阳离子聚合
到目前为止，对阳离子聚合的认识还不很深入 原因： 阳离子活性很高，极易发生各种副反应，很难获得高分 子量的聚合物 碳阳离子易发生和碱性物质的结合、转移、异构化等副反 应——构成了阳离子聚合的特点
引发过程十分复杂，至今未能完全确定
目前采用阳离子聚合并大规模工业化的产品只有丁基橡胶
1. 阳离子聚合单体


G. Natta

Ziegler-Natta催化剂 1953年，Ziegler等从一次以Et3Al为催 化剂从乙烯合成高级烯烃的失败实验出 发，意外地发现以乙酰丙酮的锆盐和 Et3Al催化时得到的是高分子量的乙烯聚 合物，并在此基础上开发了的乙烯聚合 催化剂TiCl4 - AlEt3。 1954年Natta等把Ziegler催化剂中的主 要组分TiCl4还原成TiCl3后与烷基铝复合 成功地进行了丙烯聚合。
阳离子聚合机理的特点：
快引发，快增长，易转移，难终止
阴离子聚合
1.阴离子聚合单体
具有吸电子取代基的烯类单体原则上可以进行
阴离子聚合
能否聚合取决于两种因素 是否具有－共轭体系 吸电子基团并具有－共轭体系，能够进行阴离子聚合，如 AN、MMA、硝基乙烯 吸电子基团并不具有－共轭体系，则不能进行阴离子聚合， 如VC、VAc 与吸电子能力有关 +e 值越大，吸电子能力越强，易进行阴离子聚合
（iii）向H2转移
（实际生产中常加H2作为分子量调节剂）
[Mt]+ -CH2 CH ( CH2 CH)nC2H5 + H 2 R R [Mt]+ - -H + CH3 H2C CH R CH ( CH2 CH)nC2H5 R R [Mt]+ -CH2 CH2 R
（iv）分子内转移
[Mt]+ -CH2 CH ( CH2 CH)nC2H5 R R [Mt]+ - -H + CH3 H2C CH R C ( CH2 CH)nC2H5 R R [Mt]+ -CH2 CH2 R
CH
CH2
Na
CH X
CH2
CH2
CH X
Na
双阴离子活性中心
碱金属不溶于溶剂，属非均相体系，利用率低

电子间接转移引发 碱金属将电子转移给中间体，形成自由基－阴离子，再将 活性转移给单体，如萘钠在THF中引发St
THF
Na +
Na
Na +
（绿色）
CH2 CH
Na
CH CH2
+
（红色）
2 Na
(CH3)3C Cl

(CH3)3C
Cl
HSO4－ H2PO4－的亲核性稍差，可得到低聚体 HClO4，CF3COOH，CCl3COOH的酸根较弱，可生成高 聚物

Lewis酸引发
各种金属卤化物，都是电子的接受体，称为Lewis酸 从工业角度看，是阳离子聚合最重要的引发剂

Lewis酸包括： 金属卤化物： BF3 , AlCl3, SnCl4 , TiCl4, SbCl5, PCl5, ZnCl2 金属卤氧化物: POCl3，CrO2Cl，SOCl2，VOCl3
3. 阴离子聚合机理无终止聚合
活性聚合物
阴离子聚合在适当条件下（体系非常纯净；单
体为非极性共轭双烯），可以不发生链终止或 链转移反应，活性链直到单体完全耗尽仍可保 持聚合活性。 这种单体完全耗尽仍可保持聚合活性的聚合物链 阴离子称为“ 活高分子”（Living Polymer)

形成活性聚合物的原因
如异丁烯聚合，BF3为引发剂，共引发剂的活性： 水 ：乙酸 ：甲醇＝ 50 ：1. 5 ：1
阳离子聚合机理
链引发 以引发剂Lewis酸（C）和共引发剂（RH）为例
C + RH H (CR) + M
K ki
H (CR) HM (CR)
链增长 单体不断插入到碳阳离子和反离子形成的离子对中间进行 链增长
CH CH2
Na
CH CH2 CH2 CH
（红色）
Na
萘钠在极性溶剂中是均相体系，碱金属的利用率高
有机金属化合物引发

金属氨基化合物 是研究得最早的一类引发剂 主要有 NaNH2－液氨、KNH2 －液氨 体系
2 K + 2 NH3
2 KNH2 + H2
KNH2
NH2 + CH2 CH
K
+ NH2
+
. Na CH2CH.
Na .. CH2C CH CH + CH2CH2
1, 3-二苯基烯丙基阴离子 由于共轭效应，很稳定，无反应活性
在聚合末期，加入链转移剂（水、醇、酸、胺）可
使活性聚合物终止 有目的的加入CO2、环氧乙烷、二异氰酸酯可获得指 定端基聚合物 端羧基化反应
CH X A + CO2 CHCOO A X
H2N
形成自由阴离子
CH2 CH
其它亲核试剂 中性亲核试剂，如R3P、R3N、ROH、H2O等 都有未共用的电子对，在引发和增长过程中生成电荷分离 的两性离子
R3N
+ CH2 CH X
R3N
电荷分离的两性离子
CH2 CH X
R3N
CH2 CH CH2 CH n X X
只能引发非常 活泼的单体
不同引发剂对单体的引发情况见表5-6
配位聚合
1. 什么是配位聚合？

是指烯类单体的碳－碳双键首先在过渡金属引发剂活性
中心上进行配位、活化，随后单体分子相继插入过渡金属
－碳键中进行链增长的过程。
Ziegler发现 ：
使用四氯化钛和三乙 基铝，可在常压下得 到PE（低压PE）， 这一发现具有划时代 的重大意义

Ziegler (1898－1973)小传
Mt
链增长过程的本质是单体对增长链端络合物的插入反应
（3）链转移： （i）向单体转移
[Mt]+ -CH2 CH ( CH2 CH )nC2H5 + H2C CH R R R [Mt]+ -CH2 CH2 + CH2 C ( CH2 CH )nC2H5 R R R
（ii）向金属有机物转移
[Mt]+ -CH2 CH ( CH2 CH )nC2H5 + Al(C 2H5)3 R R [Mt]+ - -C2H5 + (C2H5)2 AlCH2 CH ( CH2 CH)nC2H5 R R
HM (CR) + n M
kp
HMnM (CR)
特点：



增长活化能与引发活化能一样低，速率快 增长活性中心为一离子对，结合的紧密程度对聚合速率 和分子量有一定影响 单体插入聚合，对链节构型有一定的控制能力
链转移和链终止
离子聚合的增长活性中心带有相同的电荷，不能双分子终止，只 能发生链转移终止或单基终止 这一点与自由基聚合显著不同
阳离子聚合的引发剂都是亲电试剂，即电子接受体
阳离子聚合的引发方式：
引发剂生成阳离子，引发单体生成碳阳离子 电荷转移引发，即引发剂和单体先形成电荷转移络 合物而后引发
质子酸引发
质子酸包括： H2SO4，H3PO4，HClO4， CF3COOH，CCl3COOH
质子酸先电离产生H＋，然后与单体加成形成 引发活性中心 活性单体离子对

HA
H A + CH2 CH X

H A
CH3 CH A X

条件

酸要有足够的强度产生H＋，故弱酸不行 酸根的亲核性不能太强，否则会与活性中心结合成 共价键而终止，如
A CH3 CH A X

CH3
CH X
不同质子酸的酸根的亲核性不同

氢卤酸的X－亲核性太强，不能作为阳离子聚合引发剂， 如HCl引发异丁烯

绝大部分Lewis酸都需要共（助）引发剂，作为质子或碳 阳离子的供给体
共引发剂有两类：
析出质子的物质：H2O，ROH，HX，RCOOH 析出碳阳离子的物质：RX，RCOX，(RCO)2O
如：无水BF3不能引发无水异丁烯的聚合，加入痕 量水，聚合反应立即发生： 引发剂共引发剂 H (BF3OH) BF3 + H2O 络合物
CH3 CH2 C + H (BF3OH) CH3 CH3
CH3 C (BF3OH) CH3
对于析出碳阳离子的情况：
SnCl4 + RX
CH3 CH2 C + R (SnCl5) CH3

R (SnCl5)
CH3 R CH2 C (SnCl5) CH3
引发剂和共引发剂的不同组合，其活性也不同 引发剂的活性与接受电子的能力, 即酸性的强弱有关 BF3 > AlCl3 > TiCl4 > SnCl4 共引发剂的活性视引发剂不同而不同
Zieler-Natta催化剂指的是由IV~VIII族过 渡金属卤化物与 I~ III族金属元素的有机 金属化合物所组成的一类催化剂。其通式 可写为： MtIV-VIIIX + MtI-IIIR 主催化剂 共催化剂
常用的主催化剂：TiCl4。 TiCl3，VCl3， VOCl3，ZrCl3等，其中以TiCl3最常用； 共催化剂最有效的是一些金属离子半径 小、带正电性的金属有机化合物，因为 它们的配位能力强，易生成稳定的配位 化合物。如Be，Mg，Al等金属的烷基化 合物，其中以AlEt3和AlEt2Cl最常用。
H+
CHCOOH X
端羟基化反应
CH X
A + CH2 CH2 O
CHCH2CH2O X
A
CH OH