第八章聚合物的化学反应一、课程主要内容本章研究聚合物化学反应的意义和聚合物的化学反应。
聚合物的化学反应包括：聚合度相似的化学反应；聚合度变大的化学反应和聚合度变小的化学反应。
通过学习第八章，掌握聚合物可能发生的聚合反应，以便对聚合物进行改性；了解聚合物老化的原因和防止聚合物老化的方法。
二、试题与答案本章有基本概念题、填空题、选择填空题和简答题。
㈠基本概念题⒈聚合物的化学反应：天然聚合物或由单体经聚合反应合成的聚合物为一级聚合物，若其侧基或端基为反应性基团，则在适当的条件下可发生化学反应，从而形成新的聚合物(为二级聚合物)，由一级聚合物变为二级聚合物的化学反应，谓之。
⒉聚合度相似的化学反应：如果聚合物的化学反应是发生在侧基官能团上，很显然这种化学反应不涉及聚合物的聚合度，反应前后聚合度不变（或相似），将这种聚合物的化学反应称为聚合度相似的化学反应。
⒊聚合度变大的化学反应：如果聚合物的化学反应是交联、嵌段或接枝等，使聚合物的聚合度变大，将这种聚合物的化学反应称为聚合度变大的化学反应。
⒋聚合度变小的化学反应：如果聚合物的化学反应是降解（热降解、化学降解等）很显然这种化学反应使聚合物的聚合度变小，将这种聚合物的化学反应称为聚合度变小的化学反应。
⒌聚合物的老化：聚合物在使用或贮存过程中，由于环境的影响，性能变坏、强度和弹性降低、颜色变暗、发脆或发粘等现象叫聚合物的老化。
⒍聚合物的无规降解：聚合物在热的作用下，大分子链发生任意断裂，使聚合度降低，形成低聚体，但单体收率很低(一般小于3%)，这种热降解称为无规降解。
⒎聚合物的解聚：聚合物在热的作用下发生热降解，但降解反应是从链的末端开始，降解结果变为单体，单体收率可达90%~100%，这种热降解叫解聚。
⒏聚合物的侧链断裂：聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯加热时易着色，起初变黄，然后变棕，最后变为暗棕或黑色，同时有氯化氢放出。
这一过程是链锁反应，连续脱氯化氢的结果使分子链形成大π键或交联，这种热降解称为侧链断裂。
⒐离子交换树脂：离子交换树脂是指具有反应性基团的轻度交联的体型无规聚合物，利用其反应性基团实现离子交换反应的一种高分子试剂。
⒑强酸性阳离子交换树脂：磺酸型离子交换树脂其酸性相当H2SO4，为强酸，并且能与水中或溶液中的阳离子(Na+1,Mg+2,Ca+2发生离子交换反应。
称磺酸型离子交换树脂为强酸型阳离子交换树脂。
150⒒强碱性阴离子交换树脂：季胺碱型离子交换树脂，其碱性相当NaOH为强碱，并且能与水中或溶液中的阴离子(OH-1,CO3-2,SO4-2等发生离子交换反应，因而称季胺碱型离子交换树脂为强碱型阴离子交换树脂。
㈡填空题⒈聚合物的化学反应按反应前后聚合度的变化情况可分为聚合度基本不变的化学反应、聚合度变大的化学反应和聚合度变小的化学反应。
⒉聚合物的平均聚合度变大的化学反应有嵌段、扩链和接枝等。
⒊聚合物的化学反应中，聚合度变小化学反应有化学降解、机械降解、热降解和聚合物的老化等四类。
⒋聚合物的聚合度不变的化学反应有由PV Ac制备PV A 、离子交换树脂的制备和纤维素的硝化反应等。
⒌聚合物降解的方式有热降解、化学降解、机械降解和聚合物的老化四种。
㈢选择填空题⒈聚合度基本不变的化学反应是( ⑴)⑴PV Ac的醇解⑵聚氨酯的扩链反应⑶高抗冲PS的制备⑷环氧树脂的固化⒉聚合物聚合度不变的化学反应是（⑴）⑴聚醋酸乙烯醇解⑵聚氨基甲酸酯预聚体扩链⑶环氧树脂固化⑷聚甲基丙烯酸甲酯解聚⒊聚合物聚合度变小的化学反应是（⑷）⑴聚醋酸乙烯醇解⑵纤维素硝化⑶环氧树脂固化⑷聚甲基丙烯酸甲酯解聚⒋聚合度变大的化学反应是( ⑶)⑴PV Ac的醇解⑵纤维素硝化⑶高抗冲PS的制备⑷离子交换树脂的制备⒌聚合物聚合度变小的化学反应是（⑵⑷）⑴聚醋酸乙烯醇解⑵聚乙烯无规降解⑶环氧树脂固化⑷聚甲基丙烯酸甲酯解聚⒍聚合物聚合度不变的化学反应是（⑴）⑴聚醋酸乙烯醇解⑵聚氨基甲酸酯预聚体扩链⑶环氧树脂固化⑷聚甲基丙烯酸甲酯解散聚㈣简答题⒈何谓聚合物官能团的化学转化？在聚合物官能团的化学转化中，影响官能团转化的因素是什么?官能团的转化率一般为多少？答案：由于高分子的化学反应是通过官能团的化学转化而实现的，所以又可以将聚合物的化学反应称为聚合物官能团的化学转化。
因为聚合物的化学反应的复杂性，官能团的转化一般为86.5%。
这主要是因为扩散因素的影响、邻近基团的影响和相邻官能团成对反应的限制。
151⒉试说明离子交换树脂在水的净化和海水淡化方面的应用?答案：离子交换树脂可以净化水和使海水淡化。
因为当水或溶液通过阳离子交换树脂后，水中的阳离子Na+1, Ca+2, Mg+2等进入到树脂上，树脂上的H+1进入到水中或溶液中，因而，水中的阳离子只剩下H+1；而后再将水通过阴离子交换树脂，水中的阴离子Cl-1, CO3-2, SO4-2等进入到树脂中,树脂上的OH-1进入到水中或溶液中，因而水中的阴离子只剩下OH-1，从而使水净化，海水淡化。
用离子交换树脂处理过的水称为去离子水，它在工业、实验室和锅炉用水得到广泛应用。
用离子交换树脂处理水比用蒸馏方法效率高，设备简单，节约电能。
⒊何谓离子交换树脂？主要有几种类型？如何制备强酸型阳离子交换树脂和强碱型阴离子交换树脂？答案：离子交换树脂是指具有反应性基团的轻度交联的体型无规聚合物，利用其反应性基团实现离子交换反应的一种高分子试剂。
其有强酸型、弱酸型、强碱型和弱碱型四种类型；合成离子交换树脂首先用苯乙烯和少量对二烯基苯采用悬浮共聚合，合成轻度交联的体型无规聚苯乙烯(母体)，再利用聚合物的化学反应制备强酸型或强碱型离子交换树脂。
⒋请写出合成强酸型阳离子交换树脂有关的化学反应方程式？答案：用苯乙烯和少量对二烯基苯采用悬浮共聚合，合成轻度交联的体型无规聚苯乙烯(母体) n CH2 CH + m CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CHCH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CHCH2 CH CH2CH再利用聚合物的化学反应制备强酸型阳离子交换树脂：轻度交联的体型无规聚苯乙烯(母体)用二氯乙烷溶胀，在浓硫酸或浓硝酸存在下，进行苯环上的取代反应CH2 CH CH CH2 CH 2CH CH2 CH + H2O 2CHSO3H⒌请写出合成强碱型阴离子交换树脂有关的化学反应方程式？答案：用苯乙烯和少量对二烯基苯采用悬浮共聚合，合成轻度交联的体型无规聚苯乙烯(母体)152n CH2 CH + m CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CHCH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CHCH2 CH CH2 CH再利用聚合物的化学反应制备强碱型阴离子交换树脂：轻度交联的体型无规聚苯乙烯(母体)用氯甲醚溶胀，用ZnCl2作催化剂，进行苯环上的取代反应——氯甲基化CH2 CH CH2 CH + CH3OCH2CH2 CHZnCl2CH2 CH CH2 CHC H2 CHCH2Cl再经季胺盐处理，生成季胺盐CH2 CH CH2 CH + CH3OHCH2 CH CH2Cl(CH3)3NCH2 CH CH2 CHC H2 CHCH2N (CH3)3 Cl最后经碱处理，生成季胺碱CH2 CH CH2 CHC H2 CHCH2N (CH3)3 Cl OH+ ClCH2 CH CH2 CHCH2 CHCH2N (CH3)3 OH⒍试用化学反应方程式说明离子交换树脂使水净化的原理?答案：离子交换树脂可以净化水和使海水淡化，因为当水或溶液通过阳离子交换树脂后，水中的阳离153154子Na +1, Ca +2, Mg +2等进入到树脂上，树脂上的H +进入到水中，因而，水中的阳离子只剩下H +1：CH 2 CH CH 2 CH + Na2 CH SO 3HCH 2 CH CH 2 CH + HCH 2 CHSO 3Na而后再将水通过阴离子交换树脂，水中的阴离子Cl -, CO 3-2, SO 4-2等进入到树脂中，树脂上的OH –1进入到水中，因而水中的阴离子只剩下OH –1： + ClCH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2N (CH 3)3 OH+ OHCH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2N (CH 3)3 Cl经离子交换树脂处理后的水中只含H +1 和 OH –1，从而使水净化。
⒎ 什么叫聚合物的无规热降解？无规降解与聚合物的结构有何关系?举例说明哪些聚合物容易发生无规降解？写出PE 无规降解的化学反应方程式?答案：对于一般聚合物而言，其使用温度的最高极限为150℃，如超过150℃可能发生降解反应。
聚合物在热的作用下大分子链发生任意断裂，使聚合度降低，形成低聚体，但单体收率很低(一般小于3%)，这种热降解称为无规降解。
凡含有容易转移的氢原子的聚合物易发生无规降解。
如PE 、PP 、PIB 、PIP 和PB 等。
PE 无规降解的化学反应方程式：CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2300450~CH 2 CH 2 CH 2 + CH 2 CH 2 CH 2CH 2 CH 2 CH 3 + CH 2 CH 2 CH 2⒏ 何谓侧链断裂？与聚合物结构有何关系？写出PVC 树脂侧链断裂有关化学反应方程式。
答案：155聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯加热时易着色，起初变黄，然后变棕，最后变为暗棕或黑色，同时有氯化氢放出。
这一过程称为侧链断裂。
侧链断裂是链锁反应,连续脱氯化氢的结果使分子链形成大π键PVC 树脂侧链断裂有关化学反应方程式CH CH CH CH CH CHH Cl H Cl H Cl>150CH CH CH CH CH CH CH CH CH CH CH CH CH CH CH CH CH CHCH CH CH CH CH CHH Cl H Cl H Cl CH CH CH CH CH CHCl H Cl H Cl H>150分子间脱H Cl ⒐ 何谓解散聚？与聚合物的结构有何关系？写出PMMA 解聚的化学反应方程式。
答案： 聚合物在热的作用下发生热降解，但降解反应是从链的末端开始，降解结果变为单体，单体收率可达90%~100%，这种热降解叫解聚。
聚甲基丙烯酸甲酯解聚反应可表示为R CH 2 C CH 2 C CH 2 C HCOOCH 3CH 3CH 3COOCH 3CH 3COOCH 3R CH 2 C CH 2 C + 2 CH 2 C COOCH 3CH 3CH 3COOCH 3CH 3COOCH 32R CH 2 C CH 2 C CH CCOOCH 3CH 3CH 3COOCH 3CH 3COOCH 3⒑ 今有丁-苯乳液，单体丙烯腈、苯乙烯，乳化剂硬脂酸钠，引发剂过硫酸钾。