- •Оглавление
- •Раздел I. Общие сведения о высокомолекулярных соединениях
- •1.1. Особенности полимерного состояния вещества Введение
- •1.1.1. Полимеры, общие определения
- •1.1.2. Различия в свойствах высоко- и низкомолекулярных соединений
- •1.2. Образование, получение и распространение полимеров
- •Содержание различных веществ в теле человека
- •Некоторые аминокислоты, входящие в состав белков
- •Содержание различных оксидов в базальтовых породах, мас. %
- •1.3. Классификация полимеров
- •1.3.1. Принципы классификации полимеров
- •Типичные конденсационные полимеры
- •Типичные полимеризационные полимеры
- •Классификация, молекулярно-массовые характеристики и стереохимия полимеров
- •1.3.2. Тривиальная, рациональная и систематическая номенклатура полимеров
- •Названия некоторых линейных полимеров
- •1.3.3. Классификация и номенклатура сополимеров
- •Названия некоторых элементорганических и неорганических полимеров
- •Название основных типов сополимеров
- •1.4. Молекулярно-массовые характеристики полимеров
- •1.4.1. Распределение макромолекул по молекулярным массам
- •1.4.2. Моменты распределения и средние молекулярные массы
- •1.4.3. Параметр полидисперсности
- •1.4.4. Методы определения молекулярной массы полимеров
- •1.5. Стереохимия полимеров
- •1.5.1. Химическая изомерия звеньев
- •1.5.3. Стереоизомерия
- •Температуры кристаллизации и плавления полидиенов
- •Вопросы и упражнения к лекциям 1-2
- •Раздел II. Синтез полимеров методами цепной и ступенчатой полимеризации
- •2.1. Радикальная полимеризации
- •2.1.1. Инициирование радикальной полимеризации
- •Важнейшие инициаторы радикальной полимеризации
- •2.1.2. Элементарные реакции и кинетика полимеризации
- •1. Инициирование.
- •2. Рост цепи.
- •3. Обрыв цепи.
- •Вклад диспропорционирования в реакциях обрыва (λ) для различных мономеров
- •Относительные константы передачи цепи на инициатор Син при 60ºС
- •Относительные константы передачи цепи на мономер См
- •Значения относительных констант передачи цепи Сs·104 на некоторые соединения при 60-70ºС
- •Значения относительных констант передачи цепи на полимер Ср
- •Ингибиторы радикальной полимеризации.
- •Константы ингибирования Сz, 50-60ºС
- •Константы скоростей элементарных реакций роста и обрыва при радикальной полимеризации некоторых мономеров, 20-25ºС
- •2.1.3. Молекулярно-массовое распределение при радикальной полимеризации
- •2.1.4. Влияние температуры и давления на радикальную полимеризацию
- •2.1.5. Диффузионная модель обрыва цепи. Гель-эффект
- •Влияние степени превращения мономера q на полимеризацию метилметакрилата, 22,5ºС
- •2.1.6. Каталитическая передача цепи
- •2.1.7. Псевдоживая радикальная полимеризация
- •Константы обратимого ингибирования псевдоживой полимеризации стирола в присутствии темпо
- •2.1.8. Эмульсионная полимеризация
- •Эмульсионная полимеризация смеси стирола и бутадиена
- •Вопросы и упражнения к лекциям 3-5
- •2.2. Катионная полимеризация
- •2.2.1. Элементарные реакции. Кинетика
- •Константы скорости роста в катионной полимеризации
- •Константы передачи цепи на мономер при катионной полимеризации стирола
- •Константы передачи цепи на мономер при катионной полимеризации изобутилена в различных растворителях
- •Контсанты передачи цепи при катионной полимеризации стирола
- •2.2.2. Псевдокатионная и псевдоживая катионная полимеризация
- •2.2.3. Влияние реакционной среды
- •Влияние растворителя на катионную полимеризацию стирола, инициированную hClO4
- •2.3. Анионная полимеризация
- •2.3.1. Основные реакции инициирования
- •2.3.2. Кинетика анионной полимеризации с обрывом цепи
- •2.3.3. Живая полимеризация. Блок-сополимеры
- •2.3.4. Полимеризация с переносом группы
- •2.3.5. Влияние температуры, растворителя и противоиона
- •Влияние растворителя на анионную «живую» полимеризацию стирола, 25ºС, натрий-нафталиновый комплекс 3·10-3 моль/л
- •Кинетические и термодинамические характеристики реакции роста цепи при живой полимеризации стирола, инициируемой натрий-нафталином, 20ºС, тетрагидрофуран
- •2.3.6. Ассоциация
- •2.4. Ионно-координационная полимеризация
- •Примеры стереоспецифической полимеризации
- •2.4.1. Катализаторы Циглера-Натта. Исторический аспект
- •Компоненты катализаторов Циглера-Натта
- •2.4.2. Полимеризация на гетерогенных катализаторах Циглера-Натта
- •Влияние растворителя на анионную полимеризацию 1,3-диенов, инициируемую н-бутиллитием
- •2.5. Синтез гетероцепных полимеров ионной полимеризацией
- •2.5.1. Карбонилсодержащие соединения
- •Предельные температуры и концентрации мономеров при полимеризации альдегидов
- •2.5.2. Полимеризация эфиров и эпоксидов с раскрытием цикла
- •2.5.3. Полимеризация лактамов и лактонов
- •2.5.4. Другие гетероциклы
- •2.6. Общие вопросы синтеза полимеров
- •2.6.1. Термодинамика синтеза
- •Энтальпии и энтропии полимеризации некоторых мономеров, 25ºС
- •Энтальпии δн0, энтропии δs0, функции Гиббса δg0 и предельные температуры полимеризации Тп альдегидов, 25ºС
- •Энтальпии δн0, энтропии δs0, функции Гиббса δg0 полимеризации циклоалканов при 25ºС
- •2.6.2. Сопоставление ионной и радикальной полимеризации
- •2.6.3. Об общности процессов псевдоживой полимеризации
- •2.7. Ступенчатая полимеризация
- •2.7.1. Равновесная и неравновесная поликонденсация
- •Влияние константы равновесия к на степень завершенности реакции поликонденсации х и среднечисловую степень полимеризации
- •Влияние воды на степень полимеризации при поликонденсации
- •2.7.2. Кинетика поликонденсации
- •Константы скорости реакции этерификации в гомолитических рядах одно- и двухосновных кислот, 25ºС
- •2.7.3. Молекулярно-массовое распределение полимера при поликонденсации
- •2.7.4. Разветвленные и сшитые полимеры
- •2.7.5. Фенопласты, аминопласты
- •2.7.6. Полиамиды, полиэфиры, поликарбонаты
- •2.7.7. Полиуретаны. Полисилоксаны
- •2.7.8. Жесткоцепные ароматические полимеры
- •Свойства полиариленэфирсульфонов
- •2.7.9. Сверхразветвленные полимеры
- •Очистка — б — очистка — а — очистка и т. Д.
- •Вопросы и упражнения к лекциям 9-10
- •Раздел 3. Цепная сополимеризация
- •3.1. Количественная теория сополимеризации
- •3.1.1. Кривые состава сополимера и относительные активности мономеров
- •3.1.2. Состав и микроструктура сополимера. Статистический подход
- •Доля последовательностей различной длины из мономера 1 (q1n) в эквимолярных сополимерах различных типов
- •3.1.3. Многокомпонентная сополимеризация
- •Предсказанные и определенные экспериментально составы сополимеров, полученных радикальной тер- и тетраполимеризацией
- •3.1.4. Сополимеризации до глубоких конверсии
- •3.2. Радикальная сополимеризация
- •3.2.1. Скорость сополимеризации
- •Корреляция между и r1 · r2 при радикальной сополимеризации
- •3.2.2. Природа эффекта предконцевого звена
- •Относительные активности мономеров при сополимеризации стирола (1) с акрилонитрилом (2), определенные в рамках моделей концевого и предконцевого звена, 60°с
- •3.2.3. Влияние температуры и давления на радикальную сополимеризацию
- •Значения относительных активностей мономеров при разных температурах и отношения частотных факторов
- •Влияние давления на сополимеризацию некоторых мономеров
- •3.2.4. Чередующаяся сополимеризация
- •1 Бутилметакрилат - диметилбутадиен, 2 - бутилметакрилат - (с2н5)3АlСl - диме-тилбутадиен; f1 мольная доля бутилметакрилата в исходной мономерной смеси
- •3.2.5. Влияние реакционной среды
- •3.2.6. Связь строения мономера и радикала с реакционной способностью.
- •Сополимеризация винилацетата (1) с хлорзамещенными этилена (2)
- •Влияние резонансного фактора на величину константы скорости роста, 20-30°с
- •Эмпирические и расчетные квантово-химические резонансные параметры строения мономеров и радикалов
- •Значения константы скорости реакции роста и параметра е некоторых мономеров, 25-30°с
- •Значения константы скорости реакции роста и параметра е пара-замещенных стирола, 60°с
- •Значения параметров реакционной способности мономеров схемы q-e
- •Относительные активности при сополимеризации некоторых мономеров
- •3.3. Ионная сополимеризация
- •3.3.1. Катионная сополимеризация
- •Катионная сополимеризация некоторых мономеров
- •3.3.2. Анионная сополимеризация
- •Анионная сополимеризация стирола (1) с бутадиеном-1,3 (2), инициатор н-с4н9Li
- •Влияние растворителя и противоиона на состав сополимера при сополимеризации стирола с изопреном
- •3.3.3. Сополимеризация на катализаторах Циглера-Натта
- •Реакционная способность различных мономеров в сополимеризации Циглера-Натта
- •Раздел 4. Химические превращения полимеров
- •4.1. Характерные особенности макромолекул как реагентов
- •4.1.1. Влияние соседних звеньев
- •4.1.2. Макромолекулярные и надмолекулярные эффекты
- •4.1.3. Кооперативные взаимодействия7
- •4.2. Сшивание полимеров
- •4.2.1. Высыхание красок
- •4.2.2. Вулканизация каучуков
- •4.2.3. Отверждение эпоксидных смол
- •4.3. Деструкция полимеров
- •4.3.1. Термическая деструкция. Циклизация
- •Температуры начала разложения и энергии активации термического распада некоторых полимеров
- •Продукты термического распада некоторых полимеров
- •Выход мономера при термическом распаде различных полимеров
- •4.3.2. Термоокислительная деструкция. Горение
- •Ограниченный кислородный показатель для некоторых полимеров
- •4.3.3. Фотодеструкция. Фотоокисление
- •4.4 Полимераналогичные превращения
- •4.4.1. Поливиниловый спирт
- •4.4.2. Химические превращения целлюлозы
- •4.4.3. Структурная модификация целлюлозы
- •Вопросы и упражнения к лекциям 11-15
Значения константы скорости реакции роста и параметра е некоторых мономеров, 25-30°с
|
Мономер |
kр, л/(мольс) |
e |
Q |
|
2-Метил-5-винилпиридин Стирол 4-Винилпиридин 2-Винилпиридин трет-Бутиловый эфир метакриловой кислоты Метилметакрилат Метилакрилат Бутилакрилат Акрилонитрил Этил--хлоракрилат Акриламид Метакриламид |
46, 25ºС 40, 25ºС 87, 25ºС 96,5, 25ºС
350, 25ºС 240, 25ºС 580, 25ºС 976, 25ºС 1960, 26ºС 1660, 30ºС 2700, ДМСО*, 20ºС 800, 25ºС |
-0,80 -0,80 -0,72 -0,70
-0,04 0,40 0,60 1,02 1,20 1,20 1,30 0,70 |
1,1 1,0 1,12 1,35
0,77 0,74 0,42 0,52 0,60 3,00 1,18 0,70 |
* - диметилсульфоксид
Таблица 3.12
Значения константы скорости реакции роста и параметра е пара-замещенных стирола, 60°с
|
Заместитель |
(СН3)2 |
ОСН3 |
H |
Cl |
Br |
F |
CN |
O2R |
|
kр, л/(мольс) е |
71 -1,2 |
147 -1,0 |
178 -0,8 |
432 -0,3 |
436 -0,2 |
472 -0,3 |
1037 0,3 |
1440 0,4 |
Таблица 3.13
Значения параметров реакционной способности мономеров схемы q-e
|
Мономер |
Q |
е |
|
Винилэтиловый эфир Стирол Метилакрилат Метакриловая кислота Акриловая кислота Бутадиен-1,3 Изопрен Винилацетат Винилхлорид Акрилонитрил Метилметакрилат |
0,018 1,00 0,45 0,98 0,83 1,70 1,99 0,026 0,056 0,48 0,78 |
-1,80 -0,80 0,64 0,62 0,83 -0,50 -0,55 -0,88 0,16 1,23 0,40 |
Таблица 3.14
Относительные активности при сополимеризации некоторых мономеров
|
M1 |
M2 |
r1 |
r2 |
|
Активный с активным | |||
|
Стирол Стирол Стирол Метилметакрилат Метилметакрилат Метилакрилат Бутадиен-1,3 Стирол |
Метилметакрилат Метилакрилат Акрилонитрил Метилакрилат Акрилонитрил Акрилонитрил Акрилонитрил Бутадиен-1,3 |
0,50 0,75 0,38 2,15 1,32 0,85 0,35 0,78 |
0,46 0,18 0,04 0,40 0,14 1,42 0,05 1,39 |
|
Активный с неактивным | |||
|
Стирол Метилметакрилат |
Винилацетат Винилхлорид |
55 15 |
0,04 0,02 |
|
Неактивный с неактивным | |||
|
Винилхлорид |
Винилацетат |
1,68 |
0,23 |
3.3. Ионная сополимеризация
3.3.1. Катионная сополимеризация
При катионной сополимеризации обычно r1 > 1, r2 < 1 (или наоборот), а произведение r1 r2 близко к единице, но часто превышает этот предел. Влияние температуры на относительные активности мономеров более значительно по сравнению с радикальной сополимеризацией, но неоднозначно.
Активность мономеров в катионной сополимеризации определяется не только их строением, но и, в не меньшей степени, условиями проведения процесса, в частности, реакционной средой. Для того чтобы найти влияние строения мономера на реакционную способность в катионной сополимеризации, последнюю нужно проводить в полярных растворителях, когда практически отсутствует избирательная сольватация мономеров ионной пары. В этих условиях по убывающей активности мономеры выстраиваются в следующий ряд:
виниловые эфиры > изобутилен > стирол > винилацетат > изопрен.
Такой ряд свидетельствует о большем влиянии полярного фактора на активность мономеров по сравнению с резонансным в катионной сополимеризации.
При сополимеризации в неполярных растворителях избирательная сольватация ионной пары более полярным мономером может оказывать большое влияние на состав сополимера. Этот эффект иллюстрируется данными табл. 3.15.
Как следует из результатов сополимеризации изобутилена с n-хлорстиролом, первый является существенно более активным при сополимеризации в полярных растворителях вследствие наличия двух электронодонорных заместителей. При сополимеризации в неполярном растворителе более полярный из двух мономеров n-хлорстирол сольватирует ионную пару, что приводит к увеличению его содержания в сополимере и сближению величин относительных активностей мономеров. В данном случае реализуется идеальная сополимеризация, что не является редкостью при катионном процессе.
Таблица 3.15