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阳离子光固化基础


凡是容易与碳阳离子反应使之失去活性的溶剂都不宜 选做阳离子聚合溶剂。
适合于用做阳离子聚合的溶剂并不多,常用的有芳香 烃(如甲苯、苯、硝基苯)、卤代烃(如CH2Cl2) 等。
阳离子聚合反应机理
链增长反应
(1)单体的反应活性 双键上取代基的给电子性越强,双键电子云密
度越高,越易受亲电试剂进攻,单体活性越高; 但一旦生成链碳阳离子后,给电子取代基分散碳
(4)阳离子聚合中的异构化反应
再如β-蒎烯的阳离子聚合:
链转移反应
以苯乙烯聚合为例
(i)向单体链转移:增长链碳阳离子以H+形式脱去
β-氢给单体,这是阳离子聚合中最普遍存在的也是难以 抑制的内在副反应(built-in side reaction):
脱H+链转移易导致聚合产物分子量的下降和分子量分 布变宽,可通过添加 Lewis碱 加以抑制。 如在聚合体系中加入“质子阱”2,6-二特丁基吡啶 (DtBP):
(3)杂环化合物
环结构中含杂原子。 包括环醚、环亚胺、环缩醛、环硫醚、内酯和 内酰胺是亲电试剂,主要包括以 下几类:
(1)质子酸:其引发阳离子为离解产生的质子H+, 包括: 无机酸:H2SO4, H3PO4等 有机酸:CF3CO2H, CCl3CO2H等 超强酸: HClO4 , CF3SO3H, ClSO3H等
阳离子的电正性,降低链碳阳离子的活性,起稳定链碳 阳离子的作用,即单体的反应活性与其形成的增长链活 性相反。
(2)链碳阳离子与抗衡阴离子间的相互作用影 响链增长活性
链碳阳离子与抗衡阴离子的相互作用越弱, 两者越易离解,链增长活性越高。
(3)聚合产物结构 (i)化学结构 通常,乙烯基阳离子聚合得到能使链增长碳阳离
(2)链终止反应
阳离子聚合中除链转移反应会导致增长链失活外,还可 发生以下的终止反应:
(i)链增长碳阳离子与抗衡阴离子结合
如 Cl3CCOOH/TiCl4 引发的异丁烯聚合
易发生在抗衡阴离子亲核性较强或溶剂极性不利于 抗衡阴离子与链增长碳阳离子的离解的聚合体系中。
(ii)链增长碳阳离子与抗衡阴离子基团中某阴离子结合 生成稳定的共价键
两种Lewis酸复合时,酸性较强的起受体作用,从酸性 较弱的一方夺取负离子而产生离子化,如:
(3)碳阳离子引发剂 碳阳离子源/Lewis酸组成的复合引发体系
碳阳离子源是指在Lewis酸的活化下能产生碳阳离子的化 合物:三级(或苄基)卤代烃、醚、醇、酯等,在Lewis 酸的活化下产生碳阳离子引发聚合反应,如:
阳离子聚合
阳离子聚合反应
概述
一般特性
1. 链增长活性中心多样化; 2. 单体与引发剂之间存在选择性; 3. 无双基终止。
单体
(1)带给电子取代基的烯烃
如:
偏二烷基取代乙烯 CH2=CRR’, 共轭双烯 CH2=CR-CH=CH2, 芳环取代乙烯 CH2=CHAr, (π+p)给电子取代乙烯,如: CH2=CH(NRR’) 和乙烯基醚 CH2=CHOR 等;
在这类引发体系中,通常把碳阳离子源称为引发剂
(initiator),而把Lewis酸称为活化剂(activator)。
由于生成的抗衡阴离子都是体积较大且亲核性较弱的一 些阴离子团,因此与单独Lewis酸体系相比,较难与链 增长活性中心结合发生链终止反应。
溶剂
极性大或溶剂化能力强的溶剂有利于链增长活性 中心与抗衡阴离子的离解,有利于聚合反应速率的增 大,如果溶剂极性太弱以致不能使两者离解而形成不 具有链增长活性的共价化合物,使聚合反应不能顺利 进行。
一般质子酸(也被称为将军酸)(如H2SO4,HCl等)由 于生成的抗衡阴离子SO42-、Cl-等的亲核性较强,易与 碳阳离子生成稳定的共价键,使增长链失去活性,因 而通常难以获得高分子量产物;
超强酸由于酸性极强,离解常数大,活性高,引发速 率快,且生成的抗衡阴离子亲核性弱,难以与增长链 活性中心成共价键, 反应不易终止。
DtBP由于两体积大的特丁基的立体阻碍,只能与 H+反应生成稳定的鎓离子,从而抑制了向单体的链转 移反应。
能降低分子量分布。
(ii)苯环烷基化反应:
(iii)增长链碳阳离子从其它链 夺取H-生成更稳定的碳阳离子:
引发单体聚合
生成支化高分子
(iv)向溶剂的链转移,如:
(v)向引发剂的链转移,如:
(2)Lewis酸: 主要为金属卤化物、有机金属化合物以及它们的复 合物。
其引发反应可分两种情况: (i)不能“自离子化”的单独Lewis酸: 与体系中微量的水发生水解生成H+引发聚合反应, 如:
(ii)能“自离子化”的Lewis酸或不同Lewis酸的复合物 通过自离子化或不同Lewis酸相互离子化产生阳离子引发 聚合反应。如:
如H2O/BCl3引发的异丁烯聚合
CH2=CH(NRR’) 和 CH2=CHOR 由于N和O原 子上的未成对电子能与双键形成p-π共轭,使双 键电子云密度增大,因而特别活泼。
环内双键也可进行阳离子聚合,如:
(2)异核不饱和单体R2C=Z Z为杂原子或杂原子基团
如: 醛 RHC=O, 酮 RR’C=O(丙酮除外,因其最高聚合温度为-273 oC), 硫酮 RR’C=S, 重氮烷基化合物 RR’CN2 等。
子稳定化的首-尾加成结构,
H2C CH X
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
X
X
X
(ii)立体结构
阳离子聚合产物的立体规整度受聚合条件的影响较大: a)低温有利于立体规整度的提高 b)立体规整度随引发剂不同而改变 c)立体规整度以及立体规整性(全同立构或者间同立 构)随溶剂极性不同而改变
非极性溶剂有利于立体规整度的提高。 非极性溶剂有利于全同立构的生成,而极性溶剂有 利于间同立构的生成。
该反应中
既是引发剂又是链转移剂,通常叫
做链转移引发剂(inifer)。
如果聚合反应中不存在向单体等其它的链转移反应, 就可获得末端含-Cl的聚合产物。
所含的末端-Cl功能基可通过适当的化学反应转 化为其它的功能基,而赋予聚合物特殊性能与应用。
假如用的是二功能引发剂就可获得遥爪高分子
(telechelic polymer),如:
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