高分子化學(xué)反應(yīng)

1、關(guān)于高分子的化學(xué)反應(yīng)第一張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第9章 高分子的化學(xué)反應(yīng) 高分子化學(xué)是研究高分子化合物合成與反應(yīng)的一門科學(xué)研究高分子化學(xué)反應(yīng)的意義： 豐富高分子的品種、擴(kuò)大應(yīng)用范圍； 從理論上研究和驗(yàn)證高分子化合物的結(jié)構(gòu)； 研究影響老化的因素和性能變化之間的關(guān)系； 研究高分子的降解，有利于廢聚合物的處理。高分子化學(xué)反應(yīng)的分類 聚合度基本不變的反應(yīng)，側(cè)基和端基變化 聚合度變大的反應(yīng)：交聯(lián)、接枝、嵌段、擴(kuò)鏈 聚合度變小的反應(yīng)：降解，解聚第二張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月9.1 高分子官能團(tuán)反應(yīng)特點(diǎn)及影響因素 高分子官能團(tuán)可以起各種化學(xué)反應(yīng) 由于高分子存在鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)

2、結(jié)構(gòu)，官能團(tuán)反應(yīng)具有特殊性1. 反應(yīng)產(chǎn)物的不均勻性 高分子鏈上的官能團(tuán)很難全部起反應(yīng) 一個(gè)高分子鏈上就含有未反應(yīng)和反應(yīng)后的多種不同基團(tuán)，類似共聚產(chǎn)物 例如聚丙烯腈水解:第三張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 反應(yīng)不能用小分子的“產(chǎn)率”一詞來描述 只能用基團(tuán)轉(zhuǎn)化率來表征： 即指起始基團(tuán)生成各種基團(tuán)的百分?jǐn)?shù) 基團(tuán)轉(zhuǎn)化率不能達(dá)到百分之百，是由高分子反應(yīng)的不均勻 性和復(fù)雜性造成的2. 影響高分子化學(xué)反應(yīng)的因素 化學(xué)因素幾率效應(yīng) 高分子鏈上的相鄰基團(tuán)作無規(guī)成對(duì)反應(yīng)時(shí)，中間往往留有孤立基團(tuán),最高轉(zhuǎn)化率受到幾率的限制，稱為幾率效應(yīng) 例如，PVC與Zn粉共熱脫氯，按幾率計(jì)算只能達(dá)到86. 5%，與實(shí)驗(yàn)

3、結(jié)果相符第四張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鄰近基團(tuán)效應(yīng) 高分子鏈上的鄰近基團(tuán)，包括反應(yīng)后的基團(tuán)都可以改變未反應(yīng)基團(tuán)的活性，這種影響稱為鄰基效應(yīng) 如聚甲基丙烯酸酯類堿性水解有自動(dòng)催化作用第五張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 有利于形成五元或六元環(huán)狀中間體，均有促進(jìn)效應(yīng) 鄰基效應(yīng)還與高分子的構(gòu)型有關(guān)，如 全同PMMA比無規(guī)、間同水解快，原因是全同基結(jié)構(gòu)的團(tuán)位置易于形成環(huán)酐中間體 物理因素聚集態(tài)的影響 晶態(tài)高分子低分子很難擴(kuò)散入晶區(qū)，晶區(qū)不能反應(yīng)官能團(tuán)反應(yīng)通常僅限于非晶區(qū)第六張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月輕度交聯(lián)的聚合物，須適當(dāng)溶劑溶脹，才易進(jìn)行反應(yīng) 如苯乙烯二乙烯

4、基苯共聚物，用二氯乙烷溶脹后，才易磺化非晶態(tài)高分子玻璃態(tài)，鏈段運(yùn)動(dòng)凍結(jié)，難以反應(yīng)高彈態(tài)：鏈段活動(dòng)增大，反應(yīng)加快粘流態(tài)：可順利進(jìn)行鏈構(gòu)象的影響 高分子鏈在溶液中可呈螺旋形或無規(guī)線團(tuán)狀態(tài) 溶劑改變，鏈構(gòu)象亦改變，官能團(tuán)的反應(yīng)性會(huì)發(fā)生明顯的變化即使均相反應(yīng)，高分子的溶解情況發(fā)生變化時(shí)，反應(yīng)速率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化第七張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月纖維素的結(jié)構(gòu)如下粘膠纖維纖維素硝酸酯纖維素醋酸酯纖維素醚類： 甲基、乙基、羧甲基纖維素纖維素的化學(xué)反應(yīng) 纖維素是第一個(gè)進(jìn)行化學(xué)改性的天然高分子 纖維素有許多重要衍生物9. 2 聚合度相似的化學(xué)轉(zhuǎn)變第八張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 粘膠纖

5、維的制造20% NaOH浸漬 12 h堿纖維素CS220 30 2 h纖維素黃酸鈉（0.5 個(gè)黃酸根 / 3個(gè)羥基）18 30 40 h將部分黃酸鹽水解成羥基，成為粘度較大的紡前粘膠液1015 H2SO4 噴絲3045 CS2第九張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 聚醋酸乙烯酯的反應(yīng) 聚乙烯醇只能從聚醋酸乙烯酯的水解得到聚乙烯醇縮醛化反應(yīng)可得到重要的高分子產(chǎn)品縮甲醛：維尼綸縮丁醛：良好的玻璃粘合劑第十張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月芳環(huán)取代反應(yīng) 聚苯乙烯幾乎年進(jìn)行芳烴的一切反應(yīng) 以苯乙烯二乙烯苯共聚物為母體的離子交換樹脂，是芳環(huán)取代反應(yīng)的典型例子強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂陰離子交換

6、樹脂第十一張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月9.3 聚合度變大的反應(yīng) 包括：交聯(lián)、接枝、嵌段、擴(kuò)鏈 線型高分子鏈之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，成為網(wǎng)狀高分子，這就是交聯(lián)反應(yīng)交聯(lián)反應(yīng)聚烯烴（聚乙烯、乙丙橡膠）在過氧化物、高能幅射作用下可發(fā)生交聯(lián)。過氧化物交聯(lián)如下：第十二張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月乙丙橡膠的交聯(lián)（硫化）發(fā)生在叔碳原子上橡膠的硫化 橡膠硫化就是使具有彈性的線型橡膠分子生成交聯(lián)的過程； 因用硫或硫化物交聯(lián)，故硫化和交聯(lián)是同義語； 交聯(lián)賦予橡膠高彈性； 其機(jī)理比較復(fù)雜，基本認(rèn)為是離子反應(yīng)機(jī)理：第十三張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第十四張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2

7、022年6月接枝反應(yīng) 通過化學(xué)反應(yīng)，在某一聚合物主鏈接上結(jié)構(gòu)、組成不同的支鏈，這一過程稱為接枝 接枝方法大致分為兩類：第十五張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月聚合法 在高分子主鏈的引發(fā)點(diǎn)上，單體聚合長出支鏈 引發(fā)劑法 鏈轉(zhuǎn)移法 幅射聚合法 光聚合法 機(jī)械法偶聯(lián)法 將預(yù)先制好的支鏈偶聯(lián)到高分子主鏈上去第十六張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月也可在聚合物主鏈上形成過氧化物側(cè)基O2MMA第十七張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 嵌段共聚依次進(jìn)入不同單體的活性聚合 例如，烷基鋰為引發(fā)劑 但要注意鏈陰離子的活性，pKa大的單體可引發(fā)小的 S t MMA AN VDCN （乙叉二氰

8、）第十八張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 擴(kuò)鏈反應(yīng)其它合成方法 特殊引發(fā)劑法 縮聚中的鏈交換反應(yīng) 帶活性端基預(yù)聚體的反應(yīng) 力化學(xué)法 擴(kuò)鏈反應(yīng)是指以適當(dāng)?shù)姆椒?，將分子量為幾千的低聚物連接起來，使分子量成倍或幾十倍提高 遙爪預(yù)聚物分子量一般在36千，常呈液體狀，通過擴(kuò)鏈，可得到高分子量產(chǎn)物 近年來發(fā)展的液體橡膠是這一反應(yīng)的典型應(yīng)用 對(duì)于不同的活性端基，相應(yīng)的擴(kuò)鏈劑也不相同第十九張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 活性端基 擴(kuò)鏈劑的官能團(tuán) OH NCO COOH 環(huán)氧基 OH 環(huán)氧 HN2 OH COOH、酸酐 NCO OH NH2 NHR COOH降解是聚合物分子量變小的化學(xué)反應(yīng)

9、的總稱聚合物降解的因素9. 4 降解化學(xué)因素：水、醇、酸物理因素：熱、光、幅射、機(jī)械力物理化學(xué)因素：熱氧、光氧第二十張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 水解和化學(xué)降解雜鏈聚合物容易發(fā)生化學(xué)降解，化學(xué)降解中大量是水解酸、堿是水解的催化劑聚縮醛、聚酯、聚酰胺最易發(fā)生水解淀粉、纖維素完全水解可得到相應(yīng)的單糖聚酰胺水解生成端氨基和羧基堿是聚酯水解活潑催化劑第二十一張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月高分子在機(jī)械力和超聲波作用下，都可能使大分子斷鏈而降解 受機(jī)械力的場(chǎng)合 力化學(xué)降解產(chǎn)生的高分子自由基，在單體存在時(shí)，可生成接枝共聚物，近年來發(fā)展的反應(yīng)性擠出就是利用這一原理固體聚合物的粉碎橡膠

10、塑煉熔融擠出紡絲聚合物溶液的強(qiáng)力攪拌力化學(xué)降解 熱降解高分子在熱的作用下發(fā)生降解是一種常見現(xiàn)象. 高分子的熱穩(wěn)定性與其結(jié)構(gòu)有關(guān)第二十二張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月解聚 解聚可看成鏈增長的逆反應(yīng) 熱裂解一般是自由基反應(yīng)，先在鏈端發(fā)生斷裂， 生成活性較低的自由基，然后按連鎖機(jī)理迅速脫除單體，這就是解聚反應(yīng) 高分子發(fā)生解聚的難易與其結(jié)構(gòu)有關(guān):主鏈帶有季碳原子的高分子易發(fā)生解聚 原因：無叔氫原子，難以轉(zhuǎn)移 如PMMA、聚-甲基苯乙烯、聚異丁烯第二十三張，PPT共二十七頁，創(chuàng)作于2022年6月無規(guī)斷鏈 聚合物受熱時(shí)，主鏈的任何處都可以斷裂，分子量迅速下降，單體收率很少，這種反應(yīng)稱為無規(guī)斷鏈，也稱降解 如聚乙烯，斷鏈后形成的自由基活性很高，周圍又有許多仲氫原子，易發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，幾乎無單體產(chǎn)生全 CF 鍵聚合物可全部解聚成單體, CF鍵能大，不易斷裂，不能奪取F原子, 聚四氟乙烯單體產(chǎn)率達(dá) 96. 6%鏈端帶有