逐步聚合的基本概念汇总
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逐步聚合实施方法
员工培训与参与
1 2
提供培训和支持
为员工提供必要的培训和支持，帮助他们掌握逐 步聚合实施所需的知识和技能。
鼓励员工参与
通过激励机制和奖励措施，鼓励员工积极参与逐 步聚合实施过程，提出改进建议和意见。
3
培养员工意识和能力
通过培训和宣传，提高员工对逐步聚合实施的认 识和理解，培养他们的创新意识和能力。
企业应对策略建议
加强技术创新
企业应注重技术创新，积极引 进和研发新技术，提高生产效
率和产品竞争力。
推动绿色发展
企业应积极响应环保政策，推 动绿色生产，降低能耗和排放 ，提高资源利用效率。
加强供应链管理
企业应优化供应链管理，提高 供应链透明度和协同效率，降 低运营成本和风险。
关注政策变化
企业应密切关注政策变化，及 时调整战略和业务模式，以适
应市场需求和政策要求。
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制定详细计划
分析现状
对现有系统或流程进行全面分析，了解存在的问题和瓶颈。
设计聚合方案
根据目标和原则，制定详细的聚合方案，包括技术选型、系统架 构、数据迁移等。
制定实施计划
将聚合方案细化为可执行的实施计划，明确时间节点、责任人、 所需资源等。
逐步实施与监控
按计划实施
按照实施计划逐步推进聚合工作，确保每一步都符合预期目 标和原则。
作提供参考。
03
关键成功因素
领导层的支持与推动
制定明确的愿景和战略
领导层需要明确公司的长期目标和短期目标，以及实现这些目标 所需的策略和行动计划。
提供资源和支持
领导层应确保逐步聚合实施所需的资源得到合理分配，包括人力、 物力、财力和时间等。
第二章逐步聚合(stepwisepolymerization).
K HA [ H ][ A ] [ HA}
k1k3 Rp [COOH ][OH ][H ] k0 [COOH ][OH ][H ] k2 K HA
Rp k0 [COOH][OH ][H ]
(1) 自催化聚合（体系中的羧酸单体起自催化作用）
Rp k0 [COOH][OH ][H ]
聚合度
1 Xn 1 P
K Co P nw
公式成立条件： 两种官能团等摩 尔比反应
重点内容：
1、基本概念：官能团等活性、官能团、官能度、反应程度
2、逐步聚合反应的分类 3、逐步聚合反应的特点 4、封闭体系、开放体系聚合度的计算
作业：名词解释 均缩聚、混缩聚、共缩聚、反应程度、不可逆平衡反应、 可逆平衡反应、封闭体系、开放体系
将等摩尔比的乙二醇和对苯二甲酸于280℃下 进行缩聚反应，已知K=4.9,问：
（1）估算最大聚合度
（2）如何提高聚合度 （3）如要达到聚合度为20，体系的反应程度为 多少？若初始单体浓度为2mol/L，残存的水量是 多少？
§2.4
线形逐步聚合反应聚合度的控制
1、影响线形逐步聚合反应聚合度的因素 （1）官能团等摩尔比反应 反应程度 Xn = 1 /（1－P）
及时排出水，k4, k6 = 0
另外，k1, k2, k5 > k3
d [COOH ] d [ C (OH ) 3 ] Rp k 3 [ C (OH ) 2 ][OH ] dt dt
[ C (OH ) 2 ]
k1 [COOH ][HA] k2 [ A ]
k1k3 [COOH ][OH ][HA] Rp k2 [ A ]
线形缩聚
k1k3 Rp [COOH ][OH ][H ] k0 [COOH ][OH ][H ] k2 K HA
Rp k0 [COOH][OH ][H ]
(1) 自催化聚合（体系中的羧酸单体起自催化作用）
Rp k0 [COOH][OH ][H ]
聚合度
1 Xn 1 P
K Co P nw
公式成立条件： 两种官能团等摩 尔比反应
重点内容：
1、基本概念：官能团等活性、官能团、官能度、反应程度
2、逐步聚合反应的分类 3、逐步聚合反应的特点 4、封闭体系、开放体系聚合度的计算
作业：名词解释 均缩聚、混缩聚、共缩聚、反应程度、不可逆平衡反应、 可逆平衡反应、封闭体系、开放体系
将等摩尔比的乙二醇和对苯二甲酸于280℃下 进行缩聚反应，已知K=4.9,问：
（1）估算最大聚合度
（2）如何提高聚合度 （3）如要达到聚合度为20，体系的反应程度为 多少？若初始单体浓度为2mol/L，残存的水量是 多少？
§2.4
线形逐步聚合反应聚合度的控制
1、影响线形逐步聚合反应聚合度的因素 （1）官能团等摩尔比反应 反应程度 Xn = 1 /（1－P）
及时排出水，k4, k6 = 0
另外，k1, k2, k5 > k3
d [COOH ] d [ C (OH ) 3 ] Rp k 3 [ C (OH ) 2 ][OH ] dt dt
[ C (OH ) 2 ]
k1 [COOH ][HA] k2 [ A ]
k1k3 [COOH ][OH ][HA] Rp k2 [ A ]
线形缩聚
高分子第7章 逐步聚合1
3) 著名的聚酯涤纶:
7.3 线型缩聚反应的机理
7.3.1. 线型缩聚与成环倾向
缩聚
1、成环反应可以看作为线型缩聚的副反应：环化物
成环
缩聚物
• 2-2，或2官能度体系是线型缩聚的必要条件，但不是充分条件， 还必须考虑成环倾向。 2、 热力学和动力学因素分析成环稳定性结论： 1）五、六元环最稳定，不易形成线型聚合物。 2）三、四、八~十一元环都不稳定，难以成环，易形成线型聚合物。 3）七元环有一定的稳定性，但以线型聚合物为主，伴有少量环状物， 两者构成平衡。 4）十二元以上的成环倾向与七元环相近，但实际较少遇到。 即，3，4，8~1 1< 7，12 < 5，6
例如，羟基酸
合成聚酯。
1） n=1时，双分子缩合，形成六元环：
2） HOCH2CH2COOH CH2=CHCOOH + H2O CH2 CH2 CH2
3）n=3、4 时，分子内缩合，形成较稳定的五、六元环内酯： CH2 HOCH2CH2CH2COOH CH2 CH2 4）n = >5 时，则主要形成线型聚合物： 羧基酸、
回 顾：转化率 C 的概念 某时刻的转化率是指转变成聚合物的单体占起始单体量的百分率：
C =（M0 -M）/ M0
注意：转化率的概念在逐步聚合反应中无意义；必须用反应程 度来描述反应的深度。
（1） 反应程度的概念：
t =0
t
N0
N
N0
N 体系中的分子数 体系中的OH数 体系中的COOH数
0
N0 - N
二聚体
2）二聚体同二元醇、二元酸或二聚体进一步反应，形成三聚体、四聚体；
二聚体 二元醇
二元酸 二聚体
二聚体
2.逐步聚合
3）2-2-3体系 NAfA+ NCfC=0.99×3+0.002×2=2.974 < NBfB=1.5×2=3
2( N A f A N C f C ) 2(0.99 3 0.002 2) f 2.387 1.5 0.99 0.002 N A N B NC
n HOOC(CH2)4COOH + nH2N(CH2)6NH2
OC(CH2)4CONH(CH2)6NH
n HOOC
n
+ (2n-1)H2O
COOH + n HO(CH2)2OH
O C COO(CH2)2O n + (2n-1)H2O
温州大学
高分子化学
2.2 缩聚反应
共缩聚：
在均缩聚中加入第二种单体进行的缩聚反应。
2.2 缩聚反应
1-2体系
HOCH2CH2OH +CH3COOH
CH3COOCH2CH2OOCCH3
1-3体系
CH2OH CH3COOH + CHOH CH2OH
CH2OCOCH3 CHOCOCH3 CH2OCOCH3
1-n官能度体系只能得到低分子化合物
2.2 缩聚反应
2）2-2官能度体系 每个单体都有两个相同的官能团，常用aRa、bRb 或A-A、B-B表示。如二元酸与二元醇或二元胺等
温州大学
高分子化学
2.2 缩聚反应
因此能形成5、6元环的双官能团单体进行反应时 以成环为主，无法进行缩聚生成高分子，如：
HO(CH2)3COOH 4-羟基丁酸 HO(CH2)4COOH 5-羟基戊酸
O C CH2 H2C CH2
5元环
NH2(CH2)3COOH 4-氨基丁酸
2( N A f A N C f C ) 2(0.99 3 0.002 2) f 2.387 1.5 0.99 0.002 N A N B NC
n HOOC(CH2)4COOH + nH2N(CH2)6NH2
OC(CH2)4CONH(CH2)6NH
n HOOC
n
+ (2n-1)H2O
COOH + n HO(CH2)2OH
O C COO(CH2)2O n + (2n-1)H2O
温州大学
高分子化学
2.2 缩聚反应
共缩聚：
在均缩聚中加入第二种单体进行的缩聚反应。
2.2 缩聚反应
1-2体系
HOCH2CH2OH +CH3COOH
CH3COOCH2CH2OOCCH3
1-3体系
CH2OH CH3COOH + CHOH CH2OH
CH2OCOCH3 CHOCOCH3 CH2OCOCH3
1-n官能度体系只能得到低分子化合物
2.2 缩聚反应
2）2-2官能度体系 每个单体都有两个相同的官能团，常用aRa、bRb 或A-A、B-B表示。如二元酸与二元醇或二元胺等
温州大学
高分子化学
2.2 缩聚反应
因此能形成5、6元环的双官能团单体进行反应时 以成环为主，无法进行缩聚生成高分子，如：
HO(CH2)3COOH 4-羟基丁酸 HO(CH2)4COOH 5-羟基戊酸
O C CH2 H2C CH2
5元环
NH2(CH2)3COOH 4-氨基丁酸
高分子化学 潘祖仁 第二章 缩聚和逐步聚合
28
2.4
线形缩聚动力学
2.4.1 官能团等活性概念
与连锁聚合中活性中心等活性概念相同，逐步聚合中的 官能团同样可看作等活性的，由此可简化动力学方程。 实验表明，二元官能度单体在分子量很小时，活性随分 子量增加而降低，但达到一定分子量后活性趋于恒定。因 此官能团等活性概念成立。
活性中心等活性概念是高分子化学的基本思想
O H [ O C R O H [ NH R'' NH C R''' O C O R' ] n [ O O C ] p [ NH R'' NH O C R O C O O C R''' R' ] m OH O C ] q OH
聚酯
聚酰胺
O H [ O C R
O C O O R' ] n [ NH O R''' C ]p[ O R'' NH O C R
聚对二次甲基苯
CH2N2
重氮甲烷
N2
[ CH2 ] n
聚乙烯
2
2.1.2
逐步聚合的类型
逐步聚合反应主要有两大类：缩合聚合和逐步加成聚合 （1）缩聚反应 例：聚酯反应：二元醇与二元羧酸、二元酯、二元酰氯 等之间的反应。
n HO-R-OH + n HOOC-R’-COOH H-(ORO-OCR’CO)n-OH + (2n-1) H2O
O C R''' O C O
O C ] q OH
交换
H [ NH
R''
NH
C
R' ] m OH
27
2.3.4 逐步聚合与连锁聚合的比较
2.4
线形缩聚动力学
2.4.1 官能团等活性概念
与连锁聚合中活性中心等活性概念相同，逐步聚合中的 官能团同样可看作等活性的，由此可简化动力学方程。 实验表明，二元官能度单体在分子量很小时，活性随分 子量增加而降低，但达到一定分子量后活性趋于恒定。因 此官能团等活性概念成立。
活性中心等活性概念是高分子化学的基本思想
O H [ O C R O H [ NH R'' NH C R''' O C O R' ] n [ O O C ] p [ NH R'' NH O C R O C O O C R''' R' ] m OH O C ] q OH
聚酯
聚酰胺
O H [ O C R
O C O O R' ] n [ NH O R''' C ]p[ O R'' NH O C R
聚对二次甲基苯
CH2N2
重氮甲烷
N2
[ CH2 ] n
聚乙烯
2
2.1.2
逐步聚合的类型
逐步聚合反应主要有两大类：缩合聚合和逐步加成聚合 （1）缩聚反应 例：聚酯反应：二元醇与二元羧酸、二元酯、二元酰氯 等之间的反应。
n HO-R-OH + n HOOC-R’-COOH H-(ORO-OCR’CO)n-OH + (2n-1) H2O
O C R''' O C O
O C ] q OH
交换
H [ NH
R''
NH
C
R' ] m OH
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2.3.4 逐步聚合与连锁聚合的比较
第二章逐步聚合(stepwisepolymerization)分解
反应进度描述
a. 转化率无意义 b. 反应程度P：参加反应的官能团数/起始官能团数
Xn = 1/(1-P)
（2）大分子生长终止 热力学特征：平衡常数，粘度
动力学限制
a. 用单官能团封端 b. 副反应 ① 环化反应（聚合初期） 羟基酸HO(CH2)nCOOH 措施: 提高单体浓度, 降低反应温度, 利于线型聚合 ② 官能团消去反应（聚合中后期） ③ 化学降解反应（聚合中后期）(缩合反应的逆反应) ④ 链交换反应（聚合中后期）（不影响Mn，且利于Mn均 匀化）
b.
官能团位置
H2C OH
H
OH
HC OH H2C OH
H
H
§2.2
逐步聚合反应机理
单体+单体 单体+二聚体 单体+二聚体 反应速率 R1 平衡常数K1 R2 R3 R4 Rn K2 K3 K4 Kn
aAa+bBbaABb+ab aABb+ aAaaABAa+ab aABb+ bBb bBABb+ab ……
不平衡线形逐步聚合
非线形逐步聚合
2、逐步聚合反应的单体 （1） 单体的官能团与官能度 官能团：参与反应并表征反应类型的原子（团） 官能度：单体分子中反应点的数目叫做单体官能度（f ), 一般就等于单体所含功能基的数目。
官能团的数目和位置：
OH
酸性
+
HCHO
碱性
（2） 单体的反应能力 a. 官能团种类 酰氯 > 酸酐 > 酸 > 醚或酯
+
HOOC
O O R' C
COOH
H2N
R
NH2
+
逐步聚合的基本概念汇总
聚醚化反应：二元醇与二元醇反应，
n HO-R-OH + n HO-R’-OH H-(OR-OR’)n-OH + (2n-1) H2O
3
第三节 逐步聚合反应
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-OCR’CO)n-Cl + (2n-1) HCl
缩聚反应常用的官能团：—OH、—COOH、 —NH2、—COX（酰卤）、—COOR（酯基）、 —OCOCO—（酸酐）、—H、—X、—SO3H、 —SO2Cl等。
16
第三节 逐步聚合反应
基本特征： （1）聚合反应是通过单体功能基之间的反应逐步进行的； （2）每步反应的机理相同，因而反应速率和活化能相同； （3）反应体系始终由单体和分子量递增的一系列中间产物 组成，单体及任何中间产物两分子间都能发生反应； （4）聚合产物的分子量是逐步增大的， （5）反应中有小分子脱出。
11
第三节 逐步聚合反应
2 缩聚反应
2.1 缩合反应
在有机化学中，典型的缩合反应如醋酸和乙醇的酯化 反应。除了得到主产物醋酸乙酯外，还有副产物水。
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O
反应物分子中能参与反应的官能团数称为官能度。醋 酸和乙醇中都只有一个能参与反应的官能团，因此都是单 官能团物质。上述体系称为1—1官能度体系。
5
第三节 逐步聚合反应
Diels-Alder加成聚合：单体含一对共轭双键，如：
+
与缩聚反应不同，逐步加成聚合反应没有小分 子副产物生成。
6
第三节 逐步聚合反应
逐步聚合实施方法
⑴ 原料来源
光气法合成PC的原料是双酚A和光气。
①双酚A的制备
双酚A由苯酚和丙酮经H2SO4脱水缩合而成。
O
CH3
2
OH + CH3 C CH3 H2SO4 HO
C
OH + H2O
CH3
②光气制备 光气由CO和Cl2在活性碳作用下反应而得。 O
CO + Cl2 15活0℃性~2炭10℃Cl C Cl
在机械制造方面可做各种齿轮、蜗轮、蜗杆、齿条、凸轮、 轴、轴承、滑轮、铰链等；汽车的气化器部件、润滑油输油管、 冷却装置、零件等； 在电器绝缘方面,可做电话交换器零件、信号用继电器、风 扇部件、仪表壳、电视机外壳等； 在航空工业上, PC是宇航工业不可缺少的材料,尤其是不燃 性PC。 以美国超音速客机波音747为例,其有2500个零部件用PC制 造,每架飞机上共用PC近两吨；在光学照明方面,其透光率接近 PMMA,它可用作大型灯罩信号灯、防爆灯、高温透镜和视镜防 护玻璃等。 其它方面的应用,由于PC的抗冲击性能好,可制造安全帽、 纱管、高压蒸气下消毒的医疗手术器械。近年来,在建筑上用来 做中空带筋的双壁板,温室的玻璃等。
⑷ 视具体情况加热、减压,并且采用高效搅拌,使小分子及 时从反应区域移除。
最高温度不能超过300℃，最低压力由设备的气密性决定。 ⒊ 熔融缩聚的特点 ⑴ 优点
① 体系中组分少,设备利用率高,生产能力大。
② 反应设备比较简单,产品比较纯净,不需后处理, 可直接用 于抽丝、切拉、干燥、包装。
⑵ 缺点 ①要求生产高相对分子质量的聚合物时有困难。根据缩聚 平衡方程式 ,要求Xn提高,必须降低 x(H2O),这就要求复杂的真空 系统,而且要求设备的气密性非常好,一般不易做到。 ②要求官能团物质的量严格,条件比较苛刻。 ③长时间高温加热会引起氧化降解等副反应,对缩聚物相对 分子质量和缩聚物的质量有影响。 ④当聚合物熔点(Tm)不超过300℃时,才能考虑采用熔融缩 聚。因而,熔融缩聚不适宜制备耐热聚合物。
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12
第三节 逐步聚合反应
单官能度的丁醇和二官能度的邻苯二甲酸酐进行酯化反 应，产物为低分子邻苯二甲酸二丁酯，副产物为水。 单官能度的醋酸与三官能度的甘油进行酯化反应，产物 为低分子的三醋酸甘油酯，副产物为水。
只要反应体系中有一种原料是单官能度 物质，无论其他原料的官能度为多少，都只 能得到低分子产物。
n 聚体 + m 聚体 （n + m) 聚体 + 水
24
第三节 逐步聚合反应
在缩聚反应早期，单体之间两两反应，转化率很高，但 分子量很低，因此转化率无实际意义。用反应程度P来表示 聚合深度。 反应程度P定义为参与反应的基团数（N0－N）占起始 基团数的分率，
N0 N N P 1 N0 N0
7
第三节 逐步聚合反应
a. 两功能基相同并可相互反应：如二元醇聚合生成聚醚 n HO-R-OH H-(OR)n-OH + (n-1) H2O b. 两功能基相同, 但相互不能反应，聚合反应只能在不同单 体间进行：如二元胺和二元羧酸聚合生成聚酰胺 n H2N-R-NH2 + n HOOC-R’-COOH H-(HNRNH-OCR’CO)n-OH + (2n-1) H2O
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第三节 逐步聚合反应
2 缩聚反应
2.1 缩合反应
在有机化学中，典型的缩合反应如醋酸和乙醇的酯化 反应。除了得到主产物醋酸乙酯外，还有副产物水。
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O
反应物分子中能参与反应的官能团数称为官能度。醋 酸和乙醇中都只有一个能参与反应的官能团，因此都是单 官能团物质。上述体系称为1—1官能度体系。
聚醚化反应：二元醇与二元醇反应，
n HO-R-OH + n HO-R’-OH H-(OR-OR’)n-OH + (2n-1) H2O
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第三节 逐步聚合反应
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-OCR’CO)n-Cl + (2n-1) HCl
不平衡逐步聚合反应概括起来有两种： a.热力学不平衡反应：聚合反应的基本化学反应本身为不 可逆反应；
10
第三节 逐步聚合反应
b.聚合方法不平衡反应：即聚合反应本身是平衡反应，但 在实施聚合反应时，人为地使聚合产物从反应体系中迅 速析出或随时除去聚合反应伴生的小分子，使可逆反应
失去条件。
（2）非线形逐步聚合反应 聚合产物的分子链形态不是线形的，而是支化或交联型 的。聚合体系中必须含有带两个以上功能基的单体。
c. 两功能基不同并可相互反应：如羟基酸聚合生成聚酯 n HO-R-COOH H-(ORCO)n-OH + (n-1) H2O
8
第三节 逐步聚合反应
（i）平衡线形逐步聚合反应 指聚合过程中生成的聚合物分子可被反应中伴生的小分 子降解，单体分子与聚合物分子之间存在可逆平衡的逐步
聚合反应。 如聚酯化反应：
2 HOOC-R-COO-R'-OH
HOOC-R-COO-R'-OOC-R-COO-R'-OH + H2O 四聚体
。 。 。
n HOOC-R-COOH + n HO-R'-OH
。 。 。
O O HO ( C R C OR'O ) H + (2n-1) H2O n
15
第三节 逐步聚合反应
例： 对苯二甲酸与乙二醇反应得到涤纶树脂； 己二胺与己二酸反应得到聚酰胺—6,6； 双酚A与光气反应得到聚碳酸酯； 氨基酸自身聚合得到聚酰胺。
14
第三节 逐步聚合反应
HOOC-R-COOH + HO-R'-OH HOOC-R-COO-R'-OH + H2O 二聚体
HOOC-R-COO-R'-OOC-R-COOH + H2O 三聚体 HO-R'-OH HO-R'-OOC-R-COO-R'-OH + H2O
HOOC-R-COOH HOOC-R-COO-R'-OH +
22
第三节 逐步聚合反应
3.1.2 单体单元内环化 环化反应发生在同一单体单元内，如: HO(CH2)nCOOH (ω-羟基酸)的聚合。当n=1时，双分子反应形成乙交酯，
CH2 2 HOCH2COOH HOCH2COOCH2COOH O C O CH2 O C O
当n=2时，羟基失水形成丙烯酸；当n=3或4时，形成五、 CH2 O 六元环。
nO C N R N C [ C O O + n HO N H R N R' C OH O R' O ] n
H O
含活泼氢的功能基：-NH2, -NH, -OH, -SH, -SO2H, -COOH, -SiH等 亲电不饱和功能基：主要为连二双键和三键，如：-C=C=O， -N=C=O，-N=C=S，-C≡C-，-C≡N等
7—1
对二元酸与二元醇的缩聚反应来说，初始的羧基数和羟 基数N0等于二元酸和二元醇的分子总数，t 时刻的羧基数或 羟基数N等于 t 时刻的聚酯分子数。
25
第三节 逐步聚合反应
定义大分子中结构单元数为聚合度 X n ，则：
Xn 结构单元 总数 N 0 大分子数 N
7—2
合并7—1和7—2式，得：
n HOOC R COOH + n HO R' OH 聚合 水解 HO ( OC-R-CO O-R'-O ) H + (2n-1) H2O n
9
第三节 逐步聚合反应
（ii）不平衡线形逐步聚合反应 聚合反应过程中生成的聚合物分子之间不会发生交换 反应，单体分子与聚合物分子之间不存在可逆平衡，即不
存在化学平衡。
HO(CH2)3COOH C O CH2 CH2 CH2 HO(CH2)4COOH CH2 CH2 O CH2
23
C O
第三节 逐步聚合反应
3.2 线形缩聚机理
线形缩聚反应有两个显著的特征：逐步与平衡。 1）聚合过程的逐步性 以二元酸和二元醇的缩聚为例。在缩聚反应中，含羟基 的任何聚体与含羧基的任何聚体之间都可以相互缩合。随 着反应的进行，分子量逐步增大，达到高分子量聚酯。通 式如下：
OH + COOH OCO + H2O
K
k1 [OCO][H2 O] k 1 [OH][COOH]
7 —4
27
第三节 逐步聚合反应
根据平衡常数的大小，可将缩聚反应分为三类： ① 平衡常数很小，如聚酯化反应，K≈4，低分子副产物对 分子量有很大影响； ② 平衡常数中等，如聚酰胺化反应，K≈300～400，低分 子副产物对分子量有一定影响； ③ 平衡常数很大，K＞1000，实际上可看作不可逆反应， 如光气法制备聚碳酸酯。
13
第三节 逐步聚合反应
2.2 缩聚反应
若参与反应的物质均为二官能度的，则缩合反应转化 为缩聚反应。 以二元羧酸与二元醇的聚合反应为例。当一分子二元 酸与一分子二元醇反应时，形成一端为羟基，一端为羧基 的二聚物；二聚物可再与二元酸或二元醇反应，得到两端 均为羟基或均为羧基的三聚体，也可与二聚体反应，得到 四聚体；三聚体既可与单体反应，也可与二聚体或另一种 三聚体反应，如此不断进行，得到高分子量的聚酯。
H2
[ CH2
CH2 ] n
聚对二次甲基苯
CH2N2
重氮甲烷
N2
[ CH2 ] n
聚乙烯
2
第三节 逐步聚合反应
1.2 逐步聚合的类型
逐步聚合反应主要有两大类：缩合聚合和逐步加成聚合 （1）缩聚反应 例：聚酯反应：二元醇与二元羧酸、二元酯、二元酰氯 等之间的反应。
n HO-R-OH + n HOOC-R’-COOH H-(ORO-OCR’CO)n-OH + (2n-1) H2O
20
第三节 逐步聚合反应
★ 浓度很低时，A功能基旁同一分子链上的B功能基浓度较 高，相互反应生成环状高分子，即分子内环化。 分子内环化反应经常被用来合成环状低聚物与环状高分 子。环化低聚物可用做开环聚合的单体，具有以下的优点： （1）没有小分子副产物生成； （2）聚合反应速率高； （3）所得聚合物的分子量分布窄。 环状高分子则由于不含未反应的末端功能基，其分子量 和性能不会因末端功能基间的反应而不稳定。
逐步特性是所有缩聚反应共有的，可逆平衡的 程度则各类缩聚反应有明显差别。
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第三节 逐步聚合反应
3.3 缩聚过程中的副反应
1）基团消去反应 二元酸受热会发生脱羧反应，引起原料官能团数量的变 化，最终影响分子量。
Xn 1 1 p
7—3
式7—3表明，聚合度随反应程度增加而增加。 由7—3可算得，当反应程度为0.9，聚合度仅为10。通常 涤纶树脂用作纤维和工程塑料是的聚合度达200左右，要求 反应程度达到0.995，可见是十分苛刻的。
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第三节 逐步聚合反应
2）聚合反应的可逆平衡 缩聚一般为可逆平衡反应，与低分子的缩合反应相似。 由于体系中所有的活性官能团具有同样的活性，因此可用 一个平衡常数来表示。
5
第三节 逐步聚合反应
Diels-Alder加成聚合：单体含一对共轭双键，如：
+
与缩聚反应不同，逐步加成聚合反应没有小分 子副产物生成。
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第三节 逐步聚合反应
逐步聚合还可以按以下方式分类： 平衡线形逐步聚合 线形逐步聚合
逐步聚合
非线形逐步聚合 （1）线形逐步聚合反应
不平衡线形逐步聚合
参与反应的每种单体只含两个功能基，聚合产物分子链 只会向两个方向增长，生成线形高分子。
缩聚反应常用的官能团：—OH、—COOH、 —NH2、—COX（酰卤）、—COOR（酯基）、 —OCOCO—（酸酐）、—H、—X、—SO3H、 —SO2Cl等。
第三节 逐步聚合反应
单官能度的丁醇和二官能度的邻苯二甲酸酐进行酯化反 应，产物为低分子邻苯二甲酸二丁酯，副产物为水。 单官能度的醋酸与三官能度的甘油进行酯化反应，产物 为低分子的三醋酸甘油酯，副产物为水。
只要反应体系中有一种原料是单官能度 物质，无论其他原料的官能度为多少，都只 能得到低分子产物。
n 聚体 + m 聚体 （n + m) 聚体 + 水
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第三节 逐步聚合反应
在缩聚反应早期，单体之间两两反应，转化率很高，但 分子量很低，因此转化率无实际意义。用反应程度P来表示 聚合深度。 反应程度P定义为参与反应的基团数（N0－N）占起始 基团数的分率，
N0 N N P 1 N0 N0
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第三节 逐步聚合反应
a. 两功能基相同并可相互反应：如二元醇聚合生成聚醚 n HO-R-OH H-(OR)n-OH + (n-1) H2O b. 两功能基相同, 但相互不能反应，聚合反应只能在不同单 体间进行：如二元胺和二元羧酸聚合生成聚酰胺 n H2N-R-NH2 + n HOOC-R’-COOH H-(HNRNH-OCR’CO)n-OH + (2n-1) H2O
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第三节 逐步聚合反应
2 缩聚反应
2.1 缩合反应
在有机化学中，典型的缩合反应如醋酸和乙醇的酯化 反应。除了得到主产物醋酸乙酯外，还有副产物水。
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O
反应物分子中能参与反应的官能团数称为官能度。醋 酸和乙醇中都只有一个能参与反应的官能团，因此都是单 官能团物质。上述体系称为1—1官能度体系。
聚醚化反应：二元醇与二元醇反应，
n HO-R-OH + n HO-R’-OH H-(OR-OR’)n-OH + (2n-1) H2O
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第三节 逐步聚合反应
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-OCR’CO)n-Cl + (2n-1) HCl
不平衡逐步聚合反应概括起来有两种： a.热力学不平衡反应：聚合反应的基本化学反应本身为不 可逆反应；
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第三节 逐步聚合反应
b.聚合方法不平衡反应：即聚合反应本身是平衡反应，但 在实施聚合反应时，人为地使聚合产物从反应体系中迅 速析出或随时除去聚合反应伴生的小分子，使可逆反应
失去条件。
（2）非线形逐步聚合反应 聚合产物的分子链形态不是线形的，而是支化或交联型 的。聚合体系中必须含有带两个以上功能基的单体。
c. 两功能基不同并可相互反应：如羟基酸聚合生成聚酯 n HO-R-COOH H-(ORCO)n-OH + (n-1) H2O
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第三节 逐步聚合反应
（i）平衡线形逐步聚合反应 指聚合过程中生成的聚合物分子可被反应中伴生的小分 子降解，单体分子与聚合物分子之间存在可逆平衡的逐步
聚合反应。 如聚酯化反应：
2 HOOC-R-COO-R'-OH
HOOC-R-COO-R'-OOC-R-COO-R'-OH + H2O 四聚体
。 。 。
n HOOC-R-COOH + n HO-R'-OH
。 。 。
O O HO ( C R C OR'O ) H + (2n-1) H2O n
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第三节 逐步聚合反应
例： 对苯二甲酸与乙二醇反应得到涤纶树脂； 己二胺与己二酸反应得到聚酰胺—6,6； 双酚A与光气反应得到聚碳酸酯； 氨基酸自身聚合得到聚酰胺。
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第三节 逐步聚合反应
HOOC-R-COOH + HO-R'-OH HOOC-R-COO-R'-OH + H2O 二聚体
HOOC-R-COO-R'-OOC-R-COOH + H2O 三聚体 HO-R'-OH HO-R'-OOC-R-COO-R'-OH + H2O
HOOC-R-COOH HOOC-R-COO-R'-OH +
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第三节 逐步聚合反应
3.1.2 单体单元内环化 环化反应发生在同一单体单元内，如: HO(CH2)nCOOH (ω-羟基酸)的聚合。当n=1时，双分子反应形成乙交酯，
CH2 2 HOCH2COOH HOCH2COOCH2COOH O C O CH2 O C O
当n=2时，羟基失水形成丙烯酸；当n=3或4时，形成五、 CH2 O 六元环。
nO C N R N C [ C O O + n HO N H R N R' C OH O R' O ] n
H O
含活泼氢的功能基：-NH2, -NH, -OH, -SH, -SO2H, -COOH, -SiH等 亲电不饱和功能基：主要为连二双键和三键，如：-C=C=O， -N=C=O，-N=C=S，-C≡C-，-C≡N等
7—1
对二元酸与二元醇的缩聚反应来说，初始的羧基数和羟 基数N0等于二元酸和二元醇的分子总数，t 时刻的羧基数或 羟基数N等于 t 时刻的聚酯分子数。
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第三节 逐步聚合反应
定义大分子中结构单元数为聚合度 X n ，则：
Xn 结构单元 总数 N 0 大分子数 N
7—2
合并7—1和7—2式，得：
n HOOC R COOH + n HO R' OH 聚合 水解 HO ( OC-R-CO O-R'-O ) H + (2n-1) H2O n
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第三节 逐步聚合反应
（ii）不平衡线形逐步聚合反应 聚合反应过程中生成的聚合物分子之间不会发生交换 反应，单体分子与聚合物分子之间不存在可逆平衡，即不
存在化学平衡。
HO(CH2)3COOH C O CH2 CH2 CH2 HO(CH2)4COOH CH2 CH2 O CH2
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C O
第三节 逐步聚合反应
3.2 线形缩聚机理
线形缩聚反应有两个显著的特征：逐步与平衡。 1）聚合过程的逐步性 以二元酸和二元醇的缩聚为例。在缩聚反应中，含羟基 的任何聚体与含羧基的任何聚体之间都可以相互缩合。随 着反应的进行，分子量逐步增大，达到高分子量聚酯。通 式如下：
OH + COOH OCO + H2O
K
k1 [OCO][H2 O] k 1 [OH][COOH]
7 —4
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第三节 逐步聚合反应
根据平衡常数的大小，可将缩聚反应分为三类： ① 平衡常数很小，如聚酯化反应，K≈4，低分子副产物对 分子量有很大影响； ② 平衡常数中等，如聚酰胺化反应，K≈300～400，低分 子副产物对分子量有一定影响； ③ 平衡常数很大，K＞1000，实际上可看作不可逆反应， 如光气法制备聚碳酸酯。
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第三节 逐步聚合反应
2.2 缩聚反应
若参与反应的物质均为二官能度的，则缩合反应转化 为缩聚反应。 以二元羧酸与二元醇的聚合反应为例。当一分子二元 酸与一分子二元醇反应时，形成一端为羟基，一端为羧基 的二聚物；二聚物可再与二元酸或二元醇反应，得到两端 均为羟基或均为羧基的三聚体，也可与二聚体反应，得到 四聚体；三聚体既可与单体反应，也可与二聚体或另一种 三聚体反应，如此不断进行，得到高分子量的聚酯。
H2
[ CH2
CH2 ] n
聚对二次甲基苯
CH2N2
重氮甲烷
N2
[ CH2 ] n
聚乙烯
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第三节 逐步聚合反应
1.2 逐步聚合的类型
逐步聚合反应主要有两大类：缩合聚合和逐步加成聚合 （1）缩聚反应 例：聚酯反应：二元醇与二元羧酸、二元酯、二元酰氯 等之间的反应。
n HO-R-OH + n HOOC-R’-COOH H-(ORO-OCR’CO)n-OH + (2n-1) H2O
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第三节 逐步聚合反应
★ 浓度很低时，A功能基旁同一分子链上的B功能基浓度较 高，相互反应生成环状高分子，即分子内环化。 分子内环化反应经常被用来合成环状低聚物与环状高分 子。环化低聚物可用做开环聚合的单体，具有以下的优点： （1）没有小分子副产物生成； （2）聚合反应速率高； （3）所得聚合物的分子量分布窄。 环状高分子则由于不含未反应的末端功能基，其分子量 和性能不会因末端功能基间的反应而不稳定。
逐步特性是所有缩聚反应共有的，可逆平衡的 程度则各类缩聚反应有明显差别。
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第三节 逐步聚合反应
3.3 缩聚过程中的副反应
1）基团消去反应 二元酸受热会发生脱羧反应，引起原料官能团数量的变 化，最终影响分子量。
Xn 1 1 p
7—3
式7—3表明，聚合度随反应程度增加而增加。 由7—3可算得，当反应程度为0.9，聚合度仅为10。通常 涤纶树脂用作纤维和工程塑料是的聚合度达200左右，要求 反应程度达到0.995，可见是十分苛刻的。
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第三节 逐步聚合反应
2）聚合反应的可逆平衡 缩聚一般为可逆平衡反应，与低分子的缩合反应相似。 由于体系中所有的活性官能团具有同样的活性，因此可用 一个平衡常数来表示。
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第三节 逐步聚合反应
Diels-Alder加成聚合：单体含一对共轭双键，如：
+
与缩聚反应不同，逐步加成聚合反应没有小分 子副产物生成。
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第三节 逐步聚合反应
逐步聚合还可以按以下方式分类： 平衡线形逐步聚合 线形逐步聚合
逐步聚合
非线形逐步聚合 （1）线形逐步聚合反应
不平衡线形逐步聚合
参与反应的每种单体只含两个功能基，聚合产物分子链 只会向两个方向增长，生成线形高分子。
缩聚反应常用的官能团：—OH、—COOH、 —NH2、—COX（酰卤）、—COOR（酯基）、 —OCOCO—（酸酐）、—H、—X、—SO3H、 —SO2Cl等。