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逐步聚合

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逐步聚合反应图示[1]

逐步聚合(英语:Step-growth polymerization)指的是聚合反应的一种主要机理。带有两个或多个官能团的单体相互反应,逐步生成二聚体、三聚体、寡聚物最终形成高分子聚合物。很多天然聚合物和一些合成聚合物通过逐步聚合机理形成,比如聚酯聚酰胺聚氨酯等。[2]基于这一反应机理,只有在反应程度很高时,才能获得较高的相对分子质量。这一机理的最简单图景是每个人有两只手(代表着两个可反应的官能团)然后通过左右手互相拉起来,连成高分子。若单体有多于两个官能团,则会导致形成支化聚合物乃至交联聚合物

历史

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最早的合成聚合物,是1907年莱奥·贝克兰发明的贝克兰塑料,就是通过苯酚甲醛通过逐步聚合形成的。1930年代杜邦公司的研究领导华莱士·卡罗瑟斯提出了新的合成聚酯的方法,并合成了尼龙。卡罗瑟斯将基于加成反应的聚合称为加成聚合,而将聚合过程中会生成小分子的聚合反应称为缩合聚合。并用数学方式表达了聚合度和反应程度的关系,即卡罗瑟斯公式[3]

但随着聚合物合成的发展,某些聚合物比如聚氨酯的聚合属于加成聚合,但是过程中却是通过官能团逐步反应进行的。1953年,卡罗瑟斯的学生和同事保罗·弗洛里后来对聚合反应动力学进行了深入分析,基于反应机理将聚合反应分为了链式聚合和逐步聚合[4]

逐步聚合的动力学

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活性链式聚合和逐步聚合形成的聚合物的相对原子质量对比

参考资料

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  1. ^ Cowie JM, Arrighi V. Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials 3rd. CRC Press. 2008. 
  2. ^ Flory PJ. Principles of Polymer Chemistry. Cornell University Press. 1953: 39. ISBN 0-8014-0134-8. 
  3. ^ Carothers WH. Studies on Polymerization and Ring Formation. I. An Introduction to the General Theory of Condensation Polymers. Journal of the American Chemical Society. 1929, 51 (8): 2548–2559. doi:10.1021/ja01383a041. 
  4. ^ Selke SE, Culter JD, Hernandez RJ. Plastics packaging: Properties, processing, applications, and regulations. Hanser. 2004: 29. ISBN 1-56990-372-7.