离子聚合与配位聚合课件.pptx
《离子聚合与配位聚合课件.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《离子聚合与配位聚合课件.pptx(64页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、4.1 引言(introduction),离子聚合,阳离子聚合阴离子聚合,根据活性中心的电荷性质,反应机理及动力学与自由基聚合相比不成熟,第四章离子聚合与配位聚合,离子聚合活性中心离子(ion)或离子对(ionpair),连锁聚合(Chain polymerization),自由基聚合,离子聚合,1,感谢你的观看,2019年6月25,离子聚合的特点 单体选择性高;聚合条件苛刻;聚合速率快,需在低温下进行;引发体系为非均相;反应介质对聚合有很大影响。,一些重要的聚合物,如丁基橡胶、异戊橡胶、聚甲醛、聚氯醚等只能通过离子聚合得到。,2,感谢你的观看,2019年6月25,离子聚合的应用:理论上,有较
2、强的控制大分子链结构的能力,通过离子聚合可获得“活性聚合物”(living polymer),可以有目的的分子设计,合成具有预想结构和性能的聚合物;工业生产中,利用离子聚合生产了许多性能优良的聚合物,如丁基橡胶、异戊橡胶、SBS塑性橡胶等。,3,感谢你的观看,2019年6月25,反应通式:,特点:阳离子活性中心,通常为碳阳离子(carbocation)或氧翁离子。:紧靠中心离子的引发剂碎片,称反离子(counterion)或抗衡离子。,4.2 阳离子聚合(Cationic polymerization),4,感谢你的观看,2019年6月25,烯类单体羰基化合物含氧杂环的单体,供电基团使C=C电
3、子云密度增加,有利于阳离子活性种的进攻;供电基团又使阳离子增长种电子云分散,能量降低而稳定。,一.阳离子聚合的单体,烯类单体:取代基为供电基团(如烷基、苯基、乙烯基等)的单体均可以。,离子聚合,5,感谢你的观看,2019年6月25,含供电基团的单体能否聚合成高聚物,还要求:质子(proton)对C=C有较强亲和力;,烯烃双键对质子的亲和力,可以从单体和质子加成的的热焓判断,见表 5-2。,增长反应比其他副反应快,即生成的碳阳离子有适当的稳定性。,6,感谢你的观看,2019年6月25,如:烯烃乙烯(ethylene):无侧基,C=C电子云密度低,且不易极化,对质子亲和力小,难以阳离子聚合。丙烯(
4、propylene)、丁烯(butylene):烷基供电性弱,生成的二级碳阳离子较活泼,易发生重排(rearrangement)等副反应,生成更稳定的三级碳阳离子。丙烯、丁烯只能得到低分子的油状物。,7,感谢你的观看,2019年6月25,异丁烯(isobutylene):同一碳原子上两个烷基,C=C电子云密度增加很多,易受质子进攻,生成稳定的三级碳阳离子。,异丁烯是唯一能进行阳离子聚合的烯烃,且它只能进行阳离子聚合。根据这一特性,常用异丁烯来鉴别引发机理。,更高级的烯烃:由于位阻效应,只能形成二聚体。,8,感谢你的观看,2019年6月25,烷基乙烯基醚:诱导效应:烷氧基使双键电子云密度除低;共
5、轭效应:氧上未共用电子对与碳碳双键形成P共轭,使双键电子云密度增加。共轭效应占主导,因此能进行阳离子聚合。苯乙烯、-甲基苯乙烯、丁二烯、异戊二烯等共轭单体:电子活动性强,易诱导极化,能进行阳离子聚合。但它们活性不及异丁烯和烷基乙烯基醚,无工业价值。,9,感谢你的观看,2019年6月25,引发方式:由引发剂生成阳离子,再与单体加成,生成碳阳离子实现引发;通过电荷转移引发。,常用的引发剂:,质子酸(protonic acid)Lewis酸 电荷转移络合物引发 其它,二.阳离子聚合引发体系及引发作用,10,感谢你的观看,2019年6月25,引发机理:在水溶液中离解成H+,使烯烃质子化引发聚合。质子酸
6、作为引发剂的条件:有足够强度产生H+;酸根离子的亲核性不能过强,以免与活性中心结合成共价键,使链终止。,如氢卤酸:在非极性溶剂中,其酸根离子亲核性很强,只能得到齐聚物。在强极性有机溶剂中,酸根离子被溶剂化,可得较高分子量的聚合物。,1.质子酸,HClO4、H2SO4、H3PO4、HCl,11,感谢你的观看,2019年6月25,阳离子聚合的引发体系包括引发剂和共引发剂,如BF3H2O称为引发体系。,共引发剂质子或碳阳离子的供给体。共引发剂:能产生质子的物质,如、ROH、HX、RCOOH等;能析出碳阳离子的物质。如RX、RCOX、(RCO)2O等。,2.Lewis酸-电子受体,亲电试剂,AlCl3
7、、BF3、SnCl4、ZnCl2、TiBr4金属卤化物等。,广义上把能和非共用电子对配位的分子和离子称做酸。,12,感谢你的观看,2019年6月25,引发过程:,引发活性取决于向单体提供质子或R+的能力。主引发剂:与其接受电子的能力和酸性强弱有关。活性次序:BF3AlCl3TiCl4SnCl4 AlCl3AlRCl2AlR2ClAlR3 共引发剂:活性次序一般也即酸根强弱次序。,13,感谢你的观看,2019年6月25,引发剂与共引发剂用量最佳比聚合速率最快、分子量最高。,产生原因:过量水产生活性较低的氧翁离子,使聚合速率降低;水是阳离子聚合的链转移剂,过量水导致链终止,降低聚合速率。,如SnC
8、l4-H2O引发苯乙烯聚合,以CCl4为溶剂时,最大速率在H2O/SnCl40.002,以30%硝基苯70%CCl4为溶剂时,则H2O/SnCl41.0,聚合速率最大。,共引发剂过少,活性不足,共引发剂过多将终止反应。,14,感谢你的观看,2019年6月25,引发活性较低,只能引发活性较高的单体。高能辐射也能产生阳离子引发聚合,,单体和适当的受电体生成电荷转移络合物,在热和其他能量作用下,该络合物离解而引发聚合。,3.其它能产生阳离子的物质,碘、氧翁离子等,4.电荷转移络合引发,15,感谢你的观看,2019年6月25,1.链引发:由连续两步反应组成:引发体系反应,产生活性中心;与单体双键加成形
9、成单体碳阳离子。,C:引发剂RH:共引发剂M:单体。,引发速率快,引发活化能低(Ei=8.421KJ/mol),三.阳离子聚合机理,链引发、链增长、链终止、链转移等基元反应。,特点:,16,感谢你的观看,2019年6月25,增长反应是插入反应,单体插入碳阳离子与反离子,之间进行增长。增长反应是离子与分子间的反应,速度快,活化能低;中心阳离子与反离子形成离子对。其紧密程度与溶剂、反离子性质、温度等有关,并影响聚合速率与分子量;增长过程中伴有分子内重排反应。,2.链增长,特点:,17,感谢你的观看,2019年6月25,3.链转移和链终止增长活性中心带有相同电荷,不能双分子终止,往往通过链转移或单基
10、终止。1)动力学链未终止增长的碳阳离子活性中心易与亲核物质(如单体、溶剂、杂质及反离子等)发生电荷转移反应,即链转移反应。链转移的结果,动力学链不终止。,向单体转移终止,增长活性中心向单体转移,生成含有不饱和端基的聚合物,同时生成离子对再增长阳离子聚合的CM(102)自由基聚合的CM(104),18,感谢你的观看,2019年6月25,大分子上的H向反离子转移,结果形成未端为不饱和的大分子链,同时又形成原来的引发剂。增长碳阳离子与反离子构成的离子对重排,使活性链终止。,与反离子加成,2)动力学链終止,向反离子转移终止自发終止,当反离子亲核性较大时,与碳阳离子结合成共价键,导致链终止;活性中心与反
11、离子中亲核性较强的共引发组份结合,导致链终止;,添加链终止剂。常用终止剂:水、醇、酸、酸酐、酯、醚等。,19,感谢你的观看,2019年6月25,快引发、快增长、易转移、难终止。終止方式是单基終止。无自加速现象。,在阳离子聚合中,真正的动力学链终止较难实现,但与阴离子聚合相比,却不易生成活性聚合物,主要原因是反应体系中水是引发剂,又是終止剂。另外,阳离子聚合易链转移。但现在也可以作到活性聚合。,阳离子聚合机理的特点,20,感谢你的观看,2019年6月25,反应机理复杂,动力学方程建立较难。聚合速率快,反应易受微量杂质的影响实验数据重现性差。快引发、难终止、易转移的特点很难建立“稳态”假定。但在特
12、定的反应条件下,仍可采用“稳态”假定,1.动力学方程,以St-SnCl4为例,假定:1)链終止为单基終止(自发終止和反离子加成)2)引发阶段以生成单体活性种为控制速率3)稳态假定(事实是不可能,为方便),四.阳离子聚合反应动力学,21,感谢你的观看,2019年6月25,引发:,增长:,终止:,K:引发剂-共引发剂络合平衡常数,:所有增长离子对的总浓度,C、RH、M:分别为引发剂、共引发剂、单体的浓度。,22,感谢你的观看,2019年6月25,稳态假定:,引发:,增长:,终止:,Rp 对引发剂和共引发剂浓度均呈一级反应,说明终止方式是单基终止。而对单体浓度呈二级反应,说明引发与M有关。,阳离子单
13、基终止的聚合速率方程:,此方程适用于苯乙烯SnCl4体系,,23,感谢你的观看,2019年6月25,2.聚合度,与自由基聚合类似,阳离子聚合物的聚合度:,向单体转移,单基终止,向溶剂转移,温度对CM,CS影响大 与温度有关,向单体和溶剂转移的速率方程:,24,感谢你的观看,2019年6月25,若终止方式以单基终止为主,聚合度为:,聚合度与引发剂浓度无关,与单体浓度成正比。,聚合度只取决于链转移常数。,若向单体链转移终止为主:,若向溶剂或转移剂链转移终止为主,25,感谢你的观看,2019年6月25,1.反应介质(溶剂)的影响活性中心离子与反离子的结合形式:,共价键化合物 离子紧对 离子松对 自由
14、离子,大部分活性种,是处于平衡的离子对或自由离子。自由离子的增长速率常数比离子对大13个数量级,即使它只占活性种的一小部分,对总聚合速率的贡献比离子对大得多。,结合形式与溶剂性质有关,从而影响到聚合速率和分子量。,五.影响阳离子聚合的因素,26,感谢你的观看,2019年6月25,溶剂性质的影响:离子对和自由离子的相对浓度,从而影响聚合速率。当溶剂的极性和溶剂化能力大时,自由离子和离子对中松对的比例都有增加,结果使聚合速率与聚合度增大。,溶剂选择原则:1)溶剂不与中心离子反应,即要求溶剂的极性不能太大。2)在低温下有一定的流动性,使体系保持流动状态。3)溶剂对催化剂的影响。在阳离子聚合中选卤代烃
15、为溶剂。,27,感谢你的观看,2019年6月25,2.反离子的影响反离子的亲核性对聚合能否进行有很大影响。它始终在活性中心旁,对聚合速率有影响。若反离子亲核性强,将使链终止;反离子的体积越大,形成离子对越松散,聚合速率就越大。,28,感谢你的观看,2019年6月25,3.聚合温度的影响阳离子聚合速率和聚合度的综合活化能为:,Ei、EtEp,ER=-5+10kcal/mol,其绝对值较小.温度对聚合速率的影响比自由基聚合小。EXn常为负值,聚合度随温度降低而增大。阳离子聚合常在较低温下进行,防链转移,有利于提高分子量。,29,感谢你的观看,2019年6月25,6.异丁烯的聚合异丁烯通过阳离子聚合
16、得到聚异丁烯和丁基橡胶。异丁烯以AlCl3作引发剂,在040下聚合,得到低分子量产物,用于粘结剂、密封材料等。在低温(-100)下聚合,得到高分子量产物。丁基橡胶:异丁烯和少量异戊二烯的共聚产物。以AlCl3作引发剂,氯甲烷为稀释剂,在-100下进行连续阳离子聚合。,丁基橡胶是一种性能优良的橡胶产品,具有耐侯、耐臭氧、气密性好等优点,是作为内胎(产量的四分之三)的理想材料。,30,感谢你的观看,2019年6月25,反应通式:,:阴离子活性种,一般由亲核试剂(nucleophile)提供;,活性中心是C-(碳阴离子),阴离子聚合应用比阳离子多,应用广泛。由于具有活性无終止的特点,可以制备嵌段共聚
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 离子 聚合 配位聚合 课件

链接地址:https://www.31ppt.com/p-3866852.html