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1、第七章 高分子化学第1页，本讲稿共51页l未满未满22岁获得博士学位岁获得博士学位l曾在曾在Frankfort,Heideberg大学大学任教任教l1936年任年任Halle大学化学系主任，大学化学系主任，后任校长后任校长l1943年任年任Mak Planck研究院院长研究院院长l1946年兼任联邦德国化学会会长年兼任联邦德国化学会会长l主要贡献是发明了主要贡献是发明了Ziegler催化剂催化剂l1963年荣获年荣获Nobel化学奖化学奖l治学严谨，实验技巧娴熟，一生治学严谨，实验技巧娴熟，一生发表论文发表论文200余篇余篇Ziegler发现发现：使用使用四氯化钛四氯化钛和和三乙三乙基铝基铝，
2、可在常压下得，可在常压下得到到PE（低压低压PE），），这一发现具有划时代这一发现具有划时代的重大意义的重大意义K.ZieglerZiegler(18981973)小传小传第2页，本讲稿共51页l意大利人，意大利人，21岁获化学工岁获化学工程博士学位程博士学位l1938年任米兰工业大学教年任米兰工业大学教授，工业化学研究所所长授，工业化学研究所所长l50年代以前，从事甲醇、年代以前，从事甲醇、甲醛、丁醛等应用化学研究，甲醛、丁醛等应用化学研究，取得许多重大成果取得许多重大成果l1952年年,在在德德 Frankford 参参加加Ziegler的的报报告告会会，被被其其研究工作深深打动研究工作深
3、深打动l1954年，发现丙烯聚合催化年，发现丙烯聚合催化剂剂l1963年，获年，获Nobel化学奖化学奖Natta(1903 1979)小传G.NattaNatta发现：发现：将将TiCl4 改为改为 TiCl3，用，用于丙烯的聚合，得到高于丙烯的聚合，得到高分子量、高结晶度、高分子量、高结晶度、高熔点的聚丙烯熔点的聚丙烯第3页，本讲稿共51页链增长反应可表示如下链增长反应可表示如下过渡金属过渡金属空位空位环状过环状过渡状态渡状态链增长过程的链增长过程的本质本质是单体对增长链端络合物的插是单体对增长链端络合物的插入反应入反应第4页，本讲稿共51页单体首先在过渡金属上配位形成单体首先在过渡金属上
4、配位形成 络合物络合物 证据：乙烯和证据：乙烯和Pt、Pd生成络合物后仍可分离生成络合物后仍可分离 制得了制得了4-甲基甲基-1-戊烯戊烯VCl3的的 络合物络合物反应是阴离子性质反应是阴离子性质 间接证据：间接证据：-烯烃的聚合速率随双键上烷基的增大而降低烯烃的聚合速率随双键上烷基的增大而降低CH2=CH2 CH2=CHCH3 CH2=CHCH2CH3 直接证据：直接证据：用标记元素的终止剂终止增长链用标记元素的终止剂终止增长链 14CH3OH 14CH3O H 2.配位聚合的特点配位聚合的特点第5页，本讲稿共51页增长反应是经过四元环的插入过程增长反应是经过四元环的插入过程过过渡渡金金属属
5、阳阳离离子子MtMt+对对烯烯烃烃双双键键 碳碳原原子子的的亲亲电进攻电进攻增增长长链链端端阴阴离离子子对对烯烯烃烃双双键键 碳碳原原子子的的亲亲核进攻核进攻得到的聚合物无得到的聚合物无1414C C放射性，表明加上的是放射性，表明加上的是H H，而链端是阴，而链端是阴离子离子.因此，配位聚合属于因此，配位聚合属于配位阴离子聚合配位阴离子聚合插入反应包括两个同时进行的化学过程：插入反应包括两个同时进行的化学过程：第6页，本讲稿共51页l一级插入一级插入单体的插入反应有两种可能的途径单体的插入反应有两种可能的途径不带取代基的一端带负电荷，与过渡金属相连接，称不带取代基的一端带负电荷，与过渡金属相
6、连接，称为为一级插入一级插入第7页，本讲稿共51页 带有取代基一端带负电荷并与反离子相连，称为带有取代基一端带负电荷并与反离子相连，称为二级插入二级插入l 二级插入二级插入两种插入所形成的聚合物的结构完全相同两种插入所形成的聚合物的结构完全相同但研究发现：但研究发现：丙烯的全同聚合是一级插入，丙烯的全同聚合是一级插入，丙烯的间同聚合却为二级插入丙烯的间同聚合却为二级插入第8页，本讲稿共51页l配位聚合配位聚合、络合聚合络合聚合 在含意上是一样的，可互用在含意上是一样的，可互用 一般认为，配位比络合表达的意义更明确一般认为，配位比络合表达的意义更明确 配位聚合的结果：配位聚合的结果：可以形成有规
7、立构聚合物可以形成有规立构聚合物 也可以是无规聚合物也可以是无规聚合物l定向聚合定向聚合、有规立构聚合有规立构聚合 这两者是同意语，是以产物的结构定义的这两者是同意语，是以产物的结构定义的 都是指以形成有规立构聚合物为主的聚合过程都是指以形成有规立构聚合物为主的聚合过程 乙丙橡胶的制备采用乙丙橡胶的制备采用ZN催化剂，属配位聚合，催化剂，属配位聚合，但结但结构是无规的，不是定向聚合构是无规的，不是定向聚合 几种聚合名称含义的区别几种聚合名称含义的区别第9页，本讲稿共51页3.3.配位聚合引发剂与单体配位聚合引发剂与单体引发剂和单体类型引发剂和单体类型Ziegler-Natta引发剂引发剂 -烯
8、烃烯烃 有规立构聚合有规立构聚合二烯烃二烯烃环烯烃环烯烃有规立构聚合有规立构聚合-烯丙基镍型引发剂：专供丁二烯的顺、反烯丙基镍型引发剂：专供丁二烯的顺、反1,4聚合聚合烷基锂引发剂（均相）烷基锂引发剂（均相）极性单体极性单体二烯烃二烯烃有规立构聚合有规立构聚合 引发剂的相态和单体的极性引发剂的相态和单体的极性非均相引发剂，立构规整化能力强非均相引发剂，立构规整化能力强均相引发剂，立构规整化能力弱均相引发剂，立构规整化能力弱极性单体极性单体:失活失活 -烯烃：全同烯烃：全同极性单体极性单体:全同全同 -烯烃：无规烯烃：无规第10页，本讲稿共51页配位引发剂的作用配位引发剂的作用 一般说来，配位阴
9、离子聚合的立构规整化能力一般说来，配位阴离子聚合的立构规整化能力 取决于取决于提供提供引发聚合的活性种引发聚合的活性种提供提供独特的配位能力独特的配位能力主要是引发剂中过渡金属反离子，与单体和增长链主要是引发剂中过渡金属反离子，与单体和增长链配位，促使单体分子按照一定的构型进入增长链。配位，促使单体分子按照一定的构型进入增长链。即单体通过配位而即单体通过配位而“定位定位”，引发剂起着连续定向，引发剂起着连续定向的模型作用的模型作用引发剂的类型引发剂的类型特定的组合与配比特定的组合与配比单体种类单体种类聚合条件聚合条件第11页，本讲稿共51页7.2 7.2 聚合物的立体异构现象聚合物的立体异构现
10、象立体异构立体异构 由于分子中的原子或基团的空间由于分子中的原子或基团的空间构型构型和和构象构象不同而产生不同而产生光学异构光学异构几何异构几何异构1.聚合物的立体异构体聚合物的立体异构体结构异构结构异构（同分异构）：（同分异构）：化学组成相同，原子和原子团的排列不同化学组成相同，原子和原子团的排列不同 头尾和头头、尾尾连接的结构异构头尾和头头、尾尾连接的结构异构两种单体在共聚物分子链上不同排列的序列异构两种单体在共聚物分子链上不同排列的序列异构构型异构构型异构构象异构构象异构第12页，本讲稿共51页光学异构体光学异构体 光学异构体（也称光学异构体（也称对映异构体对映异构体），是由手征性碳原子
11、），是由手征性碳原子产生产生 构型分为构型分为R（右）型和（右）型和S（左）型两种（左）型两种 对于对于 -烯烃聚合物，分子链中与烯烃聚合物，分子链中与R基连接的碳原子具有下基连接的碳原子具有下述结构：述结构：由于连接由于连接C*两端的分子链不等长，或端基不同，两端的分子链不等长，或端基不同，C*应当是手应当是手征性碳原子征性碳原子 但这种手征性碳原子并不显示旋光性，原因是紧邻但这种手征性碳原子并不显示旋光性，原因是紧邻C*的原子的原子差别极小，故称为差别极小，故称为“假手性中心假手性中心”第13页，本讲稿共51页根据手性根据手性C*的构型不同，聚合物分为三种结构：的构型不同，聚合物分为三种结
12、构：全同全同和和间同立构间同立构聚合物统称为聚合物统称为有规立构聚合物有规立构聚合物 如果每个结构单元上含有两个立体异构中心，则异构现象就如果每个结构单元上含有两个立体异构中心，则异构现象就更加复杂更加复杂全同立构全同立构Isotactic间同立构间同立构Syndiotactic无规立构无规立构Atactic第14页，本讲稿共51页几何异构体几何异构体 几何异构体是由聚合物分子链中双键或环形结构上取几何异构体是由聚合物分子链中双键或环形结构上取代基的构型不同引起的代基的构型不同引起的 如异戊二烯聚合，如异戊二烯聚合，1,4-聚合产物有聚合产物有顺式构型顺式构型反式构型反式构型聚异戊二烯聚异戊二
13、烯第15页，本讲稿共51页2.光学活性聚合物光学活性聚合物 是指聚合物不仅含有手性碳原子，而且能使偏振光的偏振是指聚合物不仅含有手性碳原子，而且能使偏振光的偏振面旋转，真正具有面旋转，真正具有旋光性旋光性，这种聚合物称为，这种聚合物称为光学活性聚光学活性聚合物合物 采取两种措施：采取两种措施：改变手性碳原子改变手性碳原子C*的近邻环境；的近邻环境；将侧基中含有手性碳原子将侧基中含有手性碳原子C*的烯烃聚合的烯烃聚合l改变手性碳原子改变手性碳原子C*的近邻环境的近邻环境 一种等量一种等量R和和S的外消旋单体，聚合后得到也是等量的外消旋单体，聚合后得到也是等量外消旋聚合物的混合物，无旋光活性外消旋
14、聚合物的混合物，无旋光活性 采用一种光学活性引发剂，可改变采用一种光学活性引发剂，可改变R和和S的比例的比例第16页，本讲稿共51页 将这种光学引发剂优先选择一种对映体进入聚合物链将这种光学引发剂优先选择一种对映体进入聚合物链的聚合反应称为的聚合反应称为立构选择性聚合立构选择性聚合 R/S=75/25光学活性聚合物光学活性聚合物光学活性引发剂光学活性引发剂R/S=50/50第17页，本讲稿共51页l将侧基中含有手性将侧基中含有手性C*的烯烃聚合的烯烃聚合（S 100）R/S=50/50第18页，本讲稿共51页3.3.立构规整性聚合物的性能立构规整性聚合物的性能 -烯烃聚合物烯烃聚合物 聚合物的
15、立构规整性影响聚合物的结晶能力聚合物的立构规整性影响聚合物的结晶能力 聚合物的立构规整性好，分子排列有序，有利于结晶聚合物的立构规整性好，分子排列有序，有利于结晶 高结晶度导致高熔点、高强度、高耐溶剂性高结晶度导致高熔点、高强度、高耐溶剂性 如：如：无规无规PP，非结晶聚合物，蜡状粘滞体，用途不大，非结晶聚合物，蜡状粘滞体，用途不大 -烯烃聚合物的烯烃聚合物的Tm大致随取代基增大而升高大致随取代基增大而升高 HDPE 全同全同PP 聚聚3-甲基甲基-1-丁烯丁烯 聚聚4-甲基甲基-1-戊烯戊烯Tm 120 175 300 235 ()全同全同PP和间同和间同PP，是高度结晶材料，具有高强度、高
16、，是高度结晶材料，具有高强度、高耐溶剂性，用作塑料和合成纤维耐溶剂性，用作塑料和合成纤维全同全同PP的的Tm为为175，可耐蒸汽消毒，比重，可耐蒸汽消毒，比重0.90第19页，本讲稿共51页二烯烃聚合物二烯烃聚合物 如丁二烯聚合物：如丁二烯聚合物：1,2聚合物都具有较高的熔点聚合物都具有较高的熔点对于合成橡胶，希望得到高顺式结构对于合成橡胶，希望得到高顺式结构全同全同 Tm 128间同间同 Tm 1561,4聚合物聚合物反式反式1,4聚合物聚合物 Tg=80,Tm=148较硬的低弹性材料较硬的低弹性材料顺式顺式1,4聚合物聚合物 Tg=108,Tm=2 是弹性优异的橡胶是弹性优异的橡胶 第20
17、页，本讲稿共51页立构规整度的测定立构规整度的测定 聚合物的立构规整性用立构规整度表征聚合物的立构规整性用立构规整度表征 立构规整度立构规整度:是立构规整聚合物占总聚合物的分数是立构规整聚合物占总聚合物的分数 是评价聚合物性能、引发剂定向聚合能力的一个重要指是评价聚合物性能、引发剂定向聚合能力的一个重要指标标 l全同聚丙烯的立构规整度（全同聚丙烯的立构规整度（全同指数全同指数、等规度等规度）常用沸腾正庚烷的萃取剩余物所占百分数表示常用沸腾正庚烷的萃取剩余物所占百分数表示结晶结晶比重比重熔点熔点溶解行为溶解行为化学键的特征吸收化学键的特征吸收根据聚合物的物理根据聚合物的物理性质进行测定性质进行测
18、定第21页，本讲稿共51页也可用红外光谱的特征吸收谱带测定也可用红外光谱的特征吸收谱带测定l二烯烃聚合物的立构规整度用某种立构体的百分含量表示二烯烃聚合物的立构规整度用某种立构体的百分含量表示 应用应用IR、NMR测定测定 聚丁二烯聚丁二烯IR吸收谱带吸收谱带聚丙烯的全同指数聚丙烯的全同指数 （I I P）沸腾正庚烷萃取剩余物重沸腾正庚烷萃取剩余物重未萃取时的聚合物总重未萃取时的聚合物总重I I P KA975A1460全同螺旋链段特征吸收，峰面积全同螺旋链段特征吸收，峰面积甲基的特征吸收，峰面积甲基的特征吸收，峰面积K为仪器常数为仪器常数全同全同1,2：991、694 cm1间同间同1,2：
19、990、664 cm1顺式顺式1,4：741 cm1 反式反式1,4：964 cm1第22页，本讲稿共51页7.3 ZIEGLER-NATTA(Z-N)7.3 ZIEGLER-NATTA(Z-N)引发剂引发剂主引发剂主引发剂l族：族：Co、Ni、Ru、Rh 的卤化物或羧酸盐的卤化物或羧酸盐 主要用于主要用于二烯烃二烯烃的聚合的聚合1.Z-N引发剂的组分引发剂的组分是周期表中是周期表中过渡金属化合物过渡金属化合物Ti Zr V Mo W Cr的的卤化物卤化物氧卤化物氧卤化物乙酰丙酮基乙酰丙酮基环戊二烯基环戊二烯基l 副族：副族：TiCl3(、)的活性较高的活性较高MoCl5、WCl6专用于专用于
20、环烯烃环烯烃的开环聚合的开环聚合主要用于主要用于 -烯烃烯烃的聚的聚合合第23页，本讲稿共51页l主族的金属有机化合物主族的金属有机化合物 主要有：主要有：RLi、R2Mg、R2Zn、AlR3 R为为111碳碳的的烷烷基基或或环环烷烷基基l 有机铝化合物应用最多：有机铝化合物应用最多：Al Hn R3n Al Rn X3n X=F、Cl、Br、I 当当主主引引发发剂剂选选同同TiCl3，从从制制备备方方便便、价价格格和和聚聚合合物物质质量量考考虑，多选用虑，多选用AlEt2CllAl/Ti 的的mol 比是决定引发剂性能的重要因素比是决定引发剂性能的重要因素 适宜的适宜的Al/Ti比为比为 1
21、.5 2.5 共引发剂共引发剂第24页，本讲稿共51页第三组分第三组分 评价评价Z-N引发剂的依据引发剂的依据产物的立构规整度产物的立构规整度 质量质量聚合速率聚合速率 产量产量:g产物产物/gTi两组分的两组分的Z-N引发剂称为引发剂称为第一代引发剂第一代引发剂 5001000 g/g Ti为了提高引发剂的定向能力和聚合速率，常加入为了提高引发剂的定向能力和聚合速率，常加入第三第三组分组分（给电子试剂给电子试剂）含含N、P、O、S的化合物：的化合物：六甲基磷酰胺六甲基磷酰胺 丁醚丁醚 叔胺叔胺第25页，本讲稿共51页加入第三组分的引发剂称为加入第三组分的引发剂称为第二代引发剂第二代引发剂引发
22、剂活性提高到引发剂活性提高到 5104 g PP/g Ti第三代引发剂第三代引发剂，除添加第三组分外，还使用了，除添加第三组分外，还使用了载体载体，如：，如：MgCl2、Mg(OH)Cl引发剂活性达到引发剂活性达到 6105 g/g Ti 或更高或更高就两组分反应后形成的络合物是否溶于烃类溶剂就两组分反应后形成的络合物是否溶于烃类溶剂2.Z-N引发剂的类型引发剂的类型将主引发剂、共引发剂、第三组分进行组配，获得将主引发剂、共引发剂、第三组分进行组配，获得的引发剂数量可达数千种，现在泛指一大类引发剂的引发剂数量可达数千种，现在泛指一大类引发剂可溶性均相引发剂可溶性均相引发剂不溶性非均相引发剂，引
23、发活性和定向能力高不溶性非均相引发剂，引发活性和定向能力高分为分为第26页，本讲稿共51页形成均相或非均相引发剂，主要取决于过渡金属的组成和反形成均相或非均相引发剂，主要取决于过渡金属的组成和反应条件应条件 如：如：TiCl4 或或VCl4AlR3 或或AlR2Cl在在78反应可形成溶于反应可形成溶于烃类溶剂的均相引发剂烃类溶剂的均相引发剂温度升高，发生不可逆变温度升高，发生不可逆变化，转化为非均相化，转化为非均相低温下只能引发乙低温下只能引发乙烯聚合烯聚合活性提高，可引发活性提高，可引发丙烯聚合丙烯聚合与与组合组合TiCl4TiCl2 VCl3AlR3 或或AlR2Cl与与组合组合反应后仍为
24、非均相，反应后仍为非均相，-烯烃的高活性定烯烃的高活性定向引发剂向引发剂又如：又如：第27页，本讲稿共51页3.3.使用使用Z-NZ-N引发剂注意的问题引发剂注意的问题主引剂是卤化钛，性质非常活泼，在空气中吸湿后发主引剂是卤化钛，性质非常活泼，在空气中吸湿后发烟、自燃，并可发生水解、醇解反应烟、自燃，并可发生水解、醇解反应共引发剂烷基铝，性质也极活泼，易水解，接触空气中共引发剂烷基铝，性质也极活泼，易水解，接触空气中氧和潮气迅速氧化、甚至燃烧、爆炸氧和潮气迅速氧化、甚至燃烧、爆炸 鉴于此：鉴于此：l在保持和转移操作中必须在无氧干燥的在保持和转移操作中必须在无氧干燥的N2中进行中进行l在生产过程
25、中，原料和设备要求除尽杂质，尤其是氧和水分在生产过程中，原料和设备要求除尽杂质，尤其是氧和水分l聚合完毕，工业上常用醇解法除去残留引发剂聚合完毕，工业上常用醇解法除去残留引发剂第28页，本讲稿共51页7.4 7.4 -烯烃的配位阴离子聚合烯烃的配位阴离子聚合1.Natta 的双金属机理的双金属机理 于于1959年由年由Natta首先提出，以后得到一些人的支持首先提出，以后得到一些人的支持 要点如下：要点如下：l引发剂的两组分首先起反应，形成含有两种金属的桥形络合物引发剂的两组分首先起反应，形成含有两种金属的桥形络合物聚合活性中心聚合活性中心 配位聚合机理，特别是形成立构规整化的机理，配位聚合机
26、理，特别是形成立构规整化的机理，一直是该领域最活跃、最引人注目的课题一直是该领域最活跃、最引人注目的课题 至今没有能解释所有实验的统一理论至今没有能解释所有实验的统一理论 有两种理论获得大多数人的赞同有两种理论获得大多数人的赞同第29页，本讲稿共51页l-烯烃的富电子双键在亲烯烃的富电子双键在亲电子的过渡金属电子的过渡金属Ti上配位，上配位，生成生成-络合物络合物活性中心活性中心-络合物络合物l缺电子的桥形络合物部缺电子的桥形络合物部分极化后，由配位的单分极化后，由配位的单体和桥形络合物形成体和桥形络合物形成六六元环过渡状态元环过渡状态第30页，本讲稿共51页l极化的单体插入极化的单体插入Al
27、C键后，六元环键后，六元环瓦解，重新生成四瓦解，重新生成四元环的桥形络合物元环的桥形络合物六元环过六元环过渡状态渡状态链增长链增长第31页，本讲稿共51页l由于单体首先在由于单体首先在Ti上配位（引发），上配位（引发），然后然后AlCH2CH3键断裂，键断裂，CH2CH3碳负离子连接到单体的碳负离子连接到单体的-碳原子上（碳原子上（Al上增长），据此称为上增长），据此称为配位阴离子机理配位阴离子机理2.Cossee-Arlman单金属机理单金属机理存在问题：存在问题：对聚合物链在对聚合物链在Al上增长提出异议上增长提出异议;该机理没有涉及规整结构的成因该机理没有涉及规整结构的成因Cossee（
28、荷兰物理化学家）于（荷兰物理化学家）于1960年首先提出，活年首先提出，活性中心是带有一个空位的以过渡金属为中心的正八性中心是带有一个空位的以过渡金属为中心的正八面体面体理论经理论经Arlman补充完善，得到一些人的公认补充完善，得到一些人的公认第32页，本讲稿共51页要点如下：要点如下：l活性种的形成和结构（活性种的形成和结构（TiCl3(,)AlR3体系）体系）在晶粒的边、楞上存在带在晶粒的边、楞上存在带有一个空位的五氯配位体有一个空位的五氯配位体AlR3活性种活性种是一个是一个Ti上带有一个上带有一个R基、一个空位和四个氯的五配基、一个空位和四个氯的五配位正八面体位正八面体AlR3仅起到
29、使仅起到使Ti烷基化的作用烷基化的作用第33页，本讲稿共51页l链引发、链增长链引发、链增长链增长链增长kp配配位位加成加成插入插入移移位位第34页，本讲稿共51页u插入反应是配位阴离子机理插入反应是配位阴离子机理 由于单体由于单体 电子的作用，使原来的电子的作用，使原来的TiC键活化，极化的键活化，极化的Ti C 键断裂，完成单体的插入反应键断裂，完成单体的插入反应u增长活化能的含义和实质增长活化能的含义和实质 R基离基离 碳原子的距离大于形成碳原子的距离大于形成CC 键的平衡距离（键的平衡距离（1.54），需要移动），需要移动1.9，实现迁移需要供给一定的能量，实现迁移需要供给一定的能量u
30、立构规整性成因立构规整性成因 单体如果在空位单体如果在空位(5)和空位和空位(1)交替增长，所得聚合物将是交替增长，所得聚合物将是间同立构，实际上得到的是全同立构间同立构，实际上得到的是全同立构 假定假定：空位空位(5)和和(1)的立体化学和空间位阻不同，的立体化学和空间位阻不同，R基在空基在空位位(5)上受到较多上受到较多Cl的排斥而不稳定，因而在下一个丙烯分子的排斥而不稳定，因而在下一个丙烯分子占据空位占据空位(1)之前，它又回到空位之前，它又回到空位(1)讨论：讨论：第35页，本讲稿共51页降低温度会降低降低温度会降低R基的飞回速度，形成间同基的飞回速度，形成间同PP实验证明，在实验证明
31、，在70聚合可获得间同聚合可获得间同PPl链终止链终止 裂解终止（自终止）裂解终止（自终止）R的的“飞回飞回”速度速度单体配位插入速度单体配位插入速度需要能量需要能量放出能量放出能量按此假定，聚丙烯的全同与间同立构之比应取决于按此假定，聚丙烯的全同与间同立构之比应取决于第36页，本讲稿共51页向共引发剂向共引发剂AlR3转移终止转移终止向单体转移终止向单体转移终止+第37页，本讲稿共51页氢解氢解增长链飞回原来的空位的假定，在热力学上不够合理增长链飞回原来的空位的假定，在热力学上不够合理不能解释共引发剂对不能解释共引发剂对PP立构规整度的影响立构规整度的影响+活性种活性种需要一定活化能需要一定
32、活化能存在问题：存在问题：这就是为什么用这就是为什么用H2调节调节分子量时分子量时Xn和和Rp都降低都降低的原因的原因第38页，本讲稿共51页3.丙烯聚合动力学丙烯聚合动力学重点研究的是重点研究的是稳定期稳定期（期）期）的动力学的动力学特点特点是聚合速率不随聚合时间而改变是聚合速率不随聚合时间而改变涉及非均相体系中引发剂表面吸附对聚合反应的影响涉及非均相体系中引发剂表面吸附对聚合反应的影响用两种模型处理用两种模型处理 RpABt丙烯以丙烯以-TiCl3-AlEt3引发剂聚合的典型动引发剂聚合的典型动力学曲线力学曲线A：引发剂经研磨：引发剂经研磨B：引发剂未经研磨：引发剂未经研磨第39页，本讲稿
33、共51页Langmuir-Hinschlwood模型模型 假定：假定：TiCl3表面吸附点既可吸附烷基铝（所占分数表面吸附点既可吸附烷基铝（所占分数 Al），又可），又可吸附单体（所占分数吸附单体（所占分数 M），且只有吸附点上的单体发生反），且只有吸附点上的单体发生反应应 溶液中和吸附点上的烷基铝、单体构成平衡溶液中和吸附点上的烷基铝、单体构成平衡KAl、KM分别为烷基铝、单体的吸附平衡常数分别为烷基铝、单体的吸附平衡常数Al、M分别为分别为 溶液中烷基铝、单体浓度溶液中烷基铝、单体浓度第40页，本讲稿共51页 当当TiCl3表面和表面和AlR3反应的活性点只与吸附单体反应时，反应的活性点只
34、与吸附单体反应时，则则 实验表明：实验表明：当单体的极性可与烷基铝在当单体的极性可与烷基铝在TiCl3表面上的吸附竞争时，表面上的吸附竞争时，聚合速率服从聚合速率服从Langmuir模型模型式中，式中，S为吸附点的总浓度为吸附点的总浓度将将 Al、M 代入上式，代入上式，第41页，本讲稿共51页Rideal模型模型 假定假定：聚合活性种同未吸附的单体（溶液或气相中的单体）：聚合活性种同未吸附的单体（溶液或气相中的单体）起反应起反应将将 Al 代入代入Rp式得式得当单体的极性低，在当单体的极性低，在TiCl3表面上吸附很弱时，表面上吸附很弱时，Rp符合符合Rideal模型模型第42页，本讲稿共5
35、1页7.5 二烯烃的配位阴离子聚合二烯烃的配位阴离子聚合二烯烃的配位聚合比二烯烃的配位聚合比 烯烃更为复杂烯烃更为复杂 原因原因-烯丙基镍引发剂烯丙基镍引发剂 过渡金属元素过渡金属元素Ti、V、Cr、Ni、Co、Ru、Rh均与均与 -烯丙烯丙基形成稳定聚合物基形成稳定聚合物 其中其中-烯丙基镍，烯丙基镍，-C3H5NiX，引发剂最主要，引发剂最主要 X是负性基团，可以是：是负性基团，可以是：Cl、Br、I、OCOCH3、OCOCH2Cl、OCOCF3加成方式不同可得到多种立构规整性聚合物加成方式不同可得到多种立构规整性聚合物单体存在构象问题单体存在构象问题增长链端可能有不同的键型增长链端可能有
36、不同的键型引发剂种类引发剂种类ZN引发剂引发剂-烯丙基镍引发剂烯丙基镍引发剂烷基锂引发剂烷基锂引发剂第43页，本讲稿共51页 它容易制备，比较稳定，只含一种过渡元素，单一组分就有它容易制备，比较稳定，只含一种过渡元素，单一组分就有活性，专称为活性，专称为-烯丙基镍引发剂烯丙基镍引发剂 如无负性配体，无聚合活性，得环状低聚物如无负性配体，无聚合活性，得环状低聚物 聚合活性随负性配体吸电子能力增大而增强聚合活性随负性配体吸电子能力增大而增强 负性配体为负性配体为I时，得反时，得反1,4结构结构(93),对水稳定对水稳定-烯丙基镍引发丁二烯定向聚合机理烯丙基镍引发丁二烯定向聚合机理配位形式决定立体构
37、型配位形式决定立体构型 顺式配位顺式配位或双座配位或双座配位丁二烯丁二烯第44页，本讲稿共51页顺顺1,4-1,4-聚丁二烯聚丁二烯 反式配位反式配位或单座配位或单座配位丁二烯丁二烯 L（给电子体）第45页，本讲稿共51页反反1,4-1,4-聚丁二烯聚丁二烯1,2-1,2-聚丁二烯聚丁二烯1,4插入插入1,2插入插入第46页，本讲稿共51页发生双座配位还是单座配位取决于两个因素：发生双座配位还是单座配位取决于两个因素：中心过渡金属的配位座间距离中心过渡金属的配位座间距离 Ni、Co过渡金属正八面体的配位座间距在过渡金属正八面体的配位座间距在2.87左右左右 单体丁二烯分子有顺、反两种构象单体丁
38、二烯分子有顺、反两种构象:l过渡金属轨道能级与单体分子轨道能级是否接近，接近时可进行过渡金属轨道能级与单体分子轨道能级是否接近，接近时可进行双座配位双座配位 Mt轨道能级取决于轨道能级取决于很适合丁二烯分子的顺式构象配位，有利于双座配位很适合丁二烯分子的顺式构象配位，有利于双座配位金属的电负性金属的电负性配体的电负性，越强，降低多配体的电负性，越强，降低多第47页，本讲稿共51页 茂金属引发剂是由环戊二烯基类（简称茂）、茂金属引发剂是由环戊二烯基类（简称茂）、IVB族过渡金族过渡金属和非茂配体三部分组成的有机金属络合物。是一类烯烃配位聚合新属和非茂配体三部分组成的有机金属络合物。是一类烯烃配位
39、聚合新型高效引发剂。主要有三类结构：型高效引发剂。主要有三类结构：其中的五元环可以是单环，也可使双环。亦可为茚、芴等基团。其中的五元环可以是单环，也可使双环。亦可为茚、芴等基团。茂金属引发剂茂金属引发剂一一 概念及其结构概念及其结构第48页，本讲稿共51页 金属金属M主要为锆（主要为锆（Zr）、钛（）、钛（Ti）、铪（）、铪（Hf）等，）等，分别分别称为茂锆、茂钛和茂铪；称为茂锆、茂钛和茂铪；非茂配体非茂配体X一般为氯或甲基；一般为氯或甲基；桥链结构中的桥链结构中的R为亚乙基、亚异丙基、二甲基亚硅烷为亚乙基、亚异丙基、二甲基亚硅烷基等；基等；限定几何构型配体结构中的限定几何构型配体结构中的R为
40、氢或甲基；为氢或甲基；NR为为氨基；（氨基；（ER2）m为亚硅烷基。为亚硅烷基。双（环戊二烯）二氯化锆双（环戊二烯）二氯化锆和和亚乙基双（环戊二烯）二亚乙基双（环戊二烯）二氯化锆氯化锆是普通结构和桥链结构茂金属引发剂的代表。是普通结构和桥链结构茂金属引发剂的代表。茂金属引发剂单独使用时没有活性，须与茂金属引发剂单独使用时没有活性，须与共引发共引发剂甲基铝氧烷、三甲基铝或二甲基氟化铝等剂甲基铝氧烷、三甲基铝或二甲基氟化铝等共用。一共用。一般要求共引发剂大大过量，才能保证茂金属引发剂的般要求共引发剂大大过量，才能保证茂金属引发剂的活性。活性。第49页，本讲稿共51页 1）高活性：）高活性：几乎几乎
41、100%金属原子可形成活性中心，而金属原子可形成活性中心，而Z-N引引发剂只有发剂只有13%形成活性中心。形成活性中心。Cp2ZrCl2/MAO用于乙烯聚合时，活性为用于乙烯聚合时，活性为105kg/gZr.h,而高效而高效Z-N引发剂为引发剂为103kg/gTi.h。2）单一活性中心：）单一活性中心：茂金属催化剂具有明确的分子结构，聚合反应在该分茂金属催化剂具有明确的分子结构，聚合反应在该分子上的一个位置子上的一个位置-过渡金属原子发生，有时称为单活性位过渡金属原子发生，有时称为单活性位置催化剂。产物的分子量分布很窄，置催化剂。产物的分子量分布很窄，1.051.8。共聚物组。共聚物组成均一。
42、成均一。3）定向能力强：）定向能力强：能使丙烯、苯乙烯等聚合成间同立构聚合物。能使丙烯、苯乙烯等聚合成间同立构聚合物。4）单体适应面宽：）单体适应面宽：几乎能使所有乙烯基单体聚合，包括几乎能使所有乙烯基单体聚合，包括氯乙烯、丙烯腈等极性单体。氯乙烯、丙烯腈等极性单体。二二 优点优点第50页，本讲稿共51页 茂金属引发剂用于烯烃和乙烯基单体聚合，至今茂金属引发剂用于烯烃和乙烯基单体聚合，至今已经成功合成了线型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、等已经成功合成了线型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、等规聚丙烯、间规聚丙烯、间规聚苯乙烯、乙丙橡胶、聚规聚丙烯、间规聚丙烯、间规聚苯乙烯、乙丙橡胶、聚环烯烃等。环烯烃等。发展迅猛，已形成与发展迅猛，已形成与Z-N引发剂相争之势。引发剂相争之势。三三 应用应用第51页，本讲稿共51页