認識氟硅橡膠制品較基礎原理的開環反應聚合機理
硅橡膠目前是(shi)我國各行(xing)業(ye)市場不可(ke)缺失的一種合成材料,它可(ke)在任何行(xing)業(ye)領域中運用(yong)形成的硅橡膠制品具有(you)強力的拉伸(shen)回(hui)彈以及老化耐溫等多種(zhong)性(xing)能,由于硅(gui)橡(xiang)膠是(shi)一種(zhong)新型活性(xing)材(cai)料,它主要用多種(zhong)分子鏈組合而成,不過究竟是(shi)由哪些分子鏈進(jin)行(xing)聚合?今天(tian)我們就(jiu)來剖析(xi)一下它的較原始基(ji)礎原理(li)!
環(huan)硅(gui)氧烷(wan)是有機硅(gui)現代工業中的重要原材料,同樣,環(huan)硅(gui)氧烷(wan)——(三氟丙基甲基環三硅氧烷(簡稱D3F))是含氟硅橡膠的重要原材料,它在任何行業都可以硅膠原料以及硅(gui)膠成品的(de)形式取到(dao)不同的(de)作用!
由(you)于環硅氧烷D3F硅氧原子形成的配鍵,鍵能較大,一般條件下不可能發生均裂。但因硅原子電負性小(Si:1.8),氧原子電負性大(O:3.5),使得Si+O-成鍵是一極性鍵,其在離子型介質,如酸、堿的催化下極易斷裂形成鏈狀聚合物
而根據催化劑酸堿性(xing)不(bu)同,環(huan)(huan)硅氧烷的開環(huan)(huan)聚合(he)(he)機理不(bu)同,可分(fen)為陰(yin)離子(zi)開環(huan)(huan)聚合(he)(he)和(he)陽(yang)離子(zi)開環(huan)(huan)聚合(he)(he)。
陰離(li)子聚合機理
陰離子(zi)催化(hua)開環(huan)的(de)聚(ju)(ju)合反(fan)應(ying),就是在(zai)堿性催化(hua)劑(ji)作用下,使(shi)環(huan)硅氧烷(wan)(wan)開環(huan)聚(ju)(ju)合生(sheng)成(cheng)線(xian)型聚(ju)(ju)硅氧烷(wan)(wan)的(de)過(guo)程(cheng)。
1.1特點(dian)
(1)硅原子電負性小,易受堿性催化劑攻擊;
(2)堿催化劑通常使用的濃度很低(0.001~1%),特別是制備高分子量的聚硅氧烷更需使用低濃度催化劑;
(3)開環反應速度極快,并迅速縮聚成高粘度聚合物,反應不易控制。
(4)因為堿催化劑產生的活性中心很少,對少量雜質都很敏感。酸性物質可破壞活性中心使反應終止,因此少量水、CO2等的存在也可與活性中心配位而起抑制反應。特別是水,干擾較大。所以在聚合前,應使原料和反應釜充分干燥,聚合時還應不斷用真空將反應生成的水排出,分子量才能長大。
1.2聚(ju)合(he)過程
陰離子開(kai)環聚合過程,主(zhu)要(yao)由四(si)個階段(duan)組成:
(1)鏈引發階段,形成反應中心;
因為硅(gui)原(yuan)子(zi)電負性小,堿催(cui)化劑中OH-陰離子與環硅氧烷的硅原子3d軌道配位,導致電子云密度重新分布,而在加熱的條件下可以引起Si-O鍵斷裂(開環),生成鏈端含陰離子的線狀硅氧烷低聚體。
(2)鏈增長階段;
新(xin)的環硅氧烷繼(ji)續被(bei)鏈(lian)引(yin)發生成(cheng)的含陰離子活性中(zhong)(zhong)心吸引(yin),通(tong)過引(yin)發開環形(xing)成(cheng)更(geng)長鏈(lian)的活性中(zhong)(zhong)心,從而不斷(duan)吸引(yin)更(geng)多的環硅氧烷而使鏈(lian)不斷(duan)增長。
在陰離子催化劑作用下,鏈增(zeng)長過程(cheng)為可逆反應過程(cheng),整個過程(cheng)都伴隨有回咬反應的發生,并降解為較大的硅氧(yang)烷(wan)環(huan)體。
(3)鏈終止階段;
鏈狀活性(xing)中心與單(dan)官(guan)能團物(wu)(wu)質發生反(fan)應(ying),使鏈增長反(fan)應(ying)終止。如果在聚合反(fan)應(ying)過程(cheng)未加入封端劑情(qing)況下(xia),所制備的(de)產物(wu)(wu)為羥基封端線型聚硅氧烷
(4)鏈轉移形成新的活性點。
鏈狀活性中(zhong)心在攻擊不同(tong)線(xian)型聚硅(gui)氧烷鏈上的Si-O鍵,會發生鏈的重排反應,即鏈轉移反應。因此在陰離子催化劑引入到硅氧烷環體中后,每個分子都可參與增長、成環以及重排等一系列反應,直至反應達到平衡。
陽離子聚合機(ji)理(li)
陽離子開環聚合反(fan)應(ying)就是(shi)環硅氧烷在酸(suan)性催化劑作(zuo)用下的開環聚合反(fan)應(ying)。
2.1聚合特點(dian)
陽(yang)離子聚(ju)(ju)合的(de)特點(dian)主要為反(fan)應溫和可(ke)控(kong),適(shi)用于(yu)生成低分子量聚(ju)(ju)合物(wu)。
2.2聚合過程
陽離子(zi)聚合過程主要由四個階段(duan)組(zu)成:
(1)鏈引發階段,形成反應中心;
開(kai)環(huan)反應,將硅氧(yang)鍵打開(kai),形成活(huo)性中(zhong)心體。
由于氧(yang)原子(zi)電負性大,一般認為,以酸(suan)催化劑(ji)催化環硅氧(yang)烷開環聚合時,首先酸(suan)催化劑(ji)中(zhong)的H+與氧原子的未共享電子對配位,使Si-O鍵斷裂(開環),生成鏈端含陽離子的線型硅氧烷活性中心。
(1)鏈增長階段;
環硅氧烷被鏈引發(fa)(fa)生成(cheng)的(de)活性中心(xin)吸(xi)引,通過引發(fa)(fa)新的(de)開環形成(cheng)更長(chang)鏈活性中心(xin),從而(er)不(bu)(bu)斷(duan)吸(xi)引更多的(de)環硅氧烷而(er)使鏈不(bu)(bu)斷(duan)增長(chang)。
(3)鏈終止階段;
活性中心與單官能基團物質發生反(fan)應(ying)(ying),使(shi)鏈增長反(fan)應(ying)(ying)終止。
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