2:不能,两个苯基取代基位阻大小。 ClCH=CHCl :不能,位阻效应,对称结构,极化程度低。 CH 2=C(CH 3)C 2H 5:不能,二个推电子基,只能进行阳离子聚合。 CH 3CH=CHCH 3:不能,位阻效应,结构对称,极化程度低。
第四章自由基共聚合 思考题4.2试用共聚动力学和概率两种方法来推导二元共聚物组成微分方程,推导时有哪些基本假定? 答(1)采用共聚动力学方法,作如下假设:①等活性假设;②无前末端效应;③无解聚反应;④共聚物组成仅由增长反应决定,与引发、终止无关;⑤稳态假设,体系中自由基浓度不变。 思考题4.3说明竞聚率r1、r2的定义,指明理想共聚、交替共聚、恒比共聚时竞聚率数值的特征。 答r1=k11、k12即链自由基M·与单体M1的反应能力和它与单体M2的反应能力之比,或两单体M l、M2与链自由基M·反应时的相对活性。 计算题 4.1氯乙烯-醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯两对单体共聚,若两体系中醋酸乙烯酯和苯乙烯的浓度均为15%(质量分数),根据文献报道的竞聚率,试求共聚物起始组成。解(1)从文献报道看:氯乙烯-醋酸乙烯酯的竞聚率为:r1=1.68,r2=0.23。 由于共聚物中醋酸乙烯酯的质量分数为15%,氯乙烯的质量分数为85%,则相应的摩尔分数为:f1=0.886 f2=0.114 相应的共聚物组成为:F1=0.932 W1=0.909 因此起始时单元(氯乙烯)在共聚物中所占的质量分数为90.9%,所占的摩尔分数为93.2%。 (2)甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯的竞聚率为r1=0.46,r2=0.52 共聚物中苯乙烯的质量分数为15%,则甲基丙烯酸甲酯的质量分数为85%,于是:f1=0.855 f2=0.145 F1=0.3 W1=0.764 则甲基丙烯酸甲酯在聚合物中所占的质量分数为76.4%,摩尔分数为77.3%。 计算题4.2 甲基丙烯酸甲酯(M1)浓度=5 mo1·L-1,5-乙基-2-乙烯基吡啶浓度:l mo1·L-1,竞聚率:r1=0.40,r2=0.69。 (1)计算共聚物起始组成(以摩尔分数计); (2)求共聚物组成与单体组成相同时两单体摩尔比。 解甲基丙烯酸甲酯(M1)浓度为5 mo1·L-1,5-乙基-2-乙烯基吡啶浓度l mo1·L-1,所以:f10=5/6 f20 =1/6 F10=0.725 即起始共聚物中,甲基丙烯酸甲酯的摩尔分数为72.5%。 因为,r1<1r2<1,此共聚体系为有恒比共聚点的非理想共聚,在恒比共聚点上配料时,所得的共聚物组成与单体组成相同,有:F1= f1= 0.34 所以,两单体摩尔比为:[M1]0/[M2]0=17/33
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 二CHCN H2C = C(CN) 2H2C二CHCH 3F2C-CF2ClHC 二CHCl CH3 CN I HC 二CH H2C 二C I H2C 二C I OC CO COOCH 3COOCH 3O 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。 H2C 二CHCl H2C CH H2^CC l2 H2C二CH2
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,以f表示。 笼蔽效应:引发剂分解产生的初级自由基,处于周围分子(如溶剂分子)的包围,像处在笼