聚合物概述分解PPT課件

1、11 匯報內(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1.4 大分子微結構1.5 線形、支鏈形和交聯(lián)1.6 聚集態(tài)和熱轉變1.7 高分子材料和力學性能第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主要以共價鍵結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 體聚合反應聚合反應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聚合物中化學組成和結構均可重復出現(xiàn)的最小基本聚合物中化學組成和結構均可重復出現(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）結構單元。分電子狀態(tài)稍有差別的（基本）結構單元。聚氯乙烯的重復單元尼龍-66的重復單元Monomer unit重復單元 Repeating unit第4頁/共34頁5H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOHH-NH(C

3、H2)6NH-CO(CH2)4CO-OHn 結構單元結構單元重復結構單元重復結構單元(2n-1) H2O+2. 共聚物：滌綸：滌綸： 高分子鏈的末端結構單元。高分子鏈的末端結構單元。末 端 基 團 （ 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、淀粉等纖維素、蛋白質、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)化學改性后的天然高分子。經(jīng)化學改性后的天然高分子。第6頁/共34頁7性性質質和和用用途途第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：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：特點：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)結構，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韌的薄膜、起裝飾和保護作用的聚合物材料。涂于物體表面能成堅韌的薄膜、起裝飾和保護作用的聚合

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。指高分子主鏈和側鏈上帶有功能基團，并具有可逆或不指高分子主鏈和側鏈上帶有功能基團，并具有可逆或不可逆的物理功能或化學活性的一類高分子。具有特殊功可逆的物理功能或化學活性的一類高分子。具有特殊功能與用途的精細高分子材料。能與用途的精細高分子材料。 膠粘劑 功能高分子 特點：特點：彈性模量大；形變小；強度高；分子量?。ㄒ话銥閹兹f）。彈性模量大；形變小；強度高；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。元素有機聚合物：元素有機聚合物：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，側基則由有機基團組成。等原子組成，側基則由有機基團組成。無機高分子：無機高分子：主鏈和側鏈均無碳原子。主鏈和側鏈均無碳原子。第11頁/共3

8、4頁122.命名命名I. 習慣命名法習慣命名法天然高分子天然高分子一般有與其來源、化學性能、作用、主要用途相關的專用名稱。一般有與其來源、化學性能、作用、主要用途相關的專用名稱。如纖維素（來源）、核酸（來源與性能）、酶（化學作用）。如纖維素（來源）、核酸（來源與性能）、酶（化學作用）。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)縮聚縮聚反應合成的高分子（反應合成的高分子（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、通過鏈式聚合反應合成的共聚物：）由兩種單體通過鏈式聚合反應合成的共聚物： 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”+ +高分子主鏈結構中的特征功能團：高分子主鏈結構中的特征功能團： 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 有機玻璃有機玻璃 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聚合反應的分類聚合反應的分類按單體和聚合物的按單體和聚合物的組成結構變化分類組成結構變化分類 按聚合機理分類按聚合機理分類加聚反應加聚反應縮聚反應縮聚反應逐步聚合逐步聚合連鎖聚合連鎖聚合聚合反應：聚合反應：由低分子單體合成聚合物的反應。由低分子

12、單體合成聚合物的反應。1.3 聚合反應開環(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稱為加聚反應，反應產(chǎn)物稱為加聚物。其特征是：o加聚反應往往是烯類單體 鍵加成的聚合反應，無官能團結構特征，多是碳鏈聚合物；o加聚物的元素組成與其單體相同，僅電子結構有所改變；o加聚物分子量是單體分子量的整數(shù)倍。（1）加聚反應（Addition Polymerization)按單體-聚合物的結構變化分類無副產(chǎn)物第17頁/共34頁18 是官能團單體多次縮合成聚合物的反應； 兼有縮合出低分子和聚合成高分子的雙重含義； 反應產(chǎn)物稱為縮聚物。其特征是：o縮聚反應通常是官能團間的聚合反應；o反應中有低分

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的結構特征, ,如 -OCO-， -NHCO-，故大部分縮聚物都是雜鏈聚合物；o縮聚物的結構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（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、按反應機理分類也稱鏈式反應，反應需要活性中心。 反應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間很短（零點幾秒到幾秒），所以，聚合物的相對分子質量與時間關系不大。 （1 1）連鎖聚合反應Chain Polymerization 連鎖聚合反應的特征：聚合過程由鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止幾步基元反應組成，各步反應速率和活化能差別很大；反應體系中只存在單體、聚合物和微量引發(fā)劑；進行連鎖聚合反應的單體主要是烯類、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又分為：第21頁/共34頁22逐步聚合反應的特點：（1）反應是通過單體功能基之間的反應逐步進行的；反應是通過單體功能基之間的反應逐步進行的；（2）每一步反應的速率和活化能大致相同；每一步反應的速率和活化能大致相同；（3）反應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)生反應任何中間產(chǎn)物兩分子間都能發(fā)生反應；（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、。分子量隨時間逐步增大，單體轉化分子量隨時間逐步增大，單體轉化率在開始時即可很高。轉化率很高時，分子量才達到較高數(shù)值。率在開始時即可很高。轉化率很高時，分子量才達到較高數(shù)值。（2）逐步聚合（Step Polymerization）第22頁/共34頁23微觀結構高分子的微結構包括結構單元的結構、結構單元相互鍵接的序列結構、結構單元在空間排布的立體構型等。1. 結構單元的結構：決定聚合物的種類和性能最主要因素。2. 序列結構(sequential structure)：鏈結構單元的連接順序。 單體結構和反應條件影響結構單元的連接順序。 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(stereoisomerism)： 原子或取代基在空間排列方式不同引起的。可分為：可分為： 對映體異構對映體異構 (antimer isomerism) 幾何異構幾何異構 (rotamerism) （1 1）對映體異構（又稱手性異構）對映體異構（又稱手性異構） 不對稱不對稱(asymmetric)碳原子上的基團空間排列引起。碳原子上的基團空間排列引起。 全同結構 (isotactic structure) 間同結構 (syndiotactic sturcture) 無規(guī)結構 (random structure)若高分子中含有手性C原子，則其立體構型可有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。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。 順式順式(cis form)異構體異構體 反式反式(trans form) 異構體異構體（2）幾何異構（Stereoisomerism）主鏈上有不飽和鍵所引起的異構現(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構象構象(conformation)（二次結構）（二次結構） 伸展鏈spreading chain 無規(guī)線團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(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 體形宏觀結構其它新型結構的高分子，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 官能團單體，官能團單體，如：如： 線型縮聚中，單體須具有兩個反應能力的線型縮聚中，單體須具有兩個反應能力的官能團官能團，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，