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发布时间:2020-06-24 09:36:20

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作者:王荣民、宋鹏飞、彭辉 主编

出版社:化学工业出版社

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高分子材料合成实验

高分子材料合成实验试读:

前言

基于合成化学的快速发展,高分子材料已经广泛应用于人们的衣、食、住、行及工农业生产各个领域,深刻地改变了人们的生产与生活模式。近年来,以功能高分子材料为典型代表的新型材料的开发与利用逐渐成为各国竞相发展的科技前沿领域。在国家倡导的大学生创新创业活动中,基于高分子材料的研发有望产生原始创新成果。另外,越来越多的研究生学位论文工作,都会或多或少地涉及功能高分子材料合成原理与技术,这也是学生较为欠缺的知识与技能。然而,目前鲜有以“功能高分子材料合成与性能测试”训练为主要目标的教材。

基于本书编写人员多年来在功能高分子领域的科研经历与讲授高分子化学理论与实验课的经验,我们在自编讲义基础上整理修改,编撰成本书。本书特色如下:(1)在简单介绍高分子化学基本原理基础上,重点介绍高分子合成技术、表征技术及性能测试方法,从而使学生从基础理论到前沿发展的角度,对高分子材料及其前沿领域有宏观认识。(2)安排高分子材料合成基础实验,从而训练学生的高分子合成基本技能,并培训其动手能力,树立安全生产意识。(3)通过功能高分子材料合成与性能综合实验,训练综合开发能力与创新意识。

本书内容主要包括三篇:第一篇(第1~第3章)重点介绍聚合反应类型、聚合反应实施方法与合成技术、高分子结构与性能的评价方法及新进展,同时在对功能高分子材料进行简介的基础上,对高分子材料的表征技术、成型加工方法进行了重点介绍。第二篇(第4~第7章)通过高分子材料合成基础实验,训练高分子材料合成基本技能,包括高分子合成中的经典聚合机理(如自由基聚合、离子聚合、缩聚等)与聚合实施方法(如本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合、溶液缩聚等),以及近年来新出现的活性自由基聚合、接枝聚合、自组装等,并对如何开展实验做了具体要求。第三篇(第8~第16章)通过功能高分子材料合成与性能综合实验,在对不同类型功能高分子材料基本知识进行认识的基础上,从最简单的合成实验入手,开展高分子材料合成技术、表征技术及性能测试能力的培训,加强学生自主进行实验设计、实验实施、观察、总结及创新的能力。另外,附录部分给出了有关高分子材料合成与性能实验的一些基础数据。

本书可用作化学、高分子材料、材料科学与工程专业本科生的实验教学用书,也可用作高分子、功能材料相关研究领域研究生的基础实验用书,还可供从事高分子材料及相关专业的科研、设计、生产和应用人员参考。编者 2019年5月第一篇 高分子材料合成基础知识第1章 高分子化学基础1.1 高分子化学简介

高分子(polymer)是指分子量很高并由共价键连接的一类化合物,也称为高分子化合物、大分子(macromolecules)、聚合物、高聚物。“高分子”概念的形成和高分子科学的出现始于20世纪20年代,1930年已形成“高分子化学”知识体系,它与“高分子物理”和“高分子工程”组成了“高分子科学与工程”学科的三个基础性分支学科。高分子化学(polymer chemistry)主要是研究高分子合成和化学反应的一门科学。高分子合成是指小分子单体聚合成大分子的聚合反应(polymerization),包括聚合单体选择、聚合机理研究、反应动力学和聚合影响因素考察等。高分子化学反应主要是实现聚合物化学改性,包括天然高分子和合成高分子的化学反应。

高分子化学的任务是根据人们对高分子材料的性能要求,确定高分子结构,设计合适的合成路线,制备出结构和性能符合应用要求的高分子材料。高分子化合物具有许多优良性能,高分子材料产业是当今世界发展最迅速的产业之一,目前世界上合成高分子材料的年产量已经超过数亿吨。塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂等高分子材料已广泛应用于电子信息、生物医药、航空航天、汽车工业、包装、建筑等多个领域。新型高分子材料(包括功能材料、智能材料)正在迅速地开发与应用。1.2 聚合反应类型

聚合反应的分类方式主要包括如下两种:1.2.1 按聚合反应机理分类(1)连锁聚合反应(chain polymerization) 连锁聚合反应也称链式聚合反应,进行连锁聚合反应的单体主要是烯类、二烯类化合物。连锁聚合反应的聚合过程由链引发、链增长和链终止几步基元反应组成(图1-1),各步反应的速率和活化能差别很大。反应体系中主要存在单体、聚合物和微量引发剂。连锁反应需要活性中心,主要有自由基、阳离子、阴离子和配位离子四大类。根据活性中心不同,连锁聚合反应又分为自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合和配位聚合。活性中心的产生可以通过向聚合体系中加入引发剂,也可以通过聚合反应条件控制生成。反应中一旦形成单体活性中心,就能和单体加成,很快传递下去,瞬间形成高分子。平均每个大分子的生成时间很短(毫秒到数秒)。若控制适当的条件,在单体完全反应后,高分子链末端的活性基还能保持活性,继续添加单体后,聚合反应继续进行,就可制备分子量均一的化合物或嵌段共聚物,实现活性/可控聚合反应(living/controlled polymerization)。链增长   图1-1 连锁聚合反应(2)逐步聚合反应(step polymerization) 逐步聚合反应最基本的特征是在低分子单体转变成高分子的过程中,聚合反应是逐步进行的(图1-2)。逐步聚合反应早期,单体很快转变成二聚体、三聚体、四聚体等中间产物,以后的反应在这些低聚物之间进行,相应生成聚合物的分子量也是逐步增加的。大多数缩合聚合和聚加成反应基于逐步聚合反应机理。反应单体主要包括带有反应基团[如—COOH、—OH、—NH、—COOR、—COCl、—(CO)O、—SOCl、—223SOCl等]的小分子化合物。逐步聚合反应的可逆程度是有区别的,2取决于单体的结构和聚合反应条件。聚合体系主要由聚合度不等的同系缩聚物组成。

连锁聚合反应和逐步聚合反应的区别主要反映在平均每一个分子链增长所需要的时间上。图1-2 逐步聚合反应1.2.2 按单体和聚合物在组成和结构上发生的变化分类(1)加聚反应(addition polymerization) 加聚反应指单体加成而聚合起来的反应,反应产物称为加聚物。加聚反应多属于连锁聚合反应机理(图1-1),其特征是加聚反应往往是烯类单体π键加成的聚合反应,加聚物多为碳链聚合物。加聚物的元素组成与其单体相同,仅电子结构有所改变,加聚物分子量是单体分子量的整数倍。(2)缩聚反应(condensation polymerization) 缩聚反应是缩合反应多次重复形成聚合物的过程,产物称为缩聚物。缩聚反应多属于逐步聚合反应机理(图1-2),通常是单体官能团之间的聚合反应,反应中有低分子副产物产生,如水、醇、胺等,所得缩聚物中往往留有官能团的结构特征,如—OCO—、—NHCO—、—COO—等,大部分缩聚物都是杂链聚合物,缩聚物的结构单元比其单体少若干原子,分子量不是单体分子量的整数倍。(3)开环聚合(ring opening polymerization) 环状单体δ键断裂后聚合成线型聚合物的反应(图1-3),相比较缩聚反应,聚合过程中无低分子副产物产生。开环聚合的单体包括环醚、环缩醛、环酯、环酰胺、环硅氧烷等。其中,环氧乙烷、环氧丙烷、己内酰胺、三聚甲醛等环状单体的聚合反应都是工业上重要的开环聚合反应。开环聚合反应推动力是聚合单体环张力的释放。对于开环聚合反应的机理,大部分属于离子聚合(连锁),小部分属于逐步聚合。图1-3 开环聚合1.3 共聚合反应

共聚合(copolymerization)是指两种或多种单体共同参加的聚合反应(图1-4),形成的聚合物分子链中含有两种或多种单体单元,该聚合物称为共聚物。共聚合反应多用于连锁聚合,对于两种单体发生的缩聚反应则不采用“共聚合”这一术语。共聚合是高分子材料改性的重要手段之一,利用共聚合反应,可以进一步研究聚合反应机理,测定单体、活性种的活性,实现共聚物的组成与结构的控制,设计合成新的聚合物,增加聚合物材料种类。图1-4 共聚合

共聚物组成与单体的组成和相对活性密切相关,由于共聚合反应中单体的化学结构不同,聚合活性有差异,故共聚物组成与原料单体组成往往不同。为了简便而又清晰地反映出共聚物组成和原料单体组成的关系,常根据摩尔分数微分方程确定共聚物组成(F)和单体组成(f)曲线图,称为共聚物组成曲线。共聚过程中,瞬时共聚物组成摩尔比微分方程(Mayo-Lewis方程)如式(1-1)所示。式中,d[M]/d[M]为瞬时共聚物摩尔比;[M]/[M]为瞬时单体1212摩尔比。令f代表某一瞬间单体M占单体混合物的摩尔分数,f代表112某一瞬间单体M占单体混合物的摩尔分数,则某一瞬间单元M占共21聚物的摩尔分数(F)可按式(1-1)、式(1-2)计算。1  (1-1)  (1-2)

另外,共聚合(copolymerization)可通过活性/可控聚合反应实现,也可以制备接枝、嵌段共聚物。1.4 高分子化学反应

高分子化合物通过化学反应能够有效实现材料改性,扩大高分子的品种和应用范围。研究高分子化合物的化学反应,可进一步验证高分子的结构,特别是研究影响高分子材料降解、老化的因素和性能变化之间的关系,可促进高分子材料的应用和废弃高分子的处理与再生。1.4.1 高分子化学反应的分类

高分子化学反应种类多、范围广,难以按照反应机理全面总结。目前主要是按照聚合物发生化学反应后的聚合度变化进行分类,基本可以分为聚合度基本不变的反应、聚合度变大的反应和聚合度变小的反应(图1-5)。①聚合度基本不变的反应,也称聚合度相似的化学转变,主要是聚合物的基团反应,即聚合物主链、侧基、端基基团的化学反应,类似于小分子有机化合物的官能团反应。②聚合度变大的反应,包括交联、接枝、嵌段和扩链等反应,聚合物反应后分子量明显增加。③聚合度变小的反应,主要是在一定条件下聚合物降解,分子量变小的化学反应,方式包括解聚、无规断链和侧基脱除等,根据条件可分为热降解、光降解、氧化降解和生物降解等。图1-5 高分子化学反应1.4.2 高分子化学反应的特征

从聚合物链段和所带官能团考虑,高分子化合物与相应的小分子化合物类似,可以进行相同的化学反应,包括加成、取代、氧化、还原等反应。但是由于聚合物分子量大,且具有多分散性,聚集态结构和溶液行为与小分子化合物差别很大,使其化学反应具有自身特征,高分子化学反应具有不均匀性和复杂性,表现为高分子官能团的反应活性往往较低,聚合物的化学反应不完全,基团转化率不能达到100%,所得改性产物不均一。1.4.3 高分子化学反应影响因素

聚合物本身的链结构、聚集态结构等特征,影响官能团化学反应的活性和产物的结构。(1)概率效应和邻基效应 当高分子链上相邻基团做无规成对反应时,中间往往留有孤立基团,最高转化率受到概率的限制,称为概率效应;高分子链上的邻近基团,包括反应后的基团都可以改变未反应基团的活性,这种影响称为邻基效应。(2)聚集态结构 晶态聚合物发生化学反应,低分子很难扩散入晶区,晶区不能反应,官能团反应通常仅限于非晶区;对于非晶态聚合物,其处于玻璃态,链段运动冻结,难以反应,高弹态链段活动增大,反应加快,在黏流态反应可顺利进行。(3)溶解度情况 高分子链在溶液中可呈螺旋形或无规线团状态,溶剂改变,链构象亦改变,官能团的反应性会发生明显的变化。即使是在均相溶液中反应,还需要注意局部浓度和生成物的溶解性等问题。轻度交联的聚合物,应适当用溶剂溶胀,才易进行反应,例如苯乙烯-二乙烯基苯共聚物,用二氯乙烷溶胀后,才易磺化。1.5 高分子化学新进展

高分子化学是合成聚合物材料的基础,随着人类生活水平的提高,对于高分子材料的性能要求也日益提高,相应高分子化学学科研究任务也面临挑战,学科发展也表现出与不同学科之间更深入的交叉、渗透和融合。高分子化学的研究不但涉及高分子改性,而且更注重高分子合成、大分子构筑及功能化。1.5.1 活性聚合技术的发展

活性聚合(living polymerization)是指在适当的合成条件下,无链终止与链转移反应,活性中心浓度保持恒定的时间比完成反应所需时间长数倍的聚合反应。活性聚合反应中,聚合物分子量随转换率呈线性关系,具有预期的聚合度,分子量分布窄,聚合链在单体消耗完后仍保持活性,当加入新的单体后链增长可继续进行。因此,利用活性聚合可以实现计量聚合,通过聚合后期加入特定单体实现聚合物端基控制,通过控制聚合活性中心及单体加入顺序,能够实现不同拓扑结构共聚物合成。目前,活性聚合已从最早的阴离子聚合扩展到其他(如阳离子、自由基、配位等)连锁聚合反应。(1)活性阴离子聚合 活性阴离子聚合是1956年美国科学家Szwarc首先发现的,在相对苛刻(无水、无氧、无杂质、低温)条件下,以THF为溶剂,萘钠为引发剂,进行苯乙烯阴离子聚合,得到分子量很高的聚苯乙烯。利用活性阴离子聚合可以实现嵌段聚合物[如丁苯橡胶(SBS)](图1-6)、星形聚合物(图1-7)的合成。图1-6 嵌段聚合物SBS合成图1-7 活性阴离子聚合合成星形聚苯乙烯(2)活性阳离子聚合 1985年,日本的Higashimura、Kennedy等先后报道了乙烯基醚(图1-8)、异丁烯的活性阳离子聚合,开拓了活性阳离子聚合研究领域。活性阳离子聚合可用于合成大单体、带有特定端基的聚合物、带有不同侧基的单分散聚合物,以及嵌段、接枝、星形共聚物。图1-8 烷基乙烯基醚的活性阳离子聚合(3)活性自由基聚合 活性/可控自由基聚合(LRP/CRP)是指通过建立自由基活性种与休眠种的快速动态平衡体系的新型聚合方法。其主要有三种聚合体系:原子转移自由基聚合(atom transfer radical polymerization,ATRP)体系、稳定自由基聚合(SFRP)体系或氮氧自由基聚合(NMRP)体系、可逆加成-断裂链转移聚合体系(RAFT),可制备窄分子量分布、多组分、多样化结构以及特殊官能团化的乙烯基高聚物。旅美学者王锦山于1995年首先发现的ATRP技术具有应用单体广泛、聚合工艺简单、聚合过程容易控制以及聚合实施方法多样等显著优点。原子转移自由基聚合(ATRP)体系中,最先报道的引发体系由有机卤化物R—X(如α-氯代乙苯)(引发剂)、CuCl/联二吡啶(bpy)(活化剂/配体)组成,得到活性种与休眠种的平衡体系(图1-9)。图1-9 ATRP聚合

氮氧自由基[如:2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氮氧自由基(TEMPO)]是一种稳定的自由基。TEMPO存在下的自由基聚合,由于其空间位阻,TEMPO不能引发单体聚合,但可快速地与增长链自由基发生偶合终止生成休眠种(图1-10),而这种休眠种在高温下(>100℃)又可分解产生自由基,复活成活性种,即通过TEMPO的可逆链终止作用,活性种与休眠种之间建立了快速动态平衡,从而实现活性/可控自由基聚合。图1-10 TEMPO引发聚合

可逆加成-断裂链转移(reversible addition-fragmentation transfer,RAFT)自由基聚合,在传统自由基聚合体系中,加入链转移常数很大的链转移剂后,聚合反应由不可控变为可控,显示活性聚合特征(图1-11)。图1-11 RAFT聚合(4)基团转移聚合 1983年发现的基团转移聚合(GTP)方法中,引发剂为结构较特殊的烯酮硅缩醛及其衍生物,单体主要针对(甲基)丙烯酸酯类,其聚合速率适中,并具有活性聚合的特征。基团转移聚合反应可在较低温度(20~70℃)进行,从而具有实用价值。常用引发剂为二甲基乙烯酮甲基三甲基硅缩醛(MTS),引发剂分子的电子与单体MMA上的双键发生亲核加成(Michael加成),加成产物的末端具有与引发剂MTS类似的烯酮硅缩醛结构,能够继续与单体加成实现链增长(图1-12)。图1-12 甲基丙烯酸甲酯(MMA)的基团转移聚合1.5.2 高分子合成的发展

基于合成高分子材料的性能需求,聚合反应从原料单体选择、聚合反应过程控制、聚合催化剂设计、有机小分子反应利用和聚合方法实施等方面已呈现新的发展趋势:

①从聚合物原料单体来说,目前已开发利用大量可再生资源及其衍生物,降低单体原料对于石油资源的依赖。

②聚合反应的发展已呈现出典型的“可控”特征,包括活性自由基聚合、活性阴离子聚合等,实现聚合物分子量分布的控制、反应物空间立构、序列结构控制等。从聚合反应引发剂(催化剂)来说,无金属催化的可控聚合反应包括用有机化合物作催化剂或者采用光化学反应引发进行的可控聚合。这类反应最大的优点是聚合产物没有残留的金属杂质,有效利用高效有机小分子化学反应,可实现聚合物序列结构的可控合成。

③从聚合方法来说,聚合技术向纵深发展,重点研究聚合反应机理和动力学,突出聚合反应实施方法的改进。例如,乳液聚合方面,研究集中在配方选择、成核机理、粒度控制等,出现了种子乳液聚合、核壳乳液聚合、无皂乳液聚合、微乳液聚合、反相乳液聚合和分散聚合等新方法,可以有效控制聚合物的形貌。1.5.3 高分子化学反应的发展

聚合物化学反应肩负着合成高分子材料和天然高分子材料的改性任务,促进高分子材料的应用,特别是聚合物降解与老化反应研究,对于目前环境中面临的“白色污染”问题意义明显,有利于高分子材料的回收及再利用。

①由于聚合物化学反应活性较有机小分子低,因此,在聚合度变化不大的高分子化学反应方面,引入高效有机化学反应用于高分子改性成为研究的重点。如:Sharpless在2001年提出的点击化学(click chemistry),能够高效实现高分子材料的修饰和改性。

②聚合度变大的化学反应包括交联、扩链、嵌段和接枝,近年的研究主要集中在化学反应可控。例如交联和扩链反应,调整反应条件可以实现反应的可逆进行,有利于材料的智能化。嵌段和接枝聚合物的制备,有效利用活性聚合反应体系,确定聚合物的端基及主链活性位点,实现聚合物链段和支链的控制增长。

③聚合度变小的化学反应,突出了高分子材料的应用和回收再利用。重点集中在聚合物降解机理研究,特别是光催化聚合物降解机理研究,已取得重要发展。同时,突出多种降解方式的有效结合和构建,包括光催化降解和生物降解结合有利于聚合物的完全降解。降解机理突出应用在聚合物合成和结构设计方面,合成完全可降解的高分子材料。1.6 高分子组装技术的发展

近年来,随着超分子化学的发展,发现通过组装技术可赋予高分子材料更多功能,其中,研究最多的是自组装(self-assembly)技术。如:嵌段聚合物,不同嵌段之间因结构不同,其亲/疏水性(两亲性嵌段聚合物)、硬/软度(刚柔嵌段聚合物)不同,热力学不相容。在一定条件下(改变溶剂、浓度、温度、嵌段比例以及聚合度时)进行自组装,形成特殊结构的聚集体,如形态多样的胶束、囊泡、纳米微球(线、棒、管、球)与微囊等,这些材料具备特定结构和功能,可应用于光学、电子、光电转换、信息、生物、医学等领域。嵌段聚合物也可自组装成网状结构,网状结构具有很大的比表面积与韧性,使其可用于吸附分离及电池材料领域。近年来,基于聚合反应与组装的聚合物Janus微球的合成也受到关注,有望用于制备纳米反应器。

以聚电解质(包括含有寡电荷的低聚物、树状分子)、生物大分子、有机和无机微粒等众多物质均作为构筑基元(尺寸跨越纳米到微米的范围),通过层状组装技术,可制备具有超疏水和抗反射等特殊功能的层状组装膜。聚合物与多酸之间,通过超分子自组装所制备的多酸-聚合物杂化材料,不仅有效融合多酸丰富的功能特性和聚合物良好的加工性,而且其有序的自组装结构还赋予材料更多优异的功能调控性,可应用于催化、光电材料和药物等领域。

未来高分子化学将更注重与其他学科之间的交融,高分子材料将逐渐减少对不可再生资源的依赖,朝着可控化、纳米化、绿色化、智能化的方向发展,在可持续发展道路上显示出举足轻重的地位。参考文献

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在聚合反应的过程中,根据不同的聚合机理和规律,设计适当的合成工艺,可有效控制聚合速率、分子量等重要指标。在此前提下,根据单体性质、聚合物产物特征以及产品加工要求,可选择合适的聚合反应实施方法。

根据聚合反应机理和动力学,实施方法以体系组成为基础可划分为连锁聚合和逐步聚合两大类。连锁聚合主要有本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合;逐步聚合主要有熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚和固相缩聚。如果以体系的相容性为标准,可分为均相聚合(包括本体聚合、溶液聚合、熔融缩聚、溶液缩聚)、非均相聚合(包括悬浮聚合、乳液聚合、界面缩聚、固相缩聚、沉淀聚合等)。

随着现代高分子合成技术的发展,一些新颖的聚合方法也在不断涌现,如种子乳液聚合、微乳液聚合、反相乳液聚合等。本章介绍一些常见聚合反应实施方法、单体与聚合物纯化方法及基本聚合反应装置。2.1 连锁聚合反应的实施方法

连锁聚合反应的特征是整个聚合过程由链引发、链增长、链终止等几步基元反应组成,对于部分反应,伴随着链转移。聚合反应需要活性中心,活性中心由引发剂(部分单体在光、热或高能辐射直接作用下可产生活性中心)产生,活性中心可以是自由基、阳离子或阴离子,并因活性中心的不同分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合等。在聚合物生产中,自由基聚合产物占总聚合物的60%以上,约占热塑性树脂的80%,在工业上处于领先地位,理论上也较完善。因此,重点介绍自由基聚合的四种实施方法。2.1.1 本体聚合

单体在引发剂(或热、光、辐射等)引发下进行的聚合称为本体聚合(bulk polymerization)。体系中不加其他介质,对于热引发、光引发或高能辐射引发的体系,仅由单体组成。

引发剂的选用除了从聚合反应本身需要考虑外,还要求与单体有良好的相溶性。由于多数单体是油溶性的,因此多选用油溶性引发剂。如果生成的聚合物和单体互溶,则为均相聚合;反之,则为非均相聚合。本体聚合可以气相、液相或固相进行,大多数属于液相本体聚合。

本体聚合的最大优点是产物纯度高,特别适用于生产板材和型材。其最大不足是反应热不易排除。随着聚合反应的进行,体系黏度增大,出现自动加速效应,体系容易出现局部过热,严重时会导致聚合反应失控,引起爆聚。在工业生产上,可以采用两段聚合法来控制聚合反应。2.1.2 溶液聚合

溶液聚合(solution polymerization)指单体和引发剂溶于适当的溶剂中的聚合反应。溶液聚合中溶剂的选择主要考虑以下两方面:①溶解性,包括对引发剂、单体、聚合物的溶解性,使聚合反应在均相体系中进行,避免凝胶效应;②溶剂对引发剂不产生诱导分解。

溶液聚合为均相聚合体系,与本体聚合相比最大的好处是溶剂的加入有利于导出聚合热,同时有利于降低体系黏度,减弱凝胶效应。在涂料、黏合剂等领域应用时,聚合液可直接使用而无须分离。溶液聚合的缺点:①加入溶剂后容易引起诸如诱导分解、链转移之类的副反应,同时溶剂的回收、精制增加了设备及成本,并加大了工艺控制难度;②溶剂的加入降低了单体及引发剂的浓度,致使溶液聚合的反应速率比本体聚合要低;③溶剂分离回收成本高。因此,工业上溶液聚合多用于聚合物以溶液直接应用的场合,如涂料、黏合剂以及纤维纺丝等。2.1.3 悬浮聚合

悬浮聚合(suspension polymerization)指单体以小液滴状悬浮在分散介质中的聚合反应,也称珠状聚合。体系主要由单体、油溶性引发剂、水和分散剂组成。单体为油溶性单体,要求在水中有尽可能小的溶解度。引发剂为油溶性引发剂,选择原则与本体聚合相同。分散剂的作用是隔离单体液珠与水之间的作用,有利于单体液珠的分散。常用的分散剂有水溶性有机高分子、非水溶性无机粉末两大类。

引发剂溶解于单体中,单体在水中分散成小液珠,聚合反应在小液珠内进行。随着聚合反应的进行,单体小液珠逐渐形成聚合物固体小颗粒。如果聚合物不溶于单体,则为沉淀聚合,产物为粉状固体。在搅拌和悬浮剂的作用下,单体和引发剂得以形成小液珠分散于水中。所以,搅拌速度、分散剂性质和用量是控制产品颗粒大小的主要因素。悬浮聚合产物的粒径一般在0.01~5mm。

对于水溶性单体,可采用反相悬浮聚合,即选用与单体互不相溶的油溶性溶剂作为分散剂,引发剂则选用水溶性引发剂。其实质是水溶性单体分散在油溶性体系中,随后水溶性引发剂引发单体聚合,可用于制备聚合物微球。

悬浮聚合的优点是散热容易,其不足是体系组成复杂,导致产物纯度下降。2.1.4 乳液聚合

单体在水中由乳化剂分散成乳液状态进行的聚合称为乳液聚合(emulsion polymerization)。体系主要由单体、水溶性引发剂、水溶性乳化剂和水组成。从表面看,乳液聚合与悬浮聚合基本配方相似,但它们具有不同的聚合机理和最终产品。乳液聚合与悬浮聚合的差别是:①乳液聚合选用水溶性引发剂,而悬浮聚合则选用油溶性引发剂;②乳液聚合中聚合物粒径小,约为0.05~0.15μm,而悬浮聚合所得产物粒径约为0.01~5mm(10~5000μm)。

乳化剂是决定乳液聚合成败的关键组分。乳化剂分子是由疏水的非极性基团和亲水的极性基团两部分组成,能使与水互不相溶的化合物均匀、稳定地分散在水中而不分层,即为乳化。乳化剂具有降低水的表面张力的作用,是表面活性剂。当水中乳化剂浓度很低时,乳化剂以分子状态溶解于水中,在表面处,乳化剂的亲水基团伸向水层,疏水基团伸向空气层。随着乳化剂浓度的增大,水的表面张力急剧下降。当乳化剂达到某一浓度时,继续增大乳化剂浓度,此时水的表面张力变化很小,乳化剂分子开始形成胶束,该浓度称为临界胶束浓度(CMC)。胶束在水中呈球状或棒状,乳化剂分子疏水基团伸向内部,而亲水基团则在水层中。在乳液聚合中,乳化剂的作用有:①降低界面张力,使单体分散成小液滴;②在单体液滴表面形成带电保护层,阻止了凝聚,形成稳定的乳液;③胶束的增溶作用。

乳液聚合的一个显著特点是引发剂与单体处于两相,乳化剂形成胶束,对油性单体具有增溶作用。引发剂分解形成的活性中心扩散进增溶胶束而引发单体聚合,因此,聚合反应在胶束内发生。随着聚合反应的进行,单体液滴通过水相扩散,不断向胶束供给单体。因此,在乳液聚合体系中,存在着三种粒子,分别为单体液滴、没有发生聚合的胶束以及含有聚合物的胶束(又称为乳胶粒)。乳胶粒的形成过程即为粒子的成核过程。

乳液聚合可同时提高分子量和聚合反应速率,因而适用于一些需要高分子量的聚合物合成,如第一大品种合成橡胶(丁苯橡胶)即采用的是乳液聚合。对一些直接使用乳液的聚合物,如涂料、黏合剂和胶乳等,可采用乳液聚合。2.2 逐步聚合反应的实施方法2.2.1 熔融缩聚

在单体、聚合物和少量催化剂熔点以上,反应混合物始终处于熔融状态,相当于本体,故称为熔融缩聚(melt polycondensation)。

由于反应温度高,在缩聚反应中经常发生各种副反应,如环化反应、裂解反应、氧化降解、脱羧反应等。因此,在缩聚反应体系中通常需加入抗氧剂,且反应在惰性气体(如N)保护下进行。由于熔2融缩聚的反应温度一般不超过300℃,因此制备高熔点的耐高温聚合物需采用其他方法。

熔融缩聚可采用间歇法,也可采用连续法。熔融缩聚为均相反应,应用十分广泛。工业上合成涤纶,用酯交换法合成聚碳酸酯、聚酰胺等,采用的都是熔融缩聚。2.2.2 溶液缩聚

单体、催化剂在溶剂中进行的缩聚反应称为溶液缩聚(solution polycondensation)。对于那些熔融温度高的聚合物,不宜采用熔融聚合方法时,通常采用溶液聚合方法制备。

溶液缩聚中溶剂的作用十分重要,一是有利于热交换,避免了局部过热现象,比熔融缩聚反应缓和、平稳;二是对于平衡反应,溶剂的存在有利于除去小分子,不需真空系统。另外,必须考虑溶剂的惰性以及对单体和聚合物的溶解性,保证避免溶剂参与的副反应发生,要求缩聚在均相体系中完成。

溶液缩聚在工业上的应用规模仅次于熔融缩聚,许多性能优良的工程塑料都是采用溶液缩聚法合成的,如聚芳酰亚胺、聚砜、聚苯醚等。2.2.3 界面缩聚

两种单体溶解在两种互不相溶的溶剂中时,聚合反应在两相溶液的界面上进行,称为界面缩聚(interfacial polycondensation),为非均相体系。

界面缩聚的特点:①复相反应,在两相界面处发生聚合反应;②反应温度低,由于只在两相的交界处发生反应,因此要求单体有高的反应活性,无须抽真空以除去小分子;③反应为扩散控制过程,反应速率主要取决于不同相态中单体向两相界面处的扩散速率,在许多界面缩聚体系中加入相转移催化剂,可使水相(甚至固相)的反应物顺利地转入有机相;④分子量对配料比敏感性小,由于界面缩聚是非均相反应,对产物分子量起影响的是反应区域中两单体的配料比,而不是整个两相中的单体浓度。

界面缩聚已广泛用于实验室及小规模合成聚酰胺、聚砜、含磷缩聚物和其他耐高温缩聚物。2.2.4 固相缩聚

在原料(单体及聚合物)熔点或软化点以下进行的缩聚反应称为固相缩聚,由于不一定是晶相,因此有的参考文献中称为固态缩聚(solid phase polycondensation)。

固相缩聚的主要特点为:反应速率低,表观活化能大,往往需要几十小时反应才能完成;由于为非均相反应,因此是一个扩散控制过程;一般有明显的自催化作用。固相缩聚是在固相化学反应的基础上发展起来的,多数作为其他聚合方法的补充,可制得高分子量、高纯度的聚合物。

固相缩聚在制备高熔点缩聚物、无机缩聚物以及熔点温度以上易分解单体的缩聚(无法采用熔融缩聚)方面有着其他方法无法比拟的优点。2.3 聚合反应实施方法的筛选

目前,绝大部分聚合物的制备主要是通过前述连锁聚合反应与逐步聚合反应方法实现的,其各自特征如表2-1、表2-2所示。在某一具体高分子材料的合成中,对于聚合方法的选择,主要考虑以下几个方面:①单体的性质,如油溶性或水溶性、不饱和烯烃或可缩聚的单体等;②聚合机理,属于连锁聚合,还是逐步聚合等;③产物的性质和形态、分子量及分子量分布等。表2-1 几种典型连锁聚合反应实施方法比较  表2-2 几种典型逐步聚合反应实施方法比较  2.4 聚合反应技术新进展

目前,绝大部分聚合物的制备主要通过前述连锁聚合(本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合、乳液聚合)与逐步聚合(熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚、固相缩聚)方法实现。与此同时,针对聚合反应新方法、新技术的研究在不断发展,典型进展如下:

本体和溶液聚合中,进一步考虑聚合后体系的状态,发展出沉淀聚合(precipitation polymerization)、淤浆聚合(slurry polymerization)、分散聚合等聚合技术;悬浮聚合中出现了反相悬浮聚合方法。

目前,对于经典乳液聚合方法的研究较为成熟,其机理以及动力学理论较为完善,并发展了诸多新的乳液聚合技术,从而拓宽了乳液聚合应用范围,产品性能更加突出。几种新型乳液聚合技术如下:(1)无皂乳液聚合(soap-free emulsion polymerization) 无皂乳液聚合即无乳化剂的乳液聚合,在原始聚合体系中不用专门加入乳化剂。这是因为参与形成最终聚合物颗粒的聚合物充当乳化剂。一般采用三种方式实现:①采用离子型水溶性引发剂;②主单体与少量水溶性单体共聚,得到两亲性聚合物;③一些具有典型聚电解质结构的水溶性天然高分子(如多糖、蛋白质等)用作原料,进行乳液聚合。(2)细乳液与微乳液聚合 细乳液聚合(miniemulsion polymerization)是在体系中引入了助乳化剂(co-surfactant),在亚微(submicron)单体液滴中引发成核,亚微单体液滴直径在100~400nm,可用于制备具有互穿聚合物网络(IPN)的胶乳。微乳液聚合(microemulsion polymerization)液滴粒径为10~100nm,可制备纳米级的聚合物颗粒。其特点是单体用量少,而乳化剂用量较多,同时需要加入其他助乳化剂。微乳液聚合可用于制备多孔材料和药物载体、酶催化聚合以及包覆无机粒子。(3)种子(核壳)乳液聚合 先将少量单体引发聚合,形成聚合物胶乳(种子),随后将胶乳再次加入乳液聚合的配方中,进行第二次乳液聚合,之前形成的胶乳吸附体系中的自由基,在其表面引发单体聚合,形成粒径较大的聚合物颗粒。在第二次聚合反应配方中,如果加入第二种单体,则可得到核壳结构的聚合物颗粒。目前,核壳聚合物的合成技术尚在突飞猛进的发展中。(4)反相乳液聚合(inverse emulsion polymerization) 反相乳液聚合与经典乳液聚合的各相正好相反,采用水溶性单体,油溶性溶剂为反应介质,采用油溶性引发剂,乳化剂则选用油包水(W/O)型,多为离子型乳化剂。反相乳液聚合制备的聚丙烯酰胺(PAM)已用于絮凝剂(水处理)、增稠剂(轻纺)、泥浆处理剂(油田)、补强剂(造纸)等。(5)分散聚合(dispersion polymerization) 分散聚合是一种由溶于有机溶剂(或水)的单体通过聚合生成不溶于该溶剂的聚合物,且形成胶态稳定的分散体系的聚合工艺,可用于制备微米级单分散聚合物微球。

目前,对部分高分子材料而言,同一种聚合物产品可采用不同的聚合方法合成,这为生产不同用途、物美价廉的高分子材料或采用环境友好的生产方式奠定了基础。2.5 单体与引发剂及纯化方法

在聚合反应过程中,原材料(单体、引发剂、助剂、溶剂等)的纯度对聚合反应影响巨大,一定量的杂质(或水分)不仅会影响聚合反应速率,改变聚合物的分子量,甚至会导致聚合反应不能进行。在自由基聚合中,单体中往往含有少量阻聚剂,使得反应存在诱导期或聚合速率下降,影响到动力学常数的准确测定。离子聚合对杂质更为敏感。在缩聚反应中,单体的纯度会影响到官能团的实际摩尔比,从而使聚合物分子量可能偏离设定值。因此,在高分子合成实验进行前,必须对参与反应的单体、引发剂、助剂及溶剂进行必要的精制提纯,并保证高纯净度的聚合环境。2.5.1 单体的纯化精制方法

单体常采用典型有机物纯化精制方法,如萃取洗涤、蒸馏(如常压蒸馏、减压蒸馏、分馏等)、重结晶、色谱分离(包括柱色谱、薄板色谱等)、升华等。针对某一特定单体,其具体纯化精制方法,应根据其来源与可能存在的杂质、将要进行的聚合反应类型两个方面综合考虑。单体因来源与杂质的不同,其适应的提纯方法可能不同,而不同聚合反应类型对杂质的提纯及纯化程度的要求也各有不同。如自由基聚合和离子聚合对单体的纯化要求就有所区别,即使同样是自由基聚合,活性自由基聚合对单体的纯化要求就比一般的自由基聚合要高得多。

对聚合单体而言,所含的杂质主要来源于:①阻聚剂,防止乙烯基(CHCH—)单体在储存、运输过程中发生聚合反应,通常为2醌、酚类,还有胺、硝基化合物、亚硝基化合物、金属化合物等;②单体制备过程中的副产物,储存过程中发生氧化或分解反应而产生的杂质,如苯乙烯中的乙苯、苯乙醛,乙酸乙烯酯中的乙醛等;③单体在储存和处理过程中引入的其他杂质,如从储存容器中带入的微量金属或碱,磨口接头上所涂的油脂等。除去单体中杂质的常用方法如下:(1)酸性杂质(阻聚剂对苯二酚、2,6-二叔丁基苯酚等)可用稀NaOH溶液洗涤除去;碱性杂质(如阻聚剂苯胺)可用稀HCl洗涤除去;芳香族杂质可用硝化试剂除去;杂环化合物可用硫酸洗涤除去(注意:苯乙烯不能用浓硫酸洗涤)。(2)单体的脱水干燥,一般情况下可用无水MgSO、无水4NaSO、无水CaCl、变色硅胶等干燥剂,严格要求时使用特定除水242剂(如CaH)。离子型聚合对单体的要求十分严格,在进行正常的2纯化过程后,需要彻底除水和其他杂质。例如,进行丙烯酸酯的阴离子聚合,还需要在AlEt存在下进行减压蒸馏。3(3)采用蒸馏、减压蒸馏法除去单体中的难挥发杂质,如烯烃单体的自发聚合产物。在蒸馏时,为防止单体聚合,可加入挥发性小的阻聚剂,如铜盐或铜屑等。同时,为防止发生氧化,蒸馏最好在惰性气体保护下进行。对于沸点较高的单体,为防止热聚合,应采用减压蒸馏。

大多数经提纯后的单体可在避光及低温条件下短时间储存,如放置在冰箱中;若需储存较长时间,不但要避光低温,还需除氧及氮气保护,如在氮气保护下封管再避光低温储存。

一些典型聚合单体的物理参数与纯化精制方法如下:(1)苯乙烯(St) 沸点/气压:145℃/760mmHg(1mmHg=133.322Pa)(常压);60℃/40mmHg。密度:30.906g/cm(20℃)。折射率:1.5468(20℃)。不溶于水,可溶于大多数有机溶剂。所含阻聚剂为酚类化合物。苯乙烯典型纯化精制方法:将100mL苯乙烯加到分液漏斗(250mL)中,加入20mL NaOH溶液(5%)洗涤数次,直至水层无色(单体略显黄色)。加入20mL蒸馏水继续洗涤苯乙烯,直至水层呈中性。分出苯乙烯,加入干燥剂(如无水NaSO、无水MgSO或无水CaCl)适量(即加入干燥剂晶2442体颗粒,直至新加入的颗粒保持原有形貌),静置数小时。过滤除去干燥剂,减压蒸馏,得到纯化苯乙烯(可用于自由基聚合等纯度要求不太高的场合)。过滤除去干燥剂的苯乙烯中加入无水氢化钙(CaH),密闭搅拌4h后再减压蒸馏,得到精制苯乙烯(可用于离子2聚合等纯度要求很高的场合)。3(2)甲基丙烯酸甲酯(MMA) 密度:0.936g/cm(20℃)。折射率:1.4138(20℃)。沸点/气压:101℃/760mmHg;61℃/200mmHg;46℃/160mmHg;29℃/50mmHg。微溶于水,可溶于大多数有机溶剂。所含阻聚剂为酚类化合物(对苯二酚使其呈现黄色)。MMA纯化方法与St相同,但由于存在酯键,第一步干燥剂建议使用无水MgSO或无水NaSO,第二步采用CaH干燥难以除尽极少4242量的水,用于阴离子聚合时,还需加入AlEt,当液体略显黄色时,3才表明单体中的水完全除去,此时减压蒸馏,得到精制单体(可用于阴离子聚合)。

上述方法也适用于常温下液体的其他丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯类单体的纯化精制。(3)乙酸乙烯酯(VAc) 无水透明液体。常压沸点:72.5℃。3密度:0.934g/cm(20℃)。折射率:1.3956(20℃)。水中溶解度为2.5%(20℃),可溶于大多数有机溶剂。所含阻聚剂为对苯二酚(含量:0.01%~0.03%)。VAc纯化精制方法:在分液漏斗中(500mL),将250mL乙酸乙烯酯依次用50mL饱和NaHSO溶液、350mL饱和NaHCO溶液洗涤,然后用蒸馏水洗至中性。用无水硫酸3钠干燥,静置过夜。最后用精馏装置蒸馏[可加入少量(0.1g)对苯二酚,防止自聚],常压蒸馏,收集71.8~72.5℃的馏分。(4)丙烯腈(acrylonitrile,AN) 无水透明液体。常压沸点:377℃。密度:0.806g/cm(20℃)。折射率:1.3911(20℃)。水中溶解度为7.3%(20℃)。精制方法:取200 mL丙烯腈(工业纯),常压蒸馏,收集76~78℃的馏分,将此馏分用无水MgSO或无水CaCl42干燥2h,过滤,分馏,收集77.0~77.5℃的馏分,得到精制丙烯腈,在高纯氮保护下密闭避光储存。

注意:丙烯腈有剧毒,所有操作需在通风橱中实施,残渣要用大量水冲掉。操作过程必须仔细,绝不能进入口中或接触皮肤。(5)丁二烯(butadiene,BD) 丁二烯主要指1,3-丁二烯,无水气体,室温下有一种适度甜感的芳烃气味,沸点为-4.4℃。空气中容易氧化自聚,常加入抗氧化剂叔丁基邻苯二酚(TBC)。提纯基本操作如下:先准备好原料,选择另外一个吸收瓶,抽真空,将其放在-10℃以下的恒温冷却槽中,待其温度降到丁二烯沸点后,通入气态丁二烯,进行吸收,可以得到纯度高的丁二烯,低温保存。(6)二乙烯基苯(divinylbenzene) 二乙烯基苯是一种重要的交联剂,无色液体,系邻、间、对二乙烯基苯三种异构体的混合物,沸点为199.5℃。溶于甲醇、乙醚,25℃水中的溶解度为0.0025g/100g水。在常温下能自聚,通常加入0.2%的2,4-二氯-6-硝基苯酚或0.1%的叔丁基邻苯二酚作为稳定剂。精制方法:用NaOH溶液(5%)洗涤3~5次后,分离出二乙烯基苯相,用无水硫酸镁干燥,然后用色谱柱(中性的三氧化二铝,洗脱剂用石油醚)提纯。2.5.2 引发剂精制

连锁聚合反应引发剂(催化剂)种类较多,其中自由基聚合引发剂主要是过氧类化合物、偶氮类化合物和氧化还原体系,阴离子聚合引发剂主要是碱金属和有机金属化合物等,阳离子聚合引发剂包括质子酸和Lewis酸等。一般情况下,自由基聚合时,新购的引发剂可以直接使用,对于离子聚合、基团转移聚合等引发剂往往是现制现用。(1)偶氮二异丁腈(AIBN) 在装有回流冷凝管的锥形瓶(250mL)中加入100mL 95%乙醇,于水浴上加热到接近沸腾,迅速加入10g AIBN,振荡使其全部溶解(煮沸时间不宜过长,若过长,则分解严重)。然后将热溶液迅速抽滤(过滤所用漏斗和吸滤瓶必须预热),滤液冷却后得到白色结晶。抽滤,得白色结晶,在真空干燥器中干燥。测定熔点,产品于棕色瓶中低温保存。(2)过氧化苯甲酰(BPO) 室温下,慢慢搅拌,将5g BPO溶于尽量少的氯仿中(约20mL),用纱布过滤乳白色溶液,滤液直接滴入50mL甲醇(提前用冰盐浴冷却)中,并静置30min。所得白色针状晶体用布氏漏斗抽滤,并用冷却的甲醇洗三次(每次5mL),抽干。真空干燥,产品保存于棕色瓶中。注意:由于温度过高易爆炸,因此操作温度要低。(3)过硫酸钾和过硫酸铵[KSO、(NH)SO] 二者为2284228水溶性引发剂。过硫酸钾是由过硫酸铵溶液与KOH或KCO溶液为原23料制得。精制方法:将过硫酸盐在40℃水中溶解并过滤,滤液用冰水冷却,过滤出结晶,并以冰冷的水洗涤,用BaCl溶液检验滤液无2为止,将白色柱状及板状结晶置于真空干燥箱中干燥。在纯净干燥状态下,过硫酸钾能保持很久,但有湿气时,则逐渐分解出氧。(4)三氟化硼-乙醚配合物(EtO-BF) 该配合物为无色透明23液体,沸点为46℃/10mmHg,接触空气易被氧化,使颜色变深。可用减压蒸馏精制:在500mL商品三氟化硼乙醚液中加入10mL乙醚和2g氢化钙(CaH),减压蒸馏。2(5)萘锂引发剂 萘锂引发剂是一种用于阴离子聚合的引发剂,一般是合成后直接使用。其制备方法:在高纯氮保护下,向干净干燥的反应瓶(250mL)中加入1.5g切成小粒的金属锂(Li)、15g萘(分析纯)、50mL精制的四氢呋喃(THF)。将反应瓶放入冷水浴,搅拌开始反应,溶液逐渐变为绿色、暗绿色,反应2h后结束,取样分析浓度,高纯氮保护,冰箱中保存备用。2.6 聚合物的分离纯化方法

单体通过聚合反应可合成预期的高分子,除本体聚合反应能得到较为纯净的聚合物之外,其他聚合产物中还有可能含有大量小分子杂质(如引发剂、溶剂、分散剂、乳化剂以及未反应的单体等)。当通过共聚反应合成高分子时,除得到预期的共聚物外,还会生成均聚产物。

聚合物的纯化是指除去其中的杂质,对于不同聚合物而言,杂质可以是未反应的小分子化合物及残留的催化剂,可以是化学组成相同的异构聚合物,也可以是原料聚合物(如接枝共聚物中的均聚物)。因此,要根据用途,对制备的聚合物进行相应的分离纯化。2.6.1 溶解沉淀法

溶解沉淀法是将聚合物溶解于适量良溶剂中,然后加入到沉淀剂中,使聚合物缓慢地沉淀出来。其中,良溶剂和沉淀剂是互溶的。溶解沉淀法是纯化聚合物最原始的方法,也是应用最为广泛的方法。本书附录2列出了常见高分子的溶剂与沉淀剂,更多的信息可参见“Handbook of Polymer”。

对于自制的全新聚合物,沉淀剂乃至良溶剂是未知的。可以根据自制聚合物的结构,参阅结构相似聚合物的溶解性质,从非极性到极性排序,选择不同溶剂,测试它们对聚合物的溶解能力。一般情况下,聚合产物是溶液时,可通过如下方法筛选沉淀剂:选择样品瓶(1~5mL)作为容器,加入0.5~2mL溶剂。缓缓滴加聚合产物溶液数滴,观察液体是否变浑浊,然后振摇使混合液均匀,静置片刻后观察瓶底沉积情况。若滴加聚合物溶液时浑浊度较高,静置沉淀后沉积量较大,沉积物粘连程度较小,所选溶剂就是较好的沉淀剂。沉淀剂的用量一般是良溶剂体积的5~10倍,聚合物溶液的滴加速率以溶液液滴在沉淀剂中能够及时散开为宜。

需要注意的是,聚合物的溶解性质有很强的分子量依赖性,分子量越小,聚合物沉淀剂的选择越困难。例如:乙醚被认为是聚苯乙烯的不良溶剂,但是当聚苯乙烯的分子量≤1万时,可以溶解于乙醚中。聚合物的溶解性质也有温度依赖性。

沉淀物的收集可采取过滤、离心的方法。聚合物中残留的溶剂可以采用旋转蒸发及真空干燥的方法去除。2.6.2 洗涤法与抽提法

用聚合物不良溶剂反复洗涤产品,通过溶解除去其中的小分子化合物、低聚物(或均聚物)等杂质,这种洗涤方法是最为简单的纯化方法。常用的溶剂有水和乙醇等廉价溶剂。对于颗粒很小的聚合物而言,因为其表面积大,洗涤效果较好。但是对于颗粒大的聚合物而言,则难于除去颗粒内部的杂质。

用离心法收集沉淀时,操作为离心、倾出澄清液、加入不良溶剂、振荡混合均匀、再离心,反复进行上述操作,达到洗涤纯化效果。

抽提法是纯化聚合物的重要方法,一般在索式抽提器(脂肪提取器)中进行。其基本原理与洗涤法相同,是用溶剂萃取出聚合物中的可溶性部分(包括可溶性聚合物),达到分离和提纯的目的。抽提法主要用于聚合物之间的分离,不溶性的聚合物以固体形式留在提取器中,可溶性聚合物保留在烧瓶的溶液中,除去溶剂并经纯化后即得到纯净的可溶性组分。

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