大化版高分子材料化學(xué)

第七章

高分子材料化學(xué)高分子高分子化合物高聚物、聚合物天然人工合成纖維、淀粉、蛋白質(zhì)傳統(tǒng)功能塑料、橡膠、纖維

離子交換樹脂、高分子藥物等7.1高分子化合物概述

基本概念分類及命名高分子合成1基本概念高分子是由許多特定結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵重復(fù)連接而成的分子長鏈。

高分子相對分子質(zhì)量很大，但組成并不復(fù)雜。例:_[_CH2_CH_]_nCH2=CHCl

----CH2__CH__CH2__CH__CH2__CH---ClClCl單體聚合物鏈節(jié)常簡寫為:[CH2_CH]nCl

單體：鏈節(jié)：能夠提供結(jié)構(gòu)單元的低分子化合物

聚合度：高分子鏈中的鏈節(jié)重復(fù)的數(shù)目“n”它是衡量高分子大小的重要指標(biāo)，一般大于100。結(jié)構(gòu)單元高分子化合物實(shí)際是由若干相對分子質(zhì)量不同的同系聚合物組成，是混合物。通常所說的高分子化合物的相對分子質(zhì)量和聚合度都是平均值,并不代表每個具體分子的真實(shí)數(shù)值。

聚苯乙烯單體

CH2=CH-C6H5聚合度

nC6H5C6H5C6H5----CH2__CH__CH2__CH__CH2__CH----nCH2=CHC6H5C6H5鏈節(jié)CH2__CHC6H5簡寫[CH2__CH]n2

分類及命名（1）.分類①按性能和用途分類a塑料熱塑性塑料受熱軟化變形，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。熱固性塑料

順式聚異戊二烯天然橡膠合成橡膠順丁橡膠丁苯橡膠硅橡膠聚氨酯橡膠等b橡膠c纖維滌綸(聚對苯二甲酸乙二醇酯)腈綸(聚丙烯腈PAN)氯綸(聚氯乙烯PVC)

尼龍-66(聚己二酰己二胺)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試劑、高分子半導(dǎo)體等e功能高分子d膠粘材料聚醋酸乙烯酯粘合劑等

②按主鏈結(jié)構(gòu)分類碳鏈聚合物雜鏈聚合物元素有機(jī)聚合物主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。主鏈除碳原子外，還含有O、S、N等雜原子。如聚醚、聚酯、聚酰胺。主鏈由Si、B、Al與O、S、P、N等原子組成，但側(cè)基為有機(jī)基團(tuán)。如有機(jī)硅橡膠。（2）命名①按單體結(jié)構(gòu)特征命名一種單體聚合而成

“聚”+單體名如聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。兩種不同單體聚合而成單體簡稱后加“樹脂”、“橡膠”、“共聚物”等后綴如酚醛樹脂、丁苯橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等。②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。聚己二酰己二胺聚對苯二甲酸乙二醇酯聚酰胺類聚酯類H[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]nOHNHCOHO[COCOO(CH2)2O]nHCOO聚酰胺類稱為“尼龍”商品名：尼龍-66③按商品名命名后加的兩個數(shù)字,分別代表單體二元胺和二元酸的碳原子數(shù)。如聚己二酰己二胺[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]n如聚癸二酰癸二胺[NH(CH2)10NHCO(CH2)8CO]n商品名：尼龍-1010合成纖維通常以“綸”作后綴

尼龍-66(也稱錦綸-66)滌綸(聚對苯二甲酸乙二醇酯)腈綸(聚丙烯腈)

氯綸(聚氯乙烯)

另外，采用國際通用英文縮寫符號，讀寫更為方便。聚氯乙烯PVC聚丙烯腈PAN聚甲基丙烯酸甲酯PMMA3高分子合成（1）.加聚反應(yīng)

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)。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。定義特點(diǎn)無副產(chǎn)物聚合物的化學(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。

nCH2=CHCH3nCH2=CH2+nCH2=CHCl[CH2-CH]nCl[CH2__CH2__CH2__CH]nCH3（2）縮聚反應(yīng)由單體官能團(tuán)之間縮合而形成的高聚物,同時析出低分子化合物的反應(yīng)。

定義特點(diǎn)有副產(chǎn)物聚合物的化學(xué)組成與單體組成不相同。聚合物分子量不是單體分子量的整數(shù)倍。縮聚物中留有官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征。

縮聚反應(yīng)兼有縮合出低分子和聚合成高分子的雙重意義。

[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]nnH2N(CH2)6NH2+

nHOOC(CH2)4COOH+(2n-1)H2O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66

開環(huán)聚合異構(gòu)化聚合氫轉(zhuǎn)移聚合等（3）.其他聚合反應(yīng)nCH2-CH2

O開環(huán)[OCH2CH2]7.2高分子結(jié)構(gòu)與性能高分子的幾何結(jié)構(gòu)高分子化合物的力學(xué)狀態(tài)1高分子的幾何結(jié)構(gòu)

高分子鏈的結(jié)構(gòu)可以分為三種類型：(1)線型高分子一般具有彈性、塑性，在適當(dāng)?shù)娜軇┲心苋芙?、溶脹，加熱可以軟化、熔?(2)支鏈型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起，因此加熱能熔化，并能溶于適當(dāng)溶劑中。(3)體型高分子

既不能溶解、也不能熔融,個別只能溶脹。高分子長鏈與長鏈之間通過化學(xué)鍵交聯(lián)而成，具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。高分子化合物的力學(xué)狀態(tài)（1）線型非晶態(tài)高聚物呈現(xiàn)三種力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)TbTgTfTd過渡區(qū)溫度形變Tb—脆化點(diǎn)Tg—玻璃化溫度Tf—粘流溫度Td—分解溫度a玻璃態(tài)

分子鏈及鏈段都不能運(yùn)動，具有固定的形狀。

普彈形變b高彈態(tài)

分子鏈不能運(yùn)動，但鏈段能運(yùn)動，具有彈性。

高彈形變c粘流態(tài)分子鏈及鏈段都能運(yùn)動，具有塑性。玻璃化溫度(Tg)玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度粘流溫度(Tf)高彈態(tài)與粘流態(tài)間的轉(zhuǎn)變溫度橡膠使用的溫度范圍在Tg～Tf之間；塑料使用的上限溫度為Tg。5高分子化合物的化學(xué)變化

高分子鏈上的官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)。（1）官能團(tuán)反應(yīng)～CH2CHCH2CH～OHOHHCHO～CH2CHCH2CH～OO-CH2-+如-H2O特點(diǎn)：聚合度基本不變（2）降解反應(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，高聚物變軟而失去機(jī)械強(qiáng)度。降解反應(yīng)可分為熱降解、氧化降解、化學(xué)降解、機(jī)械降解、光降解等。5高分子化合物的化學(xué)變化（1）官能團(tuán)反應(yīng)特點(diǎn)：聚合度基本不變

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)。（3）交聯(lián)反應(yīng)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。++SCHCHCHCHCHCHCHCHSSXS高分子化合物的老化在熱、氧、水、化學(xué)介質(zhì)、光、微生物的綜合作用下，聚合物的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)會發(fā)生一系列變化，物理性能也會相應(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)稱為老化。7.3新型高分子材料塑料合成橡膠高分子復(fù)合材料功能高分子材料1塑料塑料是一種可塑性的高分子材料，在加工過程中可以處于“塑性”狀態(tài)。①熱塑性塑料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，可如此反復(fù)處理，其性能基本不變。（1）分類②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)，成為體型結(jié)構(gòu)。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)量較低的粘性液體或易熔固體。熱固性塑料，再次加熱不能熔融成型。（2）幾種重要塑料①聚四氟乙烯(PTFE)nCF2=CF2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-180～260℃范圍內(nèi)長期使用,不與任何強(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,摩擦系數(shù)極低,僅為0.04。優(yōu)點(diǎn)：[CF2CF2]n它對其他物質(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體絕緣材料。缺點(diǎn)：強(qiáng)度低剛性不夠，影響零件尺寸穩(wěn)定性。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,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?。[CH

CH2]n[CH2CH=CHCH2]m[CHCH2]p

C6H5CN苯乙烯丁二烯丙烯腈共聚物(ABS)2合成橡膠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)，鏈段易于運(yùn)動，富于彈性。幾種重要的合成橡膠：順丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠和聚氨酯橡膠等。3高分子復(fù)合材料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?！安Ａт摗痹鰪?qiáng)材料：玻璃纖維基體：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、電絕緣性、易加工性以及使材料強(qiáng)度增強(qiáng)等特性,具有優(yōu)異的綜合性能。4功能高分子材料1.活性碳纖維比表面積大：1000~3000m2/g——極高的吸附容量。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，布等應(yīng)用：工業(yè)：廢水廢氣凈化，貴金