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缩聚和逐步聚合方法的重要缩聚物


甲卡西酮 / 2021-10-27

2.8  缩聚和逐步聚合的实施方法

2.8.1缩聚和逐步聚合热力学和动力学的特征缩聚热力学和动力学的典型参数见表2-10    
缩聚的聚合热不大(10~25kJ·mol ̄¹),活化能却较高(40~ 100J·mol ̄¹)。相反,乙烯基单体加聚的聚合热较高(50~95J·mol ̄¹),而活化能却较低(15~40J·mol ̄¹)。 为了保证合理的速率,缩聚多在较高的温度(150~275°C) 下进行。为弥补热损失,就得外加热,另需设法避免单体挥发或热分解损失。
dlnK-dT=△H-RT²              (2-53)
△H是负值,温度升高,平衡常数变小,逆反应将增加。但聚合热不大,变化率也较小。
2.8.2逐步聚合的实施方法
欲使线形逐步聚合成功,必须要考虑下列原则和措施:
①原料要尽可能纯净;
②单体按化学计量配制,加微量单官能团物质或使菜双官能团单体微过量来控制分子量。
③尽可能提高反应程度;
④采用减压或其他手段去除副产物,使反应向聚合物方向移动。
实施逐步聚合有熔融聚合、溶液聚合、界面缩聚、固相缩聚等四种方法,其中熔融聚合和溶液聚合最常用。
(1)熔融聚合
在单体和聚合物熔点以上进行的聚合,相当于本体聚合,只有单体和少量催化剂,产物纯净。聚合热不大,为了弥补热损失,尚需外加热。对于平衡缩聚,则需减压,及时脱除副产物。预聚阶段,产物分子量和粘度不高,混合和副产物的脱除并不困难。只在后期(反应程度>97%~98%),对设备传热和传质才有更高的要求。根据聚合体系粘度的变化,在结构不同的聚合反应器内分段聚合,更为合理。
熔融聚合法用得很广,如合成涤纶聚酯、酯交换法合成聚碳酸酯、合成聚酰胺等。
(2)溶液聚合
单体加催化剂在适当的溶剂中进行的聚合。所用的单体一般活性较高,聚合温度可以较低,副反应也较少。如属平衡缩聚,则可通过蒸馏或加碱成盐除去副产物。溶液聚合的缺点是要回收溶剂,聚合物中残余溶剂的脱除也比较困难。
聚砜合成采用溶液聚合法;尼龙-66的合成前期相当于水浆液缩聚,后期转为熔融缩聚。
(3)界面缩聚
将两种单体,如二元胺和二酰氯,分别溶于水和有机溶剂中,配成互不相溶的溶液,聚合就在界面处进行。界面缩聚限用活性高的单体,室温下就能聚合。水中需加碱来中和副产物氯化氢,防止氯化氢与胺结合成盐,减慢反应。碱量过多,又易使二酰氯水解成羧酸或单酰氯,使速率和分子量降低。界面缩聚属于扩散控制,应有足够的搅拌强度,保证单体及时传递。界面缩聚的优点有缩聚温度较低、不必严格等基团数比、分子量较高等。但原料酰氯较贵,溶剂回收成本较高。光气法合成聚碳酸酯是界面缩聚的重要应用。
以上三种逐步聚合方法的比较见表2-11.详细情况在以下缩聚物各论中还将有所反映。
(4)固相缩聚
在玻璃化温度以上、熔点以下的固态所进行的缩聚。例如纤维用的涤纶聚酯(Tg= 69°C,Tm=265°C)用作工程塑料(如瓶料)时,分子量偏低,强度不够,可在220°C继续固相缩聚,进一步提高分 子量。在减压或惰性气流条件下排除副产物乙二醇也是必要的条件。聚酰胺-6也可以进行固相缩聚来提高分子量。固相缩聚较少直接用单体来聚合,多数是上述3种方法的补充。
2.9重要缩聚物和其他逐步聚合物
多数逐步聚合物属于杂链聚合物,可分成线形和体形两大类。2-2 或2体系单体将聚合成线形聚合物,如聚酯、聚酰胺、聚砜等。2-3、2-4等体系最终将缩聚成体形聚合物,如醇酸树脂、酚醛树脂、脲醛树脂等。从单体到聚合物制品,多分成两个阶段进行:第一阶段是 树脂合成阶段,先聚合成低分子量(300~5000) 线形或支链预聚物,处在可溶可熔可塑化状态;第二阶段是成型阶段,预聚物中活性基团进一一步交联固化成不溶不熔物。这类聚合物称作热固性聚合物。
预聚物可分为无规预聚物和结构预聚物两类。无规预聚物中基团分布和后续反应无规律,主要品种有醇酸树脂、碱催化酚醛树脂、脲醛树脂等。结构预聚物基团分布有规律,可 预先设计,其本身一般不能交联, 成型时,需另加催化剂或其他反应性物质,重要代表有不饱和聚酯、环氧树脂、酸催化酚醛树脂等。
研究不同品种逐步聚合物时,除遵循聚合机理的共同规律外,应重视特殊性,同时关注结构性能的导问,例如脂族和芳族的同类聚合物的聚合原理相似,但性能差异却行很大。引入芳杂环、极性基团、规整结构和交联往往是是提高聚合物耐热性和强度的重要措施。
 
 
 
 
 

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