高分子化学课件优秀课件.ppt
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1、高分子化学课件高分子化学课件1第1页,本讲稿共47页 1953 1953年,德国人年,德国人年,德国人年,德国人Ziegler Ziegler 采用采用采用采用TiClTiCl4 4/Al(C/Al(C2 2HH5 5)3 3为引发剂,在低温为引发剂,在低温为引发剂,在低温为引发剂,在低温(60(6090 90)和低压和低压和低压和低压(0.2(0.21.5MPa)1.5MPa)条件下实现了乙烯的聚合。分子链中支链较少,条件下实现了乙烯的聚合。分子链中支链较少,条件下实现了乙烯的聚合。分子链中支链较少,条件下实现了乙烯的聚合。分子链中支链较少,结晶度较高,密度达结晶度较高,密度达结晶度较高,密
2、度达结晶度较高,密度达0.940.940.960.96。因此称为。因此称为。因此称为。因此称为低压低压低压低压聚乙烯聚乙烯聚乙烯聚乙烯或或或或高密度聚乙烯高密度聚乙烯高密度聚乙烯高密度聚乙烯。1954 1954年,意大利人年,意大利人年,意大利人年,意大利人Natta Natta 采用采用采用采用TiClTiCl3 3/Al(C/Al(C2 2HH5 5)3 3为引发剂,实现了丙烯的聚合,为引发剂,实现了丙烯的聚合,为引发剂,实现了丙烯的聚合,为引发剂,实现了丙烯的聚合,产物具有高度的产物具有高度的产物具有高度的产物具有高度的等规度等规度等规度等规度,熔点达,熔点达,熔点达,熔点达175 17
3、5。第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合2第2页,本讲稿共47页 TiClTiCl4 4/Al(C/Al(C2 2HH5 5)3 3称为称为称为称为ZieglerZiegler引发剂引发剂引发剂引发剂,TiCl TiCl3 3/Al(CAl(C2 2HH5 5)3 3称为称为称为称为NattaNatta引发剂引发剂引发剂引发剂,合称为,合称为,合称为,合称为ZieglerZieglerNattaNatta引发剂。引发剂。引发剂。引发剂。重要意义:重要意义:重要意义:重要意义:可使乙烯、丙烯等低级烯烃可使乙烯、丙烯等低级烯烃 聚合,产物具有高度规整性聚合,产物具有高度规整性第七章第七章 配配 位
4、位 聚聚 合合3第3页,本讲稿共47页 Goodrich-Gulf公司采用公司采用TiCl4-AlEt3引发体引发体系使异戊二烯聚合,得到系使异戊二烯聚合,得到高顺式高顺式1,4-聚异戊二聚异戊二烯(顺式率达烯(顺式率达95%97%)。Firestone轮胎和橡胶公司采用轮胎和橡胶公司采用Li或烷基锂引或烷基锂引发丁二烯聚合,得到发丁二烯聚合,得到高顺式高顺式1,4-聚丁二烯(顺聚丁二烯(顺式率式率90%94%)。第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合4第4页,本讲稿共47页7.2 7.2 聚合物的立体规整性聚合物的立体规整性聚合物的立体规整性聚合物的立体规整性1 聚合物的立体异构体聚合物的立体
5、异构体(自学)自学)结构异构结构异构(同分异构):化学组成相同,原子(同分异构):化学组成相同,原子和原子团的排列不同。和原子团的排列不同。头尾和头头、尾尾连接的结构异构;头尾和头头、尾尾连接的结构异构;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。第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合5第5页,本讲稿共47页立体异构立体异构 由于分子中的原子或基团的空间由于分子中的原子或基团的空间构构型型和和构象构象不同而产生的异构不同而产生的异构 构型异构:光学异构、几何异构构型异构:光学异构、几何异构 构象异构:由化学键旋转所引起构象异构:由化学键旋转所引起 光学
6、异构体光学异构体也称也称对映异构体对映异构体,是由于分子中是由于分子中含有手征性碳原子引起,分为含有手征性碳原子引起,分为 R(右)型和(右)型和 S(左)型两种异构体。(左)型两种异构体。对于对于 -烯烃聚合物,分子链中与烯烃聚合物,分子链中与 R 基连接基连接的碳原子有下述结构:的碳原子有下述结构:第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合6第6页,本讲稿共47页 由于连接由于连接C*两端的分子链不等长,或端基不两端的分子链不等长,或端基不同,同,C*应当是手征性碳原子。但应当是手征性碳原子。但这种手征性碳原这种手征性碳原子并不显示旋光性子并不显示旋光性,原因是紧邻,原因是紧邻 C*的原子差别的
7、原子差别极小,故称为极小,故称为假手性原子。假手性原子。第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合7第7页,本讲稿共47页 根据手性根据手性C*的构型不同,聚合物分为三种结构:的构型不同,聚合物分为三种结构:全同立构全同立构Isotactic间同立构间同立构Syndiotactic无规立构无规立构Atactic第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合8第8页,本讲稿共47页 全同立构聚合物全同立构聚合物和和间同立构聚合物间同立构聚合物统称为统称为有有规立构聚合物。规立构聚合物。如果聚合物的每个结构单元上含有两个立体如果聚合物的每个结构单元上含有两个立体异构中心,则异构现象就将复杂的多。异构中心,则异构现
8、象就将复杂的多。第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合9第9页,本讲稿共47页几何异构体几何异构体 几何异构体是由聚合物分子链中双键或环形结几何异构体是由聚合物分子链中双键或环形结构上取代基的构型不同引起的,如异戊二烯的构上取代基的构型不同引起的,如异戊二烯的1,4-聚合产物有两种几何异构体。聚合产物有两种几何异构体。顺式构型顺式构型反式构型反式构型聚异戊二烯聚异戊二烯第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合10第10页,本讲稿共47页2.立构规整性聚合物的性能立构规整性聚合物的性能 -烯烃聚合物烯烃聚合物 聚合物的立构规整性影响聚合物的结晶能力。聚合物的立构规整性影响聚合物的结晶能力。聚合物的立构
9、规整性好,分子排列有序,有利于结晶聚合物的立构规整性好,分子排列有序,有利于结晶 高结晶度导致高熔点、高强度、高耐溶剂性高结晶度导致高熔点、高强度、高耐溶剂性 如:如:无规无规PP,非结晶聚合物,蜡状粘性体,密度,非结晶聚合物,蜡状粘性体,密度0.85 全同全同PP 和和间同间同PP,高度结晶材料,具有高强度、高耐,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。溶剂性,用作塑料和合成纤维。全同全同PP 的的Tm为为175,可耐蒸汽消毒,密度,可耐蒸汽消毒,密度0.90。第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合11第11页,本讲稿共47页二烯烃聚合物二烯烃聚合物 如丁二烯聚合物:如丁二烯
10、聚合物:1,2聚合物都具有较高的熔点聚合物都具有较高的熔点对于合成橡胶,希望得到高顺式结构。对于合成橡胶,希望得到高顺式结构。全全同同 Tm 128间同间同 Tm 1561,4聚合物聚合物反式反式1,4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 第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合12第12页,本讲稿共47页3立构规整度的测定立构规整度的测定 聚合物的立构规整性用立构规整度表征。聚合物的立构规整性用立构规整度表征。立构规整度立构规整度:是立构规整聚合物占总聚合物的分数,是立构规整聚合
11、物占总聚合物的分数,是评价聚合物性能、引发剂定向聚合能力的重要指标是评价聚合物性能、引发剂定向聚合能力的重要指标。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第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合13第13页,本讲稿共47页也可用红外光谱的特征吸收谱带测定也可用红外光谱的特征吸收谱带测定 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,峰面积甲基的特征吸收,峰面积K为仪器常数全同
12、聚丙烯的立构规整度(全同指数、等规度)常用沸腾正庚烷的萃取剩余物所占百分数表示。第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合14第14页,本讲稿共47页 二烯烃聚合物的立构规整度用某种立构体的二烯烃聚合物的立构规整度用某种立构体的百分含量表示,可用百分含量表示,可用IR、NMR测定。测定。聚丁二烯聚丁二烯IR吸收谱带吸收谱带 立构规整度与结晶度有关,但不一定一致。立构规整度与结晶度有关,但不一定一致。例如高顺式例如高顺式1,4聚丁二烯的分子链非常规整,但聚丁二烯的分子链非常规整,但常温无负荷时不结晶。常温无负荷时不结晶。全同全同1,2:991、694 cm1间同间同1,2:990、664 cm1顺式顺
13、式1,4:741 cm1 反式反式1,4:964 cm1第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合15第15页,本讲稿共47页7.3.1 7.3.1 配位聚合的定义配位聚合的定义配位聚合的定义配位聚合的定义 配位聚合是指烯类单体的碳碳双键首先在配位聚合是指烯类单体的碳碳双键首先在配位聚合是指烯类单体的碳碳双键首先在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,随后过渡金属引发剂活性中心上进行配位、活化,随后过渡金属引发剂活性中心上进行配位、活化,随后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单体分子相继插入过渡金属碳键中进行链
14、增长的单体分子相继插入过渡金属碳键中进行链增长的单体分子相继插入过渡金属碳键中进行链增长的过程。过程。过程。过程。链增长反应可表示如下:链增长反应可表示如下:链增长反应可表示如下:链增长反应可表示如下:7.3 7.3 配位聚合的基本概念配位聚合的基本概念配位聚合的基本概念配位聚合的基本概念第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合16第16页,本讲稿共47页过渡金属过渡金属空位空位环状过环状过渡状态渡状态链增长过程的本质是单体对增长链端络合物的插入反应链增长过程的本质是单体对增长链端络合物的插入反应第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合17第17页,本讲稿共47页单体首先在过渡金属上配位形成单体首先在
15、过渡金属上配位形成 络合物络合物反应是阴离子性质反应是阴离子性质直接证据直接证据:用标记元素的终止剂终止增长链用标记元素的终止剂终止增长链 14CH3OH 14CH3O H 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+,由此可表明链端是阴离子。因此,配位聚合,由此可表明链端是阴离子。因此,配位聚合属于属于配位阴离子聚合配位阴离子聚合。7.3.2 7.3.2 配位聚合的特点配位聚合的特点配位聚合的特点配位聚合的特点第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合18第18页,本讲稿共47页增长反应是经过四元环的插入过程增长反应是经过四元环的插入过程过过渡渡金金属属阳阳离离子
16、子MtMt+对对烯烯烃烃双双键键 碳碳原原子子的的亲亲电进攻电进攻增增长长链链端端阴阴离离子子对对烯烯烃烃双双键键 碳碳原原子子的的亲亲核进攻核进攻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。第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合19第19页,本讲稿共47页l一级插入一级插入单体的插入反应有两种可能的途径 不带取代基的一端带负电荷,与过渡金属相连接,不带取代基的一端带负电荷,与过渡金属相连接,称为称为一级插入。一级插入。第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合20第20页,本讲稿共47页 带有取代基一端带负电荷并与反离子相连,称带有取代基一端带负电荷并与反离子相连,称为为
17、二级插入。二级插入。l 二级插入二级插入第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合21第21页,本讲稿共47页 两种插入方式所形成的聚合物的结构完全两种插入方式所形成的聚合物的结构完全相同,但研究发现:相同,但研究发现:丙烯的全同聚合为一级插入丙烯的全同聚合为一级插入丙烯的间同聚合为二级插入丙烯的间同聚合为二级插入第七章第七章 配配 位位 聚聚 合合22第22页,本讲稿共47页7.3.3 7.3.3 配位聚合引发剂与单体配位聚合引发剂与单体配位聚合引发剂与单体配位聚合引发剂与单体引发剂和单体类型引发剂和单体类型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
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- 高分子 化学课件 优秀 课件
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