阴离子聚合精.ppt
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1、阴离子聚合第1页,本讲稿共33页 在在在在阴阴阴阴离离离离子子子子聚聚聚聚合合合合体体体体系系系系中中中中,不不不不管管管管是是是是活活活活性性性性单单单单体体体体,还还还还是是是是阴阴阴阴离离离离子子子子活活活活性性性性增增增增长长长长链链链链,都是以离子对的形式存在都是以离子对的形式存在都是以离子对的形式存在都是以离子对的形式存在,并且离子对一直存在至链终止。并且离子对一直存在至链终止。并且离子对一直存在至链终止。并且离子对一直存在至链终止。一、一、一、一、阴离子聚合的单体阴离子聚合的单体阴离子聚合的单体阴离子聚合的单体 具具有有共共轭轭取取代代基基、强强的的和和较较强强的的吸吸电电子子取
2、取代代基基的的烯烯类类单单体体和和某某些环状化合物都可以进行阴离子聚合些环状化合物都可以进行阴离子聚合,如如 阴离子聚合中阴离子聚合中,单体的活性次序与自由基聚合不同。单体的活性次序与自由基聚合不同。4.3 阴离子聚合阴离子聚合第2页,本讲稿共33页二、二、二、二、阴离子聚合的引发剂阴离子聚合的引发剂阴离子聚合的引发剂阴离子聚合的引发剂在离子聚合中在离子聚合中,产生活性中心的物质亦称为引发剂。产生活性中心的物质亦称为引发剂。阴离子聚合的引发剂是阴离子聚合的引发剂是“碱碱碱碱”。v 烷基金属化合物和碱金属烷基金属化合物和碱金属烷基金属化合物中主要有烷基金属化合物中主要有丁基锂丁基锂C4H9Li、
3、1,1,4,4-四苯基丁基二锂;四苯基丁基二锂;4.3 阴离子聚合阴离子聚合碱金属中主要有碱金属中主要有Li、Na和和K等。等。烷基金属化合物和碱金属烷基金属化合物和碱金属的碱性最强的碱性最强,聚合活性最大聚合活性最大,可以可以引发各种能进行阴离子聚合的烯类单体。引发各种能进行阴离子聚合的烯类单体。第3页,本讲稿共33页 v 活性聚合物活性聚合物 先制备一个活性聚合物做为种子先制备一个活性聚合物做为种子,然后用它引发第二单体。然后用它引发第二单体。v 其它其它 醇钠醇钠RONa、醇钾醇钾ROK、强碱强碱KOH、NaOH和吡啶等。和吡啶等。vv 引发剂和单体的相对引发剂和单体的相对引发剂和单体的
4、相对引发剂和单体的相对电子亲合性要匹配。电子亲合性要匹配。电子亲合性要匹配。电子亲合性要匹配。萘萘-钠配合物钠配合物v 碱金属配合物碱金属配合物4.3 阴离子聚合阴离子聚合第4页,本讲稿共33页 表表4.2 阴离子聚合单体和引发剂的反应活性阴离子聚合单体和引发剂的反应活性 引发剂引发剂 单单 体体 SrR2 CaR2 -甲基苯乙烯甲基苯乙烯 CH2=C(CH3)C6H5 Na NaR 苯乙烯苯乙烯 CH2=CH-C6H5 Li LiR 丁二烯丁二烯 CH2=CH-CH=CH2 RMgX 丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯 CH2=CH-COOCH3 t-ROLi 甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯 CH2=C(C
5、H3)COOCH3ROK 丙烯腈丙烯腈 CH2=CH-CNROLi 甲基丙烯腈甲基丙烯腈 CH2=C(CH3)CN强碱强碱 甲基乙烯酮甲基乙烯酮 CH2=CHCOCH3吡啶吡啶 硝基乙烯硝基乙烯 CH2=CH-NO2 NR3 甲叉丙二酸二乙酯甲叉丙二酸二乙酯 CH2=C(COOC2H5)2 弱碱弱碱 -氰基丙烯酸乙酯氰基丙烯酸乙酯 CH2=C(COOC2H5)CN ROR -氰基氰基-2,4-己二烯酸乙酯己二烯酸乙酯*H2O 偏二氰基乙烯偏二氰基乙烯 CH2=C(CN)2aADCbcdB4.3 阴离子聚合阴离子聚合第5页,本讲稿共33页三、三、三、三、阴离子聚合反应的机理阴离子聚合反应的机理阴
6、离子聚合反应的机理阴离子聚合反应的机理 链引发反应链引发反应链引发反应链引发反应 形成活性单体的反应称为链引发反应。形成活性单体的反应称为链引发反应。用烷基金属化合物作引发剂的链引发反应用烷基金属化合物作引发剂的链引发反应 用碱金属作引发剂的链引发反应用碱金属作引发剂的链引发反应4.3 阴离子聚合阴离子聚合第6页,本讲稿共33页图图4.2 用碱金属作引发剂的用碱金属作引发剂的链引发反应示意图链引发反应示意图用烷基金属化合物作引发剂形成单阴离子用烷基金属化合物作引发剂形成单阴离子,体系为均相反应。体系为均相反应。4.3 阴离子聚合阴离子聚合而用碱金属作引发剂形成双阴离子而用碱金属作引发剂形成双阴
7、离子,体系为非均相反应。体系为非均相反应。第7页,本讲稿共33页 用碱金属配合物作引发剂的链引发反应用碱金属配合物作引发剂的链引发反应在醚类溶剂在醚类溶剂(如四氢呋喃如四氢呋喃)中中,钠与萘形成配合物钠与萘形成配合物 双阴离子为聚合反应的增长活性中心。双阴离子为聚合反应的增长活性中心。双阴离子为聚合反应的增长活性中心。双阴离子为聚合反应的增长活性中心。用碱金属配合物作引发剂的链引发反应为均相反应。用碱金属配合物作引发剂的链引发反应为均相反应。4.3 阴离子聚合阴离子聚合第8页,本讲稿共33页 上述反应能否进行上述反应能否进行,取决于取决于M1(-)和和M2的相对碱性的相对碱性,亦即亦即M1(-
8、)的给电子能力和的给电子能力和M2的亲电子能力。的亲电子能力。如如果果M1(-)的的给给电电子子能能力力强强(碱碱性性大大),单单体体M2的的亲亲电电子子能能力力强强(即即碱性相对弱碱性相对弱),则反应能够进行。则反应能够进行。反之反之,不能进行不能进行,或很困难。或很困难。用活性聚合物作引发剂的链引发反应用活性聚合物作引发剂的链引发反应4.3 阴离子聚合阴离子聚合第9页,本讲稿共33页 实实实实验验验验证证证证明明明明p pK Kd d值值值值大大大大的的的的单单单单体体体体形形形形成成成成的的的的阴阴阴阴离离离离子子子子(相相相相对对对对碱碱碱碱性性性性大大大大),能能能能引引引引发发发发
9、p pK Kd d 值小的单体,反之则不能。值小的单体,反之则不能。值小的单体,反之则不能。值小的单体,反之则不能。pKd 值值属属于于同同一一数数量量级级的的单单体体,如如苯苯乙乙烯烯和和丁丁二二烯烯,引引发发也也有有方方向向性性 能引发能引发 常用常用pKd值表示单体碱性的相对大小。值表示单体碱性的相对大小。阴阴离离子子聚聚合合时时,活活性性中中心心的的反反应应能能力力大大小小的的规规律律和和自自由由基基聚聚合合有有类类似似之之处处:即即活活泼泼的的单单体体形形成成的的阴阴离离子子不不活活泼泼,而而不不活活泼泼的的单单体体形形成成的阴离子活泼。的阴离子活泼。,反之则很困难。反之则很困难。4
10、.3 阴离子聚合阴离子聚合在下列共轭酸碱平衡中在下列共轭酸碱平衡中第10页,本讲稿共33页 链增长反应链增长反应链增长反应链增长反应活活性性单单体体继继续续与与单单体体加加成成则则形形成成阴阴离离子子活活性性增增长长链链。形形成成阴阴离离子子活活性增长链的反应称为链增长反应。性增长链的反应称为链增长反应。单阴离子活性中心的链增长反应单阴离子活性中心的链增长反应 这种链增长反应是单体插入到离子对中间向一端增长。这种链增长反应是单体插入到离子对中间向一端增长。双阴离子活性中心的链增长反应双阴离子活性中心的链增长反应4.3 阴离子聚合阴离子聚合第11页,本讲稿共33页 链终止反应和链转移反应链终止反
11、应和链转移反应链终止反应和链转移反应链终止反应和链转移反应阴离子聚合的一个重要特点是在适当条件下阴离子聚合的一个重要特点是在适当条件下:没没没没有有有有空空空空气气气气、醇醇醇醇、酸酸酸酸等等等等极极极极性性性性物物物物质质质质时时时时,不不不不发发发发生生生生链链链链终终终终止止止止反反反反应应应应,而而而而形形形形成成成成活活活活性性性性聚聚聚聚合物。合物。合物。合物。原因:原因:阴阴离离子子活活性性增增长长链链中中心心离离子子具具有有相相同同电电荷荷,相相同同电电荷荷的的排排斥斥作作用用,不像自由基聚合那样可以双基终止。不像自由基聚合那样可以双基终止。阴阴离离子子聚聚合合中中,阴阴离离子
12、子活活性性增增长长链链的的反反离离子子常常为为金金属属阳阳离离子子,中中心心离离子子为碳负离子二者之间离解度大为碳负离子二者之间离解度大,不能发生中心离子和反离子的结合反应。不能发生中心离子和反离子的结合反应。阴离子活性增长链也不容易发生向单体转移反应。阴离子活性增长链也不容易发生向单体转移反应。因因为为,这这种种转转移移反反应应需需脱脱除除H(-)需需要要较较高高的的能能量量,而而阴阴离离子子聚聚合合往往往往是在低温是在低温(0以下以下)进行。进行。但在某些条件下但在某些条件下但在某些条件下但在某些条件下,阴离子活性增长链发生链转移反应而终止:阴离子活性增长链发生链转移反应而终止:阴离子活性
13、增长链发生链转移反应而终止:阴离子活性增长链发生链转移反应而终止:4.3 阴离子聚合阴离子聚合第12页,本讲稿共33页 加入醇、酸和水等质子给予体发生链转移而终止加入醇、酸和水等质子给予体发生链转移而终止 4.3 阴离子聚合阴离子聚合第13页,本讲稿共33页 活性聚合物久置活性聚合物久置,链端发生异构化而终止链端发生异构化而终止4.3 阴离子聚合阴离子聚合第14页,本讲稿共33页 加入特殊的添加剂加入特殊的添加剂,使阴离子活性增长链终止使阴离子活性增长链终止 加入环氧乙烷加入环氧乙烷,再加入醇再加入醇,制备端羟基聚合物制备端羟基聚合物 加入二氧化碳加入二氧化碳,再加入酸再加入酸,制备端羧基聚合
14、物制备端羧基聚合物4.3 阴离子聚合阴离子聚合第15页,本讲稿共33页 对对于于甲甲基基丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯的的阴阴离离子子聚聚合合,其其阴阴离离子子活活性性增增长长链链向向单单体体中中的亲电取代基发生转移反应而终止的亲电取代基发生转移反应而终止 加入二异氰酸酯加入二异氰酸酯,再加入水再加入水,制备端胺基聚合物制备端胺基聚合物4.3 阴离子聚合阴离子聚合第16页,本讲稿共33页 丙烯腈阴离子聚合丙烯腈阴离子聚合 向单体转移导致聚合物相对分子质量降低向单体转移导致聚合物相对分子质量降低 向大分转移导向大分转移导 致链的支化致链的支化4.3 阴离子聚合阴离子聚合第17页,本讲稿共33页四、四、四、
15、四、阴离子聚合的应用阴离子聚合的应用阴离子聚合的应用阴离子聚合的应用 制备苯乙烯制备苯乙烯-丁二烯丁二烯(SB)-二嵌段共聚物二嵌段共聚物用用单单官官能能团团引引发发剂剂如如丁丁基基锂锂(C4H9Li)先先引引发发单单体体苯苯乙乙烯烯制制备备活活性性聚聚合物种子合物种子:然后再用聚苯乙烯活性聚合物作为种子然后再用聚苯乙烯活性聚合物作为种子,引发单体丁二烯引发单体丁二烯:4.3 阴离子聚合阴离子聚合SB-二嵌段共聚物二嵌段共聚物第18页,本讲稿共33页4.3 阴离子聚合阴离子聚合 制备苯乙烯制备苯乙烯-丁二烯丁二烯-苯乙烯苯乙烯(SBS)-三嵌段共聚物三嵌段共聚物 用双官能团的引发剂用双官能团的
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