青海大学高分子化学01绪论.

高分子化学1化工学院应用化学系教材：《高分子化学》潘祖仁等主编E-mail：[e-mail]地点：化工楼206/3022授课计划应化专业：本学期1～12周，48学时课程内容：教材的1、2、3（5）、4、6、7章成绩占比：作业：20%考勤：10%课堂提问：10%期末考试：60%课程特点：课时少、内容多，所以要求作好课堂笔记，以笔记为主第一章绪论3第一章绪论4高分子化学研究高分子化合物合成和反应的一门科学；广义讲还涉及聚合物结构和性能——高分子物理高分子科学是当代发展最迅速的学科之一高分子科学既是一门应用科学，又是一门基础科学，是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科高分子化学与我们的生活息息相关......5服装、电器、轮胎、油漆第一章绪论6服装、电器、轮胎、油漆1.衣料：的确良-涤卡-涤纶-腈纶-维纶-仿亚麻-仿真丝-聚酯、聚酰胺等等2.家电：电视-冰箱-电脑-电话-台灯等等3.……第一章绪论衣食住行……7家装材料第一章绪论8汽车、飞机制造业第一章绪论9日用品第一章绪论10工业-建筑业、电子业、交通运输业、机械工业等建筑材料第一章绪论11电子产品第一章绪论12农牧业-薄膜、水利排灌、农机件、渔网第一章绪论13国防建设-装备轻微型化、航空航天业高分子分离膜-化学工程、生物制药、食品加工、环境保护、污水净化超过滤膜分离实验（盐化工-化工专业实验）第一章绪论低分子高分子（合成）结构应用性能14高分子化学高分子物理高分子成型合成和反应第一章绪论高分子化学：研究高分子化合物合成和反应的一门科学；广义讲还涉及聚合物结构和性能——高分子物理第一章绪论第一节高分子的基本概念第二节高聚物的分类和命名第三节聚合反应分类第四节分子量及其分布第五节高聚物的结构第六节高分子化学发展简史1516高分子化合物→大分子化合物→大分子→高聚物→聚合物第一节高分子的基本概念高分子化合物由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成，并具有一定的机械性能，分子量高达104～107第一章绪论高分子化合物与一般小分子化合物相比具有以下特点价键连接：德国的斯陶丁格（Staudinger）提出的长链型分子结构相对分子质量大：一般为104～107多种原子：CHONSClPSiF17第一章绪论18单体能通过聚合反应形成高分子化合物的低分子化合物称为单体聚合CH2CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHn例如聚苯乙烯由苯乙烯结构单元重复键接而成单体CH2CHn聚合物第一章绪论合成聚合物的原料19第一章绪论结构单元（StructuralUnit）在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为～许多结构单元连接成线形大分子似链子，故又叫做链节结构单元重复单元链节CH2CH20一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成一由一种结构单元组成的高分子CH2CHn链节数第一章绪论单体单元=结构单元=重复单元=链节聚苯乙烯其结构单元与单体单元的元素组成相同，只是电子结构有所改变，所以也称单体单元，因此第一种情况21结构单元数或重复单元数称为聚合度聚合度是衡量高分子大小的一个指标n表示重复单元数，也称为链节数，在此等于聚合度聚合度有两种表示法：以大分子链中的结构单元数目表示，记作以大分子链中的重复单元数目表示，记作nxDP第一章绪论聚合度22由一种结构单元组成的高分子，聚合度=结构单元数=重复单元数CH2CHn由聚合度可计算出高分子的分子量00nMDPMxMM是高分子的分子量M0是结构单元的分子量nDPxn第一章绪论例：聚氯乙烯重复单元数DP=800～2400M0=62.5∴M=5万～15万23第一章绪论第一章绪论nH2O+nH2NCOOHNHCOn(CH2)5(CH2)524第二种情况结构单元=重复单元=链节单体单元nDPxn00nMDPMxM仍符合但注意：M0是结构单元的分子量25H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OHn方括中的重复单元由两种结构单元组成，是两种单体经聚合反应失H2O后的结果（伴有小分子化合物生成），所以要注意这种高聚物的单体单元结构单元重复单元＝链节结构单元结构单元重复单元H2N(CH2)6NH2+HOOC(CH2)4COOH二由两种结构单元组成的高分子例1尼龙-66(2n-1)H2O+第一章绪论单体在形成高分子的过程中失掉一些原子己二胺己二酸nn第一章绪论26两种结构单元总数称作聚合度，以表示，所以这种聚合物的结构单元数是重复单元数的2倍，即=2n聚合物的分子量应该是结构单元数和两种结构单元平均分子量的乘积；或是重复单元数与重复单元分子量的乘积nxnx尼龙-66H2N(CH2)6NH2HOOC-(CH2)4COOH27H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OHn结构单元单体单元重复单元第一章绪论28一分类天然高分子（纤维素、蛋白质、淀粉等）合成高分子（聚酯、聚酰胺等）改性高分子（硫化橡胶）㈠按单体来源分类第二节高聚物的分类和命名第一章绪论29功能高分子是指在高分子主链和侧枝上带有反应性功能基团，并具有可逆或不可逆的物理功能或化学活性的一类高分子胶粘剂是指具有良好的粘合性能，可将两种相同或不相同的物体粘接在一起的连接材料涂料是涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的涂装材料㈡按聚合物的性能和用途分类合成塑料合成橡胶合成纤维涂料胶粘剂功能高分子称为“三大合成材料”：产量最大，与国民经济、人民生活关系密切热塑性塑料（线形或支化聚合物，如聚乙烯等）热固性塑料（体形聚合物，如酚醛树脂等）链接：见纸质讲义的P3第一章绪论30㈢按高分子主链的结构分类⑴碳链聚合物大分子主链完全由碳原子组成绝大部分烯类、二烯类聚合物属于这一类如：聚乙烯、聚氯乙烯⑵杂链聚合物大分子主链中除碳原子外，还有O、N、S等杂原子如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯⑶元素有机聚合物大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P等原子组成，侧基则由有机基团组成如：硅橡胶第一章绪论按反应分：加聚物和缩聚物按参加反应单体分：均聚物（由一种单体进行聚合）共聚物（由两种或两种以上单体进行聚合）无规共聚物嵌段共聚物交替共聚物接枝共聚物31㈣按反应和参加反应的单体分类第一章绪论无规共聚、交替共聚、嵌段共聚、接枝共聚32AAABBAAABBBBABBAABBBABABABABANBABABABABAAAAAAAAAAAAABBBBBBBBAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABBBBBBBBBB无规共聚物交替共聚物嵌段共聚物接枝共聚物第一章绪论㈤按分子链的形状分类高分子链的三种基本形状：线形、支链形和交联形1线形聚合物二官能度单体聚合的结果为线形聚合物。缩聚反应中的二元酸、二元醇、二元胺均为二官能度单体。烯类单体中的π键、环状单体的开环，都相当于2个官能团2支链形聚合物多官能度单体在聚合初期一般先形成支链形聚合物。连锁聚合中链转移反应也会导致支链的产生，如乙烯的聚合33第一章绪论3交联形聚合物交联形聚合物又称网状聚合物或体型聚合物，可看成是许多线形高分子通过化学键连接而成的网状结构交联形聚合物可通过多官能度单体聚合而成，也可通过适当助剂使线形聚合物交联而成线形和支链形聚合物为热塑性聚合物，交联形聚合物为热固性聚合物橡胶一般为轻度交联的交联形聚合物34第一章绪论4其它形状的聚合物除了上述三种基本形状外，还发展了新型结构的高分子，如星形聚合物、梯形聚合物、半梯形聚合物等35图1-4高聚物的形状第一章绪论36按聚合物的热行为分热塑性树脂PEPPPVCPS热固性树脂酚醛树脂按主链的化学结构分聚醚-R-O-R-O-R-O-聚酯-R-COO-RCOO-RCOO-聚酰胺–R1CONH-R2CONH-R1CONH-聚氨酯–R1-OCONHR2NHCOO-R1-O-聚脲（己二胺＋己二异氰酸后述）聚砜（砜＋双酚A后述）㈥其它分类方法第一章绪论37二命名以单体名称为基础，在前面加“聚”字1由一种单体经聚合反应获得的聚合物，常在其单体名称前冠以“聚”字，为聚合物的名称如聚乙烯、聚苯乙烯等2由两种不同单体缩聚生成的聚合物，除了在名称之首冠以“聚”字外，还在名称中反映出经缩聚反应生成的主链中的特征基团如对苯二甲酸和乙二醇缩聚得到的酯，称为聚对苯二甲酸乙二酯等第一章绪论㈠习惯命名法第一章绪论383两种单体共聚，取两种单体的简名，后缀“树脂”二字；对于合成橡胶，往往从共聚单体中各取一字，后缀“橡胶”两字来命名也常将化工厂合成出的未成型的高聚物统称为“树脂”，例如青海谦信化工公司生产的聚氯乙烯（白色粉末状物料）习惯上称为“聚氯乙烯树脂”如苯酚甲醛酚醛树脂尿素甲醛脲醛树脂甘油邻苯二甲酸酐醇酸树脂丁二烯苯乙烯丁苯橡胶394由两种烯类单体共聚所得聚合物的命名是在两种单体名称间联以短划，并冠以“聚”字如聚苯乙烯-丙烯腈（或苯乙烯-丙烯腈共聚物）40商品名以合成纤维最普遍我国以“纶”作为合成纤维的后缀涤纶聚对苯二甲酸乙二酯（聚酯）丙纶聚丙烯锦纶聚酰胺（尼龙-66），后面加数字区别聚酰胺聚酯聚氨酯聚醚第一个数字表示二元胺的碳原子数第二个数字表示二元酸的碳原子数只有一个数字表示内酰胺或氨基酸的碳原子数O-C-O--NH-C-O-OO£-C-NH--O-聚酰胺数字含义5杂链聚合物可按其结构特征命名第一章绪论合成塑料“四烯”聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯合成纤维“四纶”涤纶、锦纶(尼龙)、腈纶、维纶合成橡胶“四胶”顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶41第一章绪论第一章绪论42习惯命名法存在不足：不完善、不严格、混乱如：OCH2CH2n聚环氧乙烷（习惯命名）聚氧乙烯聚氧二亚甲基（按IUPAC结构命名法命名）第一章绪论先确定重复单元结构，再排出重复结构单元的次序：先写侧基最少的元素、再写有取代基的亚某(甲)基，然后写无取代基的亚某基给重复结构单元命名：按小分子有机化合物的IUPAC命名规则给重复结构单元的命名加括弧，并冠以前缀“聚”43㈡系统命名法——IUPACCHCH2n44聚(1－苯基亚乙基)聚(1－氯代亚乙基)第一章绪论45CHCH2n聚(2－苯基亚乙基)Poly(1-phenylethylene)聚(1－苯基亚乙基)Poly(1-phenylethylene)［O(CH2)2O.OCC6H4CO］n聚（氧亚乙基氧对苯二乙酰）第一章绪论聚[1-(甲氧基羰基)-1-甲基亚乙基]聚(亚胺基亚己基亚胺基己二酰）46NH(CH2)6NHCO(CH2)4COnCOOCH3CH3nCCH2第一章绪论47如：聚乙烯（PE）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等㈢英文缩写符号表示法见教材P3表1-1也可用聚合物的英文缩写符号表示第一章绪论一按单体-聚合物结构变化分类48第三节聚合反应分类由低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应凡含有不饱和键（双键、叁键、共轭双键）的化合物或环状低分子化合物，在催化剂、引发剂或辐射等外加条件作用下，通过加成而聚合起来的反应就是加聚反应，反应产物称为加聚物㈠加聚反应第一章绪论49nCH2CHClCH2CHCln加聚反应往往是不饱和化合物键加成的聚合反应，无官能团结构特征，多是碳链聚合物加聚物的元素组成与单体相同，仅电子结构有所改变；加聚物分子量是单体分子量的整数倍如：加聚反应的特征：断裂一个π键形成两个σ键第一章绪论具有两个或两个以上官能团的单体经多次缩合成聚合物的反应，兼有缩合出低分子和聚合成高分子的双重含义，反应产物称为缩聚物如：50nH2N(CH2)6NH2+nHOOC(CH2)4COOHNH(CH2)6NHCO(CH2)4COnHOH+(2n-1)H2O酰胺键㈡缩聚反应第一章绪论51缩聚反应的特征：缩聚反应是官能团间的聚合反应反应中除有聚合物外，还有低分子副产物产生，如水、醇、胺、氯化氢等缩聚物中往往留有官能团的结构特征，如-OCO-、-NHCO-，故大部分缩聚物都是杂链聚合物在组成上，缩聚物和其单体不同缩聚物的结构单元比其单体少若干原子，