高分子化學-緒論

1、1任課教師：任課教師：貴大勇貴大勇助 教: 宗陽陽宗陽陽電 話： 號： 666712辦 公 室： P216辦公電話： 26558041 高分子化學高分子化學2第一章緒論3高分子材料的創(chuàng)生雖只有100多年，但其發(fā)展速度遠遠快于金屬和無機材料。究其原因，是合成高分子的結構具有幾乎無窮變化的可能性，賦予材料性能的潛力遠勝于其它物質。34化工產(chǎn)品十分廣泛，迄今已達到 7 萬種之多，主要包括：無機酸、堿、鹽和化肥為代表的無機化工；烷烴、烯烴、芳烴、醇、醛、酸、酯、酮、胺等為代表的基本有機化工；合成樹脂及塑料、合成橡膠、合成纖維為代表的高分子化工；醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、涂料、日用化學

2、品為代表的精細化工。還有一些逐步形成了獨立的工業(yè)部門，如煉油、冶金、醫(yī)藥、造紙、建材、釀造、環(huán)保等?；瘜W工業(yè)已經(jīng)而且會在較長時期內(nèi)成為我國國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)。4567891011高分子？Macromolecule（大分子）：包括天然大分子、合成大分子（大分子）：包括天然大分子、合成大分子天然大分子：蛋白質DNA、RNA合成大分子：在適當條件下人工合成的大分子，稱：Macromolecular Compound（大分（大分子化合物）纖維素High Polymer（高聚物）（高聚物）淀粉Polymer（聚合物）（聚合物）天然橡膠1112高分子化學聚合物化學（Polymer Chemistry）

3、研究聚合物合成與化學反應的一門科學。涉及到兩大類反應：聚合物的合成反應（聚合反應，Polymerization）小分子大分子聚合物的化學反應（Polymer Reaction）新的大分子大分子反應的機理反應的動力學小分子反應的影響因素反應的實施方法1213第一節(jié) 高分子的基本概念高分子又稱聚合物，一個大分子是由許多簡單的結構單元通過共價鍵重復鍵接而成。一、加聚物烯類單體通過加成聚合反應所生成的聚合物。二、縮聚物帶有相應官能團的單體，通過官能團間的反應，以縮合的方式形成的聚合物。14一、加聚物以聚氯乙烯為例：聚氯乙烯的結構式為：15二、縮聚物以尼龍-66為例：16單體：單體：由能夠形成結構單元的

4、小分子所組成的化合物，單體是合成聚合物的低分子量原料。17重復單元：大分子鏈上化學組成和結構均可重復出現(xiàn)的最小基本單元稱作重復單元，有時也稱為鏈節(jié)。18結構單元：單體分子通過聚合反應進入大分子鏈的基本單元。其構成高分子鏈，并決定高分子的結構，以一定方式連接起來的原子組合稱為結構單元。結構單元的元素組成可以與單體的元素組成相同，也可以不同。單體單元：單體分子通過聚合反應形成的元素組成與單體完全相同的結構單元，其與單體分子相比，除了電子結構有所改變以外，原子種類和各種原子的個數(shù)完全相同，其又稱為單體單元。19在加聚物中：結構單元、重復單元、單體單元三者的含義是一致的。在縮聚物中： 重復單元（鏈節(jié)）

5、結構單元兩種單體參與聚合，故兩種結構單元構成了一個重復結構單元。結構單元不能稱單體單元聚合反應為官能團間的縮合反應，單體分子進入大分子后失去了一些元素。20聚合度：聚合度：21聚合物的分子量：聚合物的分子量：聚乙烯的分子式為：CH2CH2n 重復單元為：CH2聚乙烯的重復單元與單體單元不同。 均聚物：由一種單體聚合而成的 聚合物稱為均聚物。共聚物：由兩種以上單體共聚而成的聚合物稱為共聚物。 322 | |OOCCHClCHCHCHCHmn22縮聚物這里結構單元與重復單元不同，重復單元由兩種結構單元組成。將縮聚物的聚合度定義為兩種結構單元的總數(shù)。 Xn = 2n = 2DP以尼龍-66為例：23

6、第二節(jié) 聚合物的分類和命名一、聚合物的分類二、聚合物的命名24一、聚合物的分類一、聚合物的分類1. 按由聚合物制得的材料的性能和用途分類按由聚合物制得的材料的性能和用途分類252. 聚合物的主鏈結構分類聚合物的主鏈結構分類 26二、聚合物的命名二、聚合物的命名1. 習慣命名法對于加聚物加聚物：命名時以單體名稱為基礎，只需在烯類單體名稱前加一個“聚”字，就成為聚合物的名稱。當單體名稱較復雜時，應將單體名稱用括號括起來。例如：聚（3-甲基-1-戊烯）有些聚合物的名稱是由假想單體得來的，例如，聚乙烯醇。27對于由兩種單體合成的共聚物共聚物：A. 用兩種單體的簡稱加后綴“樹脂樹脂”來命名。 例如，酚醛

7、樹脂等。B. 對于合成橡膠類共聚物，從共聚單體中各取一字,后綴“橡膠橡膠”二字來命名。例如，丁苯橡膠等。C. 根據(jù)結構特征來命名，其代表一類聚合物一類聚合物。 例如，聚酰胺、聚酯等。D. 以“尼龍尼龍”代表聚酰胺一類的聚合物，用數(shù)字分別代表二元胺和二元酸的碳原子數(shù)。例如，尼龍-66，尼龍-6等。E. 以“綸綸”作為合成纖維纖維商品名的后綴。例如，滌綸、腈綸等。2829302. 結構系統(tǒng)命名法命名程序： A. 確定重復單元結構 B. 排好重復單元中次級單元的次序 C. 給重復單元命名 D. 在重復單元名稱前加一“聚”字。結構單元的書寫原則：乙烯基聚合物，應先寫取代基部分，所連接的側基元素最少的先

8、寫31第三節(jié)第三節(jié) 聚合反應聚合反應 一、聚合反應的分類 1. 按單體和聚合物在組成和結構上發(fā)生的變化分類 加聚反應：加聚反應：單體不發(fā)生小分子的去除反應，由加成而聚合起來形成聚合物的反應稱加聚反應。加聚物：加聚物：加聚反應的產(chǎn)物，加聚物的重復單元與單體的組成相同，僅僅是電子結構不同，其分子量是單體分子量的整數(shù)倍。碳鏈聚合物大多是烯類單體經(jīng)過加聚反應合成的。碳鏈聚合物大多是烯類單體經(jīng)過加聚反應合成的。3233縮聚反應：縮聚反應：其由多功能基單體多次縮合而而聚合起來的反應。反應同時消去了某些小分子而生成的?？s聚物：縮聚物：縮聚反應的產(chǎn)物為縮聚物。 34353637382. 按聚合機理或動力學分類

9、按聚合機理或動力學分類3940自由基聚合：自由基聚合在轉化率增加的同時，帶來 的是聚合物分子數(shù)量的增多，而不是分子量的增大。聚合物分子量與轉化率無關。逐步聚合：逐步聚合的轉化率表現(xiàn)出來很高，之后隨著反應的進行，分子量和轉化率都會逐步增大，直到單體轉化基本完成，在逐步聚合中，聚合物的大小和數(shù)量都取決于轉化率。離子型聚合：分子量隨轉化率呈線性關系，這種類型的聚合反應是快引發(fā)、慢增長、無終止的活性聚合。41第四節(jié) 分子量A. 最低聚合度，低于此值時，聚合物完全沒有強度，許多乙烯類聚合物在100以上。當超過此值時，強度急劇上升，達到臨界點B后，強度上升又變緩慢。B. 為臨界點，在B 點以上，力學強度緩

10、慢增加，最后達到一極限值。許多乙烯類聚合物約為400以上。C. 到達C點，強度隨分子量不再明顯增加。聚合物的力學強度等性能與分子量有關：一般，將機械物料性能和成一般，將機械物料性能和成型加工性能綜合考慮，確型加工性能綜合考慮，確定合成高分子的分子量。定合成高分子的分子量。42431. 平均分子量平均分子量 聚合物的分子量應是分子量不等的同系物的混合物，因此聚合物的分子量應該是一平均值，且存在著分子量分布問題。常用的平均分子量如下：數(shù)均分子量數(shù)均分子量：一種按聚合物分子數(shù)目統(tǒng)計平均的分子量，即高分子樣品的總重量m 除以其分子的總數(shù)量：iiiiiiiiinMxMmmnMnnmM44iiiiiiii

11、iwMwMnMnmMmM2重均分子量：重均分子量：一種按聚合物重量統(tǒng)計平均的分子量，即i i-聚體的分子量乘以其重量分數(shù)的加和：45粘均分子量：粘均分子量：對于一定的聚合物溶劑體系，其特性粘數(shù)和分子量的關系為：K, 是與聚合物、溶劑有關的常數(shù)。111iiiiiiiMNMNWMWM一般，值在0.50.9之間。46聚合物分子量分布曲線聚合物分子量多分散性的表示方法 分子量分布曲線 分布指數(shù) nwMMM 當分子量分布加寬時，不同平均分子量之間的差別也增大。nwMMd 除分子量外，分子量分布也是影響聚合物性能的因素。對于多分散聚合物，47第五節(jié) 大分子的微結構大分子的微結構包括大分子的微結構包括： 1

12、. 結構單元本身的結構 其是基礎，決定了聚合物的種類和性能。 2. 結構單元相互連接的序列結構 聚合物經(jīng)過結構單元間的連接有多種方式。483. 結構單元在空間排列的立體異構與分子構型有關的結構，其包括旋光異構和幾何異構。改變構型須經(jīng)過化學鍵的斷裂和重組。改變構型須經(jīng)過化學鍵的斷裂和重組。4950第六節(jié) 線形、支鏈形和體形大分子含有兩個官能團的單體可形成線形聚合物。含有兩個以上官能團的單體可形成支鏈或體形聚合物。有些二官能團單體，由于鏈轉移等副反應也可形成支鏈或交聯(lián)結構。51線形或支鏈聚合物，又稱熱塑性聚合物，其具有，即：加熱可以塑化，冷卻則固化成型，能反復進行的受熱行為。交聯(lián)聚合物，又稱熱固性

13、聚合物，其具有，即：聚合物在加工成型階段，經(jīng)加熱使其中潛在的活性官能團繼續(xù)反應成交聯(lián)結構。使聚合物固化，聚合物固化后，繼續(xù)加熱不再塑化的受熱行為。52第七節(jié) 聚集態(tài)結構53一、聚集態(tài)結構一、聚集態(tài)結構分子通過次價鍵力聚集在一起，形成了特定聚分子通過次價鍵力聚集在一起，形成了特定聚集態(tài)結構：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。集態(tài)結構：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。高分子分子量大，分子間的作用力也大，因此高分子分子量大，分子間的作用力也大，因此只有固體和液態(tài)兩種。只有固體和液態(tài)兩種。545556 聚合物的三種狀態(tài)和兩個轉變溫度：聚合物的三種狀態(tài)和兩個轉變溫度：5758三、高分子液晶態(tài)結構某類晶體受熱熔融或被溶劑溶解后，失去了固體的剛性，轉變成液體，但仍保留有晶態(tài)分子的有序排列，呈各向異性，形成兼有晶體和液體性質的過渡狀態(tài)，這種中間狀態(tài)稱為液晶態(tài)，處于這種狀態(tài)的物質就稱做液晶。59第八節(jié)