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。
链转移剂(Chain Transfer Agent):聚合物生产过程中人为地加入的一种自由基能够向其转移的试剂,用于调节聚合物分子量。常用的链转移剂有脂肪族硫醇等。
自由基捕捉剂(Radical Catcher):指1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)和FeCl3这两种高效阻聚剂,它们能够化学计量的1对1消灭自由基。
自由基寿命(Radical Lifetime):指自由基从产生到终止所经历的时间,可由稳态时的自由基浓度与自由基消失速率相除求得。??[M]?,其测定方法有两种:①在光照开始或光灭以后的非稳2ktRpkp态阶段进行。②利用光间断照射的假稳态阶段进行。 3.6 阻聚和缓聚
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。
缓聚剂(Retarder):能够使一部分自由基终止,聚合减慢的试剂。通常不出现诱导期。 阻聚常数(Inhibition Constant):阻聚反应速率常数与增长速率常数的比值称为阻聚常数,可用来衡量阻聚效率。
烯丙基型单体的自动阻聚作用:由于链自由基容易发生向单体转移而生成稳定的烯丙基自由基,因此只能得到低聚物。
3.7 相对分子质量控制、分布及影响因素 1. 相对分子质量控制及影响因素
影响聚合度的因素包括:①单体纯度和浓度,提高单体浓度能够同时提高聚合反应速率和聚合度;提高单体浓度有利于减轻各种链转移反应对聚合度的负面影响。因此,如果希望得到尽可能高的聚合度,必须选择除单体和引发剂以外不加任何溶剂的本体聚合或悬浮聚合方法,以保证尽可能高的单体浓度。②引发剂活性和浓度,如果希望得到尽可能高的聚合度,必须控制较低的引发剂浓度。不过如果引发剂尝试太低可能使聚合反应速率太慢甚至不能进行。除此之外,选择不容易发生诱导分解的引发剂(如AIBN)对于提高聚合度是有利的。③温度,聚合度一般随着温度升高而降低。温度对大分子微观结构的影响:(a)温度升高有利于支链的生成。(b)温度升高有利于大分子链上结构单元的头-头连接。(c)温度升高有利于顺式异构体的生成。(d)降低温度有
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利于稳定性较好的间同立构结构单元的生成。④聚合反应方法。 2. 相对分子量分布
成键几率:是增长速率与增长和终止速度和之比(无链转移时)。
p?RpRp?RtRtRp?Rix?1?kp[M]kp[M]?(2ktRi)?(2ktRi)1/2 (成键概率)1/21/2
(终止或不成键概率)1?p?kp[M]?(2ktRi)2Nx?npWxW(1?p),(1?p)11?p2?xpnNx?1Xn?Xw??2 (歧化终止)
1?pXw/Xn?1?p?2Nx?nxpWxW?12x?2(1?p) (x个聚体, x?22WxW为质量分布指数)xp22(1?p)3Xn?Xw?1?p31?p (偶合终止)
Xw/Xn?1.5活性种(Reactive Species):打开单体的π键,使链引发和增长的物质,活性种可以是自由基,也可以是阳离子和阴离子。
均裂(Homolysis):化合物共价键的断裂形式,均裂的结果,共价键上一对电子分属两个基团,使每个基团带有一个独电子,这个带独电子的基团呈中性,称为自由基。
异裂(Heterolysis):化合物共价键的断裂形式,异裂的结果,共价键上一对电子全部归属于其中一个基团,这个基团形成阴离子,而另一缺电子的基团,称为阳离子。 自由基聚合(Radical Polymerization):以自由基作为活性中心的连锁聚合。 离子聚合(Ionic Polymerization):活性中心为阴、阳离子的连锁聚合。 阳离子聚合(Cationic Polymerization):以阳离子作为活性中心的连锁聚合。
阴离子聚合(Anionic Polymerization):以阳离子作为活性中心的连锁聚合。带有供电基团(如烷氧基、
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烷基、苯基、乙烯基等),使碳-碳双键电子云密度增加,有利于阳离的进攻和结合.而腈基和羰基(醛、酮、酸、酯)等吸电子基团使双键电子云密度降低,并使阴离子增长种共轭稳定,故有利于阴离子聚合。
转化率(Conversion):单体转化为聚合物的分率,等于转化为聚合物的单体量比去用去单体总量。 聚合动力学(Kinetics of Polymerization):指聚合速率、分子量与引发剂浓度、单体浓度、聚合温度等因素间的定量关系。
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第四章 聚合方法
自由基聚合实施方法(Process of Radical Polymerization):主要有本体聚合,溶液聚合,乳液聚合,悬浮聚合四种。
离子聚合实施方法(Process of Ionic Polymerization):主要有溶液聚合,淤浆聚合。
逐步聚合实施方法(Process of Step-polymerization):主要有熔融聚合,溶液聚合,界面聚合。 4.1本体聚合
本体聚合(Bulk Polymerization):本体聚合是指不加其他介质,仅有单体本身和少量引发剂(或不加)的聚合。本方法的优点是:产物无杂质、纯度高、聚合设备简单。缺点是本体聚合体系粘度大、散热不易,轻则造成局部过热,使相对分子质量分布变宽,最后影响到聚合物的机械强度,重则温度失控,引起爆聚。
应对措施:①均聚速率较低的单体(如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯)宜采用本体聚合,而均聚速
率较高的单体(如乙酸乙烯酯)不宜采用本体聚合。②采用两阶段聚合:第一阶段预聚合,保持较低转化率,如10~35%不等,可在普通的反应釜中进行。第二阶段转化率和粘度较高,可进行薄层聚合或在特殊设计的反应器内聚保。
均相本体聚合:如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙酯等生成的聚合物能溶于各自的单体中,形成均相。
非均相本体聚合:又叫沉淀聚合,如氯乙烯、丙烯腈等生成的聚合物不能溶于各自的单体,在聚合过程中会不断析出。 4.2悬浮聚合
悬浮聚合(Suspension Polymerization):悬浮聚合一般是单体以液滴状悬浮在水中的聚合,体系主要由单体、水、油溶性引发剂、分散剂四部分组成。溶有引发剂的一个单体小液滴就相当本体聚合的一个小单元。优点:①体系粘度低,散热和温度控制比较容易。②产物相对分子质量高于溶液聚合而与本体聚合接近,其相对分子质量分布较本体聚合窄。③聚合物纯净度高于溶液聚合而稍低于体体聚合,杂技含量比乳液聚合产品中的少。④后处理工序比溶液聚合、乳液聚合简单,生产成本较低,粒状树脂可以直接用来加工。缺点:①必须使用分散剂,且在聚合完成后,分散剂很难从聚合产物中除去,会影响聚合产物的性能。②设备利用率较低。悬浮剂分类:①水溶性有机高分子,
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