己内酰胺的开环聚合:实验原理

对于环酰胺单体,开环聚合研究最多的是己内酰胺。工业上在250~270℃的高温条件下,以水(0.1%~10%)为引发剂,由己内酰胺连续聚合生成尼龙-6的反应,称为水解聚合,属于逐步聚合机理。己内酰胺在进行阴离子开环聚合时,当体系中加入乙酸酐或乙酰氯等一些酰基化试剂时,反应在150℃下只需几分钟即可完成,故称“快速聚合”。同时,由于反应放热只有13.4 kJ/mol,本体聚合升温不高,因此可发展为单体浇注聚合,称为铸型尼龙。铸型尼龙是被广泛使用的热塑性塑料,具有机械程度高、尺寸稳定性好、耐磨性好、自润滑作用好、结晶度高、相对分子质量高等优点。而由质子酸或Lewis酸引发的阳离子聚合,由于转化率和聚合物相对分子质量都比较低,最高分子量只能达到一万至两万,且还有许多副反应,因此没有真正的应用价值。

实验原理

己内酰胺在催化剂量的水(0.1%~10%)、ω-氨基己酸或苯甲酸存在的情况下,可进行逐步的开环聚合。其反应过程如下所示:

环酰胺开环聚合反应主要由开环、缩合和加成三个平衡反应所组成。己内酰胺首先水解开环生成ω-氨基己酸;其次,在酸催化条件下环酰胺被质子化,形成质子化的环酰胺;随后,质子化的环酰胺被增长链的末端氨基亲核进攻,形成铵离子,引发聚合。当将ω-氨基己酸与水一起加入时,反应体系中一开始就存在伯胺基和羧基,不必等内酰胺水解产生这些基团。

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