• 1.摘要
  • 2.共聚物类型
  • 3.共聚物的合成和结构
  • 3.1.接枝共聚
  • 3.2.嵌段共聚
  • 4.相分离
  • 5.共聚物组成方程

共聚物

共聚物(英语:copolymer或者heteropolymer)是由两种或更多单体聚合所形成的聚合物,与之对应的是只有一种单体聚合而成的均聚物。共聚物的结构中具有至少两种结构单元,结构单元之间以化学键连接,这和两种聚合物用机械或物理混合形成的共混物不同。

相对于只有一种结构单元,性能较为单一的均聚物,共聚物中结构单元的种类和含量可以有较灵活的选择,从而实现了性能上的拓展和改进。对于有些自身难以发生均聚的单体如马来酸酐,也可以通过和其他单体形成共聚物来扩大其使用范围。常见的共聚物有丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚的ABS树脂、乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS树脂)、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物等。

共聚物类型

聚合物的分类,从上而下分别是均聚物,交替共聚物,无规共聚物,嵌段共聚物和接枝共聚物

由于共聚物包含至少两种结构单元,它可以根据其结构单元的排列顺序分成四种共聚物,右上图给出了当结构单元为A和B时的情况 共聚物的命名是将两单体之间加连接号,然后用括号括起,前面加上聚字,比如聚(丁二烯-苯乙烯)。国际命名中常在两单体名间加入alt、ran、b、g和分别代表交替、无规、嵌段和接枝共聚物,比如Poly(Styrene-alt-Maleic Anhydride)即苯乙烯-马来酸酐的交替共聚物。

交替共聚物(Alternating copolymers):共聚物中两结构单元A和B严格交替相间,两者在共聚物中的摩尔分数均约为50%。

无规共聚物(Random copolymers) :共聚物中两结构单元A和B随机出现,其中A和B自身连续的单元数不多,一般在几个到十几个。从统计上看,无规聚合物的某结构单元在聚合物链上一段的含量等于其在整个聚合物中的含量。

嵌段共聚物(Block copolymers),由较长的只有结构单元A的链段和较长的只有结构单元B的链段构成,其中每一链段可达到几百到几千结构单元。近来随着可控自由基聚合反应的发展,出现了如右图所示的梯度聚合物。其A和B的结构单元的组成随主链的延伸而渐变,不像无规和交替共聚物那样基本不变,也不像接枝共聚物那样呈现突变关系。

接枝共聚物(Graft copolymers),接枝共聚物在结构上属于支化聚合物,其不仅有主链,还有较长的支链,且主链和支链是由不同的种结构单元组成,如右上图中(5)所示,主链全部是结构单元A,而支链全部是结构单元B。有时候,接枝聚合物的主链和支链可能都是共聚物,比如主链是A和B的无规共聚物,支链是A和B的交替共聚物,整体仍然是接枝共聚物。

例如

PP均聚料是以丙烯为单体聚合而成的高分子材料,PP材料结晶性高,刚性大,但抗冲击性差,耐低温性较差;

PP共聚料系丙烯单体添加少量乙烯单体共同聚合得到的高分子聚合物,添加少量乙烯单体作为聚合物单元,由于乙烯分子柔顺性较好,且乙烯单体的引入,降低了PP的结晶取向,从而改善了聚合物的抗冲击性能(尤其是低温下);

PP均聚料主要应用于日用制品餐具,文具,玩具等,可注塑,也可吹塑;

PP共聚料由于强度较好,可应用于各种家用电器(如冰箱,空调,洗衣机,卫浴洁具)配件,容器制品等等。

共聚物的合成和结构

接枝共聚

接枝共聚最常用的方法是通过链转移反应使聚合物的主链上产生自由基,然后引发另一单体的聚合反应,产生另一单体构成的支链。对于二烯烃类聚合物,比如聚丁二烯、丁苯橡胶、天然橡胶等,主链上有双键,可以通过在双键处或烯丙基处产生自由基,进而产生支链。比如高抗冲聚苯乙烯(HIPS)就是就是靠引发剂在聚丁二烯的双键处产生自由基所制备的。

此外,预先合成主链和支链,然后通过两者之间的化学反应将支链接到主链上也是常用的合成手段,比如带酯基、酐基等亲电侧基的聚合物很容易与活性聚合物末端的阴离子发生偶合,从而制备预定结构的接枝共聚物。

嵌段共聚

立体嵌段共聚物

嵌段共聚物主要的合成方法有两种:一是先进行一种单体的聚合反应,所形成的活性的链段与另一种单体反应。合成方面的困难主要在于如何保留活性种的活性和控制所得嵌段的分子量,通常采用原子转移自由基聚合,开环聚合,活性离子聚合等方式进行常见的实例是合成苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂(SBS),使用丁基锂引发活性阴离子聚合,依次加入苯乙烯、丁二烯和苯乙烯通常,形成分子量为1-1.5万的苯乙烯链段和分子量为5-10万的丁二烯链段。类似的方法还可以合成聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)等嵌段共聚物。