单体在惰性溶剂中进行缩聚反应的方法,它可以使不熔的或易分解的单体进行缩聚,得到耐热的芳
杂环高分子,如
聚酰亚胺、
聚砜、
聚芳酰胺、聚芳等。
溶液缩聚方法的特点 在溶剂中进行缩聚反应,反应体系均匀,粘度小,不会像熔融缩聚那样,由于聚合度增大而出现搅拌极为困难的情况。另外,溶剂吸收反应热,可以弥补由于添加溶剂后浓度变小,反应
速率变慢这一不足之处,对反应的控制有利。
溶液缩聚的反应温度比较低,通常在室温至左右,有时甚至在以下,因此需要采用活性较高的
单体,如二氯等。溶液缩聚反应一般是不可逆反应或平衡常数K较大的反应(K在1000以上), 不要求在真空下操作,也不必增大压力,设备比较简单。溶液缩聚与熔融缩聚相比,设备利用率低,聚合溶液要经过分离、
萃取和洗涤,还要回收处理
溶剂,因此工艺过程复杂,成本较高,有些溶剂易燃和有毒,这些因素都限制了此法的广泛应用。
溶液缩聚还要用合适的酸接受剂以除去反应中生成的
氯化氢,常用的酸接受剂是
叔胺或无机碱,有些碱性
酰胺类溶剂(如
二甲基乙酰胺)本身就可以作为酸接受剂,而且当它与氯化氢生成盐后,反而比原来溶剂的溶解能力高。
溶液缩聚中选用合适的溶剂是很重要的,所选溶剂对生成的聚合物要有较好的溶解能力。反应是否完全以及聚合度的大小在很大程度上取决于
溶剂对聚合产物的
溶解度或溶胀性质。溶液缩聚一般采用
极性有机溶剂,也可采用能与水
混溶的溶剂,如丙、
乙腈、
1,4-二恶烷、
吡啶等。制备芳香族或
杂环化合物聚酰胺时用的溶剂有二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、、
六甲基磷酰三胺、
二甲基亚砜、
四甲基脲等。为了增大溶解能力,还可以添加
无机盐(如
氯化锂、
氯化钙等),使它们与聚合体形成
配位化合物,以提高溶解度,得到稳定的高分子量聚合物的溶液。
低温溶液缩聚 均相的低温溶液缩聚反应以有机化学中经典的肖顿-
雷伊·鲍曼反应为依据,采用具有高活性的
酰氯和含有活泼氢的化合物(如含的化合物)在酸接受剂的存在下发生缩聚反应,生成高分子量的聚合物:
这类反应的反应
速率比较快,反应速率常数的数量级为升/(
摩尔秒),在室温下反应可在几分钟内完成。由于反应在低温下进行,副反应和逆反应很少,聚合物收率高,其分子量也高。反应物的浓度对反应的影响虽不显著,但浓度太低时,消耗大量
溶剂;如浓度太高,在生成聚合物时溶液粘度增大,难以搅拌,而且不利于释放反应热。溶液缩聚对反应物的等当量比的要求不像熔融缩聚那样严格,但是为了得到高粘度的聚合物,反应物比例仍应准确计算,并缓慢滴加,高速搅拌。
多聚磷酸中的溶液缩聚
无机化合物溶剂中的
硫酸、
发烟硫酸和多聚磷酸等都可用作缩聚反应的溶剂。多聚磷酸(PPA)能溶解很多
有机化合物,它不像硫酸那样会使反应物剧烈脱水甚至炭化,是一种温和的脱水剂,对缩聚反应是非常有利的。均相反应先在多聚磷酸
溶剂中进行,反应结束后将产物投入水中,多聚磷酸溶于水,聚合物沉淀出来,很容易收集。
多聚磷酸对
芳香环不易起
取代反应,副反应很少,常用于合成耐热的芳杂高分子。当用芳胺作为一种
单体时,由于芳胺不稳定,见光易变色,而芳胺盐酸盐则稳定,易于精制,在
多聚磷酸中进行缩聚反应时,可以不用纯的芳胺而用芳胺盐酸盐:
有熔融缩聚合成的聚合物一般都可以通过溶液缩聚方法来制备,用溶液缩聚能够制备结构类型繁多的聚合物。由于在低温下反应,不像高温熔融缩聚中存在端基和主链链节键的交换反应,因此可以有目的地合成有序列的交替共聚物和嵌段共聚物。如果
单体和聚合物中存在顺、反异构体或不对称原子,由于低温缩聚反应时间短,引起外消旋的可能性很小,可以在缩聚产物中保持原来的立体构型或光学活性。
溶液缩聚的主要研究趋势 是向活性化缩聚发展,用一系列合成的高活性单体进行聚合,以接近生物高分子的合成。例如利用各种活性酯、活性
酰胺、活性
酰亚胺等双官能化合物在溶液中与二元胺进行缩聚交换反应: