藥劑學第九章-藥用輔料高分子材料1課件

1、又稱高分子化合物、大分子化合物、高分又稱高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物子、大分子、高聚物、聚合物 Macromolecules, High Polymer, Polymer什么是高分子什么是高分子?高分子高分子是指是指由由多種原子多種原子以相同的、多次重復以相同的、多次重復的的結構單元結構單元并主要由并主要由共價鍵連接共價鍵連接起來的、通起來的、通常是相對常是相對分子量為分子量為的化合物的化合物。1.1 1.1 高分子材料的基本概念高分子材料的基本概念 一個大分子往往是由許多相同的、簡單的一個大分子往往是由許多相同的、簡單的重復重復結構單元結構單元連接而成。連接而成

2、。1.1 1.1 高分子材料的基本概念高分子材料的基本概念CH2-CH CH2-CH CH2-CHClClClH2CCHCl聚氯乙烯聚氯乙烯CH2CHOHCH2CHOH聚乙烯醇聚乙烯醇乙烯醇乙烯醇又如又如：1.1 高分子材料的基本概念高分子材料的基本概念高高 分分 子子小小 分分 子子聚合反應聚合反應Polymerization單單 體體能夠進行聚合反應，并構成高分子基本結構組能夠進行聚合反應，并構成高分子基本結構組成單元的小分子。即成單元的小分子。即合成聚合物的合成聚合物的起始原料起始原料。Monomer在大分子鏈中出現的在大分子鏈中出現的以單體結構為基礎的原子團以單體結構為基礎的原子團。即

3、構成大分子鏈的基本結構單元。即構成大分子鏈的基本結構單元。Structure unit1.1 高分子材料的基本概念高分子材料的基本概念Monomer unit聚合物中具有聚合物中具有與單體相同化學組成與單體相同化學組成而不同電子結構的單元。而不同電子結構的單元。Repeating unit聚合物中聚合物中化學組成和結構化學組成和結構均可重復出現的最小基本單元；有的均可重復出現的最小基本單元；有的重復單元連接成的是重復單元連接成的是線性線性大分子，有時重復單元又稱為大分子，有時重復單元又稱為鏈節(jié)鏈節(jié)高分子的三種組成情況高分子的三種組成情況1.1.聚合聚合CH2 CHCH2-CH-CH2-CH-C

4、H2-CHnCH2 CHn此此時時1.1 高分子材料的基本概念高分子材料的基本概念：n H2N-(-CH2-)-COOH-NH-(-CH2-)-CO-nn H2O+55結構單元比其單體少了些原子（氫原子和氧原子），因為聚結構單元比其單體少了些原子（氫原子和氧原子），因為聚合時有小分子生成，所以此時的結構單元不等于單體單元。合時有小分子生成，所以此時的結構單元不等于單體單元。0MnM由聚合度可計算出高分子的分子量由聚合度可計算出高分子的分子量 1.1 高分子材料的基本概念高分子材料的基本概念3.3.H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOHH-NH(CH2)6NH-CO(CH2)

5、4CO-OHn(2n-1) H2O+其重復單元由其重復單元由兩種結構單元兩種結構單元組成，且結構組成，且結構單元與單體的單元與單體的組成不盡相同，組成不盡相同，所以，不能稱所以，不能稱為單體單元。為單體單元。1.1 高分子材料的基本概念高分子材料的基本概念1.2 高分子的基本特點高分子的基本特點1、分子量大，分子間作用力大、分子量大，分子間作用力大 l分子量大是高分子的根本性質分子量大是高分子的根本性質 高分子的許多特殊性質都與分子量大有關，如：高分子的許多特殊性質都與分子量大有關，如： 高分子的溶液性質：高分子的溶液性質： 難溶，甚至不溶，溶解過程往往要經過溶脹階段難溶，甚至不溶，溶解過程往

6、往要經過溶脹階段 溶液粘度比同濃度的小分子高得多溶液粘度比同濃度的小分子高得多 分子之間的作用力大分子之間的作用力大, ,只有液態(tài)和固態(tài)只有液態(tài)和固態(tài), ,不能汽化不能汽化 固體聚合物具有一定的力學強度固體聚合物具有一定的力學強度, ,可抽絲、能制膜可抽絲、能制膜v分子量多大才算是高分子？分子量多大才算是高分子？ 其實，并無明確界限，一般其實，并無明確界限，一般- - - - - 1000 - - - - - - - - - - - - 10000 - - - - - 低分子低分子 過渡區(qū)（齊聚物）過渡區(qū)（齊聚物） 高聚物高聚物一般高分子的分子量在一般高分子的分子量在 10104 4 1010

7、6 6 范圍范圍超高分子量的聚合物超高分子量的聚合物 的分子量高達的分子量高達10106 6 以上以上1.2 高分子的基本特點高分子的基本特點2、多分散、多分散性性v什么是分子量的多分散性（什么是分子量的多分散性（Polydispersity） ？ 高分子不是由單一分子量的化合物所組成高分子不是由單一分子量的化合物所組成 即使是一種即使是一種“純粹純粹”的高分子，也是由化學組成相同、的高分子，也是由化學組成相同、分子量不等、結構不同的同系聚合物的混合物所組成分子量不等、結構不同的同系聚合物的混合物所組成 這種高分子的分子量不均一這種高分子的分子量不均一( (即分子量大小不一、參即分子量大小不一

8、、參差不齊）差不齊）的特性的特性，就稱為，就稱為分子量的多分散性分子量的多分散性 因此應注意：因此應注意：B一般測得的高分子的分子量都是平均分子量一般測得的高分子的分子量都是平均分子量B聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同1.2 高分子的基本特點高分子的基本特點來來 源源天然高分子天然高分子：自然界天然存在的高分子。：自然界天然存在的高分子。半天然高分子半天然高分子：經化學改性后的天然高分子。經化學改性后的天然高分子。合成高分子合成高分子：由單體聚合人工合成的高分子。由單體聚合人工合成的高分子。一、一、高分子的分高分子的分類類1.按來按來源源1.

9、4 1.4 高高 分分 子子 的的 分分 類類主鏈元素主鏈元素（鏈原子）（鏈原子）組成組成碳鏈高分子碳鏈高分子：主鏈（鏈原子）完全由主鏈（鏈原子）完全由C C原子組成。原子組成。雜鏈高分子：主鏈中含有碳原子及雜鏈高分子：主鏈中含有碳原子及O、N、S、P等原子等原子元素有機高分子元素有機高分子：鏈原子由鏈原子由Si,B,Al,O,N,S,P等雜原子組等雜原子組成。成。2.按主鏈的結構按主鏈的結構無機高分子無機高分子：主鏈、側鏈上均無：主鏈、側鏈上均無C。4.按高分子的形狀按高分子的形狀（3）體型）體型（2）支化型（接枝）支化型（接枝）（1）線型）線型1.4 高高 分分 子子 的的 分分 類類應用

10、應用粘合劑涂料溶液紡絲增塑共混第一節(jié)高分子溶液的理化性質第一節(jié)高分子溶液的理化性質一一. 溶解與溶脹溶解與溶脹 由于聚合物分子量大，具有多分散性，可有線由于聚合物分子量大，具有多分散性，可有線形、支化和交聯等多種分子形態(tài)，聚集態(tài)又可表現形、支化和交聯等多種分子形態(tài)，聚集態(tài)又可表現為晶態(tài)、非晶態(tài)等，因此聚合物的溶解現象比小分為晶態(tài)、非晶態(tài)等，因此聚合物的溶解現象比小分子化合物復雜的多，具有許多與小分子化合物溶解子化合物復雜的多，具有許多與小分子化合物溶解不同的特性：不同的特性：v一是一是溶脹溶脹首先是溶劑小分子滲透進入高分子內部，撐開分首先是溶劑小分子滲透進入高分子內部，撐開分子鏈，增加其體積，

11、形成溶脹的聚合物。子鏈，增加其體積，形成溶脹的聚合物。v二是二是溶解溶解若聚合物與溶劑分子之間的作用力大于聚合物分若聚合物與溶劑分子之間的作用力大于聚合物分子間的作用力，溶劑量充足時，溶脹的聚合物則子間的作用力，溶劑量充足時，溶脹的聚合物則可繼續(xù)進入溶解階段，此時，隨著溶劑分子不斷可繼續(xù)進入溶解階段，此時，隨著溶劑分子不斷滲入，溶脹的聚合物逐漸分散成真溶液。滲入，溶脹的聚合物逐漸分散成真溶液。非晶態(tài)高聚物的溶解非晶態(tài)高聚物的溶解:溶脹和溶解溶脹和溶解條件：足夠量的溶劑、一定量的非晶態(tài)高聚物溶解過程與運動單元：溶解過程的關鍵步驟是溶脹（swelling）。其中無限溶脹就是溶解，而有限溶脹是不溶解

12、。運動單元：溶劑分子部分鏈段運動單元：溶劑分子大部分鏈段少部分高分子鏈運動單元：溶劑分子所有鏈段所有高分子鏈溶脹無限溶脹結晶高聚物的溶解結晶高聚物的溶解非極性結晶高聚物的溶解非極性結晶高聚物的溶解:晶體熔融再溶解晶體熔融再溶解條件：足夠量的溶劑，一定量的非極性結晶高聚物，并且加熱到熔點附近。溶解過程：加熱使結晶熔化，再溶脹、溶解。極性溶解高聚物的溶解極性溶解高聚物的溶解條件：足夠量的強極性溶劑，一定量的極性結晶高聚物，不用加熱。溶解過程：通過溶劑化作用溶解。CNRCNOHHONCRNCOHHOCRNOHHONOCRNOHHONO交聯聚合物的溶解交聯聚合物的溶解:溶脹平衡溶脹平衡由于三維交聯網的

13、存在而不會發(fā)生溶解。其溶由于三維交聯網的存在而不會發(fā)生溶解。其溶脹成度部分取決聚合物的交聯度，交聯度增大，脹成度部分取決聚合物的交聯度，交聯度增大，溶脹度變小。溶脹度變小。v 聚合物的溶解度與分子量有關。聚合物的溶解度與分子量有關。一般分子量越大，溶解度越?。环粗?，溶解度一般分子量越大，溶解度越?。环粗?，溶解度越大。分子量相同時，支化的比線型的更易溶解。越大。分子量相同時，支化的比線型的更易溶解。1.“溶度參數相近溶度參數相近”原則（原則（對于非極性非晶態(tài)聚合物對于非極性非晶態(tài)聚合物適用適用） 聚合物與溶劑兩者的溶度參數相差值在聚合物與溶劑兩者的溶度參數相差值在1.51.5以以內可以溶內可以溶

14、2. “極性相近極性相近”原則原則 對于對于非晶態(tài)的極性高聚物非晶態(tài)的極性高聚物，既要符合溶度參數，既要符合溶度參數 相近原則，又要符合相近原則，又要符合“極性相近極性相近”的原則的原則. 3.溶劑化原則溶劑化原則 溶劑化作用是溶劑與溶質相接觸時，分子間產溶劑化作用是溶劑與溶質相接觸時，分子間產 生相互作用力，此作用力大于溶質分子內聚力，生相互作用力，此作用力大于溶質分子內聚力， 從而使溶質分子分離，并溶于溶劑中。從而使溶質分子分離，并溶于溶劑中。三. 溶劑的選擇四、高分子溶液的性質四、高分子溶液的性質特點特點（1）稀溶液）稀溶液 大多穩(wěn)定，溶質以分子的形式分散在溶劑中大多穩(wěn)定，溶質以分子的形

15、式分散在溶劑中溶質與溶劑形成單相體系，具有熱力學穩(wěn)定性。溶質與溶劑形成單相體系，具有熱力學穩(wěn)定性。 （1以下認為是稀以下認為是稀aq)（2）濃）濃aq 粘度大，穩(wěn)定性較低，有時長期放置可能有粘度大，穩(wěn)定性較低，有時長期放置可能有 高分子析出。（濃高分子析出。（濃aq20%)（3）濃度較大時，可能會發(fā)生膠凝，從而從流動態(tài)轉變?yōu)椋舛容^大時，可能會發(fā)生膠凝，從而從流動態(tài)轉變?yōu)?半固體的半固體的“凍膠凍膠”狀態(tài)。狀態(tài)。四四. 凝膠凝膠n海參有一個特性：海參有一個特性：如果有誰用手去碰如果有誰用手去碰一下它柔軟的身體，一下它柔軟的身體，它就會一下變得象它就會一下變得象木頭一樣堅硬，但木頭一樣堅硬，但如

16、果將它在手中緊如果將它在手中緊捏一會，它就會慢捏一會，它就會慢慢地溶變成滑溜溜慢地溶變成滑溜溜的液體從你手中逃的液體從你手中逃走。走。n隱型眼鏡是由凝隱型眼鏡是由凝膠制作而成的膠制作而成的 n定義：定義：凝膠是指溶脹的三維網狀結構高分子，凝膠是指溶脹的三維網狀結構高分子，即聚合物分子間相互連結，形成空間網狀結即聚合物分子間相互連結，形成空間網狀結構，而在網狀結構的孔隙中又填充了液體介構，而在網狀結構的孔隙中又填充了液體介質。質。n簡單地說簡單地說, ,凝膠是由液體與高分子網絡所組成凝膠是由液體與高分子網絡所組成的。由于液體與高分子網絡的親和性，液體的。由于液體與高分子網絡的親和性，液體被高分子

17、網絡封閉在里面，失去了流動性，被高分子網絡封閉在里面，失去了流動性，因此凝膠能象固體一樣顯示出一定的形狀。因此凝膠能象固體一樣顯示出一定的形狀。（一）凝膠的結構和性質（一）凝膠的結構和性質物理凝膠：物理凝膠： 化學凝膠：化學凝膠： 由由非共價鍵非共價鍵交聯形成，加熱可以交聯形成，加熱可以拆散范德華力交聯，使凍膠溶解。拆散范德華力交聯，使凍膠溶解。 是高分子鏈之間以是高分子鏈之間以化學鍵化學鍵形成的形成的交聯結構的溶脹體，加熱不能溶交聯結構的溶脹體，加熱不能溶解也不能熔融。解也不能熔融。 1、凝膠的結構和類型、凝膠的結構和類型膠凝作用膠凝作用濃濃aq冷卻冷卻Or 加熱加熱粘度粘度 （半）固態(tài)（半

18、）固態(tài)可能會可能會 1、這種高分子、這種高分子aq失去流動性時，所呈現的半固體失去流動性時，所呈現的半固體 狀態(tài)稱為凝膠。狀態(tài)稱為凝膠。2、此過程稱為膠凝。、此過程稱為膠凝。影響膠凝作用的因素：濃度、溫度、電解質。影響膠凝作用的因素：濃度、溫度、電解質。2 2、凝膠的性質、凝膠的性質 （1 1）觸變性觸變性：物理凝膠受外力作用，網狀結構被破壞而：物理凝膠受外力作用，網狀結構被破壞而變成流體，外部作用停止后，又恢復成半固體凝膠結構，變成流體，外部作用停止后，又恢復成半固體凝膠結構，這種凝膠與溶膠相互轉化的過程，稱為觸變性。這種凝膠與溶膠相互轉化的過程，稱為觸變性。（2 2）溶脹性溶脹性：指凝膠吸收流體后自身體積明顯增大的現象，：指凝膠吸收流體后自身體積明顯增大的現象，是彈性凝膠的重要特性。是彈性凝膠的重要特性。（3）脫水收縮性脫水收縮性：溶脹的凝膠在低蒸氣壓下保存，流體緩：溶脹的凝膠在低蒸氣壓下保存，流體緩慢地自動從凝膠中分離出來的現象。慢地自動從凝膠中分離出來的現象。（4）透過性透過性：凝膠與流體性質相似，可以作為擴散介質。：凝膠與流體性質相似，可以作為擴散介質。