高分子材料的合成工艺
高分子材料技术手册

目录第一章高分子材料的合成工艺 (1)1.1 基本概念 (1)1.2 高分子聚合物的聚合反应 (3)1.2.1 缩合聚合 (3)1.2.2 加成聚合 (3)1.2.3 开环聚合 (5)1.3 高分子聚合物的聚合方法 (6)1.3.1本体聚合 (6)1.3.2 溶液聚合 (6)1.3.3悬浮聚合 (7)1.3.4乳液聚合 (8)1.4 高分子塑料的混合与塑化 (8)1.4.1原料的准备 (9)1.4.2 混合 (9)1.4.3塑化 (10)1.4.4粉碎和粒化 (11)第二章高分子材料的成型加工工艺 (13)2.1 成型工艺原理 (13)2.2 可加工性质 (13)2.3成型加工工艺 (14)2.3.1挤出 (14)2.3.2 注射模塑 (16)2.3.3 中空吹塑成型 (19)2.3.4 热成型 (19)2.3.5 拉幅薄膜成型 (20)2.3.6 冷成型 (20)2.4 橡胶的塑炼与混炼 (21)2.4.1 生胶的塑炼 (21)2.4.2 塑炼工艺 (23)2.4.3、胶料的混炼 (25)2.4.5 混炼工艺 (27)第三章高分子材料改性 (30)3.1 绪论 (30)3.2 化学改性 (30)3.2.1 化学反应的特征 (31)3.2.2 聚合物的基团反应 (32)3.2.3 聚合物的共聚反应 (35)3.2.4 氧化处理改性 (35)3.3物理改性 (36)3.3.1 高分子共混 (36)3.3.2 有机小分子共混 (38)3.3.3 无机小分子共混 (38)3.4 加工工艺改性 (38)3.4.1 聚合物聚合度的改变 (38)3.4.2 等离子体处理 (39)3.4.3 热处理 (39)第四章塑料性能检测 (40)4.1 绪论 (40)4.2.塑料性能测试的概述 (40)4.2.1 概述 (40)4.2.2 塑料性能测试的标准 (41)4.2.3 热塑性塑料性能测试样条制备 (42)4.2.4 性能测试时试验条件 (42)4.3 塑料物理性能测试 (43)4.3.1 塑料密度与相对密度的测定 (43)4.3.2 塑料吸水性的测试 (44)4.4 塑料力学性能测试 (44)4.4.1 拉伸性能测试 (44)4.4.2 弯曲性能测试 (45)4.4.3 冲击性能测试 (45)4.4.4 塑料硬度测试 (45)4.5塑料热性能测试 (46)4.5.1 塑料的热稳定性能测试 (46)4.5.2 塑料流动性测试 (47)4.6塑料老化性能测试 (49)4.6.1定义 (49)4.6.2 引起老化的原因 (50)4.6.3老化现象 (50)4.6.4研究老化的意义 (50)4.6.5 老化试验方法 (50)4.7 塑料其他性能测试 (50)4.7.1透光率与雾度的测试 (50)4.8 常用的性能测试仪器操作 (54)4.8.1 力学性能检测设备 (54)4.8.2 热学性能检测设备 (55)4.8.3 光学性能检测设备 (55)4.8.4 塑料老化性能及有关理化性能检测设备 (56)4.8.5 实验室加工设备 (56)附表:各种高分子材料的简称 (57)第一章高分子材料的合成工艺1.1 基本概念单体(Monomer)----高分子化合物是由一类相对分子质量很高的分子聚集而成的化合物,也称为高分子、大分子等。
高分子合成技术

高分子合成技术高分子合成技术是一种重要的化学工艺,其应用广泛,可以制备出多种功能性高分子材料,如塑料、橡胶、纤维、涂料等。
本文将介绍高分子合成技术的基本原理、分类、合成方法以及应用领域等方面的知识。
一、高分子合成技术的基本原理高分子合成技术是指将单体(也称为单体物质)通过化学反应转化为高分子的过程。
单体是指可以通过化学反应形成高分子的单元分子,如乙烯、苯乙烯、丙烯酸等。
高分子是由许多单体分子通过共价键连接而成的大分子,其分子量通常在几千到数百万之间。
高分子合成的基本原理是通过化学反应将单体分子连接起来,形成高分子链。
这种连接方式通常是通过共价键连接,而不是通过物理吸附或静电作用连接。
高分子的合成过程通常需要催化剂的参与,以促进反应的进行和提高反应速率。
催化剂可以是酸、碱、金属或有机物等。
二、高分子合成技术的分类高分子合成技术可以根据反应方式、单体种类、反应条件等多个方面进行分类。
以下是常见的分类方式:1. 反应方式:高分子合成反应可以分为自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合、离子交换聚合等几种方式。
其中自由基聚合是应用最广泛的一种方式,其反应速率快、反应条件温和、产物纯度高等优点,因此被广泛应用于塑料、橡胶等材料的制备中。
2. 单体种类:根据单体的化学结构和性质,高分子合成可以分为低聚物合成、共聚物合成、交联聚合物合成等几种方式。
低聚物合成是指将单体的聚合反应停留在一定程度,形成分子量较小的聚合物。
共聚物合成是指将两种或两种以上的单体进行聚合反应,形成具有不同性质的高分子。
交联聚合物合成是指通过交联剂将聚合物链连接起来,形成具有强度和韧性的高分子材料。
3. 反应条件:高分子合成反应的条件包括温度、压力、催化剂种类和用量等多个方面。
根据反应条件的不同,高分子合成可以分为常温聚合、高温聚合、压力聚合等几种方式。
三、高分子合成技术的合成方法高分子合成技术的合成方法有很多种,根据反应方式和单体种类的不同,可以选择不同的合成方法。
高分子合成工艺学

第一章绪论高分子合成材料:塑料、合成纤维、合成橡胶、涂料、粘合剂、离子交换树脂等材料。
三大合成材料:塑料、合成纤维、合成橡胶高分子合成工业的任务:将基本有机合成工业生产的单体,经过聚合反应合成高分子化合物,从而为高分子合成材料成型工业提供基本原料。
塑料的原料:是合成树脂和添加剂(包括稳定剂、润滑剂、着色剂、增塑剂、填料以及根据不同用途而加入的防静电剂、防霉剂、紫外线吸收剂等)。
塑料成型方法:注塑成型、挤塑成型、吹塑成型、模压成型等。
合成橡胶:高弹性体,制造橡胶制品时加入的添加物通常称为配合剂(硫化剂、硫化促进剂、助促进剂、防老剂、软化剂、增强剂、填充剂、着色剂等)。
自由基聚合方法:本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合离子聚合及配位聚合实施方法主要有本体聚合、溶液聚合两种方法。
在溶液聚合方法中,如果所得聚合物在反应温度下不溶于反应介质中而称为淤浆聚合。
1、简述高分子化合物的生产过程。
(1)原料准备与精制过程:包括单体、溶剂、去离子水等原料的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程相设备。
(2)催化剂(引发剂)配制过程:包括聚合用催化剂、引发剂和助剂的制造、溶解、贮存、调整浓度等过程与设备。
(3)聚合反应过程:包括聚合和以聚合釜为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备。
(4)分离过程:包括未反应单体的回收、脱除溶剂、催化剂,脱除低聚物等过程与设备。
(5)聚合物后处理过程:包括聚合物的输送、干燥、造粒、均匀化、贮存、包装等过程与设备。
(6)回收过程:主要是未反应单体和溶剂的回收与精制过程及设备。
此外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。
2、比较连续生产和间歇生产工艺的特点。
间歇聚合:聚合物在聚合反应器中分批生产的,当反应达到要求的转化率时,将聚合物从聚合反应器中卸出。
间歇聚合的特点a.不易实现操作过程的全部自动化,每一批产品的规格难以控制严格一致。
b.反应器单位容积单位时间内的生产能力受到影响,不适于大规模生产。
高分子材料生产工艺

高分子材料生产工艺高分子材料生产工艺是指将原材料经过一系列的加工和处理工序,制成高分子材料产品的过程。
以下是一个典型的高分子材料生产工艺流程。
1. 原料准备:首先需要准备好高分子材料的原料。
通常情况下,高分子材料的原料主要由单体和辅助物质组成。
单体是高分子材料的主要成分,可以通过化学合成或提取方法获得。
辅助物质包括催化剂、稳定剂、填料等,用于改善材料的性能。
2. 单体合成:对于需要化学合成的高分子材料,单体合成是一个重要的工序。
该工序一般包括原料与催化剂的混合、加热反应、冷却等步骤。
通过控制反应条件,可以实现单体的聚合,生成高分子链。
3. 成型加工:得到的高分子材料通常是一种无定形的物质,需要通过成型加工得到所需的形状。
常见的成型加工方法包括挤出、注塑、压延、吹塑等。
在成型加工过程中,高分子材料需要经过加热、加压、冷却等步骤,以实现形状的塑性变形和固化。
4. 表面处理:某些高分子材料产品需要进行表面处理,以改善其表面性能。
例如,可以通过喷涂、镀膜、离子束处理等方法,给高分子材料的表面增加一层保护层或改善其光滑度、耐磨性等特性。
5. 检测与质量控制:在高分子材料生产工艺中,检测与质量控制是一个不可或缺的环节。
通过使用各种物理、化学、机械等检测手段,对高分子材料的成品进行检测,以确保其质量符合标准要求。
检测项目包括密度、硬度、拉伸强度、耐热性、化学稳定性等。
6. 包装与运输:高分子材料成品需要进行包装,以保护其不受外界环境的危害。
常见的包装材料包括塑料袋、纸箱、木箱等。
在运输过程中,需要注意避免高温、潮湿等不利因素对成品的影响。
7. 储存与销售:高分子材料成品通过储存和销售环节,进入市场。
在储存过程中,需要注意适宜的环境条件,以防止成品的老化、变形等问题。
销售环节需要通过有效的市场营销手段,将成品宣传和推广给潜在的客户。
以上是一个典型的高分子材料生产工艺流程。
根据具体的高分子材料种类和产品要求,实际的生产工艺可能会有所不同。
超高分子量聚乙烯纤维 生产工艺

超高分子量聚乙烯纤维(Ultra-high molecular weight polyethylene fiber,UHMWPE)是一种具有极高分子量和极高强度的聚合物纤维,具有优异的耐磨性、抗冲击性和化学稳定性,被广泛应用于防弹衣、船舶绳索、挡板等领域。
其制备工艺包括高分子合成、纺丝、拉伸、热处理等多个步骤,每个步骤都对最终产品的性能有着重要影响。
本文将对超高分子量聚乙烯纤维的生产工艺进行详细介绍,以期为相关领域的科研工作者和生产从业人员提供参考。
一、高分子合成1. 原料选择超高分子量聚乙烯的合成首先需要选择合适的乙烯单体,通常采用乙烯气相聚合工艺,从乙烯裂解制备乙烯单体,并对其进行高压重聚合反应。
2. 聚合反应聚合反应是决定聚合物分子量的关键步骤,通过调控压力、温度、催化剂种类等条件,可以控制聚合物分子量的分布和平均分子量。
3. 分子量调控超高分子量聚乙烯的聚合反应需要特别注意分子量的调控,通常采用添加少量氧化剂或控制温度降低分子量。
二、纺丝1. 溶液制备将高分子量聚乙烯溶解于特定溶剂中,通常采用烷烃类溶剂如正癸烷或苯、甲苯等。
2. 纺丝设备选择适当的纺丝设备,通常采用旋转式纺丝或者湿法纺丝工艺,辅以高压气体喷射,来制备具有纳米级结晶的纤维。
三、拉伸1. 变形温度将纺丝得到的初纤维加热到高温,使其变软化,然后进行拉伸,使其分子链得到定向排列,提高纤维的拉伸强度。
2. 拉伸倍数通过控制拉伸倍数,可以调控纤维的性能,如强度和模量等。
四、热处理1. 结晶行为超高分子量聚乙烯纤维在热处理过程中会发生结晶,通过控制热处理温度和时间,可以调控纤维的结晶度和晶体尺寸。
2. 力学性能热处理对纤维的力学性能有显著影响,适当的热处理能够提高纤维的抗拉强度和模量。
以上就是超高分子量聚乙烯纤维的生产工艺的简要介绍,生产超高分子量聚乙烯纤维是一个相对复杂的过程,需要科学合理地设计每个环节的工艺参数,以获得优异的产品性能。
高分子合成技术

高分子合成技术高分子合成技术是一种重要的化学工艺,用于制造各种塑料、橡胶、纤维和涂料等材料。
高分子是由许多重复单元组成的大分子,具有优异的物理、化学和机械性质,广泛应用于工业、医药、农业和日用消费品等领域。
本文将介绍高分子合成技术的基本原理、工艺流程和应用现状。
一、高分子合成的基本原理高分子合成是指将单体分子通过化学反应转化为高分子分子的过程。
单体是指具有反应活性的小分子,例如乙烯、丙烯、苯乙烯、酯类、醚类、酰胺类等。
高分子的合成反应通常发生在高温、高压、有催化剂存在的条件下,例如聚合反应、缩合反应、交联反应等。
聚合反应是最常见的高分子合成方式,它是指将单体分子通过链式、阴离子、阳离子、自由基等机理连接成长链或支链高分子的过程。
聚合反应的特点是单体分子之间的化学键断裂,形成新的化学键,同时放出反应热和产生副产物。
例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯等均是通过聚合反应合成的。
缩合反应是指将两个或多个单体分子通过酯化、酰胺化、亲核取代等机理连接成酯类、酰胺类、醚类等高分子的过程。
缩合反应的特点是单体分子之间的化学键形成,同时放出水分子或其他小分子,例如聚酰胺、聚醚等均是通过缩合反应合成的。
交联反应是指将高分子分子之间或高分子分子与其他小分子之间通过化学键连接成三维网络结构的过程。
交联反应的特点是高分子分子之间的交联点增多,形成更牢固、更耐久的材料,例如橡胶、树脂等均是通过交联反应合成的。
二、高分子合成的工艺流程高分子合成的工艺流程包括单体合成、聚合反应、后处理等步骤。
单体合成是指将原料制备成单体分子的过程,通常需要进行酯化、烷化、氧化等化学反应。
聚合反应是将单体分子通过化学反应合成高分子的过程,通常需要控制反应条件、催化剂种类和用量、反应时间等因素。
后处理是指对合成的高分子进行精炼、过滤、干燥、加工等处理,以得到高质量的产品。
三、高分子合成的应用现状高分子材料广泛应用于各个领域,例如塑料制品、橡胶制品、纤维材料、涂料和胶粘剂等。
缩合聚合生产工艺

缩合聚合生产工艺一、概述缩合聚合生产工艺是一种常用的化学工艺,用于合成高分子材料。
该工艺通过将两个或多个不同的单体化合物进行缩合聚合反应,形成长链分子结构,从而得到所需的高分子材料。
在缩合聚合生产工艺中,首先选择适合的单体化合物,并确定缩合聚合的条件和反应路径。
然后,将单体化合物加入反应器中,加入适量的催化剂或引发剂,控制反应时间和温度,使缩合聚合反应顺利进行。
最后,通过后续的处理步骤,如溶剂蒸馏、结晶、干燥等,得到纯净的高分子材料。
缩合聚合生产工艺具有以下优点: - 可以合成具有特殊功能的高分子材料; -生产工艺简单,操作容易; - 可以控制聚合反应的条件和路径,调节高分子材料的性能。
二、缩合聚合反应缩合聚合反应是指两个或多个单体化合物通过缩合反应形成高分子材料。
在缩合反应中,通常会生成水或其他小分子物质作为副产物。
缩合聚合反应的反应路径多种多样,常见的反应类型包括酯化反应、醚化反应、胺化反应等。
根据不同的单体化合物和反应条件,选择合适的缩合反应类型,可以得到所需的高分子材料。
在缩合聚合反应中,催化剂或引发剂起到重要的作用,可以加速反应速度,提高产率。
常用的催化剂和引发剂有酸性催化剂、碱性催化剂、过氧化物等。
通过选择合适的催化剂或引发剂,可以调控缩合聚合反应的速度和产率。
三、缩合聚合生产工艺流程缩合聚合生产工艺通常包括以下步骤:1. 原料准备首先需要准备好所需的单体化合物和其他原料。
单体化合物的纯度和质量对于缩合聚合反应的成功与否至关重要,因此需要对原料进行精确的称量和检验。
2. 反应器配置反应器的配置要根据缩合聚合反应的需要进行选择。
常见的反应器包括玻璃反应釜、不锈钢反应釜等。
在配置反应器时,要考虑反应物的量和反应路径,以及反应条件的控制。
3. 缩合聚合反应将单体化合物加入反应器中,加入适量的催化剂或引发剂,并控制反应时间和温度。
缩合聚合反应的温度和时间是影响反应速率和产率的重要因素,因此需要精确的控制。
高分子材料的制备及其应用

高分子材料的制备及其应用高分子材料是一种由大量分子组成的材料,具有多种性能优异、加工性好、耐腐蚀、轻质等优点,被广泛应用于化工、医药、电子、汽车等各个领域。
高分子材料的制备技术不断发展、创新,使得高分子材料的品质不断提高,应用范围不断扩大。
一、高分子材料的制备技术1、聚合法聚合法是制备高分子材料的最常用的方法之一,它是利用单体分子中的共价键发生聚合反应而将单体转变为高分子的过程。
聚合反应中,单体反应物与聚合引发剂在加热、搅拌等作用下,形成聚合物。
2、交联法交联法是通过引入化合物,如交联剂等,使高分子材料中的结构发生交联,并形成高强度的网络结构。
交联法主要以叉烷、化学交联等方式实现交联。
3、聚合物改性法聚合物改性法是利用外界工艺干预的方式,通过加入其他物质改变聚合物的化学结构和物理性质,以改变和优化高分子材料的性质。
二、高分子材料的应用领域1、建筑领域高分子材料在建筑领域中的应用越来越广泛。
例如,防水屋面、防水涂料、粘合剂、土壤改良剂、保温材料等都可以利用高分子合成材料得到实现。
他们在建筑材料中具有优异的防水性、耐热性、强度高、粘合性好、不膨胀等特点。
2、电子领域高分子材料在电子领域中的应用是提高电子设备应用性能、功能的一个有效方式。
高分子材料可以为各种微型器件提供基础,如液晶显示器、电池电极、电容器、开关、透明导电系统等。
3、医疗领域高分子材料在医疗领域中的应用也较为广泛,如人工器官、生物传感器、医用材料、药物缓释系统、组织修复等。
高分子材料的生物可兼容性使得其在医疗领域中的应用得到了较为完整的认可与推广。
4、汽车领域高分子材料在汽车领域中的应用是使汽车整体降低重量,提高噪音隔绝性能等。
例如,高分子热塑料可以代替传统的铝合金制品;高分子复合材料可以成为汽车制造业中轻量化的一个新方向。
总的来看,高分子材料的制备技术和应用领域不断扩大和创新,推动了高分子材料行业的发展。
未来随着该行业不断成熟,更多创新技术和产品的涌现,高分子材料行业无疑将拥有更广阔的发展前景。
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高分子材料的合成工艺1.1 基本概念单体(Monomer)----高分子化合物是由一类相对分子质量很高的分子聚集而成的化合物,也称为高分子、大分子等。
一般把相对分子质量高于10000的分子称为高分子。
高分子通常由103~105个原子以共价键连接而成。
由于高分子多是由小分子通过聚合反应而制得的,因此也常被称为聚合物或高聚物,用于聚合的小分子则被称为“单体”。
链节(Repreat unit)----链节指组成聚合物的每一基本重复结构单元。
聚合度(Dregree of Polymerization)----衡量聚合物分子大小的指标。
以重复单元数为基准,即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值,以n表示;以结构单元数为基准,即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值,以x表示。
聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合物所组成,因此聚合度是统一计平均值。
自由基----是指带电子的电中性集团,具有很高的反应活性。
引发剂(Initiator)----又称自由基引发剂,指一类容易受热分解成自由基(即初级自由基)的化合物,可用于引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应,也可用于不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反应。
分子量(molecular weight)----化学式中各个原子的相对原子质量的总和,就是相对分子质量(Relative molecular mass),用符号Mr表示。
分子量分布(molecular weight distribution)----由于高聚物一般由不同分子量的同系物组成的混合物,因此它的分子量具有一定的分布,分子量分布一般有分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。
均聚物(Homopolymer)----由一种单体聚合而成的聚合物。
共聚物(Copolymer)----由一种以上单体聚合而成的聚合物,生产聚合物的聚合反应成为共聚反应。
无规共聚物(Random Copolymerization)---- 在高分子链中不同单体单元的序列分布无规则。
A和B两种单元在链中的排列顺序是不能预示的。
在烯类单体自由基共聚和时通常得到的是无规共聚物,其性质与相应的均聚物是大不相同的。
嵌段共聚物(Block Copolymerization)----高分子链中由一种结构单元链段和另一种结构单元链段相接组成。
通常可用离子型聚合一段段制备出嵌段共聚物,兼具有两种均聚物的性质。
交替共聚物(Alternating Copolymerization)----A和B两种结构单元在高分子链中交替排列。
通过特定的烯类聚合物能得到交替共聚物,其性能与两类均聚物的性质也大不相同。
接枝共聚物(Graft Copolymerization)----共聚物的主链是一种均聚物,支链是另一种均聚物称接枝共聚物。
可用两类聚合物相互反应生成,也可由A种均聚物的主链引入一些可反应的基团,再接上由B形成的支链构成接枝共聚物。
接枝共聚物的性质是两类均聚物的结合。
高分子混合物----两种或更多种聚合物混合在一起叫做高分子混合物,能将两种或者多种聚合物性质综合在一起。
根据组成,共混结构不同可以得到各种不同的改性高分子材料以满足技术上的需要。
线性高分子(Linear polymers)----由长的骨架原子组成的,也可以有取代基,骨架原子都是C原子的又称为碳链高分子,主链骨架原子还含有非碳原子的又称杂链高分子。
线性高分子通常是可溶解在溶剂中的,固态时可以是玻璃态的热塑性塑料,有的聚合物在常温下呈柔顺性材料,也有的是弹性体。
支化高分子(Branched polmers)----支化高分子是由线性高分子链派生出一些支链,其组成的结构单元和支链是相同的,很多性质和线性高分子类似。
但与线性高分子不同的是结晶倾向要降低,溶液的粘度不同。
交联高分子(Crosslinked polymers)----高分子链间产生化学反应结合可产生交联或网状高分子。
通常只能被溶剂溶胀,而不能溶解,也不能熔融。
随着交联程度的增加,其能溶胀程度减少,当高度交联时溶胀也不能产生了。
一些热固性树脂就是高度交联,而作为橡胶弹性塑料则具有轻度的交联结构。
玻璃化转变温度(glass transition temperature,Tg)----聚合度从玻璃态到高弹态之间的转变,成为玻璃化转变,对应的转变温度成为玻璃化转变温度,它与软化温度接近,由于高分子聚合的多分散性,玻璃化范围通常不是一个急剧的转折点,而存在一个温度范围。
她是聚合物耐热性的重要指标。
如塑料应处于玻璃态,Tg是其适用的上限温度,而橡胶应处于高弹态,Tg是它适用的下限温度。
1.2 高分子聚合物的聚合反应由低分子单体合成聚合物的反应总称作聚合。
按聚合过程中单体-聚合物的结构变化,主要有官能团间的缩聚、双键的加聚、环状单体的开环聚合。
1.2.1 缩合聚合缩聚是官能团单体多次缩合成聚合物的反应,处形成缩聚物外,还有水、醇、氨或氯化氢等小分子副产物产生。
缩聚物的结构单元要比单体少若干原子。
缩聚在高分子合成中占有重要的地位,聚酯、聚氨酯、酚醛树脂、环氧树脂、醇酸树脂等杂链聚合物多由缩聚反应合成。
缩聚是基团间的反应,乙二醇和对苯二甲酸缩聚成涤纶聚酯,己二酸和己二胺缩聚成聚酰胺-66(尼龙66),都是典型的例子。
1.2.2 加成聚合加聚是烯类单体π键断裂后加成聚合起来的反应称作加聚反应,产物称作加聚物,如氯乙烯加聚生成聚氯乙烯。
加聚物结构单元的元素组成与其单体相通,仅仅是电子结构有所变化,因此加聚物的分子量是单体分子量的整数倍。
一般条件下,大部分烯类并不能自动打开π键而聚合,而是有赖于引发剂或外加能。
引发剂一般带有弱键,易分解,弱键有均裂和异裂两种倾向。
均裂时,形成两个中性自由基。
自由基、阴离子、阳离子都可能成为活性种,打开烯类的π键,引发聚合,分别成为自由基聚合、阴离子聚合和阳离子聚合。
配位聚合也属于例子聚合范畴。
1.2.2.1 自由基聚合自由基聚合属于连锁聚合。
自由基聚合机理,既由单体分子转变成大分子的微观历程,由链引发、链增长、链终止、链转移等基元反应串、并联而成,应该与宏观聚合过程相联系,并加以区别。
链引发:链引发是形成单体自由基(活性种)的反应,引发剂引发时,由两步反应组成。
第一步是引发剂分解,形成初级自由基。
第二步是初级自由基与单体加成,形成单体自由基。
链增长:单体自由基打开烯类分子的π键,加成,形成新的自由基。
自由基的活性并不衰减,继续与烯类单体连锁加成,形成结构单元更多的链自由基。
链终止:自由基活性高,难孤立存在,易相互作用而终止。
双基终止有偶合和歧化两种方式。
链转移:链自由基还有可能从单体、引发剂、溶剂或大分子上夺取一个原子而终止,将电子转移给失去电子的分子而成为新自由基,继续新链的增长。
1.2.2.2 离子聚合离子聚合是由离子活性种引发的聚合反应。
根据离子电荷性质的不同,又可分为阴离子聚合和阳离子聚合。
配位聚合也属于离子聚合的范畴,但是机理独特,分开来介绍。
离子聚合与配位聚合都属于连锁机理,但与自由基聚合还有许多差别。
大部分烯类单体都能进行自由基聚合,但是离子聚合对单体却有较大的选择性。
通常带有氰基、羰基等吸电子基团的烯类单体,如丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯等,有利于阴离子聚合;带有烷基、烷氧基等供电子基团的烯类单体,如异丁烯、乙烯基烷基醚等,有利于阳离子聚合;带有苯基、乙烯基等的共轭烯类单体,如苯乙烯、丁二烯等,则既能阴离子聚合,又能阳离子聚合,更是自由基聚合的常用单体。
杂环也是离子聚合的常用单体。
离子聚合条件苛刻,聚合速率快,低温聚合,反应介质的性质对反应有很大的影响。
1.2.2.3 配位聚合配位聚合是指烯类单体的碳-碳双键首先在过渡金属引发剂活性中心上进行配位活化,随后单体分子相继插入过渡金属-碳键中进行链增长的过程。
学习和研究配位聚合,需要了解立体异构现象,掌握配位聚合引发剂(催化剂)、聚合机理和动力学、定向机理等基本规律,并从烯烃扩展到二烯烃。
1.2.3 开环聚合环状单体σ键段裂而后聚合成线性聚合物的反应称作开环聚合。
杂环开环聚合物是杂链聚合物,其结构类似缩聚物,反应时无低分子副产物产生,又有点类似加聚。
例如环氧乙烷开环聚合成聚氧乙烯,己内酰胺开环聚合成聚己内酰胺即尼龙-6。
除以上三大类聚合外,还有多种聚合反应,如聚加成、消去聚合、异构化聚合等,很难归到上述分类中,待高分子聚合反应研究到足够程度,再考虑归属问题。
聚合反应按聚合机理分类会分成逐步聚合和连锁聚合两类。
这两类聚合反应的转化率和聚合物分子量随时间的变化均具有很大的差别。
1.3 高分子聚合物的聚合方法聚合反应需要通过一定的聚合方法(过程)来实施。
传统自由基聚合沿用本体、溶液、悬浮、乳液四种聚合方法。
逐步聚合多采用熔融聚合、溶液聚合、界面聚合的属于;离子聚合则有溶液聚合、淤浆聚合和气相聚合;实质上这些多可以归入本体聚合和溶液聚合的范畴。
本小节主要介绍一下传统的四种聚合方法。
1.3.1本体聚合1.3.1.1概念单体(或原料低分子物)在不加溶剂以及其它分散剂的条件下,由引发剂或光、热作用下其自身进行聚合引发的聚合反应,是制造聚合物的主要方法之一。
1.3.1.2组成分均相聚合与非均相聚合两类。
如生成的聚合物能溶于各自的单体中,为均相聚合,因制得的是块状聚合物,又称块状聚合,如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等;如生成的聚合物不溶于它们的单体,在聚合过程中不断析出,为非均相聚合,又叫沉淀聚合,如乙烯、氯乙烯等。
本体聚合的引发剂为油溶性引发剂,油溶性引发剂主要有偶氮引发剂和过氧类引发剂,偶氮类引发剂有偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯引发剂等。
相对于过氧类引发剂,偶氮引发剂反应更加稳定。
1.3.2 溶液聚合1.3.2.1概念溶液聚合为单体、引发剂(催化剂)溶于适当溶剂中进行聚合的过程。
溶剂一般为有机溶剂,也可以是水,视单体、引发剂(或催化剂)和生成聚合物的性质而定。
如果形成的聚合物溶于溶剂,则聚合反应为均相反应,这是典型的溶液聚合;如果形成的聚合物不溶于溶剂,则聚合反应为非均相反应,称为沉淀聚合,或称为淤浆聚合。
1.3.2.2组成单体+(油溶性)引发剂+溶剂,或单体+水溶性引发剂+水。
油溶性引发剂主要有偶氮引发剂和过氧类引发剂,偶氮类引发剂有偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯引发剂等,水溶性引发剂主要有过硫酸盐、氧化还原引发体系、偶氮二异丁脒盐酸盐(V-50引发剂)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(V A-044引发剂)、偶氮二异丁咪唑啉(V A061引发剂)、偶氮二氰基戊酸引发剂等。
1.3.3悬浮聚合1.3.3.1概念溶有引发剂的单体以液滴状悬浮于水中进行自由基聚合的方法称为悬浮聚合法。