《高分子化學(xué)共聚》課件

高分子化學(xué)共聚共聚是兩種或多種單體通過聚合反應(yīng)形成的聚合物。共聚可以改變聚合物的性能，如機械強度、熱穩(wěn)定性、溶解性等。作者：共聚反應(yīng)的基本概念兩種或多種單體共聚反應(yīng)是指兩種或多種單體在同一反應(yīng)條件下聚合形成的反應(yīng)，生成含有多種單體單元的聚合物。共聚物共聚物是由兩種或多種單體單元以不同的排列方式連接而成的高分子化合物。共聚反應(yīng)類型共聚反應(yīng)的類型包括無規(guī)共聚、交替共聚、嵌段共聚等，具體類型取決于單體結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件。共聚反應(yīng)的類型11.均聚單體自身聚合形成的聚合物。22.共聚兩種或多種單體聚合形成的聚合物。33.共聚物類型根據(jù)不同單體在聚合物鏈中的排列方式，可分為無規(guī)共聚、交替共聚、嵌段共聚等。共聚單體的選擇單體反應(yīng)性單體反應(yīng)性是指單體參與共聚反應(yīng)的速率。反應(yīng)性高的單體更容易與活性中心反應(yīng)。單體極性極性單體傾向于與極性單體共聚，非極性單體傾向于與非極性單體共聚。單體結(jié)構(gòu)單體結(jié)構(gòu)影響其反應(yīng)性和共聚物的性能。例如，支鏈單體可能會導(dǎo)致共聚物更柔韌。單體成本成本是選擇共聚單體的關(guān)鍵因素之一。選擇經(jīng)濟可行的單體可以降低生產(chǎn)成本。共聚反應(yīng)動力學(xué)1反應(yīng)速率共聚反應(yīng)速率由單體濃度和反應(yīng)溫度決定2單體活性不同單體活性影響共聚物的組成和結(jié)構(gòu)3共聚反應(yīng)機理自由基、離子型或配位共聚反應(yīng)共聚反應(yīng)動力學(xué)研究共聚反應(yīng)的速率、機理和產(chǎn)物組成。通過分析影響共聚反應(yīng)的因素，可以控制共聚物的結(jié)構(gòu)和性能。共聚反應(yīng)動力學(xué)方程共聚反應(yīng)動力學(xué)方程是描述共聚反應(yīng)速率和產(chǎn)物組成與反應(yīng)條件之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式。它可以幫助我們理解共聚反應(yīng)機理，預(yù)測產(chǎn)物組成，并優(yōu)化反應(yīng)條件。共聚反應(yīng)動力學(xué)方程通?；谧杂苫酆系姆磻?yīng)機理，并考慮了單體活性、共聚單體比例、溫度等因素的影響。在實際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)共聚反應(yīng)動力學(xué)方程進行實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析，以獲得所需的共聚物。共聚反應(yīng)速度常數(shù)速度常數(shù)描述k11單體M1與自由基M1·反應(yīng)生成M1M1·k12單體M2與自由基M1·反應(yīng)生成M1M2·k21單體M1與自由基M2·反應(yīng)生成M2M1·k22單體M2與自由基M2·反應(yīng)生成M2M2·共聚反應(yīng)活性中心理論活性中心共聚反應(yīng)中，活性中心是指能夠引發(fā)新的單體聚合的自由基或離子。活性中心的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)決定了共聚物的結(jié)構(gòu)和性能?；钚灾行睦碚摶钚灾行睦碚摻忉屃斯簿鄯磻?yīng)過程中活性中心的變化。該理論基于對活性中心形成、傳播和終止過程的深入研究。共聚反應(yīng)活性中心的形成1單體分子單體分子通過化學(xué)鍵連接在一起形成聚合物鏈。2引發(fā)劑引發(fā)劑是引發(fā)聚合反應(yīng)的物質(zhì)，通過與單體反應(yīng)形成活性中心。3活性中心活性中心是指具有未配對電子的原子或基團，它們可以與單體分子發(fā)生反應(yīng)并繼續(xù)鏈增長。4鏈增長活性中心與單體分子發(fā)生反應(yīng)，形成新的活性中心，繼續(xù)與其他單體分子反應(yīng)，使聚合物鏈不斷增長。共聚反應(yīng)中，活性中心的形成是引發(fā)反應(yīng)的關(guān)鍵步驟。在引發(fā)劑的作用下，單體分子發(fā)生開環(huán)或自由基反應(yīng)，生成具有活性的自由基或離子，這些活性中心可以與其他單體分子發(fā)生反應(yīng)，形成新的活性中心，從而引發(fā)共聚反應(yīng)的進行。共聚反應(yīng)活性中心的傳播單體加成活性中心與單體分子發(fā)生加成反應(yīng)，形成新的活性中心。鏈增長活性中心繼續(xù)與單體加成，使聚合物鏈增長。活性中心類型共聚反應(yīng)中，活性中心可能有多種類型，例如自由基活性中心、陰離子活性中心和陽離子活性中心。傳播速度常數(shù)活性中心傳播的速度常數(shù)與單體種類、溫度和反應(yīng)介質(zhì)有關(guān)。共聚反應(yīng)活性中心的終止1自由基終止自由基終止是指兩個自由基相互碰撞，結(jié)合成穩(wěn)定的分子，不再具有活性，從而終止了反應(yīng)。自由基終止是共聚反應(yīng)活性中心終止的主要方式，它通常發(fā)生在反應(yīng)的后期。2單體終止單體終止是指自由基與單體分子結(jié)合，生成穩(wěn)定的分子，從而終止反應(yīng)。單體終止發(fā)生在反應(yīng)的早期，是共聚反應(yīng)中常見的終止方式之一。3雜質(zhì)終止雜質(zhì)終止是指自由基與反應(yīng)體系中的雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而終止反應(yīng)。雜質(zhì)終止通常會降低共聚物的分子量，影響共聚物的性能。分塊共聚結(jié)構(gòu)特點分塊共聚物由兩種或多種不同單體組成的長鏈段組成，這些鏈段在聚合物鏈中交替排列。鏈段連接方式分塊共聚物中，不同單體鏈段以明確的界限連接在一起，形成不同的“塊”。應(yīng)用領(lǐng)域分塊共聚物具有獨特的性能，廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，例如彈性體、粘合劑、表面活性劑等。規(guī)則共聚1結(jié)構(gòu)特征兩種單體按照特定順序交替排列形成聚合物鏈。2合成方法需要控制反應(yīng)條件和單體活性。3應(yīng)用場景規(guī)則共聚材料具有優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。4應(yīng)用舉例例如，用于制造高強度纖維、耐高溫樹脂等。無規(guī)共聚無規(guī)排列單體在聚合物鏈中隨機排列，沒有明顯的規(guī)律性。統(tǒng)計概率單體在鏈中的排列遵循統(tǒng)計概率，取決于單體組成和反應(yīng)活性。性能調(diào)控通過改變單體比例和活性可以調(diào)節(jié)共聚物的性能，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和力學(xué)強度。常見應(yīng)用無規(guī)共聚在合成聚合物材料，例如橡膠、塑料和纖維等方面有廣泛應(yīng)用。交替共聚單體交替排列交替共聚物中，兩種單體以嚴格的交替順序排列，形成規(guī)則的鏈結(jié)構(gòu)。共聚反應(yīng)條件苛刻交替共聚通常需要特定的反應(yīng)條件，例如，單體濃度、反應(yīng)溫度和催化劑的選擇。提高性能交替共聚可以改善聚合物的物理和化學(xué)性能，例如，增強強度、提高耐熱性和改善溶解性。梯度共聚單體組成的變化梯度共聚是指兩種或多種單體在聚合過程中，其摩爾比隨著反應(yīng)時間的推移而發(fā)生改變，從而形成單體組成沿聚合物鏈發(fā)生變化的共聚物。特性梯度共聚物通常具有獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，例如，在共聚物鏈中，單體A的含量逐漸增加，而單體B的含量逐漸減少，從而導(dǎo)致材料的性能隨著鏈長發(fā)生變化。立體規(guī)則共聚結(jié)構(gòu)控制立體規(guī)則共聚通過控制單體添加順序?qū)崿F(xiàn)特定的聚合物結(jié)構(gòu)，如全同立構(gòu)、間同立構(gòu)和無規(guī)立構(gòu)。性能影響立體規(guī)則對聚合物的性能有顯著影響，例如熔點、結(jié)晶度、溶解性和機械強度。催化劑作用立體規(guī)則共聚通常需要使用特定的催化劑，如齊格勒-納塔催化劑，來控制聚合過程。接枝共聚主鏈接枝共聚中，主鏈?zhǔn)穷A(yù)先存在的聚合物，稱為骨架。側(cè)鏈側(cè)鏈?zhǔn)峭ㄟ^接枝反應(yīng)連接到主鏈上的聚合物鏈。接枝點側(cè)鏈連接到主鏈的位置，稱為接枝點。嵌段共聚11.結(jié)構(gòu)嵌段共聚物由兩個或多個不同類型的聚合物鏈段組成。22.性質(zhì)嵌段共聚物通常具有不同鏈段的獨特性能，例如提高強度或耐熱性。33.應(yīng)用嵌段共聚物廣泛用于多種應(yīng)用，包括彈性體、粘合劑和生物材料。44.例子常見的嵌段共聚物例子包括聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯(SBS)和聚乙烯-聚丙烯(PE-PP)。共聚反應(yīng)常用方法乳液聚合共聚乳液聚合是常用的聚合方法，適用于生產(chǎn)多種高分子材料，包括共聚物。溶液共聚溶液共聚在單體和聚合物都能溶解的溶劑中進行，可以控制聚合物的分子量和結(jié)構(gòu)。本體聚合共聚本體聚合共聚在沒有溶劑的情況下進行，可以制備高分子量的共聚物，但反應(yīng)體系粘度高，難以控制。懸浮聚合共聚懸浮聚合共聚將單體分散在水中，在表面活性劑的作用下進行，可以制備高分子量的共聚物。乳液聚合共聚乳液聚合共聚概述乳液聚合共聚是指在乳液體系中進行的共聚反應(yīng)。單體分散在水相中，形成乳化液。聚合反應(yīng)發(fā)生在乳液中，生成聚合物膠乳。乳液聚合共聚過程乳液聚合共聚一般包括以下步驟：單體乳化、引發(fā)劑分解、自由基生成、單體聚合、聚合物顆粒穩(wěn)定。乳液聚合共聚應(yīng)用乳液聚合共聚是合成聚合物的重要方法，廣泛應(yīng)用于制造涂料、粘合劑、合成橡膠、塑料等。溶液共聚溶液共聚過程溶液共聚是在溶劑中進行的共聚反應(yīng)。溶劑的選擇對于反應(yīng)速度和共聚物的性能至關(guān)重要。理想的溶劑應(yīng)該對單體和聚合物具有良好的溶解性。溶液共聚的反應(yīng)體系通常是均相的，這有利于反應(yīng)的進行和共聚物的分子量控制。溶液共聚的優(yōu)點溶液共聚具有良好的傳熱性能，可以有效地控制反應(yīng)溫度。此外，溶劑可以有效地減少聚合物的粘度，有利于反應(yīng)的進行。溶液共聚可以獲得分子量分布較窄的共聚物，并易于進行后處理。塊狀共聚11.直接聚合將單體直接混合在反應(yīng)器中進行聚合，無溶劑或水參與。22.高粘度反應(yīng)過程中粘度不斷增加，難以攪拌，熱量傳遞效率低。33.反應(yīng)控制溫度控制困難，容易發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致共聚物性能不穩(wěn)定。44.適用范圍適用于單體沸點高或溶解度差的共聚反應(yīng)。共聚物的性能機械性能共聚物可以獲得多種機械性能，例如增強韌性、抗沖擊性、耐磨性等。熱性能共聚物具有不同于均聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點，可根據(jù)需要調(diào)控其熱性能。化學(xué)性能共聚物可擁有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，例如耐腐蝕、抗氧化等，滿足不同應(yīng)用場景的需求。光學(xué)性能共聚物可以實現(xiàn)多種光學(xué)效果，例如透明度、光澤度、抗紫外線等，廣泛應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域。共聚物的分子量分布共聚物的分子量分布，影響其物理性質(zhì)，如熔點、粘度和機械強度。共聚物分子量分布，使用凝膠滲透色譜法(GPC)或尺寸排阻色譜法(SEC)進行測定。1單分散所有分子具有相同分子量。2多分散分子量分布較寬，具有不同分子量的分子。3窄分布分子量分布范圍較小，所有分子分子量接近。4寬分布分子量分布范圍較大，存在分子量差距較大的分子。共聚物的結(jié)構(gòu)對性能的影響共聚物的結(jié)構(gòu)直接影響其物理和化學(xué)性質(zhì)。單體順序、鏈段分布、連接方式都會影響共聚物的性能。共聚物可以通過改變其結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔點和機械強度。共聚物的結(jié)構(gòu)可以影響其耐溶劑性、耐熱性、耐化學(xué)性等性能。共聚物的應(yīng)用增強材料共聚物廣泛用作增強材料，例如用于制造汽車、飛機和建筑材料的纖維增強塑料。共聚物能夠增強材料的強度、韌性和耐用性，同時減輕重量。包裝材料共聚物被廣泛應(yīng)用于包裝材料領(lǐng)域，包括塑料瓶、薄膜、包裝盒等。共聚物能夠提供良好的防潮、防氣、防油和防腐蝕性能，保護產(chǎn)品并延長其保質(zhì)期。醫(yī)療器械共聚物在醫(yī)療器械領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，用于制造各種器械、植入物和生物材料。共聚物具有生物相容性、可降解性和可定制性，使它們成為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的理想選擇。涂料與膠粘劑共聚物被廣泛用于制造各種涂料和膠粘劑，用于各種應(yīng)