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配位络合聚合

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配位络合聚合

    2.1.5 配位络合聚合

    对于离子型聚合,增长链的离子对如果结合得愈紧则活性愈低,若完全以共价键结合则将失去活性。

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    如果M是过渡金属,由于该金属上有可接受单体双键π电子的空d轨道,即可发生络合,因而使双键活化并进行聚合,这种聚合称为配位络合聚合。

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    配位络合聚合的催化剂为过渡金属卤化物如钛、钒、镍、钴等的卤化物与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ族的烷基金属化合物,如烷基铝等组成。著名的齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)催化剂就是由三氯化钛(TiCl3)或四氯化钛(TiCl4)与烷基铝组成。

    配位络合反应在不同条件下可以得到立构规整性不同的聚合物,如聚丙烯可分为全同立构(~~~~RRRR或~~~~SSSS)、间同立构(~~~~RSRS)、无规立构(~~~~RSSRRSRS)三种聚合物,如图2-2所示。

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    图2-2 聚丙烯的三种立体构型(R:CH3)(a:全同立构;b:间同立构;c:无规立构)

    凡是聚合物链上的手性碳原子的构型为有规则排列的,这类聚合物称为定向聚合物,例如全同立构与间同立构的聚丙烯,这类聚合反应称为定向聚合。此外,聚合物链上双键的几何构型有规则排列时也属于定向聚合物,如天然橡胶链上的双键全部为顺式时称为顺-1,4-聚异戊二烯,而古塔波胶链上的双键全部为反式,则称为反-1,4-聚异戊二烯。

    定向聚合物与非定向聚合物虽然具有相同的结构,但在性能上却有很大的差别。一般定向聚合物都较易结晶,所以结晶度高,熔点高。如全同立构的聚丙烯熔点为170℃,而无规立构聚丙烯的软化点为75℃。再者,顺式的1,4-聚异戊二烯弹性好,可作橡胶用,而反式的1,4-聚异戊二烯弹性差,常作为塑料使用。所以控制聚合物链的构型,运用定向聚合是改进聚合物性能的一个重要方面。

    配位络合聚合的第二个特点是不发生链转移反应,可以得到完全线型的高聚物。如乙烯通过自由基聚合得到的聚乙烯带有许多支链,不易结晶、密度低、较柔软,称为低密度聚乙烯(或称高压聚乙烯),常用来制薄膜。而用TiCl4/Al(C2H5)3催化聚合得到的聚乙烯完全是线型的,易结晶、密度高、硬度较高,又称为高密度聚乙烯(或称低压聚乙烯),常用来作塑料或纤维使用。

    配位络合聚合的第三个特点是可使许多不能用自由基、正离子或负离子聚合的α-烯烃与共轭烯烃在适当的配位络合催化剂下聚合,如:

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