負(fù)離子聚合可通過(guò)電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生自由基離子并接著偶合產(chǎn)生雙負(fù)離子引發(fā),也可由離子直接進(jìn)攻引發(fā)反應(yīng).雖然負(fù)離子聚合可通過(guò)負(fù)氫離子轉(zhuǎn)移或通過(guò)與有害試劑相互作用進(jìn)行鏈終止,但內(nèi)在的鏈終止歷程并不重要.在嚴(yán)格控制的條件下,比如在真空或惰性氣氛下,可以制備未終止的聚合物,產(chǎn)生前面所說(shuō)的活的聚合物.
負(fù)離子聚合的歷程不能用一簡(jiǎn)單的反應(yīng)系列來(lái)代表,因?yàn)榉磻?yīng)歷程是隨著反應(yīng)條件的變化而變化的.我們已經(jīng)指出,鏈增長(zhǎng)部分可以是溶劑化的離子對(duì)或自由離子,也可以是未溶劑化的離子對(duì)或自由離子.鏈的形成可以同時(shí)有幾種歷程,由于引發(fā)劑、溶劑或溫度的改變能發(fā)生整個(gè)歷程的改變.有幾點(diǎn)可用苯乙烯的負(fù)離子聚合來(lái)說(shuō)明:
1.苯乙烯在四氫呋喃(THF)中用鈉萘引發(fā)聚合.鏈增長(zhǎng)歷程是雙負(fù)離子的,這種雙負(fù)離子既是游離的,又是以離子對(duì)的形式存在.沒(méi)有鏈終止歷程,所有的引發(fā)劑一開始就存在,產(chǎn)生一種泊松分布的分子量分布.由于THF的存在使增長(zhǎng)的鏈末端溶劑化,從而使反應(yīng)動(dòng)力學(xué)更加復(fù)雜.
2.苯乙烯用金屬鈉聚合.反應(yīng)歷程與上述1的相同,但由于引發(fā)劑不溶,引發(fā)速率是緩慢的,并得到一般的寬分子量分布.
3.苯乙烯在液氨中用鉀聚合.高介電的介質(zhì)產(chǎn)生大量的自由離子,這些自由離子能迅速引起鏈增長(zhǎng).不幸的是,由于存在與溶劑鏈終止競(jìng)爭(zhēng)的反應(yīng),聚合物的分子量長(zhǎng)不大:
4.苯乙烯用丁基鋰在烴中聚合.這一過(guò)程由于丁基鋰六聚體的存在復(fù)雜化了.六聚體必須離解后才能引發(fā).可生成活的聚合物,但分子量分布是寬的.
5.苯乙烯在THF-烴的混合溶劑中用丁基鋰聚合.聚合速率快,但由于增長(zhǎng)鏈末端不同程度的溶劑化,動(dòng)力學(xué)是復(fù)雜的,所得聚合物是未終止的.
由于歷程上的許多變化,負(fù)離子聚合的動(dòng)力學(xué)還是相當(dāng)不肯定的.由丁基鋰產(chǎn)生的簡(jiǎn)單的活的聚合物說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題.當(dāng)丁基鋰的濃度低時(shí)(低于10-4M),聚合速率服從下式:
Rpa=kpa[M][BuLi] (20-9)
此處pa指的是負(fù)離子聚合.但是,丁基鋰的濃度較高時(shí),聚合速率變得較少依賴于[BuLi]:
Rpa=kpa[M][BuLi]<1 (20-10)