高分子化学chap4聚合方法
高分子化学chap4聚合方法概要

2005. 3, Zhaoqun WANG
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特点几乎都和体系组成的简单有关
✓ 产物纯净
体系中除了因实际需要而加 入少量的助剂如色料、增塑 剂、防老剂、分子量调节剂等 之外,只有单体,产物纯度高
✓ 后处理和设备简单
聚合体系中无介质,无需分 离和介质回收等后续处理过 程,可连续或间歇生产,并直 接成型加工或挤出造粒,从而 节省能源、工艺设备简单
在高压条件下,气态的乙烯更类似于液体。产 生的聚乙烯溶解、溶胀在单体乙烯中,初期和后期 均可看作是均相体系
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聚合反应体系
管式或釜式
聚乙烯成品
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精制
单
单程转化率
体 循
分
15~20%
环 使
段
用
减 压
乙烯液体
分离
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根据聚合前体系的组成和状态
自由基聚合四大聚合方法
本体聚合 溶液聚合 悬浮聚合 乳液聚合
单体 引发剂
单体 引发剂 溶剂
单体 引发剂 分散剂
水
单体 引发剂 乳化剂
水
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1.2 均相和非均相
聚合前
本体聚合
单体本身溶 有少量的引 发剂,形成 均相体系
✓ 特别适合理论研究工作;
✓ 特别适合于合成一些特 殊用途的聚合物,如要 求具有高纯净度、高透 明度的聚合物:灯罩用 的PS,用作有机玻璃、 透镜的PMMA,用于制 备隐形眼镜的聚甲基丙 烯酸羟乙酯共聚物等
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聚合方法(高分子材料化学课件)

本体聚合(bulk polymerization)
锁
聚
溶液聚合(solution polymerization)
合
悬浮聚合(suspension polymerization)
实
施
乳液聚合(emulsion polymerization)
方
法
问题引导
❖ 四种聚合方法(聚合工艺、聚合实施方法)是哪些? ❖ 本体聚合体系的组成与特点 ❖ 溶液聚合体系的组成与特点 ❖ 悬浮聚合体系的组成与特点 ❖ 乳液聚合体系的组成与特点 ❖ 聚合机理对聚合方法的选择 ❖ 四种聚合方法比较
本体聚合
溶液聚合
悬浮聚合
乳液聚合
单体、引发剂
单体、引发剂、溶 单体、引发剂、分 单体、引发剂、乳
剂
散剂、水
化剂、水
单体内
溶剂内
单体内
胶束内
自由基聚合一般机 容易向溶剂转移,
理,聚合速度上升,聚合速率和聚合度 类似本体聚合
聚合度下降
都较低
Hale Waihona Puke 能同时提高聚合速 率和聚合度
设备简单,易制备 板材和型材,一般 间歇法生产,热不 容易导出
不良溶剂 高分子链卷曲
案例
聚丙烯腈纺丝液
聚乙烯醇
丙烯腈+丙烯酸酯+衣康酸 醋酸乙烯酯
硫氰化钠水溶液连续均相 甲醇
AIBN
AIBN
pH = 5
65℃
75~80℃
转化率60%
转化率70~75%
酸或碱性条件下醇解
脱单成纺丝液
聚乙烯醇PVA
PVA1799 纤维用(聚合度1700,醇解度98-100%) PVA1788 分散剂用(聚合度1700,醇解度88%左右)
高分子化学 chap4 课件

M1
[ [] [] ] p22
=
R22 R21 + R22
= r2
r2 M 2 M2 + M1
其中
p11 + p12 = 1,p21 + p22 = 1
( ) ( ) 形成xM1链段的概率为:
N1
=
x
p p (x−1)
11
12
−
M1单体的数均序列长度 n1 为:
− x=∞
∑ n1 = x ( N1 )x = (N1)1 + 2(N1)2 + 3(N1)3 +" x =1
×
[M1 [M2
] ]
+
1
×
[M2 [M1
] ]
+
1
=
r1 r2
× ×
[M1] [M2] [M2] [M1]
+1 +1
=
[M1 [M2
] ]
×
r1 r2
×[M1 ] + [M 2 ×[M 2 ] + [M1
] ]
⑧
令 f1等于某瞬间单体M1占单体混合物的摩尔分数,即:
f1
=1−
f2
=
[M1] [M1] + [M 2 ]
+ 2 f1
+ f2
f1 +
f2 r2
(
f2
)2
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
r1
0.1
0.1
0.1
0.5
0.2
0.8
0.2
0.2
0.2
高分子材料加工成型原理-chap4 成型中的物理化学变化

温度高,松弛快, 易取向,也易解取 向,有效取向低 必须考虑冻结取向 结构
高 分 子 材 料 成 型 加 工 原 理 匡 唐 清
三 聚合物取向的影响因素
温度对取向的影响
拉伸取向最好是在温度梯度下降的情况下进行
因聚合物拉伸过程存在热效应。沿拉伸过程形成一定的温度梯度, 以实现等温拉伸,从而获得稳定的取向. 问题: 拉伸后再重新加热,在拉伸取向方向发生较大收缩; 措施: 将拉伸制品张紧,在拉伸温度至熔点区域内某一适宜温度下处 理一段时间(通常为几秒)而后急冷至室温,可降低收缩率。 原理: 非结晶聚合物:通过热处理使已经拉伸取向的制品中的短链分 子和分子链段得到松弛,但不能扰乱主要定向部分(这取决于 热处理的温度:满足短链分子和分子链段松弛的前提下尽量 低 ); 有结晶倾向的两类聚合物:通过热处理以达到能限制分子运动 的结晶度,减少制品收缩率。
返回
高 分 子 材 料 成 型 加 工 原 理 匡 唐 清
Hale Waihona Puke 第二节 成型过程中聚合物的取向
取向: 蜷曲缠绕的大分子链段在力的作用下变为伸展与解缠 结的状态,沿受力方向取向排列。 取向分类 按熔体中大分子受力的形式与作用的性质分:
流动取向——受剪切应力作用 拉伸取向——受拉伸作用 单轴取向—沿流动方向横截面不变,熔体单方向流动 双轴取向—沿流动方向横截面有变化,熔体多方向流动
二 聚合物的拉伸取向
不同温度下的拉伸取向
Tg附近
拉应力<屈服 应力 高弹拉伸 (链段取向) 取向程度低 拉应力>屈服 应力 塑性拉伸 (分子链取向) 取向度高
Tg~Tf/Tm
Tf以上
塑性拉伸
粘流拉伸
《高分子化学》第4章 自由基共聚合

6
第四章 自由基共聚合
由一段M1链段与一段M2链段构成的嵌段共聚物, 称为AB型嵌段共聚物。如苯乙烯—丁二烯(SB)嵌 段共聚物。由两段M1链段与一段M2链段构成的嵌段 共聚物,称为ABA型嵌段共聚物。如苯乙烯—丁二 烯—苯乙烯(SBS)嵌段共聚物。由n段M1链段与n 段M2链段交替构成的嵌段共聚物,称为(AB)n型嵌 段共聚物。
1, 2-二苯乙烯也不能均聚,但能与马来酸酐共聚, 产物严格交替。
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第四章 自由基共聚合
(3)理论研究 共聚合反应可用于研究单体、自由基、阴
离子和阳离子的活性,了解单体活性与聚合 物结构之间的关系。
14
第四章 自由基共聚合
4.2 二元共聚物的组成与序列分布
4.2.1 共聚组成的特点 两种单体进行共聚时,由于化学结构不同,反应
R iM1
k
21[M
. 2
][M
1
]
k12
[M1.
][M
2
]
R
t11
R t12
0
d[M
. 2
]
dt
R iM2
k
12
[M
. 1
][M
2
]
k
21[M
. 2
][M
1
]
R
t22
R t12
0
(4—4) (4—5)
因为自由基总浓度不变,即
R iM1 R t11 R t12 0 R iM2 R t22 R t12 0
W2
W1 r1KW1 W2
dW2
W2
r2 W2
W1
m2 m1
W2 r2W2 KW1
(4—15)
K m2
高分子化学课件聚合方法

高分子化学课件聚合方法一、教学内容本节课选自《高分子化学》教材第四章,主题为聚合方法。
详细内容涵盖了自由基聚合、离子聚合、配位聚合以及聚合反应机理等。
二、教学目标1. 理解并掌握不同类型的聚合方法及反应机理;2. 学会分析各种聚合方法的优缺点,并能根据实际需求选择合适的聚合方法;3. 能够运用所学知识,设计简单的聚合反应实验。
三、教学难点与重点教学难点:聚合反应机理的理解,不同聚合方法的优缺点分析。
教学重点:自由基聚合、离子聚合、配位聚合的基本原理及其应用。
四、教具与学具准备1. 教具:PPT课件、黑板、粉笔;五、教学过程1. 实践情景引入(5分钟):展示一些生活中常见的高分子材料,如塑料、橡胶等,让学生思考这些材料的制备过程,从而引出聚合方法这一主题。
2. 自由基聚合讲解(15分钟):介绍自由基聚合的基本原理,通过例题讲解,让学生掌握自由基聚合的反应机理。
3. 离子聚合与配位聚合讲解(15分钟):分别介绍离子聚合和配位聚合的原理,对比分析这两种方法与自由基聚合的优缺点。
4. 随堂练习(10分钟):布置一些有关聚合方法的习题,让学生及时巩固所学知识。
5. 聚合反应实验设计(5分钟):引导学生运用所学知识,设计简单的聚合反应实验。
六、板书设计1. 自由基聚合反应机理:链式反应,自由基的、增长、终止2. 离子聚合反应机理:离子活性中心的形成、活性中心的转移、链增长3. 配位聚合反应机理:金属活性中心的形成、活性中心的转移、链增长七、作业设计1. 作业题目:(1)简述自由基聚合、离子聚合、配位聚合的原理及其优缺点。
(2)设计一个自由基聚合反应实验,并说明实验原理。
2. 答案:(1)略(2)实验设计示例:以苯乙烯为原料,过氧化苯甲酰为引发剂,进行自由基聚合反应。
实验原理:苯乙烯在引发剂的作用下,自由基,自由基进一步引发苯乙烯分子,形成长链聚合物。
八、课后反思及拓展延伸1. 课后反思:本节课学生对聚合方法的理解程度,以及对聚合反应机理的掌握情况。
高分子化学第4章聚合方法

2. 影响悬浮聚合物颗粒大小和形态的因素 单体种类等; 搅拌强度(一般强度越大,颗粒越细); 分散剂种类和浓度; 水与单体比例(水油比); 聚合温度; 引发剂种类和数量;
一般粒径在:0.05~2mm
3. 分散剂(dispersant):
起分散作用使液滴稳定的物质。是一种能将油溶性单体 分散在水中形成稳定悬浮液的物质。
Xn
k p M •
N
ρ:自由基生成速率或体系中总的引发速率,个/mol。
Xn N,M
4. 3 乳胶粒数(particle number)N
N
k
u
2
/
5
(as
S)3/5
u:聚合物乳胶粒体积增加速率; k:常数,其值为0.37~0.53;
as S 是乳化剂总的表面积。as 是一个乳化剂分子的表面积,S 是体系中乳化剂的总浓度
关键:溶剂的选择。 溶剂对聚合物活性的影响 溶剂不直接参加反应,但溶剂导致笼蔽效应使引发效率f 降低。 溶剂的加入降低了单体浓度 [ M],使聚合速率Rp降低。 链自由基向溶剂链转移的结果使分子量降低。 溶剂对聚合物的溶解性能及凝胶效应的影响 选用良溶剂时,有可能消除凝胶效应(gel effect),而选用 沉淀剂时, 凝胶效应显著,劣溶剂的影响介于两者之间。
4.1 引言(introduction)
聚合物生产实施的方法,称为聚合方法。
本体聚合 溶液聚合 乳液聚合 悬浮聚合
间歇聚合 连续聚合 半连续聚合
操 作 方 式
反应物的状态 聚合方法
单 体 形 态
气相聚合 固相聚合
溶解性
均相聚合 非均相聚合
沉淀聚合
沉淀聚合
均相聚合
考研复习 高分子化学课件第四章 聚合方法

第四章 聚合方法
4.3 溶液聚合
4.3.1 自由基溶液聚合 4.3.1.1 自由基溶液聚合的特点 优点: 体系粘度低, 混合和传热容易, 温度易控制, 较少凝 胶效应。 缺点: 聚合速率低,设备利用率低,链转移使分子量低, 需溶剂回收。 多用于聚合物溶液直接使用场合,如油漆、粘合剂、涂 料、合成纤维纺丝液等。
23
第四章 聚合方法
优点 (1)以水为分散介质,粘度低,传热快; (2)聚合速率快,分子量高,可在低温聚合; (3)在直接使用乳液的场合较方便,如乳胶漆,胶粘剂,织 物处理剂等。 缺点 (1)需要固体产物时,后处理复杂(破乳、洗涤、脱水、干 燥等); (2)有残留乳化剂,对性能有影响。 应用 PVC糊用树脂,苯丙乳胶漆,PVAc胶粘剂
均相体系
悬浮聚合
非均相体系 乳液聚合
苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯
苯乙烯、丁二烯、丙烯酸酯
氯乙烯
氯乙烯
2
第四章 聚合方法
表4—2 自由基聚合实施方法比较
实施方法
配方主要成分 聚合场所
本体聚合
单体、引发剂 单体内 自由基聚合一般机 理,聚合速度上升 聚合度下降 设备简单,易制备 板材和型材,一般 间歇法生产,热不 容易导出 聚合物纯净。分子 量分布较宽
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第四章 聚合方法
例二. 醋酸乙烯酯溶液聚合
以甲醇为溶剂, AIBN为引发剂, 65℃聚合, 转化率60%。 过高会引起链转移,导致支链。 聚醋酸乙烯酯的Tg = 28℃,有较好的粘结性。固体物冷 流性较大 。 在酸性或碱性条件下醇解可得到聚乙烯醇。用作合成纤 维时,聚合度1700,醇解度98%~100%(1799);用作分 散剂和织物助剂时,聚合度1700,醇解度88%左右(1788)。
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CH2 ~~~CH2 CH2 CH
H CHCH2 CH3
CH2
CH2
分子内的链转移
支链
分子间的链转移
•
~~~CH2 CH2 CH2 + ~~~CH2CH2CH2CH2~~~
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~~~CH2 CH2 CH3 +
•
~~~CH2CHCH2CH2~~~
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2.2 溶液聚合及其特点
随着聚合的进行,体系会因聚合物在溶剂中溶解性的不同而 变为均相或非均相体系。可根据需要,选择聚合物的良溶剂或 非良溶剂,控制聚合体系最终的相态
特点几乎都因使用了溶剂而凸显
✓ 聚合速率低
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根据聚合前体系的组成和状态
自由基聚合四大聚合方法
本体聚合 溶液聚合 悬浮聚合 乳液聚合
单体 引发剂
单体 引发剂 溶剂
单体 引发剂 分散剂
水
单体 引发剂 乳化剂
水
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1.2 均相和非均相
聚合前
本体聚合
单体本身溶 有少量的引 发剂,形成 均相体系
聚乙烯熔体 挤出、冷却、切粒
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~~~CH2 CH2 CH2
•
CH2
转移
•
~~~CH2 CH2 CH
也可能发生
CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH3 CH2
在这两个C上
聚乙烯的分子内
CH2 CH2
CH3
尾咬链转移反应
C• H2
CH2 ~~~CH2 CH2 CH2
C• HCH2CH3
转移
非均 均相 相
聚合后 由于出现新的组分大分 子,体系变得复杂
溶液聚合
根据聚合物 在溶剂中的 溶解性能
悬浮聚合
根据小液滴 中的聚合物 在单体中的 溶解性能
乳液聚合
聚合体系和 聚合过程复 杂,主要为 非均相特征
非均
非均
非
均相
均相
均
相
相
相
非均相聚合
沉淀聚合
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均相聚合
溶液聚合
将单体和引 发剂溶于溶 剂中,形成 均相体系
悬浮聚合
单体和引发 剂在分散剂 的帮助下以 液滴悬浮于 水中,形成 非均相体系
乳液聚合
单体、引发 剂及乳化剂 与水一起形 成乳液,成 为复杂的非 均相体系
均相体系
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非均相体系
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本体聚合
根据聚合物 在单体中的 溶解性能
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特点几乎都和体系组成的简单有关
✓ 产物纯净
体系中除了因实际需要而加 入少量的助剂如色料、增塑 剂、防老剂、分子量调节剂等 之外,只有单体,产物纯度高
✓ 后处理和设备简单
聚合体系中无介质,无需分 离和介质回收等后续处理过 程,可连续或间歇生产,并直 接成型加工或挤出造粒,从而 节省能源、工艺设备简单
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散热的解决方法
为解决散热困难的关键问题,工业上一般采用两段法,第一 阶段在较大的反应器中进行转化率较低(如10% ~ 40%)的聚 合;第二阶段,转化率较高时采用提高散热面积、减小体系粘 度或放慢聚合速率等手段以及时排热。
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例:乙烯的高压连续本体聚合
(PMMA),他们能溶于单体中,体系一直能保持均相
✓ 非均相聚合如聚氯乙烯(PVC),在聚合中PVC不断从单
体中析出而沉淀下来,形成非均相体系
✓ 如果气态和固态的单体在一定条件下也能聚合的话,按
照定义,应属于本体聚合的一种,可以分别称为气相聚 合和固相聚合。由于所得聚合物将必定和单体产生相分 离,所以气相聚合和固相聚合肯定为非均相聚合
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2. 四大聚合方法及其特点
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2.1 本体聚合及其特点
聚合前是引发剂溶于单体中的均相体系,随着聚合的进行, 体系会因聚合物在单体中溶解性的不同而变为均相或非均相体 系
✓ 均 相 聚 合 如 聚 苯 乙 烯 ( PS)、 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯
热力学
聚合热 = 96 kJ/mol 有强烈聚合倾向
动力学
✓ 高压、高温 ✓ 采用特殊的引发体系
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高温 180 ~ 200 ºC
引发剂
采用5 ~ 300 ppm的微量氧。氧与乙烯先形成过 氧化物或过氧化氢物,在高温条件下,分解成自由 基
高压
120 ~ 300 MPa
✓ 散热难
单体浓度高
体系粘度高
聚合速率高
自加速现象明显
聚合热
kp 散热难
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温度高
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散热的重要性
特别在高转化率时,体系将出现散热困难,温度难 以控制。如果不能及时排除产生的反应热则可能影响反 应历程和最终聚合物的性能(分子量分布、力学性能 等)。因此生产中的关键问题是聚合反应热的及时排除
《高分子化学》之
第四章 自由基聚合实施方法
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1. 引 言
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1.1 聚合反应的实现
在前面的自由基聚合和共聚中,我们只是围绕聚合速率、 聚合度、分子量分布及共聚组成等,从理论上研讨而得到聚 合反应的一般性规律,这些研究都是在简化反应体系的前提 下进行的,如,整个体系在溶液状态下,或者没有溶剂的本 体中进行。
✓ 特别适合理论研究工作;
✓ 特别适合于合成一些特 殊用途的聚合物,如要 求具有高纯净度、高透 明度的聚合物:灯罩用 的PS,用作有机玻璃、 透镜的PMMA,用于制 备隐形眼镜的聚甲基丙 烯酸羟乙酯共聚物等
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✓ 聚合速率高
R = kp[M] [M•]
在高压条件下,气态的乙烯更类似于液体。产 生的聚乙烯溶解、溶胀在单体乙烯中,初期和后期 均可看作是均相体系
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聚合反应体系
管式或釜式
聚乙烯成品
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精制
单
单程转化率
体 循
分
15~20%
环 使
段
用
减 压
乙烯液体
分离
聚合反应的实现
自由基聚合反应具体实施起来还可能根据需要加入其他的 组分,采用不同的实施方法;
实施方法和体系状态的不同可能出现一些特殊的现象,甚 至得到不同性能的产物;
同时考虑到聚合时的实际问题,如散热等因素也会由于体 系的不同而对聚合产生不同的影响,这些都值得去研究
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