材料科学与工程导论-14-2分析.ppt

聚合物的合成和加工(Polymer Synthesis and Processing) 15.20聚合（Polymerization） 大分子聚合物的合成称为聚合，聚合仅仅是一个过程，在这个过程中，单体基元结合到一起产生一个巨分子。用于聚合物合成的原材料是从煤和石油制品中提炼出来的，由具有小分子量的分子构成。最主要的两种聚合方式为—加聚和缩聚。;加聚（Addition polymerization） 加聚（有时也称为链聚合反应），在此过程中，双功能单体基元在某个时刻以类似链的方式合二为一，形成线性宏观分子。合成分子的构成是原来反应物单体的整倍数。 加聚过程包含三个不同的阶段——引发、增殖和终结。在引发阶段，引发剂（initiator）的种子和单体基元之间发生反应，形成能繁殖的活性中心。;同样R? 代表活性引发剂，?代表未成对电子。繁殖就是分子的线性长大，即单体基元相互连结起来产生链分子。同样，对聚乙烯表示为：;链长大很快，例如，一个1000个基体单元分子所需要的时间在10-2～10-3秒量级。 繁殖过程可以以不同的方式结束或终结（termination）。首先，两个繁殖链的活性端发生反应或相互连结，形成一个非活性分子(combination)，如下图所示：;或者，活性链端与一个引发剂或其它具有单活性键的化学元素发生反应，如下所示： (15.8) 分子量由引发、繁殖和终结的相对速度决定。通常控制上述三个过程的速度以确保获得具有理想聚合度的聚合物。 加聚用于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及许多其它共聚物的合成。;Sample 7 Calculation of initiator required Calculate the amount of benzoyl peroxide initiator required to produce 1 kg of polyethylene with an average molecular weight of 200,000 g/mol. What is the degree of polymerization? Assume that 20% of the initiator is actually effective and that all termination occurs by the combination mechanism.;缩聚(Condensation polymerization) 缩聚反应是指聚合产物的重复结构单元组成比单体分子少若干原子的聚合反应，在聚合反应过程中伴随有水、醇等小分子副产物生成，这种聚合反应叫缩聚反应，产物称为缩聚物。 例如，由乙二醇和己二酸之间反应形成聚合酯，分子间反应如下：;（15.9）;缩聚反应时间通常比加聚要长。 缩聚反应通常能够生成交联和网状聚合物。热固性聚合酯和酚醛、尼龙、聚碳酸酯、均由缩聚反应产生，某些聚合物如尼龙也可以通过其它技术合成。 有三点需要注明： 实际中由于各种因素的限制，能够用于合成高分子聚合物的反应并不多； 随着对聚合反应研究的深入，根据聚合反应机理和动力学的不同， ;把聚合反应分为逐步聚合反应(step-growth)和链式(chain-growth)聚合反应。 根据参与聚合反应单体种类的多少以及所得聚合物的分子结构特性，可将聚合反应分为均聚(homopolymerization)和共聚(copolymerization)。 逐步聚合反应是指在聚合反应过程中，聚合物分子是由体系中的单体分子以及所有聚合度不同的中间产物分子之间通过缩合或者加成反应生成的，聚合反应也可在单体分子以及任何中间产物分子之间进行。;链式聚合反应是指在聚合反应过程中，单体分子之间不能发生聚合反应，聚合反应只能发生在单体分子和聚合反应活性中心之间，单体和聚合反应活性中心反应后生成聚合度增大的新的活性中心，如此反复，生成聚合物分子。 由一种单体参与的聚合反应为均聚反应，所得的聚合物为均聚物；有两种以上单体参与的聚合反应为共聚反应，所得的聚合物为共聚物。;15.21聚合物填加剂(Additives) 内禀特性——即聚合物的基本特性， 可以有目的的引入称为填加剂(additives)的外来物质增强或者改善许多特性，从而使得聚合物更加耐用。典型的填加剂包括：填充材料(Fillers)、增塑剂(Plasticizers)、稳定剂(Stabilizers)、着色剂(Pigments)、抗静电剂（antistatic agents）、催化剂(Catalysts)和阻燃剂(Flame Retardants)。;填充材料（Fill