高分子化学逐步聚合反应
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高分子化学_余木火_第五章 逐步聚合反应
H-[OROCOR'O]m-[OROCOR'O]n-OH
+ H-[OROCOR'O]p-[OROCOR'O]q-OH → H-[OROCOR'O]m- [OROCOR'O]q-OH + H-[OROCOR'O]p-[OROCOR'ON]q-OH 五、热降解及交联 缩聚产物在聚合后期和挤出加工中会发生热降解或支化甚至交联。 聚酰胺在受热过程中发生热分解。 尽管这种热分解不太明显, 但影响聚合物 (5-19)
的物理性能。 降解由大分子链上-NH-CH2-骨架的均列产生的自由基引发。 裂 解过程中放出水和二氧化碳。 水进一步水解酰胺健[-NH-C(O)-]而导致进一步的 降解。 末端胺基~-NH2 与主链羰基反应会生成支链, 严重时引起聚合物的交联 (式 5-20)。
— b） ，通常 a 与 b 并不能发生反应，此种单体只能与其它单体进行共聚合。 4．A—R—a + b—R’—b 型单体 带有相同的官能团(a—R—a 或 b—R’一
b)，本身所带的官能团(a 与 b 间或 b 与 b 之间)不能相互反应，只有同另一种单 体上所带的另一类型的官能团(即 a 与 b 间)进行反应， 这种缩聚反应常标为混缩 聚，如 a 为氨基(一 NH2)，b 为羧基(一 COOH)，a 和 b 两两之间可反应生成酰胺 基连接的聚合物，此类单体体系记为“2—2”型单体体系。 (二)单体上能参与反应的官能团数大于 2 的情况 如果单体体系中有一种单体，它带有 2 个以上能参与反应的官能团，例如甘 油带有能参与反应的官能团数为 3，则这种单体与另外的单体组成的体系进行聚 合反应，得到支链型或三维网状大分子。 单体的反应活性对聚合过程和聚合物的聚合度都有影响。单体通过官能团进 行反应，因此，单体的活性直接依赖于官能团的活性。例如聚酯可通过醇类(含 羟基一 OH)单体与下列带有不同官能团的单体反应来制取，它们的活性次序由强 到弱排列为：酰氮>酸酐>羧酸>酯。
高分子化学课件;第五章 逐步聚合反应
（1） 自催化：体系中的羧酸单体起自催化作用
RP = k[COOH][OH][酸催化剂]= k[COOH]2[OH] 等当量时：[COOH]=[OH]=[M] = c RP = -d[M]/dt = k[M]3 = k c3
5.4 线型缩聚动力学
设t = 0时, 起始功能基浓度 = [M]0 =c0
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：
n HOOC R COOH + n HO R' OH
聚合 水解
HO ( OC-R-CO O-R'-O )nH + (2n-1) H2O
5.3 线形缩聚反应的机理
线形缩聚特点：
物的过程。 • 缩合反应例如：醋酸与乙醇间的反应。除生成产物外，还有低分
子副产物产生。
• 单体官能度：单体分子中反应点的数目叫做单体官能度（f ), 一般 就等于单体所含官能基的数目。
如：HO-CH2CH2-OH, f = 2; 丙三醇，f = 3.
（官能度要以反应类型为基础判定）
5.2 缩 聚 反 应
5.3 线形缩聚反应的机理
逐步聚合反应分类
聚合产物 结构不同
热力学 线型逐步聚合
平衡线型逐步聚合 不平衡线型逐步聚合
非线型逐步聚合
5.3 线形缩聚反应的机理
52-2或2官能度体系，聚合产物 分子链只会向两个方向增长，生成线形高分子。 充分条件：成环倾向 5,6元环 > 7,12元环 > 3,4,8-11元环。 成环单分子反应，较低浓度；缩聚双分子反应，较高浓度。
5.3 线形缩聚反应的机理
根据平衡常数的大小，可将线形缩聚分成三类： 1、平衡常数小，如聚酯化，K≈ 4，低分子副产物对分子
高分子化学第二章逐步聚合反应
高分子化学第二章逐步聚合反应
2.1 缩合反应与缩聚反应
O
酯 化
CH3C_ OH + H_OCH2CH3
反
O
应
CH3C_OCH2CH3 + H2O
酰 胺 化
O CH3C_OH + H_NHCH2CH3
反
O
应
CH3C_NHCH2CH3 + H2O
双官能团单体的多步缩合反应：
H O O C(CH 2)4CO_O H+H _N H (CH 2)6N H 2
3、单体通式 a–R–c
H2N(CH2) 5OH 仅参加前面二类型的均缩聚或混缩聚反应而不能单独进行 聚合，这叫共缩聚反应，产物叫做共缩聚物。
合成一种线型缩聚物一般可有多种聚合反应路线和相应的 单体，但是按照这些单体的合成难易、聚合反应的难易以 及聚合物相对分子质量的高低，通常只有一两种单体是最 符合条件的。
2 与官能团所处的空间环境有关 对苯二胺 + 对Biblioteka 二甲酰氯 反应活性较低H2N_
_NH 2+CO l C _ _COl C 全芳聚酰胺
间苯二胺 + 间苯二甲酰氯 反应活性较高
H2N_ _NH 2+CO l C _ _COl C 全 芳 聚 酰 胺
3 环化反应倾向大小 羟基酸的聚合-环化反应倾向与碳原子数
由带两个或两个以上官能团的单体之间连续、重复进行的缩 合反应称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。
2.2 逐步聚合反应单体
2.2.1 线型缩聚反应单体的类型
1、单体通式 a–R–b
HO(CH2)5COOH
H2N(CH2) 5COOH
属于均缩聚反应，得到均缩聚物。
2.1 缩合反应与缩聚反应
O
酯 化
CH3C_ OH + H_OCH2CH3
反
O
应
CH3C_OCH2CH3 + H2O
酰 胺 化
O CH3C_OH + H_NHCH2CH3
反
O
应
CH3C_NHCH2CH3 + H2O
双官能团单体的多步缩合反应：
H O O C(CH 2)4CO_O H+H _N H (CH 2)6N H 2
3、单体通式 a–R–c
H2N(CH2) 5OH 仅参加前面二类型的均缩聚或混缩聚反应而不能单独进行 聚合，这叫共缩聚反应，产物叫做共缩聚物。
合成一种线型缩聚物一般可有多种聚合反应路线和相应的 单体，但是按照这些单体的合成难易、聚合反应的难易以 及聚合物相对分子质量的高低，通常只有一两种单体是最 符合条件的。
2 与官能团所处的空间环境有关 对苯二胺 + 对Biblioteka 二甲酰氯 反应活性较低H2N_
_NH 2+CO l C _ _COl C 全芳聚酰胺
间苯二胺 + 间苯二甲酰氯 反应活性较高
H2N_ _NH 2+CO l C _ _COl C 全 芳 聚 酰 胺
3 环化反应倾向大小 羟基酸的聚合-环化反应倾向与碳原子数
由带两个或两个以上官能团的单体之间连续、重复进行的缩 合反应称为缩合聚合反应，简称缩聚反应。
2.2 逐步聚合反应单体
2.2.1 线型缩聚反应单体的类型
1、单体通式 a–R–b
HO(CH2)5COOH
H2N(CH2) 5COOH
属于均缩聚反应，得到均缩聚物。
高分子物理化学 第七章
2）2－2功能度体系 每个单体都有两个相同的功能 基或反应点，可得到线形聚合物， 如：
n HOOC(CH2)4COOH + n HOCH2CH2OH
HO CO(CH 2)4COOCH 2CH 2O
n
H + (2n-1) H2O
缩聚反应是缩合反应多次重复 结果形成聚合物的过程。
3）2功能度体系
同一单体带有两个不同 （或相同）且能相互反应的官 能团，得到线形聚合物，如：
按聚合产物分子链形态的不 同分类 线形逐步聚合反应 其单体为双功能基单体， 聚合产物分子链只会向两个方 向增长，生成线形高分子。
非线形逐步聚合反应 非线形逐步聚合反应的聚 合产物分子链不是线形的，而 是支化或交联的，即聚合物分 子中含有支化点，要引入支化 点，必须在聚合体系中加入含 三个以上功能基的单体。
n HO n HO
R COOH H O R CO n OH + (n-1) H2O R OH H O R n OH + (n-1) H2O
4） 2－3、2－4功能度体系
当功能度大于2时，分子链将向 多个方向增长，这样的话将得到支化 甚至是交联的聚合物。 例如： 通过苯酚和甲醛制备酚醛树脂时， 当反应程度较高时，可以得到支化甚 至交联的聚合物。
H (OROCOR`CO )m HO (COR`COORO)q ( OROCOR`CO)n OH ( COR`COORO)p H
+
既不增加又不减少功能基数目，不影响反应程度 特 不影响体系中分子链的数目，使分子量分布更均一 点 不同聚合物进行链交换反应，可形成嵌段缩聚物
线形缩聚动力学
1. 功能基等活性理论 缩聚反应在形成大分子的过程中 是逐步进行的，若每一步都有不同的 速率常数，研究将无法进行。Flory提 出了功能基等活性理论： 不同链长的端基功能基，具有相 同的反应能力和参加反应的机会，即 功能基的活性与分子的大小无关。
武汉大学高分子化学 第二章逐步聚合反应 2
HCl
H(CH 2)n COOC2H5 + H2O
7.60.2
8
Flory解释如下：
官能团之间的碰撞次数和有效碰撞几率与高分 子的扩散速率无关 体系粘度增大时，虽然整个高分子运动速率减 慢，但链段运动和链端的官能团活动并未受到 限制 由于高分子的活动迟缓，扩散速率低，反而使 两官能团之间碰撞的持续时间延长，有利于提 高有效碰撞几率
26
产生凝胶的临界条件
设支化单元的官能度为 f (不是平均官能度!) 某一链的一端连上一个支化单元的几率为α
已经连上的支化单元可以衍生出（f－1）个支链
每个支链又可以以α的几率再连上一个支化单元 故一个已经连在链上的支化单元与另一个支化单元 相连的几率为(f－1)α 如果（f－1)α < 1，说明支化减少，不出现凝胶 如果（f－1)α > 1，说明支化增加，会出现凝胶 因此产生凝胶的临界条件为：（f－1)α = 1，即
2
平均官能度（f）
1 mol丙三醇/ 1 mol邻苯二甲酸/1 mol苯甲酸体系. nOH = 1 x 3 =3 mol，nCOOH = 1x2 + 1 x 1 = 3 mol
f =∑Ni fi /∑Ni = (1x3 + 1x2 + 1x1) / (1 + 1 + 1) = 2.0
0.2 mol丙三醇/ 0.8 mol乙二醇/1.0 mol邻苯二甲酸体系 nOH = 0.2x3 + 0.8x2 = 2.2 mol， nCOOH = 1.0x2 = 2.0 mol
20
Carothers方程在线形缩聚中聚合度计算的应用
2 Xn = 2 Pf －
对于原料非等当量比，平均官能度按非等当量比计 算，就可求出某一反应程度 P 时的 Xn，例如 己二胺 己二酸 己 酸
逐步聚合包括哪些反应类型
逐步聚合包括哪些反应类型在化学领域中，逐步聚合是一种重要的反应类型，通常指的是通过一系列步骤将简单单体逐渐连接成高聚物的过程。
这种反应类型可以用于合成各种高分子化合物，广泛应用于塑料、橡胶、涂料和药物等领域。
逐步聚合的反应机制包括多种不同类型的反应，下面将介绍几种常见的逐步聚合反应类型。
首先，酯化反应是一种常见的逐步聚合反应类型之一。
在酯化反应中，羧酸和醇反应生成酯类化合物。
这种反应通常需要酸性条件下进行，通过羧基和羟基之间的酰基转移实现单体的连接。
酯化反应在高分子材料的合成中起着重要作用，例如聚酯树脂就是通过酯化反应合成的。
另外一种常见的逐步聚合反应类型是缩合反应。
缩合反应是指两个或多个单体分子之间发生亲核加成反应，形成键的建立并释放小分子（如水）。
缩合反应可以产生多种高分子化合物，例如聚酰胺的合成就是通过缩合反应进行的。
递交反应也是逐步聚合中常见的反应类型之一。
在递交反应中，两个或多个不同单体交替添加，形成交错排列的聚合物结构。
递交反应通常需要有交联剂的存在，能够形成三维网络结构的高分子材料，具有较好的机械性能和热稳定性。
此外，酰胺化反应也是逐步聚合的重要方式之一。
在酰胺化反应中，胺基和酰氯（或酸酐）之间发生亲核加成反应，生成酰胺键。
许多合成纤维的制备都采用了酰胺化反应，例如聚酰胺纤维的合成就是通过这种方式进行的。
最后，环氧化开环反应也是一种常见的逐步聚合反应类型。
环氧化开环反应是环氧化合物在酸性或碱性条件下开环并与其他分子发生反应，形成环氧化合物。
这种反应可以用于制备环氧树脂等高分子材料，具有出色的粘接性能和耐化学腐蚀性。
总的来说，逐步聚合包括酯化反应、缩合反应、递交反应、酰胺化反应和环氧化开环反应等多种反应类型。
这些反应在高分子材料的合成和功能化过程中发挥着重要作用，推动了高分子化学领域的发展和应用。
希望通过对逐步聚合反应类型的了解，能够更好地应用于工业和科研领域，促进高分子材料的创新和发展。
高分子化学与物理-第2章-逐步聚合反应
含活泼氢官能团的亲核化合物与含亲电不饱和官能团的亲电 化合物之间的聚合。如：
n O=C=N-R-N=C=O + n HO-R’-OH
( C N R N C O R'O ) n O H H O
聚氨基甲酸酯，简称聚氨酯
6
含活泼氢的官能团：-NH2, -NH, -OH, -SH, -SO2H, -COOH, -SiH等 亲电不饱和官能团：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
共缩聚 在均缩聚中加入第二种单体进行的缩聚反应 在混缩聚中加入第三或第四种单体进行的缩聚反应 共缩聚在制备无规和嵌段共聚物方面获得应用: 无规共缩聚可适当降低聚合物的 Tg、Tm 可合成聚氨酯、聚酯型热塑弹性体
11
2.2 缩 聚 反 应
二、 官能度及等活性理论
1、官能度的概念
是指一个单体分子中能够参加反应的官能团的数目。 单体的官能度一般容易判断。 个别单体，反应条件不同，官能度不同，如
在不断排出低分子副产物时符合不可逆条件。 以聚酯化反应为例，聚酯是酸催化反应：
K 值 小， 如聚酯化反应，K 4， 副产物水对分子量影响很大 K值中等，如聚酰胺化反应，K 300～500 水对分子量有所影响 K值很大，在几千以上，如聚碳酸酯、聚砜 可看成不可逆缩聚
对所有缩聚反应来说，逐步特性是共有的， 而可逆平衡的程度可以有很大的差别。
17
2.3 线形缩聚反应
一、线形缩聚的单体
2
逐步聚合反应特征
以二元羧酸与二元醇的聚合反应为例：
。 。 。
。 。 。
3
逐步聚合反应类型
逐步聚合反应具体反应种类很多，概括起来主要有两大类：逐步缩合聚 合（Polycondensation) （简称缩聚反应）和 逐步加成聚合(Polyaddition) (1) 缩聚反应 a. 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’-COOH H-(ORO-OCR’CO)n-OH + (2n-1) H2O
高分子化学第3讲 第二章 逐步聚合反应(1)
CH3CH2OCH2CH3 + H2O
酯化反应 酰胺化反应 生成醚 生成酸酐
_ CH3CH2 OH + H OCH2CH3
CH3CO OH +
_ H OOCCH3
CH3COOOCCH3 + H2O
特点：两个单官能团化合物之间进行的缩合反应在生成一个 简单的双分子缩合产物后，反应即停止进行。
2. 缩聚反应
◆ 3、4、8、9、10、11以及13以上的环环张力均较大，环状化 合物的稳定性较低，不容易环化，可忽略其环化倾向。 ◆ 7、12元环的张力中等，只要聚合反应条件控制合理，则环 化倾向并不显著。 ◆ 5、6元环的张力最小，最稳定，最容易环化。 ② 凡是能够生成五、六元环的双官能团单体，其环化反应占主 导地位，无法进行线型聚合！特别注意：四、五个碳原子的羟基酸 和氨基酸具有强烈的环化倾向而不能聚合，它们是缩聚反应单体的 所谓“禁忌式”。例如： 4-羟基丁酸 HO(CH2) 3COOH 5-羟基戊酸 HO(CH2) 4COOH 4-氨基丁酸 H2N(CH2) 3COOH 5-氨基戊酸 H2N(CH2) 4COOH
2.1 缩合反应与缩聚反应
1. 缩合反应
第 三 讲
有机分子两个官能团之间缩掉小分子而进行的化合反应称为 缩合反应。例如：单官能团分子之间进行的缩合反应:
O _ CH3C OH + H OCH2CH3
O CH3C OH + H NHCH2CH3
O CH3C OCH2CH3 + H2O
O CH3C NHCH2CH3 + H2O
11 7.6
7.6
13 7.5
7.5
15 7.7 0.67
上述结果表明，当分子链长增加到一定程度时，不同链上的相同官能团 都具有同样的活性。即大分子上相同官能团的反应活性与分子链长无关。
酯化反应 酰胺化反应 生成醚 生成酸酐
_ CH3CH2 OH + H OCH2CH3
CH3CO OH +
_ H OOCCH3
CH3COOOCCH3 + H2O
特点：两个单官能团化合物之间进行的缩合反应在生成一个 简单的双分子缩合产物后，反应即停止进行。
2. 缩聚反应
◆ 3、4、8、9、10、11以及13以上的环环张力均较大，环状化 合物的稳定性较低，不容易环化，可忽略其环化倾向。 ◆ 7、12元环的张力中等，只要聚合反应条件控制合理，则环 化倾向并不显著。 ◆ 5、6元环的张力最小，最稳定，最容易环化。 ② 凡是能够生成五、六元环的双官能团单体，其环化反应占主 导地位，无法进行线型聚合！特别注意：四、五个碳原子的羟基酸 和氨基酸具有强烈的环化倾向而不能聚合，它们是缩聚反应单体的 所谓“禁忌式”。例如： 4-羟基丁酸 HO(CH2) 3COOH 5-羟基戊酸 HO(CH2) 4COOH 4-氨基丁酸 H2N(CH2) 3COOH 5-氨基戊酸 H2N(CH2) 4COOH
2.1 缩合反应与缩聚反应
1. 缩合反应
第 三 讲
有机分子两个官能团之间缩掉小分子而进行的化合反应称为 缩合反应。例如：单官能团分子之间进行的缩合反应:
O _ CH3C OH + H OCH2CH3
O CH3C OH + H NHCH2CH3
O CH3C OCH2CH3 + H2O
O CH3C NHCH2CH3 + H2O
11 7.6
7.6
13 7.5
7.5
15 7.7 0.67
上述结果表明，当分子链长增加到一定程度时，不同链上的相同官能团 都具有同样的活性。即大分子上相同官能团的反应活性与分子链长无关。
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• 单官能团：封端剂 • 主要研究对象：无规和嵌段共聚物 • 重要产品：ECDP
线型缩聚反应的机理
必要条件：参与反应的单体是2-2或2官能度体系，聚合产物分子链只会向两个方向增 长，生成线形高分子。 充分条件：成环倾向 。成环单分子反应，较低浓度；缩聚双分子反应，较高浓度。
关于反应程度
反应程度： P = （N0-N）/ N0 =1- N/ N0 数均聚合度：
其他
（1）溶液聚合：用于涂料、胶粘剂等 （2）界面缩聚：在界面析出 （3）涤纶（PET）、尼龙-66、尼龙-6
非线性逐步聚合
（1）卡罗瑟思法（Carother方程）
（2）体型缩聚
几个分子量的计算公式
• 条件：加料比为等摩尔数
• பைடு நூலகம்1）
P为反应程度
• （2）Xn = （1 - P）-1 =K ½ + 1 封闭体 系 K为平衡常数，Xn在200到300之间，要 是K增大则要排除小分子
• （3）Xn = （1 - P）-1 =（K / Pnw ）½ ≈ （K / nw ）½
nw为小分子残留
高分子化学 第五章 逐步聚合反应
逐步聚合反应
• 分类：缩聚反应和逐步加 成聚合反应
• 基本特征： （1）官能团间反应，逐步
进行 （2）每步反应机理相同 （3）相互间都能反应 （4）分子量逐步增大
缩聚反应
• 聚酰化反应 • 聚酰胺反应 • 聚硅氧烷化反应
• 官能团种类：-NH2, -NH, -OH, -SH, SO2H, -COOH, -SiH, ->(CO)2O, COOR, -COCl, -H, -Cl, -SO2Cl, -SO3H 等
条件：加料比不一样（聚合度不一样）
其中令: 摩尔系数 r = Na/(Na+2NC) 过量分率为 q=2NC/Na
分子量多分散系数：
（考点）逐步聚合的方法
对于线型逐步聚合，分子量的控制要比聚合速 率重要。 欲使逐步聚合成功，必须考虑下列原则和措施：
A: 原料要尽可能纯净； B:单体按化学计量配制，加微量单官能团物 质或某双官能团单体微过量来控制分子量； C:尽可能提高反应程度； D:采用减压或其他手段去除副产物，使反应 向聚合物方向移动。
线型缩聚反应的机理
必要条件：参与反应的单体是2-2或2官能度体系，聚合产物分子链只会向两个方向增 长，生成线形高分子。 充分条件：成环倾向 。成环单分子反应，较低浓度；缩聚双分子反应，较高浓度。
关于反应程度
反应程度： P = （N0-N）/ N0 =1- N/ N0 数均聚合度：
其他
（1）溶液聚合：用于涂料、胶粘剂等 （2）界面缩聚：在界面析出 （3）涤纶（PET）、尼龙-66、尼龙-6
非线性逐步聚合
（1）卡罗瑟思法（Carother方程）
（2）体型缩聚
几个分子量的计算公式
• 条件：加料比为等摩尔数
• பைடு நூலகம்1）
P为反应程度
• （2）Xn = （1 - P）-1 =K ½ + 1 封闭体 系 K为平衡常数，Xn在200到300之间，要 是K增大则要排除小分子
• （3）Xn = （1 - P）-1 =（K / Pnw ）½ ≈ （K / nw ）½
nw为小分子残留
高分子化学 第五章 逐步聚合反应
逐步聚合反应
• 分类：缩聚反应和逐步加 成聚合反应
• 基本特征： （1）官能团间反应，逐步
进行 （2）每步反应机理相同 （3）相互间都能反应 （4）分子量逐步增大
缩聚反应
• 聚酰化反应 • 聚酰胺反应 • 聚硅氧烷化反应
• 官能团种类：-NH2, -NH, -OH, -SH, SO2H, -COOH, -SiH, ->(CO)2O, COOR, -COCl, -H, -Cl, -SO2Cl, -SO3H 等
条件：加料比不一样（聚合度不一样）
其中令: 摩尔系数 r = Na/(Na+2NC) 过量分率为 q=2NC/Na
分子量多分散系数：
（考点）逐步聚合的方法
对于线型逐步聚合，分子量的控制要比聚合速 率重要。 欲使逐步聚合成功，必须考虑下列原则和措施：
A: 原料要尽可能纯净； B:单体按化学计量配制，加微量单官能团物 质或某双官能团单体微过量来控制分子量； C:尽可能提高反应程度； D:采用减压或其他手段去除副产物，使反应 向聚合物方向移动。