阻聚剂 作用机理

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1、阻聚剂阻聚剂分子与链自由基反应,形成非自由基物质或不能引发的低活性自由基,从而 使聚合终止。阻聚剂-阻聚剂阻聚剂-正文能使烯类单体的自由基聚合反应完全终止的物质。这种作用称阻聚。阻聚剂分 子与链自由基反应,形成非自由基物质或不能引发的低活性自醛,从而使聚合终 止。为了避免烯类单体在贮藏、运输等过程中发生聚合,单体中往往加入少量阻聚 剂,在使用前再将它除去。一般,阻聚剂为固体物质,挥发性小,在蒸馏单体时即 可将它除去。常用的阻聚剂对苯二酚能与氢氧化钠反应生成可溶于水的钠盐,所以可 用5%10%的氢氧化钠溶液洗涤除去。氯化亚铜和三氯化铁等无机阻聚剂也可用 酸洗除去。阻聚剂类别和作用一般分为分子型阻

2、聚剂和稳定自由基型阻聚剂,前者主 要有:对苯二酚(见结构式a)、对苯醌(b)、酚噻嗪(c)、B苯基萘胺(d)、对叔氯化亚铜、三氯化铁等无机物以及硫黄等也可作阻聚剂。稳定自由基型阻聚剂主要有1,1-二苯基一2苦肼DPPH(g)、2,2,6,6四甲基哌啶氮氧自由基TMP(h):gh虽然它们本身也是自由基,但由于它们很稳定,不能引发单体聚合,只能有效地与 链自由基结合,使链自由基消失,以DPPH为例,其反应如下:在这一反应中,一个DPPH分子与一个链自由基P结合,几乎是定量的。反应物料 由紫色变为无色,可用分光光度法测出参加反应的DPPH的量,从而算出自由基的浓 度,所以此法常被用来测定引发速率。三

3、苯甲基自由基(结构式如下)也可算作自由基型阻聚剂,但稳定性较差,温度较高时可引发聚合,所以使用较少。 工业和实验室中最常用的阻聚剂是对苯二酚,一般加入量为单体量的0.001% 0.1%。其阻聚机理是先在氧作用下转化成苯醌,再与自由基反应:为此,在用对苯二酚作阻聚剂时,容器中不宜装满单体,应保留一点空间以贮存空 气,提供阻聚所需的氧气。一般来说,效率高的阻聚剂首先是极易与链自由基发生反应,产生的自由基又很稳定,不具有再引发的能力。以M代表烯类单体,Z代表阻聚剂,则生成高分子 的链增长反应可表示为:P-阻聚反应可表示为:P-十有效阻聚剂的条件应该是:kk,k=0。式中k为PZ的引发速率常数。z p

4、 ii阻聚反应速率常数k与增长反应速率常数k的比值称阻聚常数,用C表示,C =pk /k。如果某一阻聚剂对某一单体的C大,则表示这一阻聚剂对这一单体的阻聚效p率高。几种阻聚剂(或缓聚剂)对几种常用单体的C值见表。ZES聿削淮8!割的C.僅(滬屢勇刃上亘右邱睢cc*%S10 wcSTECHMa0.2Ak锻VAcia.ss间二if诵5氐呂MAXSPMAH (KJMWA專5MJtlA0,006A.H1MM A33 WDFFHMM A.它 UOO iS14(100注! VAeK乙歧乙馆瞄用为草乙皓为丙培曲1卩斷;只怖 先丙酯精啊甲熬网麗厲冈悄汀BC为対叔丁舷爭輩二ftf; U5TH为儿1 二罩jft-

5、宣-音誹.自动阻聚 烯丙基单体(如乙酸烯丙酯)聚合速率慢,而且生成的聚合物分 子量低,其他很多烯丙基单体情况类似。这是由于自由基与烯丙基单体反应生成的 烯丙基自由基因共轭效应而变得稳定的缘故:尺+耳尸日一耳狙I RC1I舟氏I】畐C1)RH-CH2=(:H:H=( JHK 式中X为卤素。反应(1)是加成反应,生成的自由基不共轭,活性大,可继续进行加 成反应;反应(2)是转移反应,生成的烯丙基自由基因共轭而稳定,不能再起加成聚 合作用,往往与初级自由基(或自身)发生双基终止RIR +CH尸 CH-CHX 一 CH 2= CH-CHX结果是聚合速率下降并生成低分子量聚合物。烯丙基单体的这种自动阻聚

6、作用称为 退化链转移氧的阻聚和引发作用氧分子有顺磁性,其结构为,每个氧原子上有一 个未成对电子,所以它是一个双自由基。氧分子非常容易与链自由基反应,生成过 氧自由基P00,它比较稳定,一般情况下不能与双键加成,只能与另一个P结合或从其他物质转移一个氢原子而生成过氧化物或过氧化氢物:P十0匸* P00Shot (3) pooh+r 反应(3)使自由基消失,反应(4)使活性链终止,结果是聚合速率下降,聚合度降低。在温度不太高时,POOP或POOH是稳定的,但在较高温度时,它们就要分解成 能引发单体聚合的活性自由基P0或 0H。因此,对自由基聚合反应来说,氧往往起 双重的作用,在较低温度时是阻聚剂,在较高温度(100 C以上)时是引发剂。自由 基聚合反应一般在较低温度(4080 C)时进行,氧起阻聚剂作用,所以在聚合之前,体系中的氧必须用氮气排除。铜盐和铁盐的阻聚机理一般认为属单电子转移反应,以CUCL或FeC-为例:CuCl+R fRCl+CuFeCl +R RCl+FeCl32反应结果是自由基消失。由于丙烯酸和甲基丙烯酸对金属盐有良好的溶解性,常用 铜盐和铁盐作这些单体的阻聚剂。参考书目冯新德著:高分子合成化学,上册,科学出版社,北京,1981。

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