高分子化合物基礎(chǔ)解析

Part1高分子化學(xué)研究生學(xué)位課——紡織應(yīng)用化學(xué)一、高分子化合物的涵義1、官能團(tuán)有機(jī)化合物中具有化學(xué)反應(yīng)能力的基團(tuán)，稱為官能團(tuán)。2、官能度化學(xué)反應(yīng)時(shí)，能生成新鍵（共價(jià)鍵）的數(shù)目，叫官能度。乙二醇HOCH2CH2OH具有兩個(gè)羥基，具有兩個(gè)官能團(tuán)，是二官能度的化合物；乙烯CH2=CH2，只有一個(gè)官能團(tuán)，卻是二官能度的化合物。一、基本概念3、高分子化合物：簡(jiǎn)稱高分子或高聚物是由含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的低分子化合物通過(guò)共價(jià)鍵的形式連接而成的產(chǎn)物。4、單體以低分子物為原料合成高分子物時(shí)，能夠形成高分子結(jié)構(gòu)單元的相應(yīng)低分子物稱為單體。二、高分子化合物的基本特性1、高分子物具有很高的分子量2、高分子化合物大分子是以共價(jià)鍵連接的3、高分子物具有多分散性1、高分子物具有很高的分子量幾萬(wàn)至幾百萬(wàn)低分子化合物高分子化合物物質(zhì)分子量物質(zhì)分子量水18淀粉10000~80000乙醇46天然纖維素2000000葡萄糖198錦綸15000~23000丙烯42聚丙烯6000~200000對(duì)苯二甲酸乙二醇酯211滌綸12000~200002、高分子大分子以共價(jià)鍵連接一般高分子物的分子由許多結(jié)構(gòu)相同或相似的結(jié)構(gòu)單元通過(guò)共價(jià)鍵相互結(jié)合而成，可用A'-A-A……-A"或A'-(A)n-2-A"表示。基本鏈節(jié)：式中-(A)-為重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，稱為基本鏈節(jié)。A'和A"表示端基，與A的組成可以相同，也可以不同。聚合度：式中n為組成大分子的基本鏈節(jié)數(shù)目，稱為聚合度，以DP表示。分子量M：是基本鏈節(jié)原子量的總和，即M=MA·DP聚合度和分子量都可以用來(lái)表示高分子物分子的大小。3、高分子物具有多分散性同一種高分子物的大分子，它們的化學(xué)組成基本相同，但其分子量和分子結(jié)構(gòu)可以在一定范圍內(nèi)變化而不影響其物理化學(xué)性質(zhì)，這一特性稱為高分子物的多分散性。分子量多分散性：分子量大小的差異，其程度用分子量分布表示。通常所說(shuō)的高分子物的分子量只是個(gè)平均值。結(jié)構(gòu)多分散性：分子結(jié)構(gòu)的差異。如：聚乙烯醇三、高分子化合物大分子的幾何形狀1、線形大分子2、支鏈型大分子3、體型大分子1、線形大分子線形長(zhǎng)鏈、比較卷曲、沒(méi)有或只有很少側(cè)鏈。由線形大分子組成的高分子物稱為線型高分子物。一般二官能度的單體只能形成線型高分子物

……-A-A-A-A-A-A-……2、支鏈形大分子主鏈上有相當(dāng)數(shù)量的支鏈，支鏈長(zhǎng)短和數(shù)量各不相同。由支鏈形大分子組成的高分子物稱為支鏈型高分子物。如高壓聚乙烯。

A-A-A……A-A-A……

……-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A……A-A-A……3、體型大分子在線形長(zhǎng)鏈之間以共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)起來(lái)，便形成三度空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大分子。由它組成的高分子物稱為體型高分子物。如酚醛樹(shù)脂等?！?A-A-A-A-A-A-A-A-A-A…………-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A…………-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A……二官能度以上的單體能形成體型高分子物。四、高分子化合物的分子間力主價(jià)鍵力次價(jià)鍵力氫鍵范德華力次價(jià)鍵力》主價(jià)鍵力次價(jià)鍵總和大于主鏈上每個(gè)單鍵，拉伸時(shí)主鏈先斷?，F(xiàn)象：無(wú)氣態(tài)1、范德華力色散力：0.8~8kJ/mol取向力：12~21kJ/mol誘導(dǎo)力：6.3~12kJ/mol分子間距離在0.28~5nm時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生范德華力，其作用力大小與距離的6次方成反比色散力原子中電子負(fù)電中心與原子核的正電中心瞬間不重合而產(chǎn)生的瞬時(shí)偶極間的相互作用力。能量：0.2~2千卡/mole，與距離的六次方成反比，與溫度無(wú)關(guān)。

在非極性分子中占分子間力的80~100%誘導(dǎo)力指非極性分子能在極性分子的作用下產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。誘導(dǎo)偶極與永久偶極間的相互作用力稱為誘導(dǎo)力。能量：1.5~3千卡/mole,與距離的六次方成反比。2、氫鍵指氫原子與電負(fù)性較大而半徑較小的原子（如F、O、N）相結(jié)合形成的一種次價(jià)鍵X—H··········Y鍵能：5~10千卡/mol分子間距離小于0.26nm時(shí)，才能產(chǎn)生氫鍵氫鍵=1/10共價(jià)鍵3、內(nèi)聚能和內(nèi)聚能密度內(nèi)聚能ΔE：指1mol分子聚集在一起的總能量，它等于同樣數(shù)量的分子分離時(shí)的總能量。ΔE=ΔHV-RT式中——ΔHV是摩爾蒸發(fā)熱RT是轉(zhuǎn)化為氣體時(shí)所做的膨脹功。3、內(nèi)聚能和內(nèi)聚能密度內(nèi)聚能密度（CED）:是單位體積的內(nèi)聚能

CED=ΔE/Vm式中——Vm為摩爾體積內(nèi)聚能密度<292J/mol：分子間力小，柔順，易變形，有彈性——橡膠內(nèi)聚能密度>418J/mol：分子間力大，有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性——纖維292J/mol<內(nèi)聚能密度<418J/mol：分子間力居中——塑料五、高分子化合物的合成反應(yīng)根據(jù)單體官能團(tuán)的性質(zhì)，制備高分子物的方法大致有：一、縮聚反應(yīng)：聚酯、尼龍66二、加聚反應(yīng)：腈綸、維綸1、縮聚反應(yīng)概念：由含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的單體之間，通過(guò)官能團(tuán)的縮全作用形成大分子且有低分子物生成的過(guò)程。特點(diǎn)：析出某些低分子物，如水、醇、氨、氯化氫等。縮聚物的化學(xué)組成與單體的化學(xué)組成不同。1、縮聚反應(yīng)分類：均縮聚按參加縮聚反應(yīng)的單體組分混縮聚共縮聚線型縮聚按反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)分體型縮聚1、縮聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)常用的官能團(tuán)—OH、—COOH、—NH2、—COX（酰鹵）、—COOR（酯基）、—OCOCO—（酸酐）、—H、—X、—SO3H、

—SO2Cl等。2、加聚反應(yīng)概念：由許多相同或不相同的不飽合單體，通過(guò)加成反應(yīng)生成高分子化合物的過(guò)程。特點(diǎn)：反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有低分子物析出。聚合物的基本鏈節(jié)與單體具有相同的化學(xué)組成。2、加聚反應(yīng)分類：均聚合按參加反應(yīng)的組分（參加反應(yīng)的組分不同）共聚合游離基型聚合按反應(yīng)機(jī)理（活性中心不同）離子型聚合六、高分子化合物的分類和命名1、高分子化合物的命名2、高分子化合物的分類1、高分子化合物的命名天然高分子物按其來(lái)源或性質(zhì)而有的俗稱，如纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等，不能反映該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。合成高分子物結(jié)構(gòu)清楚的，在其重復(fù)單元前+“聚”，如聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯等；結(jié)構(gòu)不清楚的，在其原料名稱后+“樹(shù)脂”，如酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂等商品名稱不反映高分子物結(jié)構(gòu)，但名稱簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，如腈綸、維尼綸、滌綸、丙綸、錦綸、氯綸等1、高分子化合物的命名2、高分子化合物的分類

天然高分子：棉、麻、毛、絲、淀粉、天然龍膠等按其來(lái)源

合成高分子：滌綸、錦綸、聚乙烯、聚氯乙烯等

塑料按其用途

橡膠

纖維

2、高分子化合物的分類

熱塑性：受熱可軟化或變形，能多次反復(fù)加熱模壓，如聚氯乙烯、聚酰胺等，屬于線形高分子物。按受熱性能

熱固性：模壓成型后，再受熱不能軟化，不能多次加熱模壓，如酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂，屬于體形高分子物。

2、高分子化合物的分類

碳鏈高分子物：主鏈均由C組成，如聚乙烯、聚氯乙烯等，不易水解

雜鏈高分子物：主鏈除含C外，還含有按主鏈結(jié)構(gòu)O