高分子化学-第6章--配位聚合课件.ppt
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1、MtCH CH2CH CH2R-+MtCH CH2-+CH CH2RCH CH2 CH CH2Mt+-RR过渡金属过渡金属空位空位环状环状过渡过渡状态状态链增长过程的链增长过程的本质本质: 单体对增长链端络合物的插入反应。单体对增长链端络合物的插入反应。-配合物配合物-(2)配位聚合的特点)配位聚合的特点RCH CH2+-CH CH2Mt- -+过渡金属阳离过渡金属阳离子子Mt +对烯烃对烯烃双键双键 碳原子的碳原子的亲电进攻亲电进攻增长链端阴离增长链端阴离子对烯烃双键子对烯烃双键 碳原子的亲碳原子的亲核进攻核进攻 得到的聚合物无得到的聚合物无14C放射性,表明加上的是放射性,表明加上的是H,
2、证明链端是阴离子。证明链端是阴离子。因此,配位聚合属于因此,配位聚合属于配位阴离子聚合。配位阴离子聚合。插入反应包括两个同时进行的化学过程。插入反应包括两个同时进行的化学过程。单体的插入反应有两种可能的途径:单体的插入反应有两种可能的途径:+-RCH CH2CH CH2Mt+R+-CH CH2 CH CH2MtRR 不带取代基的一端带负电荷,与过渡金属相连不带取代基的一端带负电荷,与过渡金属相连接,称为接,称为一级插入。一级插入。 带有取代基一端带负电荷并与反离子相连,带有取代基一端带负电荷并与反离子相连,称为称为二级插入二级插入。CH2 CHMt+-RRCH2 CH+-CH2 CH CH2
3、CHMtRR两种插入所形成的聚合物的结构完全相同。两种插入所形成的聚合物的结构完全相同。但研究发现:但研究发现: 丙烯的全同聚合是一级插入;丙烯的全同聚合是一级插入; 丙烯的间同聚合却为二级插入。丙烯的间同聚合却为二级插入。(3)几种聚合名称含义的区别)几种聚合名称含义的区别(4)配位聚合引发剂与单体)配位聚合引发剂与单体Ziegler-Natta引发剂引发剂 -烯烃烯烃 有规立构聚合有规立构聚合二烯烃二烯烃环烯烃环烯烃有规立构聚合有规立构聚合 -烯丙基镍型引发剂:专供丁二烯的顺、反烯丙基镍型引发剂:专供丁二烯的顺、反1,4聚合聚合烷基锂引发剂(均相)烷基锂引发剂(均相)极性单体极性单体二烯烃
4、二烯烃有规立构聚合有规立构聚合非均相引发剂,立构规整化能力强非均相引发剂,立构规整化能力强均相引发剂,立构规整化能力弱均相引发剂,立构规整化能力弱极性单体极性单体: 失活失活 -烯烃:全同烯烃:全同极性单体极性单体: 全同全同 -烯烃:无规烯烃:无规茂金属引发剂(所有乙烯基单体)茂金属引发剂(所有乙烯基单体)?配位引发剂的作用配位引发剂的作用提供提供引发聚合的活性种引发聚合的活性种提供提供独特的配位能力独特的配位能力 主要是引发剂中过渡金属反离子,与单体主要是引发剂中过渡金属反离子,与单体和增长链配位,促使单体分子按照一定的构和增长链配位,促使单体分子按照一定的构型进入增长链。型进入增长链。
5、即单体通过配位而即单体通过配位而“定位定位”,引发剂起着,引发剂起着连续定向的模型作用。连续定向的模型作用。引发剂的类型引发剂的类型特定的组合与配比特定的组合与配比单体种类单体种类聚合条件聚合条件(1) 聚合物的立体异构体聚合物的立体异构体结构异构结构异构(同分异构)(同分异构) 化学组成相同,原子和原子团的排列不同。化学组成相同,原子和原子团的排列不同。头头-尾和头尾和头-头、尾头、尾-尾连接的结构异构尾连接的结构异构两种单体在共聚物分子链上不同排列的序列两种单体在共聚物分子链上不同排列的序列异构异构立体异构立体异构构象异构构象异构什么是同分异构?什么是同分异构? 聚合物分子中聚合物分子中原
6、子原子或或原子团原子团相互连接的次序不同相互连接的次序不同而引起的异构叫做同分异构,又称结构异构。而引起的异构叫做同分异构,又称结构异构。如如:结构单元为结构单元为 C2H4O n的聚合物可以是的聚合物可以是聚乙烯醇、聚环氧乙烷等。聚乙烯醇、聚环氧乙烷等。CH2CHOHCH2CH2Onn 聚乙烯醇聚乙烯醇聚环氧乙烷聚环氧乙烷 (聚氧化乙烯)(聚氧化乙烯)如如:聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸乙酯,聚聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸乙酯,聚酰胺中的尼龙酰胺中的尼龙-6和尼龙和尼龙-66等都是性质不等都是性质不同的同分异构体。同的同分异构体。HCH2CCOOOCH3OCH3CnCH2CH3CCH2n聚甲基丙烯
7、酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯酸乙酯聚丙烯酸乙酯OC()CH26NHNH()CH24COnnNH5CH2)(CO尼龙尼龙6 尼龙尼龙66C*RHC C C C CC C C C CHCH3CH3CH3HHHHHHHHHHHHHHCH3CH3全同立构体全同立构体IsotacticC C C C CC C C C CHCH3CH3CH3HHHHHHHHHHHHHHCH3CH3间同立构体间同立构体SyndiotacticC C C C CC C C C CHCH3CH3CH3HHHHHHHHHHHHHHCH3CH3无规立构体无规立构体Atactic聚聚-烯烃大分子的立体异构体(平面锯齿型)烯烃大分子
8、的立体异构体(平面锯齿型)(Fisher投影式)投影式)H HH RH HH RH HH RH HH RH HH RH HR HH HH RH HR HH HH RH HR HH HH RH HH R全同立构体全同立构体间同立构体间同立构体无规立构体无规立构体聚聚-烯烃大分子的立体异构体烯烃大分子的立体异构体CH2CH2CHCCH3n聚异戊二烯聚异戊二烯CH2CH3HCH2CH2HCH3CH2CH2HCH3CH2CH3CH2HCH2CH3CH2HCH2CH3CH2HCH2反式反式1,4-聚合物聚合物顺式顺式1,4-聚合物聚合物n CH2 CH C CH2CH31,2加成4321(R1)(R2)
9、 CH2nCCH3CH CH21234n CH2 CH C CH2 CH2 CH nCH2C CH3CH33,4加成12343412n CH2 CH C CH2CH3CH3HC C CH2 CH2 n1,4加成反式1,4-聚异戊二烯顺式1,4-聚异戊二烯 CH2 HC CCH3CH2n4 321 聚丁二烯聚丁二烯n CH2 CH CH CH2 CH2 CH nCH CH24 3 2 1 3,4加成1,2加成(R) HH1,4加成反式1,4-聚丁烯-1,3顺式1,4-聚丁二烯-1,3 CH2 H HCH2n4 321n CH2 CH CH CH2C C CH2 CH2 nC C全同全同1,2 、
10、间同、间同1,2、顺式、顺式1,4-聚丁二烯和反式聚丁二烯和反式 1,4-聚丁二烯。聚丁二烯。丁二烯的丁二烯的1,21,2或或3,43,4加成有加成有全同全同和和间同间同二种立构规整聚合物。二种立构规整聚合物。丁二烯的丁二烯的 1,4 1,4 加成有加成有顺式顺式和和反式反式二种立构规整聚合物。二种立构规整聚合物。(2)立构规整性聚合物的性能)立构规整性聚合物的性能 全同全同PP和间同和间同PP,是高度结晶材料,具有高强度、,是高度结晶材料,具有高强度、高耐溶剂性,用作塑料和合成纤维。高耐溶剂性,用作塑料和合成纤维。 全同全同 Tm 128间同间同 Tm 1561, 4聚合物聚合物反式反式1,
11、 4聚合物聚合物Tg = 80, Tm = 148较硬的低弹性材料较硬的低弹性材料顺式顺式1, 4聚合物聚合物 Tg = 108, Tm = 2 是弹性优异的橡胶是弹性优异的橡胶 结晶结晶比重比重熔点熔点溶解行为溶解行为化学键的特征吸收化学键的特征吸收根据聚合物的物根据聚合物的物理性质进行测定理性质进行测定(3)立构规整度的测定)立构规整度的测定聚丙烯的全同指数聚丙烯的全同指数 (I I P)沸腾正庚烷萃取剩余物重沸腾正庚烷萃取剩余物重未萃取时的聚合物总重未萃取时的聚合物总重I I P KA975A1460全同螺旋链段特征吸收,峰面积全同螺旋链段特征吸收,峰面积甲基的特征吸收,峰面积甲基的特征
12、吸收,峰面积K为仪器常数为仪器常数全同全同1, 2: 991、694 cm1间同间同1, 2: 990、664 cm1顺式顺式1, 4: 741 cm1 反式反式1, 4: 964 cm1(1)Z-N引发剂的组分引发剂的组分 由第由第族过渡金属化合物族过渡金属化合物和和第第到第到第主族金属的有主族金属的有机化合物机化合物组成的引发剂称为组成的引发剂称为Ziegler-Natta引发剂。引发剂。TiCl3( 、 、 ) 的活性较高的活性较高,用于,用于 -烯烃聚合烯烃聚合MoCl5、WCl6专用于专用于环烯烃环烯烃的开环聚合的开环聚合l族:族:Co、Ni、Ru、Rh 的卤化物或羧酸盐的卤化物或羧
13、酸盐 主要用于二烯烃的聚合主要用于二烯烃的聚合是周期表中是周期表中过渡金属化合物。过渡金属化合物。Ti Zr V Mo W Cr的的卤化物卤化物卤氧化物卤氧化物乙酰丙酮基乙酰丙酮基环戊二烯基环戊二烯基l 副族:副族:最初的最初的Ziegler-Natta引发剂由两组分构成。引发剂由两组分构成。l主族的金属有机化合物主族的金属有机化合物 主要有:主要有: RLi、R2Mg、R2Zn、AlR3 (R为为111碳的烷基或环烷基碳的烷基或环烷基) 有机铝化合物应用最多:有机铝化合物应用最多: Al Hn R3n Al Rn X3n X = F、Cl、Br、I 当主引发剂选同当主引发剂选同TiCl3,从
14、制备方便、价格和聚合,从制备方便、价格和聚合物质量考虑,多选用物质量考虑,多选用AlEt2ClAl / Ti 的的mol 比是决定引发剂性能的重要因素比是决定引发剂性能的重要因素 适宜的适宜的Al / Ti比为比为 1. 5 2. 5TiCl4/Al(Et)3 PETiCl3/Al(Et)3 PP定向能力:以产物的立构规整度定向能力:以产物的立构规整度 质量质量/性能性能产产 率:率:g 产物产物/g Ti (活性或引发能力活性或引发能力)两组分的两组分的Z-N引发剂称为第一代引发剂引发剂称为第一代引发剂。引发剂活性引发剂活性5001000 g / g Ti(CH3)2N 3P=O (C4H9
15、)2O N(C4H9)3 六甲基磷酰胺六甲基磷酰胺 丁醚丁醚 叔胺叔胺 为了提高引发剂的定向能力和聚合速率,常加入为了提高引发剂的定向能力和聚合速率,常加入第三组分第三组分(给电子试剂给电子试剂)即含即含N、P、O、S的化合物。的化合物。加入第三组分的引发剂称为第二代引发剂。加入第三组分的引发剂称为第二代引发剂。 引发剂活性提高到引发剂活性提高到 5104 g PP / g Ti。(2)Z-N引发剂的类型引发剂的类型 将主引发剂、共引发剂、第三组分进行组配,获将主引发剂、共引发剂、第三组分进行组配,获得的引发剂数量可达数千种,得的引发剂数量可达数千种, Z-N引发剂引发剂泛指一大泛指一大类引发
16、剂。类引发剂。可溶性均相引发剂可溶性均相引发剂不溶性非均相引发剂,引发活性和定向能力高不溶性非均相引发剂,引发活性和定向能力高分为分为 除添加第三组分外,还使用了载体,如:除添加第三组分外,还使用了载体,如:MgCl2、Mg(OH)Cl等。等。 引发剂活性达到引发剂活性达到 6105 g / g Ti 或更高。或更高。 形成均相或非均相引发剂,主要取决于过渡金属形成均相或非均相引发剂,主要取决于过渡金属的组成和反应条件。的组成和反应条件。 如:如:TiCl4 或或VCl4AlR3 或或AlR2Cl在在78反应可形成溶于反应可形成溶于烃类溶剂的均相引发剂。烃类溶剂的均相引发剂。温度升高,发生不可
17、逆变温度升高,发生不可逆变化,转化为非均相。化,转化为非均相。低温下只能引发乙低温下只能引发乙烯聚合。烯聚合。活性提高,可引发活性提高,可引发丙烯聚合。丙烯聚合。与与组合组合TiCl3TiCl2 VCl3AlR3 或AlR2Cl与与组合组合反应后仍为非均相,反应后仍为非均相, -烯烃的高活性定烯烃的高活性定向引发剂。向引发剂。(3)使用使用Z-N引发剂注意的问题引发剂注意的问题 -烯烃配位聚合的引发剂烯烃配位聚合的引发剂(2) -烯烃的配位阴离子聚合机理烯烃的配位阴离子聚合机理-于于1959年由年由Natta首先提出,以后得到一些人的支持。首先提出,以后得到一些人的支持。配位聚合机理,特别是形
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- 高分子 化学 配位聚合 课件
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