《活性自由基聚合》PPT课件

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1、自由基活性聚合Controlled／“Living”RadicalPolymerization1“活性”自由基聚合的发展当前工业化聚合物合成中，以自由基法生产为主，约占总聚合反应工业化生产的30%。然而自由基聚合本身却有很多缺点：产物结构控制较难，易双基终止，以及链转移等副反应的存在，使产物的分子量分布较宽，并带有支链结构，无法有效的控制分子量。如果自由基聚合可以受到控制，无转移，无终止，接近活性聚合。那么结合自由基聚合自身的优点，其科学和实际意思将十分重大。2自从1956年美国科学家Szwarc提出活性反应(无终止、无转移、引发速率远大于增

2、长速率)这一有划时代意义的话题以后，人们就对活性聚合展开了研究，20世纪80年代，主要是通过形成非均相体系的物理方法来控制自由基聚合，这些体系中自由基被“包埋”而稳定，抑制了终止反应，但是真正接近活性自由基的成功实例却很少。从20世纪90年代开始，高分子化学家们着重研究通过化学方法对自由基聚合的控制，取得了巨大的进展。31聚合物的分子量随转化率线形增加；2所有聚合物链同时增加，且增长链的数目不变，聚合物呈现低分散性（泊松分布）；3通过选择性加入带官能团的引发剂或终止剂，合成的聚合物的端基可以是特定的官能团；4可以合成出星形聚合物、树枝状聚合物

3、等。活性聚合的特点：4对聚合物分子的组成和结构进行精密控制是当前聚合物研究的重要领域。所谓活性聚合是指那些不存在增长链终止反应或不可逆链转移副反应的聚合反应。能完全满足该条件的体系较少。自由基聚合的链增长对:Rp=kp[M][M·],Rt=2kt[M·]2。若能降低[M·]或活性，则可减弱双基终止，有望成为“活性”聚合。5使自由基实现活性聚合的主要困难在于，大量存在的M·不断地发生链转移和双基终止，一旦引发之后，对其缺乏有效的控制手段。现行的可控/“活性”自由基聚合正是针对这一现象，通过钝化大量可反应的自由基，使其变为休眠状态，建立一个微量的

4、增长自由基与大量的休眠自由基之间的快速动态平衡，使可反应自由基的浓度大为降低，从而减少了双基终止及链转移的可能性。因此，可控/“活性”自由基聚合为控制聚合物的结构和性能提供了一种最好的途径。6Matyjaszewski指出：存在可逆终止(可逆失活)反应，即增长链自由基可与其它物质(如外加的自由基)可逆结合成休眠的活性种,链增长反应可继续进行,这样的自由基聚合过程为“恬性”自由基聚台(真正的括性自由基聚合并不能实现，因为在自由基体系中，增长自由基之间的双分子终止反应并不能完全避免，所以这里的活性加上双引号)；在此基础上，当得到的聚合物分子量符合

5、理论计算值，且分子量分布窄(Mw／Mn<1.3时的聚合过程为控制聚合；这两者常统称为可控／“活性”自由基聚合7一般措施：聚合体系中引入一种特殊的化合物，它与活性种链自由基Pn·进行可逆的链终止或链转移反应，使其失活变成无增长活性（共价）的休眠种（Pn-X），而此休眠种在实验条件下又可分裂成链自由基，建立活性种与失眠种的快速动态平衡（平衡倾向于休眠种一侧），以降低自由基浓度和链终止速率。是实现可控/“活性”自由基聚合的关键。Pn·+化合物Pn-X按活性种和休眠种可逆互变的机理，可能有三种实现途径。8（1）增长自由基和加入的稳定自由基可逆形成共价

6、休眠种，研究较多。（2）增长自由基和非自由基化合物可逆形成休眠自由基，研究不够。（3）增长自由基和和链转移剂间的蜕化转移。9在活性聚合中，与活性离子型聚合相比，活性自由基聚合可聚合的单体多、反应条件温和、易控制、实现工业化生产容易和具有广泛的使用前景。实现自由基活性聚合的主要方法有以下三种：1稳定自由基方式控制的聚合反应(stablefreeradicalpolymerization,SFRP)2原子转移自由基聚合反应(AtomTransferRadicalPolymerization,ATRP)3可逆加成-裂解-链转移聚合反应(Revers

7、ibleAdditionandFragmentationChainTransfer，RAFT)10一、氮氧稳定自有基法典型的氮氧自由基是2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧化物（2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxy，TEMPO）Tempo是氮氧自由基（RNO·）的代表，一般可以用作自由基捕捉剂或自阻剂，也能与活性链自由基M·结合为共价休眠种，而非死链，共价休眠种又能均裂为链自由基，再增长。在TEMPO或TEMPO/BPO引发体系存在下，所得产物的分子量随转化率而线性增加，分布指数d为1.15~1.3，显示出了

8、活性聚合的特征。11BPO可以被TEMPO分解为初级自由基，活化能为40kJ/mol，远低于BPO单独的分解活化能（120kJ/mol）。初级自由基引发单体聚合而增