体型缩聚中凝胶点计算

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1、体型缩聚的特征 凝胶化现象：这种聚合反应进行到一定程度时，体系粘度突然急剧增加，难以流动，体系转变为具有弹性的凝胶状物质，此现象称为凝胶化。P Pc，丙阶聚合物，不溶、不熔预预预预聚聚聚聚物物物物体型缩聚的中心问题之一是体型缩聚的中心问题之一是体型缩聚的中心问题之一是体型缩聚的中心问题之一是关于凝胶点的理论，关于凝胶点的理论，关于凝胶点的理论，关于凝胶点的理论，即即即即从理论上，推测反应到何种程度出现凝胶。从理论上，推测反应到何种程度出现凝胶。从理论上，推测反应到何种程度出现凝胶。从理论上，推测反应到何种程度出现凝胶。凝胶点：凝胶点：凝胶点：凝胶点：开始出现凝胶化时的反应程度（临界反应程度）开

2、始出现凝胶化时的反应程度（临界反应程度）开始出现凝胶化时的反应程度（临界反应程度）开始出现凝胶化时的反应程度（临界反应程度）称为凝胶点，用称为凝胶点，用称为凝胶点，用称为凝胶点，用P Pc c表示表示表示表示 是从是从是从是从高度支化的高度支化的高度支化的高度支化的缩聚物过渡到缩聚物过渡到缩聚物过渡到缩聚物过渡到体体体体型缩聚型缩聚型缩聚型缩聚物的转折点物的转折点物的转折点物的转折点 根据根据根据根据P P与凝胶与凝胶与凝胶与凝胶P Pc c关系，体型聚合物分三个阶段：关系，体型聚合物分三个阶段：关系，体型聚合物分三个阶段：关系，体型聚合物分三个阶段：第1页/共26页 凝胶点的预测(1)Car

3、others理论-卡罗瑟斯 内容：当反应体系开始出现凝胶时，认为数均聚合度（分子量）趋于无穷大，首先推出 PXn关系式，然后，求出当Xn 时的反应程度，即凝胶点Pc两官能团等当量（情况一：两组分等量体系）l单体的平均官能度：是指混合单体中平均每一单体分子带有的官能团数式中fi、Ni分别为第i种单体的官能度和分子数第2页/共26页 例如，求2 mol甘油（f=3）和 3 mol 苯酐（f=2）的平均官能度l凝胶点与平均官能度关系 设：体系中混合单体的起始分子总数为N0 则起始官能团数为N0 f t 时体系中残留的分子数为N 则反应消耗的官能团数为 2(N0N)解释为何 根据反应程度的定义，t 时

4、参加反应的官能团数除以起始官能团数即为反应程度第3页/共26页 出现凝胶化时，Carothers 认为 Xn 这是其理论基础 产生误差的原因：实际上，凝胶时Xn并非无穷大，这是Carothers理论的缺点。此式称为此式称为此式称为此式称为CarothersCarothers方程方程方程方程上述例子的凝胶点为上述例子的凝胶点为上述例子的凝胶点为上述例子的凝胶点为 2 2 molmol甘油（甘油（甘油（甘油（f=3f=3）和和和和 3 3 mol mol 苯酐（苯酐（苯酐（苯酐（f=2f=2）实测实测实测实测 P Pc c 0.8330.833则凝胶点时的临界反应程度为则凝胶点时的临界反应程度为则

5、凝胶点时的临界反应程度为则凝胶点时的临界反应程度为:第4页/共26页例如，1 mol甘油和 5 mol 苯酐反应，若按上式计算:对于上述情况，P Pc c 0.9220.922实际上，实际上，实际上，实际上，1 mol 1 mol 甘油和甘油和甘油和甘油和 3 mol3 mol苯酐反应后，端基被封锁，苯酐反应后，端基被封锁，苯酐反应后，端基被封锁，苯酐反应后，端基被封锁，余下的余下的余下的余下的 2 2 molmol苯酐不再反应，上述结果是错误的。苯酐不再反应，上述结果是错误的。苯酐不再反应，上述结果是错误的。苯酐不再反应，上述结果是错误的。上述公式计算不适用不等当量的情况上述公式计算不适用不

6、等当量的情况上述公式计算不适用不等当量的情况上述公式计算不适用不等当量的情况这样低的平均官能度，表明体系只生成低分子物，不会凝胶化这样低的平均官能度，表明体系只生成低分子物，不会凝胶化这样低的平均官能度，表明体系只生成低分子物，不会凝胶化这样低的平均官能度，表明体系只生成低分子物，不会凝胶化-产生三维高分子量的聚合物。（解释其余官能团作用？）产生三维高分子量的聚合物。（解释其余官能团作用？）产生三维高分子量的聚合物。（解释其余官能团作用？）产生三维高分子量的聚合物。（解释其余官能团作用？）对于两单体官能团不等当量，平均官能度的计算方法是对于两单体官能团不等当量，平均官能度的计算方法是对于两单体

7、官能团不等当量，平均官能度的计算方法是对于两单体官能团不等当量，平均官能度的计算方法是:用非过量组分的官能团数的二倍除以体系中的分子总数用非过量组分的官能团数的二倍除以体系中的分子总数用非过量组分的官能团数的二倍除以体系中的分子总数用非过量组分的官能团数的二倍除以体系中的分子总数 两官能团不等当量两官能团不等当量（情况二：两组分非等量体系）第5页/共26页 这种平均官能度计算方法也适用于两种以上单体并且非等物质量的情况（情况三：多组分非等量体系）对于A、B、C三种单体组成的体系：分子数分别为Na、Nb、Nc 官能度分别为fa、fb、fc 单体A和C含有相同的官能团（a）且a官能团总数少于b官能

8、团总数（官能团 b过量）单体平均官能度按下式计算：A：1.0mol 乙二醇 B:2.6mol己二酸 C：1.0mol 丙三醇第6页/共26页羧基官能团数少于羟基，以羧基计算平均官能度l计算举例如：根据醇酸树脂配方计算Pc 官能度 分子 摩尔数 亚麻油酸 1 1.2 (0.8)苯酐 2 1.5 (1.8)甘油 3 1.0 (1.2)1,2-丙二醇 2 0.7 (0.4)4.2 (4.4)4.4 (4.4)官能团摩尔数官能团摩尔数官能团摩尔数官能团摩尔数不形成凝胶不形成凝胶不形成凝胶不形成凝胶顺式-6,9,12-十八碳三烯酸 第7页/共26页 CarothersCarothers方程在线形缩聚中聚

9、合度计算的应方程在线形缩聚中聚合度计算的应用用 （对线形缩聚分子量控制方法的有益补充对线形缩聚分子量控制方法的有益补充）对于原料非等当量比，依据平均官能度，就可求出某一反应程度 P 时的 Xn，例如 单体摩尔数 官能团摩尔数 己二胺 1 2 己二酸 0.99 1.98 己 酸 0.01 0.01 由由整理整理1.99第8页/共26页当反应程度 P=0.99 或 0.995时 与线形缩聚分子量控制中的第二种情况不同在于：虽然同是加入单官能团物质，但单体 aAa 和 bBb 不等摩尔。注意：注意：注意：注意：第9页/共26页 热固性聚合物热固性聚合物根据其反应程度根据其反应程度P与其凝胶点与其凝胶

10、点Pc的比的比较，可把其生成过程分为三阶段：较，可把其生成过程分为三阶段：PPc，丙阶聚合物。丙阶聚合物。根据预聚体的性质与结构的不同一般分为根据预聚体的性质与结构的不同一般分为无规预聚体无规预聚体和和结构预聚体结构预聚体两大类。两大类。7.8.1 无规预聚体无规预聚体 由由2官能度单体与大于官能度单体与大于2官能度的单体进行聚合时的甲阶聚官能度的单体进行聚合时的甲阶聚合物，即在合物，即在PPc时终止反应所得到的预聚体叫无规预聚体。时终止反应所得到的预聚体叫无规预聚体。特点：无规预聚体中特点：无规预聚体中未反应功能基未反应功能基在分子链上在分子链上无规分布无规分布。无规预聚体的固化通常通过无规

11、预聚体的固化通常通过加热加热来实现。来实现。2.8 2.8 体 型 缩 聚 实 例合成条件合成条件结构特点结构特点 固化方式固化方式第10页/共26页酚醛树脂也叫电木，又称电木粉。由甲醛的水溶液和苯酚由甲醛的水溶液和苯酚在氨和碳酸钠等在氨和碳酸钠等碱的催化碱的催化下加热反应到一定程度后加酸调下加热反应到一定程度后加酸调节至略呈酸性终止反应，再真空脱水制成甲阶预聚体。节至略呈酸性终止反应，再真空脱水制成甲阶预聚体。(1)酚醛树脂预聚体第11页/共26页预聚体组成预聚体组成固固 化化 酚醛树脂具有高强度、环保、耐候性好等特点。可以用在不同类型的人造板如建筑模板、集装箱板、复合地板、家具板、室内外多

12、层板等第12页/共26页 结构预聚体结构预聚体具有特定的活性具有特定的活性端基或侧基端基或侧基，功能基的，功能基的种类与数量可通过分子设计来合成。（功能基在端基的种类与数量可通过分子设计来合成。（功能基在端基的叫叫端基预聚体端基预聚体，功能基在侧基的叫，功能基在侧基的叫侧基预聚体侧基预聚体。）。）结构预聚体的交联固化反应通常与无规预聚体的固结构预聚体的交联固化反应通常与无规预聚体的固化反应不同，不能单靠化反应不同，不能单靠加热加热来完成。需要加入专门的催来完成。需要加入专门的催化剂或其他反应物来进行，这些加入的催化剂或其他反化剂或其他反应物来进行，这些加入的催化剂或其他反应物通常叫应物通常叫固

13、化剂固化剂。这类预聚体由于其结构确定并可设计合成，这类预聚体由于其结构确定并可设计合成，有利于有利于控制控制，获得结构与性能更优越的产品。，获得结构与性能更优越的产品。2.8.2 结构预聚体结构预聚体第13页/共26页（1）环氧树脂）环氧树脂(EP)预聚体预聚体 主链上含醚键和仲羟基，端基为主链上含醚键和仲羟基，端基为环氧基环氧基的预聚体。的预聚体。环氧树脂具有独特的黏附力，配制的粘合剂对多种材料环氧树脂具有独特的黏附力，配制的粘合剂对多种材料具有良好的粘接性能，常称具有良好的粘接性能，常称“万能胶万能胶”。目前使用的环氧树脂预聚体目前使用的环氧树脂预聚体90%以上是由双酚以上是由双酚A与与过

14、量的环氧氯丙烷缩聚而成：过量的环氧氯丙烷缩聚而成：合成合成第14页/共26页 环氧树脂的固化剂种类很多，有多元胺、羧酸、酸酐等。环氧树脂的固化剂种类很多，有多元胺、羧酸、酸酐等。多元胺固化：多元胺固化：多元胺的胺基与环氧预聚体的环氧基加成反应多元胺的胺基与环氧预聚体的环氧基加成反应无需加热，可在室温下进行，叫无需加热，可在室温下进行，叫冷固化冷固化。固化固化 多元羧酸或酸酐固化：多元羧酸或酸酐固化：固化反应是羧基与预聚体上仲羟基固化反应是羧基与预聚体上仲羟基及环氧基间的反应，需加热，称及环氧基间的反应，需加热，称热固化。热固化。环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、粘接性能、工艺灵活性是其他热固

15、性塑料所不具备的。因此它能制成涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料，在国民经济得到广泛的应用。第15页/共26页（2）不饱和聚酯预聚体）不饱和聚酯预聚体不饱和聚酯通常指的是聚合物链中含不饱和聚酯通常指的是聚合物链中含不饱和键不饱和键的聚的聚酯酯，如，如顺丁烯二酸酐（马来酸酐）和乙二醇的缩聚产物：顺丁烯二酸酐（马来酸酐）和乙二醇的缩聚产物：交联固化：交联固化：一般通过加入的烯类单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲一般通过加入的烯类单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等进行自由基共聚合反应来实现。酯等进行自由基共聚合反应来实现。第16页/共26页玻璃纤维玻璃钢餐桌椅玻璃钢花盆玻璃钢花盆第17页/共26页玻璃钢制

16、成的跳高用撑杆玻璃钢材料滑雪板第18页/共26页玻璃钢游乐水滑梯玻璃钢电话亭第19页/共26页第20页/共26页（3）聚氨酯预聚体）聚氨酯预聚体 聚氨酯预聚体通常是由聚氨酯预聚体通常是由端羟基预聚体端羟基预聚体（包括二羟基聚（包括二羟基聚醚、二羟基聚酯及多羟基聚醚等）与二元或多醚、二羟基聚酯及多羟基聚醚等）与二元或多异氰酸酯异氰酸酯进进行双键加成聚合而成：行双键加成聚合而成：合合 成成常用异氰酸酯：常用异氰酸酯：第21页/共26页固固 化化分解扩链分解扩链：支化交联：支化交联：第22页/共26页聚氨酯聚氨酯应用实例应用实例第23页/共26页软体油料罐空头油料包保温管材第24页/共26页第25页/共26页感谢您的观看！第26页/共26页