指一类生成接枝
共聚物的共
聚合反应。
接枝共聚物是由两种不同的高分子链以化学键连接而成的。其中之一是由A单元组成的高分子主干(骨架),即
主链;另一个是由B单元组成的高分子分枝,即
支链。按接枝方法可以分为长出支链,嫁接支链和大单体共聚接枝。
接枝共聚合
命名
接枝共聚物时,将组成主干的 A单元放在前面,组成分枝的B单元放在末尾,两者之间用-g-或-接枝-连接起来加上括号并冠以字首“聚”,即聚 (A-g-B)或聚(A-接枝-B),例如聚(丁二烯-g-
苯乙烯)或聚(丁二烯-接枝-苯乙烯)。目前合成的接枝共聚物种类繁多,主干和分枝都可以是合成的
均聚物或共聚物,主干还可以是
天然高分子,如
天然橡胶、纤维素、淀粉等;主干也可以是合成高分子,如聚乙烯、聚丁二烯等。
由于接枝共聚物具有组成它的两种高分子的综合性能,成为一类重要的聚合物品种。例如以
聚丁二烯为主干,接上聚苯乙烯或
丙烯腈与苯乙烯的共聚物,分别得到具有高
冲击强度的聚苯乙烯,以及耐冲击、抗拉、耐油、耐热性能较好的ABS 树脂(其中A表示丙烯腈、B表示丁二烯、S表示
苯乙烯)。如果在纤维的主干上接上易染色的聚合物,就可以改善其染色性能;在薄膜表面上进行
接枝共聚可以改善其亲水或疏水性能。
接枝共聚物的合成方法
主要有两种:
方法一
是将预先聚合的某一高分子经化学或物理化学方法活化,使
主链上产生活性中心(以*表示),它可以是自由基,也可以是正、负离子,然后由它引发单体M聚合生成
接枝共聚物,这种方法称为高分子上接出分枝的方法;
方法二
是通过单体M的聚合,在它还带有反应活性时(如
负离子聚合活的高分子)与预先聚合的某一高分子的官能团发生反应生成
接枝共聚物,此法称为分枝接到高分子主干上的方法。
这两种方法都不可避免地有一定程度的单体自聚所形成的
均聚物,因此往往要经过溶剂萃取法或
沉淀法除去均聚物,然后鉴定接枝共聚物的结构。
聚合物膜与单体接枝共聚合效果的衡量
可以用
接枝效率来衡量聚合物膜与单体接枝共聚合的效果:接枝效率的大小与自由基的活性有关,引发剂的选用非常关键。温度对接枝效率也有影响,升高聚合温度,一般使接枝效率提高,因为链转移反应的活化能比增长反应高,温度对链转移反应速率常数的影响比较显著。
自由基接枝共聚合
最常用的一类接枝共聚合。高分子或
天然高分子可以通过下述化学或物理方法活化,在高分子链中形成自由基,由它引发单体聚合而形成
接枝共聚物。这属于高分子上接出分枝的方法。
链转移接枝共聚合
是利用高分子链转移进行的接枝共聚合,它主要用于自由基接枝共聚合,工业上用来生产
高抗冲聚苯乙烯 HIPS、
ABS树脂。以高抗冲聚苯乙烯为例,首先将用量约10%的
聚丁二烯橡胶溶于
苯乙烯中,加入引发剂
过氧化苯甲酰,加热进行本体或悬浮接枝共聚合。第一步是主干
聚丁二烯的
链转移反应,这是由引发剂分解的
初级自由基R·进行提氢反应而形成高分子自由基,提氢的位置是主干上
烯丙基的氢原子。引发剂一般用
过氧化物而不用
偶氮二异丁腈,因为后者的提氢反应效率低,不易甚至不能进行接枝共聚合。接枝共聚合的第二步是主干上的高分子自由基引发苯乙烯聚合,如果它与初级自由基结合,就终止形成分枝的聚苯乙烯:
在
接枝共
聚合反应过程中,如果初级自由基引发单体聚合,就得均聚苯乙烯,所以用链转移反应合成接枝
共聚物时,很难避免
均聚物的生成。
高分子侧基官能团反应进行接枝共聚合
如
天然橡胶经氧化可生成
过氧化氢键,它受热分解或与
亚铁盐进行
氧化还原分解,都能产生高分子
氧自由基,由此引发单体接枝共聚合,这也属于从高分子接出分枝的方法:
含有
羟基的高分子(如
聚乙烯醇、纤维素、淀粉等)可以与铈盐反应生成高分子自由基,然后引发单体接枝共聚合。聚乙烯醇的
接枝共
聚合反应如下:
光、高能辐射或力化学作用进行接枝共聚合 高分子经紫外线、高能辐射、
超声波的作用可产生自由基,这些高分子自由基可引发单体接枝共聚合。此外在橡胶的
塑炼、高分子的
混炼过程中,机械力的作用使高分子发生断链,产生自由基,自由基的重新结合和提氢等反应,都可以形成嵌段或接枝
共聚物。
离子接枝共聚合 可分为负离子接枝共聚合和正离子接枝共聚合。只有具有吸电子
取代基的烯类单体和某些环状单体才能进行负离子接枝共聚合;与此相反,具有给电子取代基的烯类单体则能进行正离子接枝共聚合;具有共轭结构的非极性烯类单体(如
苯乙烯、丁二烯、异戊二烯)既可以进行正离子接枝共聚合,也可以进行负离子接枝共聚合。
正离子接枝共聚合
具有氯代叔烷基结构的高分子(如氯化
乙丙橡胶)与
一氯二乙基铝作用,主链上就能形成正离子活性中心(见正离子聚合),能引发
苯乙烯接枝共聚合。这属于高分子主干上接出分枝的方法。
负离子接枝共聚合
利用
苯乙烯负离子聚合可得活的聚苯乙烯,它与
侧基为酯的高分子(如
聚甲基丙烯酸甲酯)反应,就可以将聚苯乙烯作为分枝接到高分子上:这属于分枝接到高分子主干上的方法。得到的
接枝共聚物具有梳形结构,所以也称梳型高分子。
其他接枝共聚合
还可用逐步反应来进行接枝共聚合。近年来还出现了新的接枝共聚合技术,例如用下列高分子单体与烯类单体的
共聚合可直接得到
接枝共聚物: