高分子化合物的合成和反应、结构与性能间的关系

返回高分子化学与物理高分子化合物的合成和反应、结构与性能间的关系返回高分子科学高分子化学研究聚合反应和高分子化学反应原理，选择原料、确定路线、寻找催化剂、制订合成工艺等。研究聚合物的结构与性能的关系，为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导，是沟通合成与应用的桥梁。高分子物理高分子加工研究聚合物加工成型的原理与工艺。高分子科学的研究内容返回数学物理学工程学其它化学其它学科生命科学电子学高分子科学在科学的整体发展中：高分子科学处于多种学科的交汇点上，为其发展提供了良好的学科环境。返回•高分子具有许多优良性能，高分子材料是当今世界发展最迅速的产业之一，目前世界上合成高分子材料的年产量已经超过1.4亿吨。•塑料、橡胶、纤维、涂料、粘胶剂…几大类高分子材料己广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、包装、建筑、纺织等各个领域。•功能高分子材料：导电高分子、高分子半导体、光导电高分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子材料等近年发展迅速，具有特殊功能。高分子材料的应用据统计，若人们对材料的需求是100%，其中高分子材料占60%。返回现代生活中的高分子材料－塑料返回现代生活中的高分子材料－工程塑料返回现代生活中的高分子材料－橡胶返回•1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到硝化纤维素溶液，制得第一根人造纤维；•1884年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造丝；现代生活中的高分子材料－纤维返回高分子膜是指那些由具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜，能有选择地分离物质。目前应用于海水淡化、反渗透、膜萃取、膜蒸馏等技术领域。建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界上最大的海水淡化厂，日供应淡水12000吨，主要使用醋酸纤维素分离膜装置。高分子分离膜返回•光敏高分子材料以光敏树脂为代表，主要用于照相、印刷制版、印刷集成电路等。•印刷工业应用聚乙烯醇酸酯，光照时交联而不溶而保留下来，得到凸版。•光解性的光刻胶，重氮醌接到酚醛树脂上，光作用下重氮醌分解，图像被保留，分辨率达10纳米。光敏高分子材料返回上世纪50年代人们开始配戴材质是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的隐形眼镜，具有优越的光学特性，又能矫正角膜性散光。1960年捷克学者利用十年的时间发明了软性隐形眼镜的材料，就是一直延用至今的聚甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）。功能高分子材料－隐形眼镜返回发光塑料是近年来兴起的一种新型功能材料。其产品如交通领域通道标识、楼梯标识、标志线；发光涂料、发光开光、发光壁纸、工艺品、玩具、体育休闲用品。功能高分子材料－发光材料返回•竹子地板•地毯则可以选择耐久的PET地毯•主要采用水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料•用于户外美化环境的产品：可以回收的塑料做成长椅、桌子和交通标志牌。高分子材料－建材返回生物降解高分子材料可降解塑料袋承重能力比较低；可降解塑料袋色泽暗淡发黄，透明度低；成本偏高，价格难以接受。返回人造心脏人造关节生物材料返回返回返回天然高分子多糖类,多肽类,核酸OOOOOOO返回DNA分子的双螺旋结构deoxyribonucleicacid两股DNA长链像转圈的楼梯扶手架，围绕一个中心轴盘旋，走向相反，外侧为磷酸基团，内侧为四种碱基，通过碱基对(30亿)的氢键形成双螺旋结构。HOC、N：在碱基中C：在磷酸酯键中P返回DNAandRNA返回H|H2N—C—COOH|RCOOH|H-NH—C—H|R+HCOOH||H2N—C—CONH—C—H||RR肽键C，H，O，N，S蛋白质Protein返回蛋白质Protein返回结晶牛胰岛素的晶体结构含51个氨基酸残基的蛋白质返回核糖核酸酶A(ribonucleaseA)124个氨基酸残基返回主要参考书目•RobertD,Forger.FundamentalPrinciplesofPolymericMaterials,1993•G.R.Strobl,ThePhysicsofPolymer,Springer,1996.•潘才元.高分子化学.中国科技大学出版社,1997•施良和,胡汉杰.高分子科学的今天和明天.化学工业出版社,1994•周其凤,胡汉杰.高分子化学.化学工业出版社,2001•何曼君，陈维孝，董西侠，《高分子物理》，上海，复旦大学出版社，1990年。•马德柱，何平笙等，《高聚物的结构与性能》，北京，科学出版社，1995年。返回第一章绪论高分子化学和物理的基本概念返回章目录:•1.1高分子基本概念•1.2高分子的分类•1.3高分子的命名•1.4聚合反应的分类•1.5聚合物的分子量及其分布•1.6高分子的结构•1.7高分子科学发展简史返回高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高，并由多个结构单元相同的小分子化合物以共价键连接的一类化合物。高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物、聚合物分子这些术语一般可以通用Macromolecules,Polymer常用的高分子的分子量一般高达几万、几十万，甚至上百万，范围在104～106什么是高分子？1.1高分子基本概念返回聚氯乙烯主链CH2-CHCH2-CHCH2-CHClClClH2CCHCl实际上侧基（侧链、支链）是由小分子氯乙烯通过双键打开连接而成的。小分子氯乙烯称为单体。[CH2CHCl]n返回高分子小分子聚合反应Polymerization单体单体——能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子。*注：书P81.3.2中（3）“原料”不准确Monomer什么是单体？返回结构单元Constitutionalunits单体单元monomerUnits聚丙烯CCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H聚乙二醇CHHCHHOCHHCHHOCHHCHHO聚合物分子结构中出现的以单体结构为基础的原子团聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元返回重复组成高分子的最小的结构单元，又称链节。重复单元RepeatingUnitsCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3HCH2CHCH3()n单体单元，结构单元与重复单元一致返回重复单元与结构单元不一致重复单元与结构单元结构单元结构单元重复单元CHHOCHHOCOOHHCO返回结构单元？＝单体单元？＝？重复单元？＝链节结构单元（Constitutionalunits）单体单元（Monomerunit）重复单元(Repeatingunit）链节(Chainelement）单体单元＝结构单元＝重复单元＝链节nPolypropylene返回尼龙66结构单元结构单元重复单元单体单元≠结构单元≠重复单元＝链节H2NNH2HOOHOO+NHHNOO2nH2On+返回nHO－CH2－CH2－OH＋nHOOC－－COOHHO［C－－C－O－CH2－CH2－O］HOOn重复单元结构单元结构单元单体单元≠结构单元≠重复单元＝链节重复单元≥结构单元结论返回聚合度（Degreeofpolymerization）聚合度单个聚合物分子所含单体单元的数目。是衡量高分子大小的一个指标。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链节数n（chainelement)表示重复单元数[CH2CHCl]n返回CHHOCHHOCOOHHCOCHHOCHHOHHHOCOOHCO+nXn=2n=2DPnx、n及DP易混淆的返回CHHOCHHOCOOHHCOCHHOCHHOHCOOHCOnXn=n=DP仔细看看与前面有什么不同！返回nXn=n=DP返回由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。如：均聚物Homopolymer氯乙烯单体由对苯二甲酸和乙二醇反应生成的“隐含单体”：HOOC-Ph-COOCH2CH2OH“假设单体”：乙烯醇CH2CHClCOCOOCH2CH2OCH2CHOH生成均聚物的聚合反应称均聚反应（Homopolymerization)。返回由一种以上（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。生成共聚物的聚合反应称为共聚反应。共聚物Copolymer判别均聚物：聚合物分子有且只有一种重复单元，并且该重复单元只可以由一种（真实的、隐含的或假设的）单体衍生而来[CH2CHCl]n[CH2CHOCOCH3]m其中n和m为分子链中两种单体单元的数量，但并不表示n个氯乙烯单元后面接m个醋酸乙烯酯单元。返回特例：CHHOCHHOCOOHHCOCHHOCHHOHCOOHCOnCHHOCHHOCOOHHCOCHHOCHHOHHHOCOOHCO+n返回高分子化合物是由小分子单体聚合而成，又称聚合物。通常，根据化合物的相对分子质量大小来划分高分子和小分子。当一个化合物的相对分子质量足够大，以至多一个链节或少一个链节不会影响其基本性能时，称为高分子。小结返回1.2高分子的分类（1）根据高分子主链结构分类主链元素（链原子）组成碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。杂链高分子：链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。元素有机高分子：链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组成。无机高分子：无论在主链还是侧链上均没有碳元素。如玻璃、陶瓷等。不在本课程讨论之列。返回碳链高分子杂链高分子元素有机高分子CHHCHHCHHCHHCHHCHHCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H聚乙烯聚丙烯CHHCHHOCHHCHHOCHHCHHO聚乙二醇NHCHHCHHCHHCHHCHHCO尼龙—6聚二甲基硅氧烷SiCH3CH3OSiCH3CH3SiCH3CH3O返回来源天然高分子：自然界天然存在的高分子。半天然高分子：经化学改性后的天然高分子。合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子。（2）根据来源分类返回性质和用途塑料纤维橡胶涂料粘胶剂功能高分子以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。具有可逆形变的高弹性材料。纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100倍。涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和保护作用的聚合物材料能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料（3）根据性质、用途分类返回热塑性高分子在受热后会从固体状态逐步转变为流动状态。这种转变理论上可重复无穷多次。如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和涤纶树脂等。目前，绝大多数高分子化合物为热塑性高分子。热固性高分子在受热后先转变为流动状态，进一步加热则转变为固体状态。如：酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、硫化橡胶等。（4）根据高分子受热后的形态变化分类返回*CH2CH2*n*CH2CH*nCOOH聚乙烯聚丙烯酸*CH2CH*nCH3*CH2CH*nCOOCH3*CH2CH*nCl*CH2CH*nOCOCH3*CH2HC*n*CH2CH*nOH聚丙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯聚醋酸乙烯酯聚苯乙烯聚乙烯醇重要的碳链聚合物：返回nOH]CH2CH2OOCHOOC[聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶树脂）[HOOCCO(CH2)6]NH2n(CH2)4NH聚己二酰己二胺（尼龙—66）HN(CH2)6n]OCH2N[(CH2)6COOH聚ω—氨基己酸酯（尼龙—6）聚氨酯OH[OCNCO]n(CH2)6NHO(CH2)4[HOCOO]OHnCCH3CH3O聚碳酸酯重要的杂链聚合物：返回天然高分子一般有与其来源、化学性能与作用、主要用途相关的专用名称。如纤维素（来源）、核酸（来源与化学性能）、酶（化学作用）。合成高分子由一种单体合成的高分子：“聚”+单体名称如聚氯乙烯、聚乙烯等1.3高分子的命名（1）习惯命名法返回由两种单体通过缩聚反应合成的高分子：表明或不表明产物类型表明产物类型：“聚”+两单体生成的产物名称，如对苯二甲酸和乙二醇的缩聚产物叫“聚对苯二甲酸乙二酯”己二酸和己二胺的缩聚产物叫“聚己二酸己二胺”不表明产物类型：两单体名称或简称加后缀“