大化版高分子材料化學(xué)

1、例例: n n CH2 = CHCl -CH2_CH_CH2_CH_CH2_CH-Cl ClCl鏈鏈 節(jié)節(jié)常簡寫為常簡寫為: CH2_CH nCl 單單 體：體：鏈鏈 節(jié)：節(jié)：能夠提供結(jié)構(gòu)單元的低分子化合物能夠提供結(jié)構(gòu)單元的低分子化合物 聚合度：聚合度： 高分子鏈中的鏈節(jié)重復(fù)的數(shù)目高分子鏈中的鏈節(jié)重復(fù)的數(shù)目 “ “ n ” n ” 它是衡量高分子大小的重要指標(biāo)，一般大于它是衡量高分子大小的重要指標(biāo)，一般大于100100。結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元 高分子化合物實(shí)際是由若干相對(duì)分子質(zhì)量不同的高分子化合物實(shí)際是由若干相對(duì)分子質(zhì)量不同的同系聚合物組成，是混合物。同系聚合物組成，是混合物。 通常所說的高分子化合

2、物的相對(duì)分子質(zhì)量和聚合通常所說的高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量和聚合度都是平均值度都是平均值, , 并不代表每個(gè)具體分子的真實(shí)數(shù)值。并不代表每個(gè)具體分子的真實(shí)數(shù)值。 聚苯乙烯聚苯乙烯單體單體 CH2=CH-C6H5聚合度聚合度 n nC6H5C6H5C6H5-CH2_CH_CH2_CH_CH2_CH-n CH2 = CHC6H5C6H5鏈節(jié)鏈節(jié) CH2_CH C6H5簡寫簡寫 CH2_CH n 按性能和用途分類按性能和用途分類熱塑性塑料熱塑性塑料受熱軟化變形，可以多次反復(fù)加熱成型。受熱軟化變形，可以多次反復(fù)加熱成型。加熱成型后不再變形，不能反復(fù)加熱成型。加熱成型后不再變形，不能反復(fù)加熱成型。熱固性

3、塑料熱固性塑料 順式聚異戊二烯順式聚異戊二烯天然橡膠天然橡膠合成橡膠合成橡膠順丁橡膠順丁橡膠 丁苯橡膠丁苯橡膠 硅橡膠硅橡膠聚氨酯橡膠等聚氨酯橡膠等b b 橡膠橡膠c c 纖維纖維滌綸滌綸( (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯) )腈綸腈綸( (聚丙烯腈聚丙烯腈 PAN)PAN)氯綸氯綸 (聚氯乙烯聚氯乙烯 PVC) 尼龍尼龍-66 (-66 (聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺) ) 離子交換樹脂、高吸水性樹脂離子交換樹脂、高吸水性樹脂高分子藥物、高分子催化劑高分子藥物、高分子催化劑高分子試劑、高分子半導(dǎo)體等高分子試劑、高分子半導(dǎo)體等e e 功能高分子功能高分子d d 膠粘材料膠粘材料聚醋

4、酸乙烯酯粘合劑等聚醋酸乙烯酯粘合劑等 按主鏈結(jié)構(gòu)分類按主鏈結(jié)構(gòu)分類碳 鏈 聚 合 物碳 鏈 聚 合 物雜 鏈 聚 合 物雜 鏈 聚 合 物元素有機(jī)聚合物元素有機(jī)聚合物 主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯、聚主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。 主鏈除碳原子外，還含有主鏈除碳原子外，還含有O、S、N等雜原等雜原子。如聚醚、聚酯、聚酰胺。子。如聚醚、聚酯、聚酰胺。 主鏈由主鏈由Si、B、Al與與O、S、P、N等原子等原子組成，但側(cè)基為有機(jī)基團(tuán)。如有機(jī)硅橡膠。組成，但側(cè)基為有機(jī)基團(tuán)。如有機(jī)硅橡膠。 按單體結(jié)構(gòu)特征命名按單體結(jié)構(gòu)特征命名 一種單體聚合而成一

5、種單體聚合而成 “聚聚” ” + + 單體名單體名如如 聚乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。 兩種不同單體聚合而成兩種不同單體聚合而成 單體簡稱后加單體簡稱后加“樹脂樹脂”、“橡膠橡膠”、“共聚物共聚物”等后綴等后綴 如如 酚醛樹脂、丁苯橡膠、乙烯酚醛樹脂、丁苯橡膠、乙烯- -醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯共聚物等。共聚物等。 按聚合物結(jié)構(gòu)特征命名按聚合物結(jié)構(gòu)特征命名 可稱為聚氨酯、聚酯、聚醚、聚酰胺等?？煞Q為聚氨酯、聚酯、聚醚、聚酰胺等。聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚酰胺類聚酰胺類聚 酯 類聚 酯 類 H NH(CH2)6NH

6、CO(CH2)4CO nOH NHCO HO CO COO(CH2)2O nH COO 聚酰胺類稱為聚酰胺類稱為“尼龍尼龍”商品名：尼龍商品名：尼龍-66-66 按商品名命名按商品名命名 后加的兩個(gè)數(shù)字后加的兩個(gè)數(shù)字, , 分別代表單體二元胺和二分別代表單體二元胺和二元酸的碳原子數(shù)。元酸的碳原子數(shù)。如如 聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺 NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO n如如 聚癸二酰癸二胺聚癸二酰癸二胺 NH(CH2)10NHCO(CH2)8CO n商品名：尼龍商品名：尼龍-1010-1010合成纖維通常以合成纖維通常以“綸綸”作后綴作后綴 尼龍尼龍-66(-66(也稱錦綸也稱錦綸-6

7、6)-66) 滌綸滌綸( (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯) ) 腈綸腈綸( (聚丙烯腈聚丙烯腈) ) 氯綸氯綸 (聚氯乙烯聚氯乙烯 ) 另外，采用國際通用英文縮寫符號(hào)，讀寫更為方便。另外，采用國際通用英文縮寫符號(hào)，讀寫更為方便。聚氯乙烯聚氯乙烯 PVC聚丙烯腈聚丙烯腈 PAN聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 由含不飽和鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的一種或多種由含不飽和鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的一種或多種 單體相互加成得到聚合物的反應(yīng)。單體相互加成得到聚合物的反應(yīng)。 最常見的加聚反應(yīng)是由乙烯類單體成為乙烯類最常見的加聚反應(yīng)是由乙烯類單體成為乙烯類高分子化合物。高分子化合物。定義定義特點(diǎn)特點(diǎn) 無副產(chǎn)物無

8、副產(chǎn)物 聚合物的化學(xué)組成與單體組成相同。聚合物的化學(xué)組成與單體組成相同。 聚合物分子量是單體分子量的整數(shù)倍。聚合物分子量是單體分子量的整數(shù)倍。 n CH2 = CHCH3 n CH2 = CH2 + n n CH2 = CHCl CH2 - CH nCl CH2_CH2_CH2 _CH nCH3由單體官能團(tuán)之間縮合而形成的高聚由單體官能團(tuán)之間縮合而形成的高聚物物, ,同時(shí)析出低分子化合物的反應(yīng)。同時(shí)析出低分子化合物的反應(yīng)。 定義定義特點(diǎn)特點(diǎn) 有副產(chǎn)物有副產(chǎn)物 聚合物的化學(xué)組成與單體組成不相同。聚合物的化學(xué)組成與單體組成不相同。 聚合物分子量不是單體分子量的整數(shù)倍。聚合物分子量不是單體分子量的整

9、數(shù)倍。 縮聚物中留有官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征?？s聚物中留有官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征。 NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO nnH2N (CH2)6NH2 + n HOOC (CH2)4COOH+ (2n-1)H2O 大部分縮聚物是雜鏈聚合物，易被水、醇、大部分縮聚物是雜鏈聚合物，易被水、醇、酸等水解、醇解、酸解。但雜鏈聚合物并不完全酸等水解、醇解、酸解。但雜鏈聚合物并不完全由縮聚反應(yīng)制得，如聚甲醛等由開環(huán)聚合而成。由縮聚反應(yīng)制得，如聚甲醛等由開環(huán)聚合而成。乙二胺與乙二酸聚合生成尼龍乙二胺與乙二酸聚合生成尼龍66 開環(huán)聚合開環(huán)聚合 異構(gòu)化聚合異構(gòu)化聚合 氫轉(zhuǎn)移聚合等氫轉(zhuǎn)移聚合等 nCH2 - CH2 O開

10、環(huán)開環(huán) OCH2CH2 高分子鏈的結(jié)構(gòu)可以分為三種類型：高分子鏈的結(jié)構(gòu)可以分為三種類型： 一般具有彈性、塑性，在適當(dāng)?shù)娜軇┲心苋芤话憔哂袕椥?、塑性，在適當(dāng)?shù)娜軇┲心苋?解、溶脹，加熱可以軟化、熔融解、溶脹，加熱可以軟化、熔融.主鏈上常有些較短支鏈的高分子。主鏈上常有些較短支鏈的高分子。 線型或支鏈型高分子彼此以物理力聚集在一線型或支鏈型高分子彼此以物理力聚集在一起，因此加熱能熔化，并能溶于適當(dāng)溶劑中。起，因此加熱能熔化，并能溶于適當(dāng)溶劑中。既不能溶解、也不能熔融既不能溶解、也不能熔融, 個(gè)別只能溶脹。個(gè)別只能溶脹。 高分子長鏈與長鏈之間通過化學(xué)鍵交聯(lián)高分子長鏈與長鏈之間通過化學(xué)鍵交聯(lián)而成，具有

11、立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。而成，具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。呈現(xiàn)三種力學(xué)狀態(tài)：呈現(xiàn)三種力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)高彈態(tài)、粘流態(tài)玻璃態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)粘流態(tài)TbTgTfTd過渡區(qū)過渡區(qū)溫度溫度形變形變Tb 脆 化 點(diǎn)脆 化 點(diǎn)Tg 玻璃化溫度玻璃化溫度Tf 粘流溫度粘流溫度Td 分 解 溫 度分 解 溫 度a 玻璃態(tài)玻璃態(tài) 分子鏈及鏈段都不能運(yùn)動(dòng)，具有固定的形狀。分子鏈及鏈段都不能運(yùn)動(dòng)，具有固定的形狀。 普彈形變普彈形變b 高彈態(tài)高彈態(tài) 分子鏈不能運(yùn)動(dòng)，但鏈段能運(yùn)動(dòng)，具有彈性。分子鏈不能運(yùn)動(dòng)，但鏈段能運(yùn)動(dòng)，具有彈性。 高彈形變高彈形變c 粘流態(tài)粘流態(tài) 分子鏈及鏈段都能運(yùn)動(dòng)，具有塑性。分子鏈及鏈段都

12、能運(yùn)動(dòng)，具有塑性。玻璃化溫度玻璃化溫度 (Tg) 玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度粘流溫度粘流溫度 (Tf ) 高彈態(tài)與粘流態(tài)間的轉(zhuǎn)變溫度高彈態(tài)與粘流態(tài)間的轉(zhuǎn)變溫度 高分子鏈上的官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)。高分子鏈上的官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)。 CH2CHCH2CH OH OHHCHO CH2CHCH2CH O O-CH2-+ +如如-H2O在一定條件下，高分子化合物聚合度降低的反應(yīng)。在一定條件下，高分子化合物聚合度降低的反應(yīng)。 降解反應(yīng)使高分子鏈斷裂，高聚物變軟而失去降解反應(yīng)使高分子鏈斷裂，高聚物變軟而失去機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度。 降解反應(yīng)可分為降解反應(yīng)可分為 熱降解、熱降解、氧化降解氧化降解、化學(xué)降

13、解化學(xué)降解、機(jī)械降解、光降解等。機(jī)械降解、光降解等。 高分子鏈間可以通過物理或化學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)交聯(lián)。高分子鏈間可以通過物理或化學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)交聯(lián)。 如硫化橡膠法，就是生橡膠與硫共熱發(fā)交聯(lián)如硫化橡膠法，就是生橡膠與硫共熱發(fā)交聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生體型結(jié)構(gòu)，使高聚物變硬失去彈性。反應(yīng)產(chǎn)生體型結(jié)構(gòu)，使高聚物變硬失去彈性。+ SCHCHCHCHCHCHCHCHSSXS高分子化合物的老化高分子化合物的老化 在熱、氧、水、化學(xué)介質(zhì)、光、微生物的綜合作用在熱、氧、水、化學(xué)介質(zhì)、光、微生物的綜合作用下，聚合物的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一系列變化，物理下，聚合物的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一系列變化，物理性能也會(huì)相應(yīng)變壞，如發(fā)硬、發(fā)粘、

14、變脆、變色、失去性能也會(huì)相應(yīng)變壞，如發(fā)硬、發(fā)粘、變脆、變色、失去強(qiáng)度等，這些變化和現(xiàn)象統(tǒng)稱為強(qiáng)度等，這些變化和現(xiàn)象統(tǒng)稱為老化老化。 塑料是一種可塑性的高分子材料，在加工過程中塑料是一種可塑性的高分子材料，在加工過程中 可以處于可以處于“塑性塑性”狀態(tài)。狀態(tài)。 熱塑性塑料熱塑性塑料 主要是由線型或支鏈型高聚物組成，加熱軟主要是由線型或支鏈型高聚物組成，加熱軟化或熔融，可塑制成型，再加熱又能軟化或熔融，化或熔融，可塑制成型，再加熱又能軟化或熔融，可如此反復(fù)處理，其性能基本不變。可如此反復(fù)處理，其性能基本不變。 熱固性塑料熱固性塑料b 加熱或加固化劑，使分子鏈間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，成為加熱或加固化劑，使分

15、子鏈間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，成為 體型結(jié)構(gòu)。體型結(jié)構(gòu)。分兩步聚合：分兩步聚合：a 先轉(zhuǎn)化成具有潛在反應(yīng)活性的分子質(zhì)量較低的粘性先轉(zhuǎn)化成具有潛在反應(yīng)活性的分子質(zhì)量較低的粘性 液體或易熔固體。液體或易熔固體。熱固性塑料，再次加熱不能熔融成型。熱固性塑料，再次加熱不能熔融成型。nCF2 = CF2聚四氟乙烯俗稱塑料王，具有非常優(yōu)良的耐高、聚四氟乙烯俗稱塑料王，具有非常優(yōu)良的耐高、低溫性能，可在低溫性能，可在-180260范圍內(nèi)長期使用范圍內(nèi)長期使用,不不與任何強(qiáng)酸，堿，甚至王水反應(yīng)，只與熔融堿與任何強(qiáng)酸，堿，甚至王水反應(yīng)，只與熔融堿金屬，元素氟，三氟化鋁作用金屬，元素氟，三氟化鋁作用 , 摩擦系數(shù)極低摩擦系

16、數(shù)極低,僅為僅為0.04。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： CF2 CF2 n它對(duì)其他物質(zhì)不粘附，不吸水，電性能優(yōu)它對(duì)其他物質(zhì)不粘附，不吸水，電性能優(yōu)良，是目前介電常數(shù)和介電損耗最小的固良，是目前介電常數(shù)和介電損耗最小的固體絕緣材料。體絕緣材料。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：強(qiáng)度低剛性不夠，影響零件尺寸穩(wěn)定強(qiáng)度低剛性不夠，影響零件尺寸穩(wěn)定性。性。聚酰胺(PA)聚酰胺俗稱尼龍, 這種熱塑性塑料或由二元胺和二元酸縮聚而成,或由氨基酸脫水成內(nèi)酰胺再聚合而成。結(jié)晶性聚合物，有良好的力學(xué)性能，（抗拉高于金屬，抗壓與金屬相近，可作為金屬的替代物）。 尼龍具有突出的耐磨性和自潤滑性，韌性好，強(qiáng)度高，耐蝕性好、成型性好。缺點(diǎn)是耐熱性差、導(dǎo)熱性差,

17、 吸水性高。 ABS既保持了聚苯乙烯優(yōu)良的電化學(xué)能和加工成既保持了聚苯乙烯優(yōu)良的電化學(xué)能和加工成型性，又由于丁二烯的雙鍵和柔性，使其具有優(yōu)型性，又由于丁二烯的雙鍵和柔性，使其具有優(yōu)良的彈性和沖擊強(qiáng)度，丙烯腈又可使耐熱、耐腐良的彈性和沖擊強(qiáng)度，丙烯腈又可使耐熱、耐腐蝕性和表面硬度增強(qiáng)，使之成為綜合性能優(yōu)良的蝕性和表面硬度增強(qiáng)，使之成為綜合性能優(yōu)良的剛韌兼?zhèn)涞墓こ滩牧?。剛韌兼?zhèn)涞墓こ滩牧稀?CH CH2 n CH2CH=CHCH2 m CH CH2 p C6H5 CN 橡膠屬高彈性的高分子材料，受力后變形，外力橡膠屬高彈性的高分子材料，受力后變形，外力解除后恢復(fù)原狀。一般說來，具有長柔順鏈結(jié)構(gòu)，鏈

18、解除后恢復(fù)原狀。一般說來，具有長柔順鏈結(jié)構(gòu)，鏈段易于運(yùn)動(dòng)，富于彈性。段易于運(yùn)動(dòng)，富于彈性。 幾種重要的合成橡膠：幾種重要的合成橡膠：順丁橡膠順丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、 硅橡膠和硅橡膠和 聚氨酯橡膠等。聚氨酯橡膠等。 以高分子化合物為基體，采用其它物質(zhì)為增強(qiáng)以高分子化合物為基體，采用其它物質(zhì)為增強(qiáng)材料而得到的多相固體材料。材料而得到的多相固體材料?！安Ａт摬Ａт摗?增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料： 玻璃纖維玻璃纖維基基 體體： 酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等 高分子復(fù)合材料保持了聚合物的耐化學(xué)腐蝕性、高分子復(fù)合材料保持了聚合物的耐化學(xué)腐蝕性、電絕緣性、電絕緣性、 易加工性以及使材料強(qiáng)度增強(qiáng)等特性易加工性以及使材料強(qiáng)度增強(qiáng)等特性, , 具具有優(yōu)異的綜合性能。有優(yōu)異的綜合性能。1. 活性碳纖維活性碳纖維比表面積大：比表面積大：10003000m2/g極極高的吸附容量。高的吸附容量。因此活性碳纖維：吸附量大，吸附速度快。易于因此活性碳纖維：吸附量大，吸附速度快。易于再生。而且還可以制成紡織品：紗，布等再生。而且還可以制成紡織品：紗，布等應(yīng)用：工業(yè)：廢水廢氣凈化，貴金屬回收，軍用應(yīng)用：工業(yè)：廢水廢氣凈化，貴金屬回收，軍用防毒面具，生活用除味劑防毒面具，生活用除味劑 醫(yī)用材料的要求：心臟3650萬次