高聚物合成工藝學(xué)緒論

1、2022-1-28高聚物合成工藝學(xué)高聚物合成工藝學(xué)強(qiáng)強(qiáng) 濤濤材料與化工學(xué)院材料與化工學(xué)院E-mail:Synthesis processing of polymers2022-1-28緒論緒論(Introduction)教學(xué)目的：教學(xué)目的：掌握高聚物的基本概念、高聚物的命名與分類方法；初步掌握高聚物的形成反應(yīng)類型、基本特點(diǎn)及工業(yè)生產(chǎn)方法； 熟悉本科程的性質(zhì)、主要內(nèi)容和基本要求。 2022-1-28高分子材料的應(yīng)用高分子材料的應(yīng)用衣衣食食行行住住用用科技科技我國高分子工業(yè)振興我國高分子工業(yè)振興2022-1-28高聚物材料在電器方面的應(yīng)用高聚物材料在電器方面的應(yīng)用2022-1-28一、高聚物的基本

2、概論一、高聚物的基本概論高聚物高聚物(polymer)高聚物是高分子化合物(macromolecular compound)的簡稱，是由成千上萬個原子通過化學(xué)鍵連接而成的高分子(macromolecule)所組成的化合物。高聚物的基本特點(diǎn)高聚物的基本特點(diǎn)相對分子質(zhì)量大高聚物的基本特點(diǎn)分子鏈長相對分子質(zhì)量具有多分散性常用的術(shù)語常用的術(shù)語單體結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元聚合度常用的術(shù)語2022-1-28實(shí)例分析實(shí)例分析以氯乙烯（VC）為單體，通過聚合生成聚氯乙烯（PVC）。n CH2CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2CH以對苯二甲酸、乙二醇為單體，通過聚合生成聚對苯二甲酸乙二酯(的確良）。ClClC

3、lClCl簡寫ClCH2CHn結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元n HOCH2CH2OHn HOOCCOOH HOCCOCH2CH2OHOOn重復(fù)結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元2022-1-28單體（單體（monomer）能夠形成結(jié)構(gòu)單元的分子所組成的化合物，即聚合時的小分子原料。結(jié)構(gòu)單元（結(jié)構(gòu)單元（structural unit）組成高聚物重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的基本單元。重復(fù)結(jié)構(gòu)單元（重復(fù)結(jié)構(gòu)單元（ repeating structural unit）高分子鏈中重復(fù)出現(xiàn)的單元，即鏈節(jié)（chain element）。聚合度（聚合度（degree of polymerization）重復(fù)結(jié)構(gòu)單元數(shù)目，即鏈節(jié)數(shù)，用DP或Xn

4、表示，在結(jié)構(gòu)式中用n表示。三個關(guān)系的處理三個關(guān)系的處理結(jié)構(gòu)單元與重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的關(guān)系結(jié)構(gòu)單元與重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的關(guān)系單一單一高分子的相對分子質(zhì)量與聚合度、重復(fù)結(jié)構(gòu)單元相對分高分子的相對分子質(zhì)量與聚合度、重復(fù)結(jié)構(gòu)單元相對分子質(zhì)量的關(guān)系子質(zhì)量的關(guān)系重復(fù)結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元0MXMnn2022-1-28單一相對分子質(zhì)量與平均相對分子質(zhì)量的關(guān)系單一相對分子質(zhì)量與平均相對分子質(zhì)量的關(guān)系單一相對分子質(zhì)量只對個體高分子，平均相對分子質(zhì)量是體系內(nèi)所有個體相對分子質(zhì)量的平均值。個體高分子的個體高分子的相對分子質(zhì)量沒有實(shí)用價值，有價值的是平均平均相對分子質(zhì)量的大小。原因：原因：高聚物是由相對分子質(zhì)量不等

5、的同系聚合物組成的混合物，即高聚物的相對分子質(zhì)量具有多分散性。多分散性的描述：多分散性的描述：分布曲線法、分散系數(shù)法。常見三大合成材料的相對分子質(zhì)量范圍常見三大合成材料的相對分子質(zhì)量范圍塑料相對分子質(zhì)量橡膠相對分子質(zhì)量纖維相對分子質(zhì)量高密度聚乙烯聚氯乙烯聚苯乙烯聚碳酸酯630萬515萬1030萬26萬天然橡膠丁苯橡膠順丁橡膠氯丁橡膠2040萬1620萬2530萬1012萬錦綸-66滌綸維尼綸腈綸1.21.8萬1.82.3萬67.5萬58萬2022-1-28二、高聚物的命名與分類二、高聚物的命名與分類高聚物的命名高聚物的命名通俗命名法通俗命名法“聚聚”單體名稱單體名稱實(shí)例聚聚氯乙烯、聚聚乙烯、聚

6、聚丙烯、聚聚苯乙烯、聚聚甲基丙烯酸甲酯、聚聚四四氟乙烯、聚聚異異丁烯、聚聚偏偏二氯乙烯等。注意：注意：取代基的位置用文字代替。原料名稱簡字原料名稱簡字“樹脂樹脂”實(shí)例酚醛樹脂樹脂、脲醛樹脂樹脂（聚合單體簡字）擴(kuò)充：聚氯乙烯樹脂樹脂、聚乙烯樹脂樹脂等（成型加工原料）高聚物的命名習(xí)慣或商品命名法系統(tǒng)命名法通俗命名法樹脂命名法橡膠命名法結(jié)構(gòu)特征命名法“聚”單體名稱2022-1-28單體簡字單體簡字“橡膠橡膠”實(shí)例丁苯橡膠橡膠、丁腈橡膠橡膠、氯丁橡膠橡膠、順丁橡膠橡膠結(jié)構(gòu)特征命名結(jié)構(gòu)特征命名 具有“酯COO結(jié)構(gòu)”的高聚物稱為聚聚酯酯；具有“酰胺基CONH結(jié)構(gòu)”的高聚物稱為聚聚酰酰胺胺；具有“醚鍵O結(jié)構(gòu)

7、”的高聚物稱為聚聚醚醚。習(xí)慣名稱與商品名稱習(xí)慣名稱與商品名稱高聚物的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元通俗名稱系統(tǒng)名稱習(xí)慣或商品名稱英文縮寫CH2CH2CH2CH(CH3)CH2CH(Cl)CH2C(CH3)-COOCO(CH2)2O-NH(CH2)5CO聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚對苯二甲酸乙二酯聚已內(nèi)酰胺聚亞乙基聚亞丙基聚(1-氯亞乙基)聚(1-甲氧基酰基)-1-甲基亞乙基聚(氧亞乙基對苯二酰)高密度聚乙烯低密度聚乙烯（絲用）丙綸（絲用）氯綸有機(jī)玻璃滌綸錦綸-6或尼龍-6HDPELDPEPPPVCPMMAPETPPA-6COOCH32022-1-28高聚物的分類高聚物的分類按高分子主鏈結(jié)構(gòu)分類碳鏈高聚

8、物（carbon chain polymer）雜鏈高聚物元素有機(jī)高聚物無機(jī)高聚物按高聚物用作分類塑料（plastics）橡膠（rubber）纖維（fiber）涂料（coating）黏合劑(adhesive)按高分子鏈幾何形狀分類線型高聚物體型高聚物支鏈型高聚物按高分子鏈排列情況分類結(jié)晶高聚物非晶高聚物2022-1-28三、高聚物的合成反應(yīng)三、高聚物的合成反應(yīng)高聚物的合成反應(yīng)（高聚物的合成反應(yīng)（synthesis reaction of polymer）是指由低分子單體形成高聚物的化學(xué)反應(yīng)。廣義上應(yīng)包括利用高聚物的化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為另一種高聚物的反應(yīng)。高聚物合成反應(yīng)的類型高聚物合成反應(yīng)的類型按元素組

9、成和結(jié)構(gòu)變化分類加聚反應(yīng)（polyaddition reaction ）縮聚反應(yīng)（polycondensation reation ）高聚物化學(xué)轉(zhuǎn)變按反應(yīng)機(jī)理分類連鎖聚合反應(yīng)（chain polymerization）逐步聚合反應(yīng)（step polymerization）2022-1-28四、聚合反應(yīng)的工業(yè)實(shí)施方法四、聚合反應(yīng)的工業(yè)實(shí)施方法適用于連鎖聚合反應(yīng)的工業(yè)實(shí)施方法適用于連鎖聚合反應(yīng)的工業(yè)實(shí)施方法適用于逐步聚合反應(yīng)的工業(yè)實(shí)施方法適用于逐步聚合反應(yīng)的工業(yè)實(shí)施方法選擇聚合實(shí)施方法的原則：選擇聚合實(shí)施方法的原則：根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)要求、單體性質(zhì)、產(chǎn)品用途等綜合考慮。連鎖聚合反應(yīng)工業(yè)實(shí)施方法本體聚合（

10、bulk polymerization）溶液聚合（solution polymerization）懸浮聚合（suspension polymerization）乳液聚合（emulsion polymerization）逐步聚合反應(yīng)工業(yè)實(shí)施方法熔融縮聚（melt polycondensation）溶液縮聚（solution polycondensation）固相縮聚（solid phase polycondensation）界面縮聚（interface polycondensation）乳液縮聚（emulsion polycondensation）2022-1-28五、高分子科學(xué)的發(fā)展概況五、高

11、分子科學(xué)的發(fā)展概況天然高聚物的利用與改性階段天然高聚物的利用與改性階段(19世紀(jì)前世紀(jì)前19世紀(jì)末世紀(jì)末)合成高分子工業(yè)的發(fā)展與高分子化學(xué)的建合成高分子工業(yè)的發(fā)展與高分子化學(xué)的建立階段立階段(20世紀(jì)初世紀(jì)初40年代末年代末)現(xiàn)代高分子科學(xué)階段現(xiàn)代高分子科學(xué)階段(20世紀(jì)世紀(jì)50年代初年代初20世紀(jì)末世紀(jì)末)2121世紀(jì)的高分子科學(xué)世紀(jì)的高分子科學(xué)2022-1-28在合成方法上在合成方法上 探索新的合成反應(yīng)與方法，固態(tài)聚合固態(tài)聚合； 探索和提高高分子鏈結(jié)構(gòu)有序和實(shí)現(xiàn)特定聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的合成技術(shù)，等規(guī)聚丙烯等規(guī)聚丙烯( (齊格齊格勒勒- -納塔納塔) )； 用普通單體通過共聚合成新的高聚物，ABSA

12、BS和和HIPSHIPS。在結(jié)構(gòu)與性能上在結(jié)構(gòu)與性能上 研究高分子鏈和聚集態(tài)各層次的結(jié)構(gòu)和相態(tài)特點(diǎn)及對材料宏觀性能、功能的影響； 研究外場條件對各層次高分子鏈運(yùn)動和結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，開發(fā)潛在性能，導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子； 研究新型高分子材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、規(guī)律； 研究生物高分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、信息傳遞，合成仿生功能材料，自清潔材料自清潔材料。在成型加工上在成型加工上 研究高聚物成型原理，應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中； 搜集高聚物流體數(shù)據(jù)，用計(jì)算機(jī)模擬成型設(shè)計(jì)。在高分子化學(xué)方面在高分子化學(xué)方面 精確設(shè)計(jì)、精確操作，發(fā)展完善高分子化學(xué)與物理的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)納米化、功能化、仿生化，納米復(fù)合高分子材料納米復(fù)合高分子材料。202

13、2-1-28六六 本課程的性質(zhì)、主要內(nèi)容和基本要求本課程的性質(zhì)、主要內(nèi)容和基本要求 本課程是高分子材料專業(yè)的一門專業(yè)課專業(yè)課。主要介紹生產(chǎn)單體的原料路線生產(chǎn)單體的原料路線；自由基聚合工藝自由基聚合工藝(本體聚合,懸浮聚合,溶液聚合,乳液聚合)；離子離子和配位聚合工藝和配位聚合工藝；縮合聚合工藝縮合聚合工藝(線型, 反應(yīng)活性低分子量)；逐步加成聚合的生產(chǎn)工藝逐步加成聚合的生產(chǎn)工藝。作為一個專題，還將講授導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子的聚合工藝。 學(xué)完本課程，要掌握常見的合成樹脂與塑料(通用塑料、工程塑料、耐熱及高性能聚合物、合成纖維及水溶性聚合物)的合成工藝，相關(guān)特性及基本用途；掌握常見的合成橡膠（通用橡膠、特種橡膠與粉末橡膠等）的基本知識與合成工藝。2022-1-28 掌握基本理論的同時，為大家從事高分子新產(chǎn)品研發(fā)奠定工藝設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)大家研制開發(fā)新型