溶液聚合
将单体和引发剂溶于适当溶剂中,在溶液状态下进行的聚合反应,溶液聚合(solution polymerization)是高分子合成过程中一种重要的合成方法。
定义
溶液聚合为单体、引发剂(催化剂)溶于适当溶剂中进行聚合的过程。溶剂一般为有机溶剂,也可以是水,视单体、引发剂(或催化剂)和生成聚合物的性质而定。如果形成的聚合物溶于溶剂,则聚合反应为均相反应,这是典型的溶液聚合;如果形成的聚合物不溶于溶剂,则聚合反应为非均相反应,称为沉淀聚合,或称为淤浆聚合。
组成
单体+(油溶性)引发剂+溶剂,或单体+水溶性引发剂+水。油溶性引发剂主要有偶氮引发剂和过氧类引发剂,偶氮类引发剂有偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯引发剂等,水溶性引发剂主要有过硫酸盐、氧化还原引发体系、偶氮二异丁脒盐酸盐(V-50引发剂)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(VA-044引发剂)、偶氮二异丁咪唑啉(VA061引发剂)、偶氮二氰基戊酸引发剂等。
聚合体系的粘度比本体聚合低,混合和散热比较容易,生产操作和温度都易于控制,还可利用溶剂的蒸发以排除聚合热。若为自由基聚合,单体浓度低时可不出现自动加速效应,从而避免爆聚并使聚合反应器设计简化。缺点是对于自由基聚合往往收率较低,聚合度也比其他方法小,使用和回收大量昂贵、可燃、甚至有毒的溶剂,不仅增加生产成本和设备投资、降低设备生产能力,还会造成环境污染。如要制得固体聚合物,还要配置分离设备,增加洗涤、溶剂回收和精制等工序。所以在工业上只有采用其他聚合方法有困难或直接使用聚合物溶液时,才采用溶液聚合。
优点:
聚合热易扩散,聚合反应温度易控制;可以溶液方式直接成品;反应后物料易输送;低分子物易除去;能消除自动加速现象。水溶液聚合是用水作溶剂,对环境保护十分有利。
缺点:
单体被溶剂稀释,聚合速率慢,产物分子量较低;消耗溶剂,溶剂的回收处理,设备利用率低,导致成本增加;溶剂的使用导致环境污染问题
溶剂选择
溶剂应不能同单体、引发剂(或催化剂)直接反应,否则将导致聚合的失败。在聚合条件下溶剂必须是稳定的。若进行沉淀聚合或淤浆聚合,需选用聚合物不溶的溶剂,且所得浆液需经分离提纯后使用,所用溶剂应容易分离并脱除有害杂质。离子聚合或配位聚合过程中循环使用的溶剂,必须脱除微量水分及累积的有害杂质。溶剂的来源、价格、毒性、可燃性以及回收分离难易,必须综合考虑。
工业化品种
聚丙烯腈 一步法;二步法
PVAc 乳液白乳胶
溶液醇解PVA缩醛化维尼纶
聚丙烯酰胺
聚乙烯吡咯烷酮
丙烯酸酯类 涂料,粘合剂等