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第一章、第一章、概概论论高分子的基本概念高分子的基本概念高分子的基本特征高分子的基本特征高分子的结构与一般性质高分子的结构与一般性质高分子的命名和分类高分子的命名和分类••高分子科学是当代发展昀迅速的学科之一高分子科学是当代发展昀迅速的学科之一••高分子科学既是一门应用科学，又是一门基础科学高分子科学既是一门应用科学，又是一门基础科学••高分子科学已经发展成高分子科学已经发展成高分子化学高分子化学和和高分子物理高分子物理两两个主要分支个主要分支本章内容本章内容1.1.1.1.高分子的基本概念高分子的基本概念高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由共价键键联的一类化合物高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由共价键键联的一类化合物高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物子、高聚物、聚合物……这些术语一般可以通用这些术语一般可以通用PolymerMacromolecule…1.1.高分子的定义高分子的定义Polymer：A.“Polymeric”J.Berzelius,1832年“一些原子相对比例数目相等而绝对数目不等的物质”B.“Polymerization”Amold，1896年，《化学总结》引述“HCHO、CH3COOH、C3H6O3的聚合作用”C.“StudiesonPolymerization”Simon,1893年，“Styrol”－StyreneBlythandF.Hoffman,PS－PolystyreneD.Hermann.Staudinger,1920年，观点：“大量的分子，可能是成百个分子，结合直到建立起大分子间的平衡，此平衡依赖于温度、溶度、溶剂”四个重要结果：a）聚合物不是聚合胶体，而是具有普通价键的长链分子，b）这种链的链端没有自由价，而是为特殊官能团所终止，c）通过测定端基浓度可以估算聚合物的平均链长，d）长链分子可以结晶，晶胞或晶体的大小都与线性高分子的长度无关。1953年，获NobelPrize。Apolymerisalargemolecule(macromolecule)composedofrepeatingstructuralunits.Thesesubunitsaretypicallyconnectedbycovalentchemicalbonds.Amacromoleculeisaverylargemoleculecommonlycreatedbysomeformofpolymerization.---摘自WikiPolymerPolymer：具有一定重复单元的：具有一定重复单元的合成产物合成产物，一般不包括，一般不包括天然高分子天然高分子MacromoleculeMacromolecule：相对分子质量很大的一类化合物，包：相对分子质量很大的一类化合物，包括天然高分子和合成高分子，也包括无一定重复单元的括天然高分子和合成高分子，也包括无一定重复单元的复杂大分子复杂大分子高分子的分子量：高分子的分子量：高分子：相对分子质量大于高分子：相对分子质量大于101044，一般在，一般在101044～～101066之间之间低分子：相对分子质量小于低分子：相对分子质量小于101033高聚物：高聚物：低聚物，齐聚物（低聚物，齐聚物（OligomerOligomer）：）：高聚物与低聚物的比较合理的理解：高聚物与低聚物的比较合理的理解：以结构中重复单元的数量为基础，当结构单元数超过一以结构中重复单元的数量为基础，当结构单元数超过一定数目时（如定数目时（如10001000--20002000），聚合物的性质几乎与分子量），聚合物的性质几乎与分子量无关。无关。这一性质使其成为低聚物与高聚物之间比较满意的分界这一性质使其成为低聚物与高聚物之间比较满意的分界线。线。------摘自摘自《《当代聚合物化学当代聚合物化学》》2.2.高分子的基本概念：高分子的基本概念：（（11）主链（）主链（mainchainmainchain）：）：（（22）侧链或侧基（）侧链或侧基（sidechainorsidegroupsidechainorsidegroup）：）：（（33）单体（）单体（monomermonomer）：）：（（44）（结构）重复单元（）（结构）重复单元（constitutionalrepeatingconstitutionalrepeatingunitunit）：）：（（55）结构单元（）结构单元（structuralunitstructuralunit）：）：（（66）单体单元（）单体单元（monomerunitmonomerunit）：）：（（77）聚合度：（）聚合度：（degreeofpolymerizationdegreeofpolymerization）：）：zz合成聚合物的起始原料称为合成聚合物的起始原料称为单体单体（（MonomerMonomer））zz在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为结构单结构单元元（（StructuralunitStructuralunit））聚合一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过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共价键重复连接而成。重复连接而成。例如：聚苯乙烯例如：聚苯乙烯A.由一种结构单元组成的高分子由一种结构单元组成的高分子CH2CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnCH2CHn缩写成缩写成zznn表示重复单元数，也称为链节数表示重复单元数，也称为链节数,,在此等于在此等于聚合度聚合度zz聚合度聚合度（（DegreeofpolymerizationDegreeofpolymerization））聚合度是衡量高分子大小的一个指标。聚合度是衡量高分子大小的一个指标。有两种表示法：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，记作以大分子链中的重复单元数目表示，记作结构单元结构单元＝＝单体单元单体单元＝＝重复单元重复单元＝＝链节链节DPzz结构单元有时也称为结构单元有时也称为单体单元单体单元（（MonomerunitMonomerunit））重复重复单元单元(Repeatingunit(Repeatingunit））,,链节链节(Chainelement(Chainelement））Xn在这里在这里,,两种聚合度相等，都等于两种聚合度相等，都等于nn••另一种情况另一种情况：式中式中::MMnn是高分子的分子量是高分子的分子量MMoo是结构单元的分子量是结构单元的分子量由聚合度可计算出高分子的分子量：由聚合度可计算出高分子的分子量：结构单元结构单元＝＝重复单元重复单元＝＝链节链节≠≠单体单元单体单元nH2N-(--CH2-)-COOH--NH-(--CH2-)-CO--nnH2O+55Xn=DP=nH--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OHn此时此时，，两种结构单元构成一个重复结构单元两种结构单元构成一个重复结构单元结构单元结构单元结构单元结构单元重复结构单元重复结构单元H2N(CH2)6NH2+HOOC(CH2)4COOHB.由两种结构单元组成的高分子由两种结构单元组成的高分子尼龙尼龙--6666则具有这一特征：则具有这一特征：(2n-1)H2O+结构单元结构单元≠≠重复单元重复单元≠≠单体单元单体单元••单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子但,重复单元＝链节重复单元＝链节注意：注意：MMoo两种结构单元的分子量两种结构单元的分子量之和之和x,yx,y为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任意的：为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任意的：∼∼M1M2M1M1M2M1M2M2M2∼∼在这种情况下，无法确定它的重复单元在这种情况下，无法确定它的重复单元。。由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为共聚物共聚物例如：丁苯橡胶例如：丁苯橡胶----(CH2--CH=CH--CH2-)--(-CH2--CH-)----xyn3.由无规由无规则则排列的结构单元组成的高分子排列的结构单元组成的高分子由一种单体聚合而成的高分子称为由一种单体聚合而成的高分子称为均聚物均聚物1.2.1.2.高分子的基本特征高分子的基本特征zz分子量大是高分子的根本性质分子量大是高分子的根本性质高分子的许多特殊性质都与分子量大有关，高分子的许多特殊性质都与分子量大有关，如：如：aa、高分子的溶液性质：、高分子的溶液性质：难溶，甚至不溶，溶解过程往往要经过溶胀阶段难溶，甚至不溶，溶解过程往往要经过溶胀阶段溶液粘度比同浓度的小分子高得多溶液粘度比同浓度的小分子高得多bb、分子之间的作用力大、分子之间的作用力大,,只有液态和固态只有液态和固态,,不能汽化不能汽化cc、固体聚合物具有一定的力学强度、固体聚合物具有一定的力学强度,,可抽丝、能制膜可抽丝、能制膜（（11））..分子量大分子量大••分子量多大才算是高分子？分子量多大才算是高分子？其实，并无明确界限，一般其实，并无明确界限，一般••高分子的强度与分高分子的强度与分子量密切相关子量密切相关------10001000--------1000010000----------低分子低分子过渡区（齐聚物）过渡区（齐聚物）高聚物高聚物一般高分子的分子量在一般高分子的分子量在101044～～101066范围范围超高分子量的聚合物超高分子量的聚合物的分子量高达的分子量高达101066以上以上ABCA点是初具强度的昀低聚合度，点是初具强度的昀低聚合度，AA点以上强度随分子链迅速增加点以上强度随分子链迅速增加BB点是临界点，强度增加逐渐减慢点是临界点，强度增加逐渐减慢CC点以后强度不再明显增加点以后强度不再明显增加zz不同高分子初具强度的聚合度和不同高分子初具强度的聚合度和临界点的聚合度不同临界点的聚合度不同，如，如AB尼龙40150纤维素60250乙烯基100400聚合物AB尼龙40150纤维素60250乙烯基100400聚合物分子量过大分子量过大,,聚合物熔体粘度过高聚合物熔体粘度过高,,难以成型加工难以成型加工达到一定分子量，保证使用强度后，不必追求过高的达到一定分子量，保证使用强度后，不必追求过高的分子量分子量••高分子的加工性能与分子量有关高分子的加工性能与分子量有关常用的聚合物的分子量（万）常用的聚合物的分子量（万）塑料塑料分子量分子量纤维纤维分子量分子量橡胶橡胶分子量分子量聚乙烯聚乙烯66～～3030涤纶涤纶1.81.8～～2.32.3天然橡胶天然橡胶2020～～4040聚氯乙烯聚氯乙烯55～～1515尼龙尼龙--661.2661.2～～1.81.8丁苯橡胶丁苯橡胶1515～～2020聚苯乙烯聚苯乙烯1010～～3030维呢纶维呢纶66～～7.57.5顺丁烯胶顺丁烯胶2525～～3030(2).(2).分子量具有多分散性分子量具有多分散性••什么是分子量的多分散性什么是分子量的多分散性（（PolydispersityPolydispersity））？？高分子不是由单一分子量的化合物所组成高分子不是由单一分子量的化合物所组成即使是一种“纯粹”的高分子，即使是一种“纯粹”的高分子，也是由化学组也是由化学组成相同、分子量不等、结构不同的成相同、分子量不等、结构不同的同系聚合物同系聚合物的混合物的混合物所组成所组成这种高分子的分子量不均一这种高分子的分子量不均一((即分子量大小不即分子量大小不一、参差不齐）的特性，就称为分子量的多分一、参差不齐）的特性，就称为分子量的多分散性散性因此应注意：因此应注意：一般测得的高分子的分子量都是平均分子量一般测得的高分子的分子量都是平均分子量聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同相同••平均分子