高分子化学 复习课 2013-2014上.doc

高分子化学总结复习课一 高分子化学的基本问题 （一） 高分子材料分类：三大合成材料 高分子材料： 1. 通用高分子材料： 塑料橡胶纤维涂料黏合剂（四大塑料“四烯”聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯合成纤维“六纶”涤纶、 锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶合成橡胶“四胶” 顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶）2. 功能高分子材料:导电高分子、高分子半导体、光导电高分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子、生物医用高分子材料等近年发展迅速，具有特殊功能。 (二) 高分子化学研究对象高分子科学是研究高分子化合物的合成、改性、结构、性能、成型加工等内容的一门综合性科学。高分子化学是高分子科学的基础，主要研究聚合反应机理和聚合方法。学习高分子化学的目的是了解聚合反应的机理和聚合方法 ，以便合成出具有指定相对分子质量和相对分子质量分布、指定性能、能满足实际需要的高分子化合物。（三）基本概念1高分子：高分子是指由多种原子以相同的、多次重复的结构单元并主要由共价键连接起来的、通常是相对分子量为104106的化合物。2单体、结构单元、重复单元、链结、单体单元比较：n3聚合度Xn: 结构单元数目DP: 重复单元数目4齐聚物、均聚物、共聚物5末端基团（四）高分子化合物分类来源：天然高分子 半天然高分子 合成高分子主链元素组成：碳链高分子 杂链高分子 元素有机高分子性质和用途：塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂、功能高分子聚合物的结构形态： 线型聚合物：可溶可熔 支链型聚合物：可溶可熔 体型聚合物：不溶不熔，可溶胀（五）高分子化合物的命名普通命名法：聚“” 商品名：涤纶、有机玻璃、尼龙66、尼龙6 、电木.英文缩写：PE PP PS PC PVC PAA PMA PMMA PVA PVAC PET等（写出常见高分子聚合反应方程式：如PE, PP, PS, PVC, PVA, PVAc, PMA, PMMA, PET, PU, ABS树脂, SBS树脂, 环氧树脂， 尼龙6， 尼龙66，酚醛树脂等等）（六）聚合反应分类连锁聚合：存在活性中心自由基聚合 离子聚合：阳离子聚合 配位聚合逐步聚合：逐步缩合聚合：生成大分子的同时，缩出小分子 逐步加成聚合：活性聚合：阴离子聚合 等连锁聚合逐步聚合反应时间反应时间单体消耗量逐步聚合0聚合度连锁聚合活性聚合（七）聚合物的分子量及分子量分布 1分子量：数均分子量：质均分子量（重均分子量）：粘均分子量：Ni，Mi分别为i-聚体的分子数 和 相对分子质量。 值在0.50.9之间大小顺序：Mw Mv Mn2分子量分布聚合物分子量的多分散性分子量分布指数：质均分子量与数均分子量的比值，Mw / Mn Mw / Mn 分子量分布情况 1 均一分布 接近 1 (1.5 2） 分布较窄 远离 1 (20 50) 分布较宽 分子量分布曲线质量分率平均分子量掌握三种平均分子量及分子量分布的相关计算。（八）聚合物结构1高分子微结构：序列结构：首尾、首首、尾尾连接立体异构：全同立构：LLLLLLLL 或 DDDDDDDDDD 间同立构: DLDLDLDLDLDLD 无规立构: DLLLDDLDLDLLDDDL几何异构：顺反异构 聚丁二烯、聚异戊二烯等 2高分子聚集态结构晶态、非晶态、液晶态 非晶态高分子的三种状态：玻璃态，高弹态，粘流态 温度TfTg 形变玻璃态高弹态 粘流态Tg: 玻璃化温度Tf: 粘流温度 热塑料性高分子和热固性高分子（举例说明）二逐步聚合（一）常见逐步聚合反应1缩聚反应H-(OR-OR)n-OH + (2n-1) H2Ob. 聚醚化反应：二元醇与二元醇反应 n HO-R-OH + n HO-R-OHa. 聚酯反应：二元醇与二元羧酸、二元酯、二元酰氯等之间反应 n HO-R-OH + n HOOC-R-COOHH-(ORO-OCRCO)n-OH + (2n-1) H2Oc. 聚酰胺反应：二元胺与二元羧酸、二元酯、二元酰氯等反应 n H2N-R-NH2 + n ClOC-R-COCl H-(HNRNH-OCRCO)n-Cl + (2n-1) HCl2逐步加成聚合 n O=C=N-R-N=C=O + n HO-R-OH（二）线形缩聚反应机理反应程度：反应程度与平均聚合度的关系：NNX0n大分子数结构单元总数目=（三）线型缩聚动力学1不可逆自催化：外加酸催化：2平衡缩聚水未排除：水部分排除：（四）影响缩聚物聚合度因素1反应程度对聚合度的影响2缩聚平衡对聚合度的影响密闭体系 ：非密闭体系：3官能团数比 线形缩聚物聚合度的控制（五）体型缩聚1凝胶化、凝胶点的概念 2凝胶点的预测Carothers（卡洛泽斯）理论：出现凝胶化时， Carothers 认为Xn 这是其理论基础 Carothers方程：官能度计算：2mol 丙三醇 + 3mol 邻苯二甲酸f = (2x3+3x2)/(2+3) =2.41mol 丙三醇 + 5mol 邻苯二甲酸（不等量实例）f = 2(1x3)/(1+5) =1.0三 自由基聚合（一） 单体结构对不同连锁聚合机理（自由基、阳离子、阴离子聚合）的选择电子效应：取代基X : NO2 CN COOCH3 CH=CH2 C6H5 CH3 OR 自由基聚合阴离子聚合阳离子聚合空间位阻效应（二） 自由基聚合机理1 链引发（1） 引发剂 AIBN: 偶氮二异丁腈 BPO: 过氧化二苯甲酰过硫酸钾（过硫酸铵）氧化还原体系（2） 引发剂效率“诱导分解”：1、诱导分解( Induced Decomposition) 由于自由基很活泼，在聚合体系中，有可能与引发剂发生反应，原来的自由基变成稳定分子，引发剂成为新的自由基，这类自由基向引发剂的转移反应，称为诱导分解。诱导分解结果：自由基向引发剂转移的结果是自由基数没增减 徒然消耗一引发剂分子，使得引发剂效率降低。“笼蔽效应”：2、笼蔽效应(Cage Effect) 聚合体系中引发剂浓度很低，引发剂分子处于在单体或溶剂的包围中，如象关在“笼子”里一样，笼子内的引发剂分解成的初级自由基必须扩散并冲出“笼子”后，才能引发单体聚合。自由基的平均寿命很短，约10-1110-9s，分解产生的初级自由基如来不及扩散到“笼子”外面去引发单体，就可能发生一些副反应，形成稳定分子，使引发剂效率降低的现象。如偶氮二异丁腈AIBN分解产生的异丁腈自由基的再结合反应：（3） 引发剂的选择2 链增长3 链中止：偶合中止 歧化中止4 链转移：向溶剂、链转移试剂、单体、引发剂、大分子的链转移反应。 主要导致聚合度降低，聚合速率基本不变或略有降低。自由基聚合特征：慢引发、快增长、速终止（三）自由基聚合反应动力学公式推导过程（四）聚合度 动力学链长：每个初级自由基自链引发开始到活性中心真正死亡止（不论双基终止，或单基终止，但不包括链转移终止）所消耗的单体分子总数。平均聚合度（考虑链转移）：（五） 自动加速现象随转化率增加，kp/kt1/2综合值的变化：I、当转化率达到一定值后（如1520），链段重排受到障碍，活性末端甚至可能被包埋，双基终止困难，终止速率常数kt显著下降，转化率达4050时 ，kt降低可达上百倍 ；而在这一阶段转化率下，体系粘度对单体的扩散影响较小，增长速率常数kp变化不大，因此， kp/kt1/2综合值可增加近78倍，自动加速显著，且分子量也同时迅速增加。II、随转化率继续增大，体系粘度增加，单体浓度下降，体系粘度对单体的活动影响显著，增长反应也受到扩散控制，这时不仅kt继续下降， kp也开始变小，若kp/kt1/2综合值减小，则聚合总速率降低，甚至导致聚合停止；通过升高温度，可使聚合趋向更完全。离子聚合无双基终止，不会出现自动加速现象（六）阻聚和缓聚（七）活性/可控自由基聚合四.自由基共聚合（一）二元共聚物的特征 (二) 二元共聚物的组成 1. 共聚物组成方程 竞聚率：r1 = k11 / k12 ； r2 = k22 / k21=M1 M2 r1 M1 + M2 M1 + r2 M2 d M1 d M2 组成摩尔比微分方程F1 = r1 f12 + f1f2r1 f12 + 2 f1f2 + r2 f22 2. 共聚物组成曲线如理想共聚交替共聚非理想恒比共聚： 恒比点的计算非理想非恒比共聚嵌段共聚3. 共聚物组成与转化率的关系控制共聚物组成，投料方式：一次性投料、补加活性单体投料（三）竞聚率的测定和影响因素（三） 单体和自由基的活性（四） Q-e值五阳离子聚合（一） 单体异丁烯，烷基乙烯基醚（二） 引发体系1 质子酸H2SO4，H3PO4，HClO4， CF3COOH，CCl3COOH 2. Lewis酸析出质子：析出碳阳离子：（三）阳离子聚合机理 快引发，快增长，易转移，难终止（四）阳离子聚合反应动力学（五）影响阳离子聚合因素共价键 紧密离子对 被溶剂隔开的离子对 自由离子 平衡离子对1溶剂的影响溶剂的极性和溶剂化能力大，自由离子和疏松离子对的比例增加，聚合速率和分子量增大。2反离子的影响反离子的亲核性 亲核性强，易与碳阳离子结合，使链终止反离子的体积 体积大，离子对疏松，聚合速率大3温度的影响Arrhenius方程式的应用六阴离子聚合（一）单体有吸电子基团并具有pp共轭体系，能够进行阴离子聚合，如AN、MMA、硝基乙烯（二）引发体系1碱金属引发 电子间接转移引发萘钠在THF中引发苯乙烯THF（红色）（绿色）（红色） 电子直接转移引发 2有机金属化合物引发 金属氨基化合物 金属烷基化合物（三）阴离子聚合机理活性聚合：如何理解 快引发、慢增长、无终止（四）阴离子聚合反应动力学Rp = kp C M积分式：（五）离子聚合与自由基聚合特征区别七配位聚合 Ziegler-Natta (Z-N)引发剂：如TiCl3 / Al(Et)3等a -烯烃的配位阴离子聚合二烯烃的配位阴离子聚合八聚合方法（一）自由基聚合方法1本体聚合2溶液聚合3悬浮聚合4乳液聚合 乳液聚合机理：对于“ 理想体系”，即单体、乳化剂难溶于水，引发剂溶于水，聚合物溶于单体的情况单体和乳化剂在聚合前的三种状态阶段 阶段 阶段乳胶粒 不断增加 恒定 恒定胶束 直到消失 单体液滴 数目不变 直到消失 体积缩小 RP 不