第十九章合成高分子化合物3課時

1、第二十二章 合成高分子化合物 3 課時學習要求 ：1、掌握高分子化合物的根本概念；2、了解高分子的結構和性能的關系；3、掌握合成高分子化合物的根本反響；4、了解高分子化合物的應用。教學內容 ：第一節(jié)根本概念第二節(jié)高分子的結構和性能的關系第三節(jié)高分子的合成第四節(jié)高分子的應用第五節(jié)塑料第六節(jié)合成纖維第七節(jié)橡膠22 1 根本概念一、高分子化合物的涵義 1分子量在 5,000 以上的大分子。 2高分子化合物有較好的強度和彈性二、高分子化合物的組成和特點 1高分子化合物的化學組成一般都比擬簡單 許多相同的鏈節(jié)重復結合而成的高分子鏈 高分子的分子量 = 聚合度 * 鏈節(jié)數2特點 從分子量和組成看，高分子的

2、分子量很大，具有“多散性 。 從分子結構看，有兩種：線型結構和體型結構。線型結構的特征是分子中的原子由共價鍵相互結合成一條很長的蜷曲狀態(tài)“鏈 體型結構的特征是分子鏈與分子鏈之間有許多化學鏈交聯起來，形成網格一樣的 結構。 從性能上看，通常處于固體狀態(tài)，有較好的機械強度，絕緣性能，耐腐蝕性能， 可塑性，高彈性。 用途上看，一般可作為結構材料，供各方面使用。三、高分子化合物的分類和命名1分類 按來源分類：天然高分子天然橡膠、纖維素、淀粉合成高分子合成橡膠、合成纖維、塑料 按工藝性質和應用分類：塑料、橡膠、纖維 按高分子主鏈結構分類 ：碳鏈高分子化合物、雜鏈高分子化合物等。 按合成高分子化合物的反響

3、類型分類：加聚物、縮聚物 按應用功能分類：通用高分子用量最大，面也廣。 四烯：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯。 四綸：滌綸、錦綸、腈綸、維綸。 四膠：丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠。特殊高分子、功能高分子、仿生高分子、生物高分子、醫(yī)藥高分子、高分子試劑、 高分子催化劑。2命名 分子命名一般習慣上用俗名。纖維、淀粉 加聚反響制得的高聚物，單體前加個“聚字。 聚氯乙烯 縮聚反響制得的高聚物，在原料后加“樹脂二字。酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂 商品名稱：腈綸、確實良聚對苯二甲酸乙二酯纖維 、電木酚醛樹脂四、重要性1應用已普及工、農、國防、衣食、住、行、文教、衛(wèi)生、建筑、交通等方面。 2材料方面的革命： 大量

4、應用的塑料、橡膠、纖維。 精細的生物醫(yī)用材料，如：人工心臟、腎、骨、齒等。 高強度、耐高溫、耐腐蝕的結構材料，如：用碳纖維增強的高分子復合材料已用 于火箭與超音速飛機的機身。 具有化學性能，導電性能等功能的功能，如：離子交換樹脂、高分子試劑、光敏 樹脂、導電樹脂等。§ 22 2 高分子化合物的結構和性能的關系 一、高聚物的特性1不揮發(fā)性。 2高分子鏈的柔順性與良好的機械強度。3良好的絕緣性能。4結晶性。5溶解性和熔融性。6耐化學腐蝕。、高分子化合物的根本結構1線型結構又稱鏈狀高聚物，是由許多鏈節(jié)相互聯成一條長鏈的高聚物。特點：具有高彈性、可塑性、在溶劑中能溶解，加熱能熔融，硬度和脆度

5、較小。有 獨立存在的分子。2.體型結構一般是由多官能團單體相互作用，使主鏈與主鏈之間以共價鍵相連接，形成三維空間的立體結構。特點：沒有彈性和可塑性；不能溶解和熔融；只能溶脹，硬度和脆度較大。不能反 復熔化，只能一次加工成型。三、高分子化合物的聚集狀態(tài)1晶相咼聚物和非晶相咼聚物 晶相高聚物由于其內局部子排列很有規(guī)律，分子間作用力較大，故其耐熱性和機 械強度都比非晶相高，熔限較窄。 非晶相高聚物沒有一定的熔點，耐熱性能和機械強度都比晶相低，由于高分子的分 子鏈很長，要使分子鏈間每一局部都作有序排列是很困難的。因此，高聚物都屬于非晶 相或局部結晶的。2.線型非晶相高聚物的聚集狀態(tài)玻璃態(tài)塑料所處狀態(tài)t

6、g二咼彈態(tài)橡膠所處狀態(tài)'粘流態(tài) 液態(tài)樹脂 所處狀態(tài)溫度升高溫度降低 玻璃態(tài)：形變困難，硬度大 咼彈態(tài)：形變很容易，具有咼彈性。 粘流態(tài)：形變能任意發(fā)生，具有流動性。三態(tài)的相互轉變并不是“相變。見P672圖22-2溫度-形變曲線。§ 22 3高分子的合成一、加聚反響由許多相同或不同單體在一定條件下，通過互相加成形成的高分子化合物的反響叫 加聚反響。由一種單體發(fā)生的加聚反響稱為均聚反響。由兩種以上的單體共同聚合稱為共聚反響。1加聚反響的特點： 單體是帶有不飽和鍵的化合物。 反響過程中沒有低分子化合物析出，生成高分子化合物的化學組成與單體相同, 其分子量為單體分子量的整數倍。 通過

7、一連串單體分子間的相互加成反響來完成的。 一般是放熱的鏈鎖反響 屬于不可逆的鏈鎖反響2.加聚反響的歷程: 游離基歷程鏈引發(fā)M單體弓丨發(fā)齊U 或光或輻射八、單游離基或，M1雙游離基M 1+ H2C = CHX M1-CH2 CH活性中心鏈增長RM1+ M-rm2 單體二聚體游離基游離基匚rm3三聚體游離基匚RMnn聚體游離基H2C一CH +IXHC C"- -' H2Xh2cch2CH-He X鏈終止 離子歷程正離子聚合反響R匚H+A+ACCH活性中心是正離子H2RR為供電基，使電子云偏向另一個 C原子，有利于正離子聚合反響的鏈增長。催化 劑一般是親電試劑。負離子聚合反響B(tài)+

8、HXCCHH2X活性中心是負離子X為吸電基，催化劑為親核試劑。 配位聚合是烯類單體在金屬有機絡合物催化下引起的聚合反響 全同構型：所有的取代基都有規(guī)那么的排在同一邊的叫 。間同構型：取代基交替排列在上下方，叫 。全同構型和間同構型都是有規(guī)構型。無規(guī)構型：取代基排列沒有規(guī)那么，叫。優(yōu)點：反響產物是沒有支鏈的線型結構的高分子。能控制分子結構的空間構型，得到分子結構規(guī)整的聚合物。配位聚合是近代高分子領域中的一個重大發(fā)現。1953年德國化學家齊格勒發(fā)現定向聚合，1955年意大利化學家納塔改良了齊格勒催化劑，1957年定向聚合實現了工業(yè)化， 這是高分子領域中的一個重大突破，因此齊格勒(70歲)和鈉塔(6

9、0歲)在1963年同獲諾貝爾化學獎。齊格勒-鈉塔催化劑是AI(C2H5)3-TiCl4。二、縮聚反響由一種或兩種以上的單體，通過縮合形成高分子化合物，同時脫去水、鹵化氫、氨或醇等小分子的反響叫。1 縮聚反響的特點 所用單體至少有兩個相互作用的官能團。 縮聚反響是通過一連串的縮合反響來完成的。 反響過程中有小分子析出，高聚物的化學組成與單體不同。 縮聚一般是不可逆的。 縮聚物的分子量不是很大(與加聚物比擬)。 反響不是瞬間完成的，高聚物的分子量隨時間的增長而增加，鏈增長過程是逐 步完成的。2 縮聚反響的歷程通式 naAa + nbBba-AB- n + (2n-1)abaAa、bBb表示單體；a

10、、b表示官能團；-AB-表示鏈節(jié)。 鏈的開始 aAa + bBb aABb + ab 鏈的增長 aABb + aAa aABAa + abaABAa + bBba(AB) 2b + aba(AB) nb + aAa a(AB)nAa + aba(AB)nAa + bBb a(AB) n+1 + aba(AB)nb + a(AB)mb a(AB)n+m + ab 鏈終止物理方面的原因a. 隨著縮聚反響的進行，單體濃度越來越小，官能團發(fā)生反響的時機減少。b. 縮聚物的粘度增加，整個分子鏈移動困難，碰撞時機減少。c. 粘度大，生成的低分子排不出去，發(fā)生可逆反響?；瘜W方面的原因J 主要原因a. 官能團

11、的分解，使增長的分子鏈失去活性。b. 單體組分的非當量比，使分子鏈未端帶的是相同的官能團，發(fā)生“鏈封閉作用，而 使增長著的分子鏈失去活性。c. 原料中混有單官能團雜質也會發(fā)生“鏈端封閉作用。d. 分子鏈內部發(fā)生環(huán)化反響或分子間發(fā)生環(huán)化反響等都會發(fā)生鏈端封閉作用而使反 應終止。3 體型縮聚：具有合成體型結構的縮聚物的反響。 所用單體起碼要有一個組分是含有兩個官能團以上的物質，鏈增長時才有可能向 兩個以上的方向增長，生成體型結構的縮聚物。 在反響過程中有一個粘度驟然變得很大，出現具有彈性的凝膠的現象一一凝膠化 現象。§ 22-4高分子的應用一、色層別離色層別離是利用混合物中各種上物質在靜

12、止相和流動相中的分配大小不同而到達分 離提純目的的一種技術。1離子交換樹脂離子交換樹脂的結構一局部是具有交聯結構的高分子骨架。組成組 I另一局部是具有進行離子交換能力的活性基團離子交換樹脂是一類具有離子交換作用的高聚物 離子交換反響陽離子交換H2C CH - _ H2c CHH2C-CHS03H+ Na + Cl液相交換'再生強酸固相H2CCH7H2C-CH H2CCH7SO3+NaH + Cl液相固相陰離子交換H2C CH 一一 H2C CHH2C-CH CH2N + (CH 3)3OHNa + Cl液相交換再生強堿固相H2C-CH -一 H2CCHCH2N + (CH 3)3。-N

13、a + OH液相固相 特點可逆平衡反響。是一動態(tài)平衡是非均相反響?？蛇B續(xù)或串連操作。別離速度快，產品純度高。 設備簡單，操作方便，本錢低。 用途別離混合物。純化水?？勺魉釅A催化劑。2螯合樹脂 螯合樹脂是在大分子鏈上帶有螯合基團的高聚物， 這種基團能與溶液 中的物質發(fā)生螯合作用到達別離的目的。3親和層析可別離復雜分子如蛋白質等。 其原理是根據要別離的蛋白質的特點， 找出能與這起特 殊反響的基團，把這種基團接到高分子鏈上，便可作為色層別離的靜止相，就可把特定 的蛋白質別離出來。二、高分子載體的反響利用高分子作載體來進行有機反響的研究， 近年來開展很快， 這個反響有兩個突出的 特點：一是載體容易別離

14、，工業(yè)生產上便于循環(huán)使用，有利于自動化。二是載體容易創(chuàng) 造“高濃度或“低濃度的反響條件。1高分子作為反響物載體這是 1963 年梅瑞爾德首先提供了用固相合成多肽的方法。 利用高分子作載體使每步 別離都較容易，可使合成過程自動化，已成為合成多肽的新技術。2高分子試劑的反響3高分子催化劑22 5 塑料一、定義、分類和組成1 定義：是指具有可塑性能的高分子材料?？伤苄允侵冈诩訜岷屯饬ψ饔孟履芨淖冃螤?，當除去外力并恢復到常溫時，其形 狀可固定下來的性能。2.分類熱塑性塑料通用塑料據受熱可分為據應用可分為熱固性塑料I工程塑料3.組成樹脂主要成份塑料通常由潤滑劑、色料等I添加劑：填料、增塑劑、穩(wěn)定劑樹 脂

15、:指尚未與各種添加劑混合的高聚物。填 料：又稱添加劑提高制品的強度和耐熱性并可降低本錢。2050%增塑劑：又稱軟化劑使制品具有韌性。增強可塑性，降低脆性和剛性。穩(wěn)定劑：防止塑料老化，延長使用壽命。潤滑劑：防止塑料在成型過程中粘附壓模，造成脫落困難。固化劑：加速高聚物分子間發(fā)生交聯、硬化。色料：使制品美觀。二、幾種常見的塑料1.聚氯乙烯 PVC是線型結構熱塑性高分子化合物n H2C=CHCIH2CClCH-引發(fā)劑3338C優(yōu)點：機械強度好，耐腐蝕性，電絕緣性優(yōu)良，易加工成型，本錢低。缺點：軟化點較低6580C,不耐寒，冬天硬脆易斷裂，耐熱耐光差 外觀：白色、無臭，無味的無定形物。應用：輕工、化工

16、、電器等方面。2酚醛塑料俗稱電木 是酚醛樹脂添加其他配料制成的產品。制備：苯酚與甲醛在酸催化下進行縮聚反響。OHOHOHn特點：加熱不會熔化，不溶于水及有機溶劑。電絕緣性優(yōu)良，耐許多化學藥劑腐蝕 有良好物理機械性能，很堅硬。應用：電氣工業(yè)絕緣材料開關、燈頭；化學工業(yè)防腐材料等。§ 22 6合成纖維植物纖維：如棉花、麻等。天然纖維i 一右確片殮厶厶壬坐 I動物纖維：絲、毛等。纖維t化學纖維J人造纖維：如粘膠纖維、硝化纖維等'合成纖維：如尼龍、滌綸、丙綸等 。一、成纖的根本條件1 具有線型分子結構，分子鏈排列規(guī)整。以提高分子間的作用力，增強纖維強度。2 分子量大小要適當，才有利于

17、拉絲和保證足夠的強度。1043分子鏈間要有較強的吸引力。4 能溶解或溶融、幾種重要的合成纖維1 聚酰胺纖維 各鏈節(jié)以一CONH 相連結 商品名稱：錦綸又稱尼龍、耐綸等 優(yōu)點：具有高強度，有一定的彈性、耐磨、耐油、耐腐蝕、耐細菌 缺點：耐光較差，長期光照下強度下降 例：錦綸一6OHnh2ohH2SO4 NH40H250300 C1.52atmOH130180 C380450 C+ 3H2 用鋅-鐵H_NH(CH 2)5CO%OH 錦綸-62 聚酯纖維 各鏈節(jié)以一COO相連結 商品名稱：滌綸、確實良等 優(yōu)點：強度大、耐磨僅次于聚胺纖維、富有彈性，、易皺、吸水性小、耐光、 耐腐蝕、耐漂白劑、耐氧化劑

18、、耐有機試劑及無機酸，絕緣性好。 缺點：耐堿性稍差。 例：確實良聚對苯二甲酸乙二酯纖維H3COOC 飛 J-COOCH 3+ 2HOCH2CH2OH 酯父換 hoh2ch2cooc.；LC00CH 2ch2ohHOH2CH2COOCycoo - OCH 2CH2O-抽絲便得確實良纖維3 聚丙烯腈纖維 單體是丙烯腈 商品名稱：腈綸又稱合成羊毛 優(yōu)點：柔軟蓬松，強度、保曖性及彈性比羊毛好，是優(yōu)良的天然代用品 缺點：耐磨性能不及羊毛好。 合成：HqCCH CN單體："H2C-CHlCH2CH1 O CH2- OH2C=CHCH3+NH3+磷鉬酸加 H2C=CH-CN 發(fā)劑4 聚乙烯醇縮甲醛

19、纖維商品名稱：維綸特點：外觀、手感、吸濕性均極似棉花，有“合成棉花之稱。其耐磨性、強度 都比棉花好。§ 22 7橡膠一、天然橡膠1.來源:2.化學組成：聚異戊二烯，線型高分子，分子量2050萬。3.順式結構：有良好的高彈性，但耐磨性和機械強度差。H3CHH2H2H3C丿,C CC/ 4 C 嚴、C2 C CH2CH2'H3CHH2r cH24.反式結構：分子間引力大，結晶區(qū)較多，彈性很差，是硬質橡膠H2 H3CH2CH3 H2 H3C.C C /C .c c、C /叫 cCcCcCch2H2HH2HH2H5 填料和防老劑填料：是為了減少生膠的用量，并提高制品的機械強度和耐磨性能。硫化：使橡膠分子鏈間發(fā)生交聯，從而改善生膠易發(fā)生形變的缺點防老劑：提高橡膠的抗老的性能，延長橡膠制品的使用壽命。二、合成橡膠1 順丁橡膠合成nCH2二CH-CH二CH 2coo $i, Al(C 2H5)3BF3 (C2HT2OH2C、，CH/C=CHH順丁橡膠 優(yōu)點：彈性好，耐磨性能、耐低溫性能也較好。具有良好