聚合物概述分解PPT課件

1、11 匯報(bào)內(nèi)容1.1 高分子的基本概念1.2 聚合物的分類和命名1.3 聚合反應(yīng)1.4 大分子微結(jié)構(gòu)1.5 線形、支鏈形和交聯(lián)1.6 聚集態(tài)和熱轉(zhuǎn)變1.7 高分子材料和力學(xué)性能第1頁/共34頁21.1 高分子的基本概念高分子化合物（macromolecular compound）：所謂高分子化合物，是指那些由眾多原子或原子團(tuán)主要以共價(jià)鍵結(jié)合而成的相對分子量在一萬以上的化合物。高分子(大分子) (macromolecule)高聚物 (high polymer)聚合物 (polymer)第2頁/共34頁3高 分 子單 體聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)Polymerization單 體（Monomer）聚合聚合C

2、H2 CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnCH2 CHn縮寫成縮寫成第3頁/共34頁4聚合物中化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)均可重復(fù)出現(xiàn)的最小基本聚合物中化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)均可重復(fù)出現(xiàn)的最小基本單元，又可稱單元，又可稱鏈節(jié)鏈節(jié)（Chain Element）。）。在聚合物鏈節(jié)中，與單體的元素組成相同，僅部在聚合物鏈節(jié)中，與單體的元素組成相同，僅部分電子狀態(tài)稍有差別的（基本）結(jié)構(gòu)單元。分電子狀態(tài)稍有差別的（基本）結(jié)構(gòu)單元。聚氯乙烯的重復(fù)單元尼龍-66的重復(fù)單元Monomer unit重復(fù)單元 Repeating unit第4頁/共34頁5H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOHH-NH(C

3、H2)6NH-CO(CH2)4CO-OHn 結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元(2n-1) H2O+2. 共聚物：滌綸：滌綸： 高分子鏈的末端結(jié)構(gòu)單元。高分子鏈的末端結(jié)構(gòu)單元。末 端 基 團(tuán) （ End Groups）HO COCOOCH2CH2OCOCOOCH2CH2OH第5頁/共34頁6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。 纖維素、蛋白質(zhì)、淀粉等纖維素、蛋白質(zhì)、淀粉等合成高分子：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。 聚酯、聚酰胺等聚酯、聚酰胺等1.1.分類分類1.2 聚合物的分類和命名改性高分子改性高分子：

4、經(jīng)化學(xué)改性后的天然高分子。經(jīng)化學(xué)改性后的天然高分子。第6頁/共34頁7性性質(zhì)質(zhì)和和用用途途第7頁/共34頁8 橡膠( (rubber) )： 定義：具有可逆形變的高彈性聚合物材料。 特點(diǎn)：高彈性；易形變且可逆；分子量大（幾十萬）。通用型橡膠：丁苯(butadiene styrene)橡膠、順丁(cis 1.4 polybutadiene)橡膠、天然橡膠。特種型橡膠：丁腈(butyronitrile)橡膠、硅(silicone)橡膠、氯丁(chlorobutadine)橡膠。 分類：第8頁/共34頁9 塑料塑料(plastics) ：具有塑性行為的材料。具有塑性行為的材料。特點(diǎn)：特點(diǎn)：彈性模量介

5、于橡膠和纖維之間；形變量中等。彈性模量介于橡膠和纖維之間；形變量中等。分類：分類：熱塑性塑料(thermoplastics)熱固性塑料(thermoset)線形(linear)或支鏈形(branched) ，可熔可溶。如聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯(polypropylene)等。根據(jù)受熱行為分根據(jù)受熱行為分交聯(lián)結(jié)構(gòu)，不溶不熔。如酚醛樹脂(bakelite)、環(huán)氧樹脂(epoxide resin)、脲醛樹脂(urea formaldehyde resin)等。第9頁/共34頁10 涂料涂料涂于物體表面能成堅(jiān)韌的薄膜、起裝飾和保護(hù)作用的聚合物材料。涂于物體表面能成堅(jiān)韌的薄膜、起裝飾和保護(hù)作用的聚合

6、物材料。指具有良好的粘合性能，可將兩種相同或不相同的物體粘接在指具有良好的粘合性能，可將兩種相同或不相同的物體粘接在一起的連接聚合物材料。一起的連接聚合物材料。指高分子主鏈和側(cè)鏈上帶有功能基團(tuán)，并具有可逆或不指高分子主鏈和側(cè)鏈上帶有功能基團(tuán)，并具有可逆或不可逆的物理功能或化學(xué)活性的一類高分子。具有特殊功可逆的物理功能或化學(xué)活性的一類高分子。具有特殊功能與用途的精細(xì)高分子材料。能與用途的精細(xì)高分子材料。 膠粘劑 功能高分子 特點(diǎn)：特點(diǎn)：彈性模量大；形變??；強(qiáng)度高；分子量小（一般為幾萬）。彈性模量大；形變??；強(qiáng)度高；分子量?。ㄒ话銥閹兹f）。 纖維(fiber)天然纖維（棉、毛、絲、麻等）化學(xué)纖維人

7、造纖維合成纖維 分類第10頁/共34頁11主鏈元素主鏈元素鏈原子鏈原子組成組成碳鏈聚合物：碳鏈聚合物：主鏈（鏈原子）完全由主鏈（鏈原子）完全由C原子組成。絕大部分原子組成。絕大部分烯類、雙烯類聚合物屬于這一類。烯類、雙烯類聚合物屬于這一類。雜鏈聚合物：雜鏈聚合物：鏈原子除鏈原子除C外，還含外，還含O，N，S等雜原子。等雜原子。元素有機(jī)聚合物：元素有機(jī)聚合物：大分子主鏈中沒有碳原子，主要由大分子主鏈中沒有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P等原子組成，側(cè)基則由有機(jī)基團(tuán)組成。等原子組成，側(cè)基則由有機(jī)基團(tuán)組成。無機(jī)高分子：無機(jī)高分子：主鏈和側(cè)鏈均無碳原子。主鏈和側(cè)鏈均無碳原子。第11頁/共3

8、4頁122.命名命名I. 習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法天然高分子天然高分子一般有與其來源、化學(xué)性能、作用、主要用途相關(guān)的專用名稱。一般有與其來源、化學(xué)性能、作用、主要用途相關(guān)的專用名稱。如纖維素（來源）、核酸（來源與性能）、酶（化學(xué)作用）。如纖維素（來源）、核酸（來源與性能）、酶（化學(xué)作用）。合成高分子合成高分子 (1) (1)由一種單體合成的高分子：由一種單體合成的高分子：“聚聚”+ + 單體名稱單體名稱第12頁/共34頁13（2 2）由兩種單體經(jīng)）由兩種單體經(jīng)縮聚縮聚反應(yīng)合成的高分子（反應(yīng)合成的高分子（表明或不表明產(chǎn)物類型表明或不表明產(chǎn)物類型）表明產(chǎn)物類型：表明產(chǎn)物類型：“聚聚”+ + 兩單體生成

9、的產(chǎn)物名稱兩單體生成的產(chǎn)物名稱，如，如 對苯二甲酸和乙二醇的縮聚產(chǎn)物叫對苯二甲酸和乙二醇的縮聚產(chǎn)物叫“聚對苯二甲酸乙二酯聚對苯二甲酸乙二酯” 己二酸和己二胺的縮聚產(chǎn)物叫己二酸和己二胺的縮聚產(chǎn)物叫“聚己二酸己二胺聚己二酸己二胺”不表明產(chǎn)物類型：不表明產(chǎn)物類型：單體名稱或簡稱加后綴單體名稱或簡稱加后綴“樹脂樹脂”或或“橡膠橡膠”，如，如 苯苯酚酚 甲甲醛醛 “ “酚醛樹脂酚醛樹脂” 尿尿素素 甲甲醛醛 “ “脲醛樹脂脲醛樹脂” 丁丁二烯二烯苯苯乙烯乙烯 “ “丁苯橡膠丁苯橡膠” 甘油（丙三甘油（丙三醇醇） 鄰苯二甲鄰苯二甲酸酸酐酐 “ “醇酸樹脂醇酸樹脂”第13頁/共34頁14（3 3）由兩種單體

10、通過鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)合成的共聚物：）由兩種單體通過鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)合成的共聚物： 兩單體名稱或簡稱之間兩單體名稱或簡稱之間 +“-”+“+“-”+“共聚物共聚物” （4 4）“聚聚”+ +高分子主鏈結(jié)構(gòu)中的特征功能團(tuán)：高分子主鏈結(jié)構(gòu)中的特征功能團(tuán)： 指的是一類高分子，而非單種高分子，如指的是一類高分子，而非單種高分子，如：HO COCOOCH2CH2O H()n聚酰胺聚酰胺：HN(CH2)6HNHCO(CH2)4CO OHn聚酯：另外，還有聚氨酯-HN-CO-O-和聚醚-O-等。第14頁/共34頁15 滌綸滌綸 聚對苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）聚對苯二甲酸乙二醇酯（聚酯） 丙綸丙綸 聚丙烯聚丙烯 錦綸錦綸

11、 聚酰胺（尼龍），后面加數(shù)字區(qū)別。聚酰胺（尼龍），后面加數(shù)字區(qū)別。 如尼龍如尼龍-66，尼龍，尼龍-6。 腈綸腈綸 聚丙烯腈聚丙烯腈 有機(jī)玻璃有機(jī)玻璃 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 電木電木 酚醛樹脂酚醛樹脂 II. . 商品名商品名（合成纖維最普遍，我國以（合成纖維最普遍，我國以“綸綸”作為合成纖維的后綴）作為合成纖維的后綴）第15頁/共34頁16聚合反應(yīng)的分類聚合反應(yīng)的分類按單體和聚合物的按單體和聚合物的組成結(jié)構(gòu)變化分類組成結(jié)構(gòu)變化分類 按聚合機(jī)理分類按聚合機(jī)理分類加聚反應(yīng)加聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)逐步聚合逐步聚合連鎖聚合連鎖聚合聚合反應(yīng)：聚合反應(yīng)：由低分子單體合成聚合物的反應(yīng)。由低分子

12、單體合成聚合物的反應(yīng)。1.3 聚合反應(yīng)開環(huán)聚合開環(huán)聚合.第16頁/共34頁17 單體加成而聚合起來的反應(yīng)稱為加聚反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物稱為加聚物。其特征是：o加聚反應(yīng)往往是烯類單體 鍵加成的聚合反應(yīng)，無官能團(tuán)結(jié)構(gòu)特征，多是碳鏈聚合物；o加聚物的元素組成與其單體相同，僅電子結(jié)構(gòu)有所改變；o加聚物分子量是單體分子量的整數(shù)倍。（1）加聚反應(yīng)（Addition Polymerization)按單體-聚合物的結(jié)構(gòu)變化分類無副產(chǎn)物第17頁/共34頁18 是官能團(tuán)單體多次縮合成聚合物的反應(yīng)； 兼有縮合出低分子和聚合成高分子的雙重含義； 反應(yīng)產(chǎn)物稱為縮聚物。其特征是：o縮聚反應(yīng)通常是官能團(tuán)間的聚合反應(yīng)；o反應(yīng)中有低分

13、子副產(chǎn)物產(chǎn)生，如水、醇、胺等；o縮聚物中往往留有官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征, ,如 -OCO-， -NHCO-，故大部分縮聚物都是雜鏈聚合物；o縮聚物的結(jié)構(gòu)單元比其單體少若干原子，故分子量不再是單體分子量的整數(shù)倍。（2 2）縮聚反應(yīng)（Condensation Polymerization）第18頁/共34頁19 環(huán)狀單體 鍵斷裂后聚合而成線性聚合物的反應(yīng)稱作開環(huán)聚合。雜環(huán)開環(huán)聚合是雜鏈聚合物。開環(huán)聚合（ Ring-Opening Polymerization）CH2CH2O開環(huán)OCH2CH2n環(huán)氧乙烷聚環(huán)氧乙烷nNH(CH2)5CONH(CH2)5COn開環(huán)己內(nèi)酰胺尼龍-6第19頁/共34頁20第二種：

14、按反應(yīng)機(jī)理分類也稱鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，反應(yīng)需要活性中心。 反應(yīng)中一旦形成單體活性中心，就能很快自動地傳遞下去，瞬間形成高分子。平均每個大分子的生成時(shí)間很短（零點(diǎn)幾秒到幾秒），所以，聚合物的相對分子質(zhì)量與時(shí)間關(guān)系不大。 （1 1）連鎖聚合反應(yīng)Chain Polymerization 連鎖聚合反應(yīng)的特征：聚合過程由鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止幾步基元反應(yīng)組成，各步反應(yīng)速率和活化能差別很大；反應(yīng)體系中只存在單體、聚合物和微量引發(fā)劑；進(jìn)行連鎖聚合反應(yīng)的單體主要是烯類、二烯類化合物；第20頁/共34頁21自由基聚合：活性中心為自由基自由基聚合：活性中心為自由基陽離子聚合：活性中心為陽離子陽離子聚合：活性中心為陽離子陰離

15、子聚合：活性中心為陰離子陰離子聚合：活性中心為陰離子配位離子聚合：活性中心為配位離子配位離子聚合：活性中心為配位離子連鎖聚合反應(yīng)又分為：第21頁/共34頁22逐步聚合反應(yīng)的特點(diǎn)：（1）反應(yīng)是通過單體功能基之間的反應(yīng)逐步進(jìn)行的；反應(yīng)是通過單體功能基之間的反應(yīng)逐步進(jìn)行的；（2）每一步反應(yīng)的速率和活化能大致相同；每一步反應(yīng)的速率和活化能大致相同；（3）反應(yīng)體系始終由單體和分子量遞增的一系列中間產(chǎn)物組成，反應(yīng)體系始終由單體和分子量遞增的一系列中間產(chǎn)物組成，單體以及單體以及任何中間產(chǎn)物兩分子間都能發(fā)生反應(yīng)任何中間產(chǎn)物兩分子間都能發(fā)生反應(yīng)；（4）聚合產(chǎn)物的分子量是逐步增大的。）聚合產(chǎn)物的分子量是逐步增大的

16、。分子量隨時(shí)間逐步增大，單體轉(zhuǎn)化分子量隨時(shí)間逐步增大，單體轉(zhuǎn)化率在開始時(shí)即可很高。轉(zhuǎn)化率很高時(shí)，分子量才達(dá)到較高數(shù)值。率在開始時(shí)即可很高。轉(zhuǎn)化率很高時(shí)，分子量才達(dá)到較高數(shù)值。（2）逐步聚合（Step Polymerization）第22頁/共34頁23微觀結(jié)構(gòu)高分子的微結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)單元相互鍵接的序列結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)單元在空間排布的立體構(gòu)型等。1. 結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)：決定聚合物的種類和性能最主要因素。2. 序列結(jié)構(gòu)(sequential structure)：鏈結(jié)構(gòu)單元的連接順序。 單體結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件影響結(jié)構(gòu)單元的連接順序。 具有取代基的乙烯基單體可能存在頭尾或頭頭或尾尾連接。第23頁/

17、共34頁243. 立體異構(gòu)(stereoisomerism)： 原子或取代基在空間排列方式不同引起的?？煞譃椋嚎煞譃椋?對映體異構(gòu)對映體異構(gòu) (antimer isomerism) 幾何異構(gòu)幾何異構(gòu) (rotamerism) （1 1）對映體異構(gòu)（又稱手性異構(gòu)）對映體異構(gòu)（又稱手性異構(gòu)） 不對稱不對稱(asymmetric)碳原子上的基團(tuán)空間排列引起。碳原子上的基團(tuán)空間排列引起。 全同結(jié)構(gòu) (isotactic structure) 間同結(jié)構(gòu) (syndiotactic sturcture) 無規(guī)結(jié)構(gòu) (random structure)若高分子中含有手性C原子，則其立體構(gòu)型可有D型和L型，據(jù)

18、其連接方式可分為如下三種：等規(guī)聚合物第24頁/共34頁25聚丙烯為例HHHHRRRRHHHHRRRRRRRRHHHHRHH第25頁/共34頁26異戊二烯烴異戊二烯烴(isoprene) 1,4加成后，主鏈上有雙鍵，與雙鍵連接的碳原子不能繞主鏈旋轉(zhuǎn)。加成后，主鏈上有雙鍵，與雙鍵連接的碳原子不能繞主鏈旋轉(zhuǎn)。 順式順式(cis form)異構(gòu)體異構(gòu)體 反式反式(trans form) 異構(gòu)體異構(gòu)體（2）幾何異構(gòu)（Stereoisomerism）主鏈上有不飽和鍵所引起的異構(gòu)現(xiàn)象順式（天然橡膠）順式（天然橡膠）反式（古塔波膠）反式（古塔波膠）CH2CH2CH2HCH3HCH3CCCH2CC第26頁/共3

19、4頁27構(gòu)象構(gòu)象(conformation)（二次結(jié)構(gòu)）（二次結(jié)構(gòu)） 伸展鏈spreading chain 無規(guī)線團(tuán)random coil 折疊鏈folded chain 螺旋鏈spiral chain 產(chǎn)生原因：C-C單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)(internal rotation)引起碳原子在空間位置上的變化。高分子鏈在空間存在的各種形狀第27頁/共34頁28高分子鏈的三種基本形狀：高分子鏈的三種基本形狀：線形、支鏈形、體形線形、支鏈形、體形線形 支鏈形 體形宏觀結(jié)構(gòu)其它新型結(jié)構(gòu)的高分子，如星形聚合物、梯形聚合物等。星形梯形1.6支鏈第28頁/共34頁29形成線形大分子的基本條件形成線形大分子的基本條件2 官能團(tuán)單體，官能團(tuán)單體，如：如： 線型縮聚中，單體須具有兩個反應(yīng)能力的線型縮聚中，單體須具有兩個反應(yīng)能力的官能團(tuán)官能團(tuán)，如二，如二元酸和二元醇；元酸和二元醇； 加聚中烯類單體的加聚中烯類單體的 鍵鍵 ； 環(huán)狀單體開環(huán)聚合中的環(huán)狀單體開環(huán)聚合中的斷裂單鍵斷裂單鍵。適當(dāng)溶劑可溶解，加熱可以熔融，即可溶可熔。線形高分子第29頁/共34頁30適當(dāng)溶劑可溶解，加熱可以熔融，即可溶可熔。支鏈高分子線形主鏈上帶支鏈形成條件：形成條件： 多官能度體系的縮聚早期，先支化，后交聯(lián)。多官能度體系的縮聚早期，