第1章---高分子基本概念

1、第一章 高分子基本概念,11 高分子化合物的定義 12 高分子化合物命名與分類 13 高分子化合物的分子量,高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由共價鍵連接的一類化合物,高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物 這些術(shù)語一般可以通用 Macromolecules, High Polymer, Polymer,什么是高分子？,11 高分子化合物的定義,一、高分子與低分子的區(qū)別：,1. 分子量：,103，104106 高分子,一、高分子與低分子的區(qū)別,二、高分子化合物分子組成,2.性質(zhì)特點(diǎn)：,1) 不能氣化，,2) 難溶，先溶脹,3) 溶液粘度大,4) 物理力學(xué)性能，加工性能

2、較好 有較高的強(qiáng)度、彈性， 可做材料使用，可抽絲，或制成薄膜。,隨分子量增大，聚合物性質(zhì)由量變到質(zhì)變。 有一定強(qiáng)度和彈性。,塑料 分子量 纖維 分子量 橡膠 分子量 聚乙烯 630 滌綸 1.82.3 天然橡膠 2040 聚氯乙烯 515 尼龍-66 1.21.8 丁苯橡膠 1520 聚苯乙烯 1030 維呢綸 67.5 順丁烯膠 2530,常用的聚合物的分子量（萬）,低分子: 氣、液、固 高分子：液、固,二、高分子化合物分子組成,化合物組成并不復(fù)雜,由簡單結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成。,1.由一種結(jié)構(gòu)單元組成的高分子,2.由兩種結(jié)構(gòu)單元組成的高分子,3.由無規(guī)排列的結(jié)構(gòu)單元組成的高分子,合成聚合物的

3、起始原料稱為單體（Monomer） 在大分子鏈中出現(xiàn)的以單體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的原子團(tuán)稱為結(jié)構(gòu)單元（Structure unit）,聚合,一個大分子往往是由許多相同的、簡單的結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵重復(fù)連接而成。 例如：聚苯乙烯,1.由一種結(jié)構(gòu)單元組成的高分子,縮寫成,n 表示重復(fù)結(jié)構(gòu)單元數(shù)，也稱為鏈節(jié)數(shù), 在此等于聚合度。 聚合度（Degree of polymerization） 聚合度是衡量高分子大小的一個指標(biāo)。 有兩種表示法： 以大分子鏈中的結(jié)構(gòu)單元數(shù)目表示，記作 以大分子鏈中的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元數(shù)目表示，記作,結(jié)構(gòu)單元單體單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元鏈節(jié),結(jié)構(gòu)單元有時也稱為單體單元（Monomer unit）、 重

4、復(fù)結(jié)構(gòu)單元（structural repeat unit）。重復(fù)結(jié)構(gòu)單元是高分子鏈中重復(fù)出現(xiàn)的單元，即鏈節(jié)（chain element）。,?,在這里,兩種聚合度相等，都等于 n,另一種情況：,式中: M 是高分子的分子量 M0 是結(jié)構(gòu)單元的分子量,由聚合度可計算出高分子的分子量：,結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元鏈節(jié) 單體單元,此時 ，兩種結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成一個重復(fù)結(jié)構(gòu)單元,結(jié)構(gòu)單元 結(jié)構(gòu)單元,重復(fù)結(jié)構(gòu)單元,2.由兩種結(jié)構(gòu)單元組成的高分子,合成尼龍-66則具有另一特征：,結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)結(jié)構(gòu)單元 單體單元,單體在形成高分子的過程中要失掉一些原子,但, 重復(fù)結(jié)構(gòu)單元鏈節(jié),注意：Mo兩種結(jié)構(gòu)單元的平均分子量。,x,

5、 y為任意值，故在分子鏈上結(jié)構(gòu)單元的排列是任意的： M1M2M1M1M2M1M2M2M2 在這種情況下，無法確定它的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，僅 結(jié)構(gòu)單元單體單元,由兩種或兩種以上的單體聚合而成的高分子則稱為共聚物。 例如：丁苯橡膠,3. 由無規(guī)排列的結(jié)構(gòu)單元組成的高分子,由一種單體聚合而成的高分子稱為均聚物。,12 高分子化合物的命名和分類,一、命名 （1）習(xí)慣命名法,以單體名稱為基礎(chǔ)，在前面加“聚”字 乙烯 丙烯 氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 取單體簡名，在后面加“樹脂” 、“橡膠”二字 如 苯酚 甲醛 酚醛樹脂 尿素 甲醛 脲醛樹脂 甘油 鄰苯二甲酸酐 醇酸樹脂

6、 丁二烯 苯乙烯 丁苯橡膠,（2）商品命名法 合成纖維最普遍，我國以“綸”作為合成纖維的后綴 滌綸 聚對苯二甲酸乙二醇酯（聚酯） 丙綸 聚丙烯 錦綸 聚酰胺（尼龍），后面加數(shù)字區(qū)別,聚酰胺 聚酯 聚氨酯 聚醚,以高分子鏈的結(jié)構(gòu)特征命名,第一個數(shù)字表示二元胺的碳原子數(shù) 第二個數(shù)字表示二元酸的碳原子數(shù) 只附一個數(shù)字表示內(nèi)酰胺或氨基酸的碳原子數(shù),數(shù)字含義,尼龍66,尼龍6,（3）系統(tǒng)命名法（IUPAC命名）,聚 (1苯基乙烯 ) Poly(1-phenylethylene),例子:,1) 確定重復(fù)結(jié)構(gòu)單元； 2) 按規(guī)定排出重復(fù)結(jié)構(gòu)單元中的二級單元循序：規(guī)定主鏈上帶取代基的C原子寫在前，含原子最少的

7、基團(tuán)先寫； 3) 給重復(fù)結(jié)構(gòu)單元命名：按小分子有機(jī)化合物的IUPAC命名規(guī)則給重復(fù)結(jié)構(gòu)單元命名； 4) 給重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的命名加括弧，并冠以前綴“聚”。,（4）英文縮寫,性 質(zhì) 和 用 途,塑 料,纖 維,橡 膠,涂 料,膠粘劑,功能高分子,以聚合物為基礎(chǔ)，加入（或不加）各種助劑和填料，經(jīng)加工形成的塑性材料或剛性材料。,具有可逆形變的高彈性材料。,纖細(xì)而柔軟的絲狀物，長度至少為直徑的100倍。,涂布于物體表面能成堅(jiān)韌的薄膜、起裝飾和保護(hù)作用的聚合物材料,能通過粘合的方法將兩種以上的物體連接在一起的聚合物材料,具有特殊功能與用途但用量不大的精細(xì)高分子材料,二、分類,來 源,天然高分子：自然界天然存

8、在的高分子。,半天然高分子：經(jīng)化學(xué)改性后的天然高分子。,主鏈元素（鏈原子）組成,碳鏈高分子：主鏈（鏈原子）完全由C原子組成。,雜鏈高分子：鏈原子除C外，還含O,N,S等雜原子。,元素有機(jī)高分子：鏈原子由Si,B,Al,O,N,S,P等雜原子組成。,合成高分子：由單體聚合人工合成的高分子。,熱塑性塑料加熱軟化，冷卻硬化，再加熱可再次軟化，可反復(fù)操作，如：PE、PP、PS 等。 熱固性塑料加熱軟化，隨即發(fā)生固化反應(yīng)，固化后，再次加熱不再軟化，如：酚醛樹脂（C階段）等。,熱行為,碳鏈高分子,雜鏈高分子,元素有機(jī)高分子,聚乙烯,聚丙烯,聚乙二醇,尼龍6,聚二甲基硅氧烷,即使是一種“純粹”的高分子，也是

9、由化學(xué)組成相同、分子量不等、結(jié)構(gòu)相似的同系聚合物的混合物所組成. 低分子化合物和高分子化合物的“純物質(zhì)”概念的區(qū)別：,高聚物分子量的多分散性：人工合成 高聚物分子量的單分散性：天然生物,13 高聚物分子量,一. 分子量具有多分散性,什么是分子量的多分散性（Polydispersity）？ 高分子不是由單一分子量的化合物所組成。,CH3OH,CH3CH2OH,低分子化合物,高分子化合物,由于在聚合反應(yīng)中，受各種因素的影響，無法使各大分子鏈增長到同一長度。,這種高分子的分子量不均一(即分子量大小不一、參差不齊）的特性，就稱為分子量的多分散性. 因此應(yīng)注意： 一般測得的高分子的分子量都是平均分子量；

10、 聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同。,在高聚物中，可把同系物看作一種高聚物的純物質(zhì)有兩個原因：,1.合理性 2.可能性,因此，一種“純粹”的高分子，是由化學(xué)組成相同、結(jié)構(gòu)相似，但分子量大小不等的同系聚合物的混合物所組成.,平均分子量的表示方法 若有一高聚物試樣，共有N個分子 分子量： 分子數(shù)： 數(shù)量分?jǐn)?shù)：,：高聚物分子量按分子數(shù)量的分布函數(shù) ：高聚物分子量按數(shù)量分?jǐn)?shù)的分布函數(shù),（i聚體的數(shù)量分?jǐn)?shù)）,假若有一塊高聚物的試樣，總重量為W克 分子量： 重 量： 重量分?jǐn)?shù)：,：高聚物分子量按分子重量的分布函數(shù) ：高聚物分子量按重量分?jǐn)?shù)的分布函數(shù),（i聚體的重量分?jǐn)?shù)）,（i聚體的的重量i聚體的

11、分子數(shù) i聚體的分子量）,數(shù)均分子量,按聚合物中含有的分子數(shù)目統(tǒng)計平均的分子量 高分子樣品中所有分子的總重量除以其分子(摩爾)總數(shù),式中，Wi，Ni，Mi分別為i-聚體的重量、分子數(shù)、分子量 i = 1 數(shù)均分子量是通過依數(shù)性方法(冰點(diǎn)降低法、沸點(diǎn)升高法、滲透壓法、蒸汽壓法) 和端基滴定法測定,式中符號意義同前 測定方法：光散射法,重均分子量（ Weight-average molecular weight） 是按照聚合物的重量進(jìn)行統(tǒng)計平均的分子量。 i-聚體的分子量乘以其重量分?jǐn)?shù)的加和。,Z均分子量（Z-average molecular weight ） 按照Z值統(tǒng)計平均的分子量,測定方法

12、：超離心法 三種分子量可用通式表示：,粘均分子量（Viscosity- average molecular weight）,一般， 值在0.50.9之間，故,Z,高聚物的平均分子量：,舉例：設(shè)一聚合物樣品，其中分子量為104的分子有10 mol, 分子量為105的分子有5 mol, 求分子量。 （ 設(shè) =0.6）,Mz Mw Mv Mn，Mv略低于Mw Mn靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分對Mn影響較大。 Mw靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分對Mw影響較大。 一般用Mw來表征聚合物比Mn更恰當(dāng)，因?yàn)榫酆衔锏男阅苋鐝?qiáng)度、熔體粘度更多地依賴于樣品中較大的分子。,討論：,單獨(dú)一種

13、平均分子量不足以表征聚合物的性能，還需要了解分子量多分散性的程度。, 以分子量分布指數(shù)表示 即重均分子量與數(shù)均分子量的比值，Mw / Mn Mw / Mn 分子量分布情況 1 均一分布 接近 1 (1.5 2） 分布較窄 遠(yuǎn)離 1 (20 50) 分布較寬, 以分子量分布曲線表示,重量分率,平均分子量,高聚物的分子量分布曲線,可通過曲線形狀，直觀判斷分子量分布的寬窄。,多分散指數(shù)：HiMw/Mn（不小于1）,二.高聚物分子量分布,三.分子量大小及分布對力學(xué)性能的影響,分子量和物質(zhì)的性質(zhì)是密切相關(guān)的，是決定物質(zhì)性質(zhì)的一個重要因素。只有分子量高的化合物才有一定的機(jī)械力學(xué)性能，才能作為材料使用。 例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直鏈的烷烴化合物，但是分子量變化很大，其機(jī)械力學(xué)性能因而也有極大的區(qū)別。,高分子的強(qiáng)度與分子量密切相關(guān),A,C,強(qiáng)度,聚合度,B,A 點(diǎn)是初具強(qiáng)度的最低聚合度，A點(diǎn)以上強(qiáng)度隨分子鏈迅速增加。 B 點(diǎn)是臨界點(diǎn)，強(qiáng)度增加逐漸減慢。 C 點(diǎn)以后強(qiáng)度不再明顯增加。 不同高分子初具強(qiáng)度的聚合度和臨界點(diǎn)的聚合度不同，如：,A B 尼龍 40 150 纖維素 60 250 乙烯基 100 400聚合物,高分子的加工性能與分子量有關(guān)：,分子量過大, 聚合物熔體粘度