湖北大学高分子化学配位聚合省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、配配 位位 聚聚 合合1.什么是什么是配位聚合配位聚合?是指烯类单体碳碳双键首先在过渡金属是指烯类单体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,随即引发剂活性中心上进行配位、活化,随即单体分子相继插入过渡金属碳键中进行单体分子相继插入过渡金属碳键中进行链增加过程。链增加过程。77.1 配位聚合基本概念配位聚合基本概念1953年,年,Ziegler发觉了乙烯低压聚合发觉了乙烯低压聚合引发剂引发剂1954年年Natta发觉了丙烯聚合引发剂发觉了丙烯聚合引发剂第1页链增加反增加反应可表示以下可表示以下过渡金属渡金属空位空位环状状过渡状渡状态链增加增加过程程本本质是是单体体对增加增加链端端
2、络合物插入反合物插入反应第2页单体首先在过渡金属上配位形成单体首先在过渡金属上配位形成-络合物络合物 证据:乙烯和证据:乙烯和Pt、Pd生成络合物后仍可分离生成络合物后仍可分离 制得了制得了4-甲基甲基-1-戊烯戊烯VCl3-络合物络合物反应是阴离子性质反应是阴离子性质 间接证据间接证据:-烯烃聚合速率随双键上烷基增大而降低烯烃聚合速率随双键上烷基增大而降低CH2=CH2 CH2=CHCH3 CH2=CHCH2CH3 直接证据直接证据:用标识元素终止剂终止增加链用标识元素终止剂终止增加链 14CH3OH 14CH3O H 2.配位聚合特点配位聚合特点第3页增加反应是经过四元环插入过程增加反应是
3、经过四元环插入过程过渡渡金金属属阳阳离离子子MtMt+对烯烃双双键 碳碳原原子子亲电进攻攻增增加加链端端阴阴离离子子对烯烃双双键 碳碳原原子子亲核核进攻攻得到聚合物无得到聚合物无1414C C放射性,表明加上是放射性,表明加上是H H,而而链端是阴离子端是阴离子所以,配位聚合属于所以,配位聚合属于配位阴离子聚合配位阴离子聚合插入反插入反应包含两个同包含两个同时进行化学行化学过程:程:第4页l一级插入一级插入单体插入反体插入反应有两种可能路径有两种可能路径不不带取代基一端取代基一端带负电荷,与荷,与过渡金属相渡金属相连接,接,称称为一一级插入插入第5页 带有取代基一端有取代基一端带负电荷并与反离
4、子相荷并与反离子相连,称称为二二级插入插入 二二级插入插入两种插入所形成聚合物两种插入所形成聚合物结构完全相同构完全相同但研究但研究发觉:丙丙烯全同聚合是一全同聚合是一级插入,插入,丙丙烯间同聚合却同聚合却为二二级插入插入第6页l配位聚合配位聚合、络合聚合络合聚合 在含意上是一样,可互用在含意上是一样,可互用 普通认为,配位比络合表示意义更明确普通认为,配位比络合表示意义更明确 配位聚合结果:配位聚合结果:能够形成有规立构聚合物能够形成有规立构聚合物 也能够是无规聚合物也能够是无规聚合物l定向聚合定向聚合、有规立构聚合有规立构聚合 这二者是同意语,是以产物结构定义这二者是同意语,是以产物结构定
5、义 都是指以形成有规立构聚合物为主聚合过程都是指以形成有规立构聚合物为主聚合过程 乙丙橡胶制备采取乙丙橡胶制备采取ZN催化剂,属配位聚合,催化剂,属配位聚合,但结构是无规,不是定向聚合但结构是无规,不是定向聚合 几个聚合名称含义区分几个聚合名称含义区分第7页3.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引引发剂 -烯烃 有有规立构聚合立构聚合二二烯烃环烯烃有有规立构聚合立构聚合-烯丙基丙基镍型引型引发剂:专供丁二供丁二烯顺、反、反1,4聚合聚合烷基基锂引引发剂(均相)(均相)极性极性单体体二二烯烃有有规立构聚合立构聚合 引引发剂相相态和和
6、单体极性体极性非均相引非均相引发剂,立构,立构规整化能力整化能力强均相引均相引发剂,立构,立构规整化能力弱整化能力弱极性极性单体体:失活失活 -烯烃:全同:全同极性极性单体体:全同全同 -烯烃:无:无规第8页配位引发剂作用配位引发剂作用 普通说来,配位阴离子聚合立构规整化能力普通说来,配位阴离子聚合立构规整化能力 取决于取决于提供提供引引发聚合活性种聚合活性种提供提供独特配位能力独特配位能力主要是引主要是引发剂中中过渡金属反离子,与渡金属反离子,与单体和增加体和增加链配位,促使配位,促使单体分子按照一定构型体分子按照一定构型进入增加入增加链。即即单体体经过配位而配位而“定位定位”,引,引发剂起
7、着起着连续定定向模型作用向模型作用引引发剂类型型特定特定组合与配比合与配比单体种体种类聚合条件聚合条件第9页7.2 聚合物立构聚合物立构规整性整性立体异构立体异构 因为分子中原子或基团空间因为分子中原子或基团空间构型构型和和构象构象不一样而产不一样而产生生光学异构光学异构几何异构几何异构1.聚合物立体异构体聚合物立体异构体结构异构构异构(同分异构):(同分异构):化学化学组成相同,原子和原子成相同,原子和原子团排列不一排列不一样 头尾和尾和头头、尾尾、尾尾连接接结构异构构异构两种两种单体在共聚物分子体在共聚物分子链上不一上不一样排列序列异构排列序列异构构型异构构型异构构象异构构象异构第10页光
8、学异构体光学异构体 光学异构体(也称光学异构体(也称对映异构体对映异构体),是由手征性碳),是由手征性碳原子产生原子产生 构型分为构型分为R(右)型和右)型和S(左)型两种左)型两种 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基连接碳原子含基连接碳原子含有下述结构:有下述结构:因为连接因为连接C*两端分子链不等长,或端基不一样,两端分子链不等长,或端基不一样,C*应该是手征性碳原子应该是手征性碳原子 但这种手征性碳原子并不显示旋光性,原因是紧邻但这种手征性碳原子并不显示旋光性,原因是紧邻C*原子差异极小,故称为原子差异极小,故称为“假手性中心假手性中心”第11页依据手性依据手性
9、C*构型不一样,聚合物分为三种结构:构型不一样,聚合物分为三种结构:全同全同和和间同立构间同立构聚合物统称为聚合物统称为有规立构聚合物有规立构聚合物 假如每个结构单元上含有两个立体异构中心,则假如每个结构单元上含有两个立体异构中心,则异构现象就愈加复杂异构现象就愈加复杂全同立构全同立构Isotactic间同立构同立构Syndiotactic无无规立构立构Atactic第12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构型不一样引发构上取代基构型不一样引发 如异戊二烯聚合,如异戊二烯聚合,1,4-聚合产物有聚合产物有顺式构型式
10、构型反式构型反式构型聚异戊二聚异戊二烯第13页2.光学活性聚合物光学活性聚合物 是指聚合物不但含有手性碳原子,而且能使偏振是指聚合物不但含有手性碳原子,而且能使偏振光偏振面旋转,真正含有旋光性,这种聚合物称光偏振面旋转,真正含有旋光性,这种聚合物称为为光学活性聚合物光学活性聚合物 采取两种办法:采取两种办法:改变手性碳原子改变手性碳原子C*近邻环境;近邻环境;将侧基中含有手性碳原子将侧基中含有手性碳原子C*烯烃聚合烯烃聚合l改变手性碳原子改变手性碳原子C*近邻环境近邻环境 一个等量一个等量R和和S外消旋单体,聚合后得到也是等外消旋单体,聚合后得到也是等量外消旋聚合物混合物,无旋光活性量外消旋聚
11、合物混合物,无旋光活性 采取一个光学活性引发剂,可改变采取一个光学活性引发剂,可改变R和和S百分比百分比第14页 将这种光学引发剂优先选择一个对映体进入聚将这种光学引发剂优先选择一个对映体进入聚合物链聚合反应称为合物链聚合反应称为立构选择性聚合立构选择性聚合 R/S=75/25光学活性聚合物光学活性引发剂R/S=50/50第15页l将侧基中含有手性将侧基中含有手性C*烯烃聚合烯烃聚合(S 100)R/S=50/50第16页3.立构立构规整性聚合物性能整性聚合物性能 -烯烃聚合物烯烃聚合物 聚合物立构规整性影响聚合物结晶能力聚合物立构规整性影响聚合物结晶能力 聚合物立构规整性好,分子排列有序,有
12、利于结晶聚合物立构规整性好,分子排列有序,有利于结晶 高结晶度造成高熔点、高强度、高耐溶剂性高结晶度造成高熔点、高强度、高耐溶剂性 如:如:无规无规PP,非结晶聚合物,蜡状粘滞体,用途不大非结晶聚合物,蜡状粘滞体,用途不大 -烯烃聚合物烯烃聚合物Tm大致大致随取代基增大而升高随取代基增大而升高 HDPE 全同全同PP 聚聚3-甲基甲基-1-丁烯丁烯 聚聚4-甲基甲基-1-戊戊烯烯Tm 120 175 300 235 ()全同全同PP和和间同同PP,是高度是高度结晶材料,含有高晶材料,含有高强度、高耐溶度、高耐溶剂性,用作塑料和合成性,用作塑料和合成纤维全同全同PPTm为175,可耐蒸汽消毒,比
13、重,可耐蒸汽消毒,比重0.90第17页二烯烃聚合物二烯烃聚合物 如丁二烯聚合物:如丁二烯聚合物:1,2聚合物都含有较高熔点聚合物都含有较高熔点对于合成橡胶,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同全同 Tm 128间同同 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较硬低硬低弹性材料性材料顺式式1,4聚合物聚合物 Tg=108,Tm=2 是是弹性性优异橡胶异橡胶 第18页立构规整度测定立构规整度测定 聚合物立构规整性用立构规整度表征聚合物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分数是立构规整聚合物占总聚合物
14、分数 是评价聚合物性能、引发剂定向聚合能力一个主是评价聚合物性能、引发剂定向聚合能力一个主要指标要指标 l全同聚丙烯立构规整度(全同聚丙烯立构规整度(全同指数全同指数、等规度等规度)惯用沸腾正庚烷萃取剩下物所占百分数表示惯用沸腾正庚烷萃取剩下物所占百分数表示结晶晶比重比重熔点熔点溶解行溶解行为化学化学键特征吸收特征吸收依据聚合物物理依据聚合物物理性性质进行行测定定第19页也可用红外光谱特征吸收谱带测定也可用红外光谱特征吸收谱带测定l二烯烃聚合物立构规整度用某种立构体百分含量表示二烯烃聚合物立构规整度用某种立构体百分含量表示 应用应用IR、NMR测定测定 聚丁二烯聚丁二烯IR吸收谱带吸收谱带聚丙
15、聚丙烯全同指数全同指数 (I I P)沸腾正庚烷萃取剩下物重未萃取时聚合物总重I I P KA975A1460全同螺旋链段特征吸收,峰面积甲基特征吸收,峰面积K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第20页7.3 Ziegler-Natta(Z-N)引引发剂主引发剂主引发剂l族:族:Co、Ni、Ru、Rh 卤化物或羧酸盐卤化物或羧酸盐 主要用于主要用于二烯烃二烯烃聚合聚合1.Z-N引引发剂组分分是周期表中是周期表中过渡金属化合物渡金属化合物Ti Zr V Mo W Cr卤化物化物氧氧卤
16、化物化物乙乙酰丙丙酮基基环戊二戊二烯基基 副族:副族:TiCl3(、)活性活性较高高MoCl5、WCl6专用于用于环烯烃开开环聚合聚合主要用于主要用于 -烯烃聚聚合合第21页l主族金属有机化合物主族金属有机化合物 主要有:主要有:RLi、R2Mg、R2Zn、AlR3 R为为111碳烷基或环烷基碳烷基或环烷基l 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 当当主主引引发发剂剂选选同同TiCl3,从从制制备备方方便便、价价格格和和聚聚合合物物质质量考虑,多项选择取量考虑,多项选择取AlEt2CllAl/Ti mol 比是决定引发剂性能
17、主要原因比是决定引发剂性能主要原因 适宜适宜Al/Ti比为比为 1.5 2.5 共引共引发剂第22页第三组分第三组分 评价评价Z-N引发剂依据引发剂依据产物立构物立构规整度整度 质量量聚合速率聚合速率 产量量:g产物物/gTi两两组分分Z-N引引发剂称称为第一代引第一代引发剂 5001000 g/g Ti为了提升引了提升引发剂定向能力和聚合速率,常加入定向能力和聚合速率,常加入第三第三组分分(给电子子试剂)含含N、P、O、S化合物:化合物:六甲基磷酰胺 丁醚 叔胺第23页加入第三组分引发剂称为加入第三组分引发剂称为第二代引发剂第二代引发剂引发剂活性提升到引发剂活性提升到 5104 g PP/g
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- 湖北大学 高分子 化学 配位聚合 公共课 一等奖 全国 获奖 课件
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