在高分子的聚合过程中,反应产物不是简单的一种成分,而是分子量大小不等,结构亦非完全相同的同系物的混合物,其形态为坚硬的固体物、高黏度熔体或高黏度溶液,不能用一般的产品精制方法如蒸溜、结晶、萃取等方法进行精制提纯。

        1、自由基聚合实施方法

        自由基聚合的实施方法主要有本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合等四种方法。

        1)本体聚合  是单体本身聚合,用加热或加少量引发剂使单体进行聚合的方法。因此聚合物含杂质少,纯度高。这个优点对要求透明性高和电性能好的聚合物是重要的。并且由于无其他反应介质,因此工艺过程较简单,省去了回收工序,当单体转化率很高时还可省去单体分离工序,直接造粒得粒状树脂。

        2)乳液聚合  是单体在乳化剂的作用及机械搅拌下.在水中形成乳状液而进行聚合的方法。它有以下特点:a聚合速率快,产物分子量较高;b聚合反应温度较低,传热控温容易;c乳液在反应后期黏度仍很低,特别适用于制备黏性较大的高聚物。乳液聚合所用引发剂是水溶性的氧化还原引发体系,因此使聚合在较低温度下进行。

        3)悬浮聚合  是以水为介质,在分散剂作用下,经搅拌将单体分散成小液滴悬浮于水中进行聚合的方法。聚合反应是在每一个单体小液滴中进行,相当于是一个个微小的本体聚合。其特点是体系是用水来分散,不黏稠,传热容易,温度易于控制,聚合物分子量分布较均匀,聚合之后产物是微小的固体珠粒,离心分离、洗涤、干燥、成型加工之前的配料塑化等都很方便,但缺点是由于加入分散剂而降低了聚合物的纯度和透明度。

        4)溶液聚合  是将单体溶解于溶剂中进行聚合的方法。溶液聚合中所用的溶剂为水和有机溶剂。溶剂可做为传热介质,使反应温度易于控制,易于调节产品的分子量及其分布。反应后物料易输送处理,低分子物质易除去。但是,由于单体浓度被溶剂稀释,聚合速度较缓慢,溶剂的使用会占用容器及增加回收、纯化的工序及成本,聚合物平均分子量较低。溶液聚合的另一个特点是聚合体系中的各种自由基很活泼,除了主要与单体分子进行聚合外,还可以与某些溶剂分子进行自由基转移反应,从而使大分子的分子量发生变化。

 在以上四种自由基聚合实施方法中,所用的原材料及产品形态见表1

 

1   自由基聚合实施方法所用原材料及产品形态

聚合方法

所用原材料

产品形态

单体

引发剂

反应介质

 

本体聚合

 

 

粒状树脂、粉状树脂

乳液聚合

H2O

乳化剂等

高分散性粉状树脂、合成橡胶颗粒

悬浮聚合

H2O

分散剂等

粒状树脂

溶液聚合

有机溶剂

(分子量调节剂)

聚合物溶液

 

 离子聚合和配位聚合实施方法主要有本体聚合、溶液聚合两种方法,在溶液聚合方法中,如果所得聚合物在反应温度下不溶于反应介质中而称为沉淀聚合。所用的原材料和产品形态见表2

 

2   离子聚合及配位聚合实施方法所用原材料和产品形态

聚合方法

所用原材料

产品形态

 

催化剂

反应介质

本体聚合

 

粉状树脂

乳液聚合

有机溶剂

高聚物溶液

沉淀聚合

粉状树脂

 

 2、缩写聚合实施方法

        工业生产中实现缩聚反应以生产线型高分子缩聚物的方法主要有熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚、固相缩聚四种方法。

        1)熔融缩聚  是目前生产上大量使用的一种缩聚方法,普遍用来生产聚酯、聚酰胺和聚氨酯。它是在无溶剂情况下,使反应温度高于原料和生成的缩聚物熔融温度,即反应器中的物料始终保持在熔融状态下进行缩聚反应的方法。

    熔融缩聚反应除了反应温度高这个特点之外,还有以下特点:反应时间长,一般需要几个小时甚至十几个小时;由于反应时温度高、时间长,为避免生成的聚合物氧化降解,反应必须在惰性气氛中进行;反应过程中要尽量脱除小分子,以获得高分子缩聚物。

        2)溶液缩聚  是将单体溶解在适当溶剂中进行缩聚反应的方法。反应可以在纯溶剂,也可以在混合溶剂中进行。反应所使用的溶剂必须能创造有利于生成高分子产物的条件,即:有利于反应过程中生成的低分子产物迅速和完全地排除,能使反应系统迅速混合和均匀化,稀释或吸收反应热,以及加快增长反应等。低分子副产物可以通过对溶剂蒸馏方式或者与溶剂生成化合物的方式加以排除。溶液缩聚过程中由于溶剂的存在,单体浓度下降,因而缩聚反应速率与产品的平均分子量下降,而且可能产生副反应。各种树脂的溶液缩聚过程中溶剂的用量存在着—个最佳范围。

        3)界面缩聚  是将可以发生缩聚反应的两种有高度反应活性的单体分别溶于两种互不相溶的溶剂中使缩聚反应在两相界面处进行的方法。界面缩聚反应可发生在气—液相、液—液相,液—固相界面之间,工业上以液—液相界面反应为主。其主要特点是反应条件缓和,可在室温或数十度温度条件下进行,反应是不可逆的,而且即使是一种单体过量也可生产高分子量缩聚物。

4)固相缩聚  是反应温度在单体或预聚物熔融温度以下进行缩聚反应的方法。主要应用于两种情况:由结晶性单体进行固相缩聚;由某些预聚物进行固相缩聚,用作提高缩聚物产品的分子量。采用这种方法在比较缓和的条件下,合成高分子化合物,可以避免许多在高温熔融缩聚反应下发生的副反应。各种缩聚方法工艺条件比较见表3

 

3     缩聚方法比较

要求及条件

熔融缩聚

溶液缩聚

界面缩聚

对反应物料要求:

纯度

热稳定性

摩尔比

 

必须

相等

 

不严格

不严格

可以不相等

 

不严格

不严格

无要求

反应条件:

反应温度

反应时间

反应压力

反应设备

 

很高

1h~数天

真空

特殊结构,密封性好

 

与溶剂沸点有关

数分钟~数小时

常压

简单

 

室温~100

数分钟~1h

常压

简单