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溶剂:提高溶剂的溶剂化作用,有利于形成松散离子对,增加聚合速率和聚合度。常用的溶剂:卤代烷(CCl4、CHCl3、C2H4Cl2) 烃(C6H6、C7H8、C3H8、C6H14) 硝基化合物(C6H5NO2、CH3NO2) 不能用醚、酮、胺等容易与阳离子反应的溶剂。
●温度:降低聚合温度,可以抑制向单体的转移反应,有利于增长反应,聚合度增大。
3)阴离子聚合反应
●单体种类:单烯烃类、共轭双烯烃类、丙烯酸酯类、环氧化物、环硫化物、内酯等吸电子取代基。
●阴离子聚合通常在极性溶剂中如四氢呋喃、乙二醇甲醚、吡啶等进行。这种情况下,对应阳离子的影响可减少。
(2) 阴离子聚合引发剂
a. 碱金属及其烷基化合物:K、Na、Li、和C2H5Na、C4H9Li等。
b. 碱土金属烷基化合物:R2Ca、R2Sr等。
c. 碱金属氢氧化物:KOH、NaOH等
d. 碱金属烷氧基化合物:RONa、ROLi等
e. Lewis碱及弱碱性化合物:NH3、NR3、ROR等。
链终止反应:无杂质的聚合体系中苯乙烯、丁二烯等单体极难发生终止反应,活性链寿命很长。原因:活性链带有相同电荷,不能偶合,也不能歧化;即使活性中心向单体转移或异构化产生终止也难于发生。
定义:配位聚合反应是烯烃单体的碳-碳双键与引发剂活性中心的过渡元素原子的空轨道配位,然后发生位移使单体分子插入到金属-碳之间进行链增长的一类聚合反应。
格勒-纳塔(Ziegler-Natta)催化剂
(1)主催化剂
a. 周期表中第IV族到第VIII族的过渡元素钛、钒、铬等的卤化物(或烷氧化物),常用的主催化剂有TiCl4、TiCl3、VCl3、ZrCl3等,其中以TiCl3最常用。 (2)助催化剂:主要是IA—IIIA族的金属烷基化合物或氢化物,最有效的是金属离子半径小、带正电的金属有机化合物如Be、Mg、Al等金属的烷基化合物,其中以AlEt3最常用。它们具有配位能力强,易生成稳定的双金属活性中心。 4.2.3 配位聚合反应工业应用
合成树脂:高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯以及其共聚物;合成橡胶:顺式聚丁二烯(顺丁橡胶)顺式聚异戊二烯(合成天然橡胶)以及乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物(乙丙橡胶)
记忆口诀
机理特征
自由基:慢快速。
阴离子:快慢无无
阳离子:快快易难
引发剂:自油水,阴碱,阳酸
1. 离子聚合生产工艺特点
(1) 对溶剂要求
a. 从离子对的稳定和引发剂考虑,使用弱极性溶剂和低温条件
b. H2O和杂质对引发剂和影响大,所以溶剂纯度要求高
(2)溶剂的选择
a. 溶剂的极性大小、溶剂化能力。b. 对聚合增长链活性中心不发生链终止或链转移等反应。c. 不影响引发剂活性,杂质少。d. 考虑不同溶剂对聚合反应速度、聚合物结构发生的影响。e. 具有适当的熔点和沸点,在聚合温度下保持流动状态。f. 对单体、引发剂(催化剂)和聚合物的溶解能力。g. 成本、毒性、污染等因素。 (3)反应温度:影响聚合速度、产率、聚合度、结构规整度以及副反应等。 a. 阳离子聚合
阳离子聚合制备高分子量产品时应在低温下反应。
b. 阴离子聚合:活性中心较稳定,可在室温或更高温度下进行
(4)产品分子量及分布
a. 链终止方式:仅可能发生单分子链终止,或活性中心转移链终止。 b. 如有较多杂质,产物分子量低
c. 高纯度时,则产品分子量增长程度相同,分子量分布窄。阴离子聚合可生产分散指数接近1.0的单分散产品。 2. 配位聚合生产工艺特点
(1)催化剂
Ziegler-Natta催化剂、氧化铬-载体 (phillips)催化剂、过渡金属有机化合物-载体催化剂 (3) 反应温度:聚乙烯80-150oC,聚丙烯65-80oC
(4)氢对链增长速度的影响:在一些催化剂体系,氢压力增加则聚合速度加快,最后达一极限值。原因是在高浓度单体和分子氢条件下,可创造新的活性中心从而提高反应速度。
离子与配位聚合生产工艺过程
(1)原料准备
a.单体:纯度要求>99%(甚至99.95%),原料单体必须进行精制
b.溶剂
●离子聚合用弱和非极性溶剂如仲胺、芳烃、卤化烃等
●配位聚合溶剂则主要是脂肪烃
●溶剂必须进行精制以脱除水分和有害杂质
(2)催化剂制备
a. 催化剂在配制过程中应严格控制。种类、用量和配制条件包括加料次序、温度以及放置温度与时间等对活性都有影响
b. 活化处理:某些载体固相催化体系CrO3-Al2O3-SiO2(Phillips催化剂),需经活化处理(条件:400-800℃,干燥空气中进行)。 c. 陈化处理:使二元以上催化剂的各组分相互反应,转变为具有活性的催化剂。 (3)聚合工艺过程
a. 操作方式:分为间歇操作和连续操作
水的存在会破坏离子与配位聚合催化剂,因此一般采用本体和溶液聚合方法。
(4) 聚合装置:用于淤浆法和溶液法的环式反应器、釜式反应器;用于气相本体法的沸腾床反应器,装有搅拌装置的流动床反应器,装有搅拌装置和隔板的卧式反应器等。 (5) 后处理
a. 脱单体
b. 脱灰