高分子化学ppt

《大学》大学之道在明明德在亲民在止于至善格物致知诚意正心修身齐家治国平天下格物致知：《现代汉语词典》解释为：穷究事物的原理法则而总结为理性知识。“格物致知”一词出自《大学》。格，至也。物，犹事也。致，推极也，知，犹识也。格物致知是儒家的一个十分重要的哲学概念。凡事都要弄个明白即做个真正的明白人世事洞明皆学问人情练达即文章洞明世事皆化学练达结构要分析琳琅满目高分子格物致知低姿态天地乾坤，万物归一。化宏入微，由微而真，由杂致纯，融奥秘为智慧，变瞬间为永恒——是化学的神奇，也是生命的追求。材料与文明天然材料金属材料无机非金属材料高分子材料高分子时代：高分子材料体积已经超过金属材料第一章绪论1.1高分子基本概念1.1.1高分子化合物的定义高分子化合物：PolymericSubstance或称聚合物，是由许多单个高分子（聚合物分子）组成的物质。Macromolecularcompound，Macromolecue、highPolymer、Polymer高分子化合物的定义高分子化合物：指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在1万以上的化合物。具有：高熔点、高强度、高弹性，溶液或者熔体具有高粘度。众多原子或原子团、共价键、相对分子量众多原子或原子团：组成大分子的原子数目成千上万，但是涉及的元素种类相当有限主要有H、C、O、N；S、Cl、P、Si、F也存在一些高分子化合物中。高分子化合物的定义构成生物大分子的微量元素还有Fe、Ca、Mg、Na、K、I等。共价键：构成绝大多数高分子化合物大分子主链的原子间，几乎都是通过共价键实现相互连接的，只有少数高分子化合物大分子主链的原子间可能含有配位键。特殊高分子化合物分子链的侧基或者侧链可能有离子键和配位键。高分子化合物的定义相对分子量：高分子化合物是由一系列分子量（或聚合度）不等的同系物高分子组成，聚合物的分子量或聚合度是统计的，是一个平均值。相对分子量在1万以上的，是一个大概数值，有的达到数百万，甚至上千万。1.1.2高分子化合物的基本特点1、相对分子质量很大，而且具有多分散性通常，根据化合物的相对分子质量大小来划分高分子和小分子。相对分子质量小于1000的，一般为小分子化合物；而相对分子质量大于10000的，称为高分子或高聚物；处于中间范围的可能为高分子（低聚物），也可能为小分子。1.1.2高分子化合物的基本特点2、化学组成比较简单，分子结构有规律高分子化合物组成相对比较简单，通常由有限的几种非金属元素组成。高分子化合物分子结构存在一定规律其结构是由多个重复单元所组成，并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来。1.1.2高分子化合物的基本特点高分子小分子聚合反应Polymerization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。Monomer聚合物，是由许多单个高分子（聚合物分子）组成的物质。1.1.2高分子化合物的基本特点3、分子形态多种多样线形高分子环状高分子支化高分子梳形高分子梯形高分子网状高分子星形高分子体型高分子1.1.2高分子化合物的基本特点4、高分子化合物具有粘弹性高分子化合物的聚集态与小分子不同小分子状态：气、液、固高分子化合物的聚集态：玻璃态、高弹态、粘流态粘弹性表现：蠕变（暂时形变变为永久形变）和应力松弛（随时间延长应力减小）温度比容非晶态高聚物的温度比容曲线将一非态晶高聚物试样，施一恒定外力，记录试样的形变随温度的变化，可得到温度形变曲线或热机械曲线TgTf温度形变玻璃态高弹态粘流态非晶态高聚物的温度形变曲线玻璃态高弹态粘流态玻璃化转变温度，Tg粘流温度，TfTg是非晶态高聚物的主要热转变温度1.2大分子结构式与聚合反应方程式1.2.1聚合物大分子结构式的书面表达CCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H高分子小分子聚合反应Polymerization单体MonomerCHHCHHOCHHCHHOCHHCHHO1.2大分子结构式与聚合反应方程式构成高分子主链结构一部分的单个原子或原子团，可包含一个或多个链单元。重复组成高分子分子结构的最小的结构单元。结构单元ConstitutionalUnit重复结构单元ConstitutionalRepeatingUnit,CRUCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3HCH2CHCH3()nCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H单个聚合物分子所含单体单元的数目。聚合度DegreeofPolymerization，DP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。单体单元Monomer(ic)Unit,merCOCOOCH2CH2O()nCOCOHOOH+HOCH2CH2OHCOCOOCH2CH2OHHOCOCOOCH2CH2OCOCOOCH2CH2O聚合物单体单体单元聚合度2n聚对苯二甲酸乙二酯，涤纶，PETn含有反应性末端基团、能进一步聚合的高分子。遥爪高分子TelechelicPolymers高分子链的末端结构单元。末端基团EndGroupsHOCOCOOCH2CH2OCOCOOCH2CH2OHCH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3聚乙烯：涤纶：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“假设单体”：乙烯醇CH2CHClCOCOOCH2CH2OCH2CHOH生成均聚物的聚合反应称均聚反应（Homopolymerization)。HOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-HOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OHHO(CH2)3OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-(OC-Ph-COOCH2CH2CH2O)m-HO-(CH2)5COOHHOCH2COOH-[O(CH2)5CO]m-[OCH2CO]n-共聚物共聚物均聚物假设隐含单体？交替共聚物CH2CH2-CH2CHCH3()n隐含单体HOOC-Ph-COOCH2CH2OHCH2=CH2CH2=CHCH3其中方括弧中的化学式表示高分子链中的重复单元，也叫结构单元、单体单元和链节。n为重复单元的数量，称为聚合度，用DP表示。一个高分子化合物的相对分子质量M可用下式表示：M=DP×M0（1—1）M0为单体的相对分子质量。高分子化合物的相对分子质量为聚合度的整数倍。[CH2CHCl]n1.2.1聚合物大分子结构式的书面表达重复结构单元:大分子链上化学组成和结构均可重复的最小单位结构单元：均聚聚合物的最小重复单位化学组成和结构均可重复的最小单位单体单元：化学组成相同，结构不同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元（Structureunit）CH2CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnCH2CHn结构单元有时也称为单体单元（Monomerunit）重复单元(Repeatingunit）,链节(Chainelement）n表示重复单元数，也称为链节数,在此等于聚合度聚合度（Degreeofpolymerization）聚合度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nxnxDPnDPxn(2n-1)H2O+nH2N-(--CH2-)-COOH--NH-(--CH2-)-CO--nnH2O+55结构单元＝重复单元＝链节单体单元H2N(CH2)6NH2+HOOC(CH2)4COOHH--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OHn结构单元结构单元重复结构单元nnHO-R-OH+nHOOC-R’-COOHH-(ORO-OCR’CO)n-OH+(2n-1)H2OnH2N-R-NH2+nClOC-R’-COClH-(HNRNH-OCR’CO)n-Cl+(2n-1)HCl书写反应方程式注意事项正确写出结构单元重复结构单元必须遵循化学规则写出端基注意元素价态正确写出重复结构单元和大分子结构配平反应方程式1.3高分子化合物的分类和命名1.3.1高分子化合物的分类来源天然高分子：自然界天然存在的高分子。合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子。半天然高分子：经化学改性后的天然高分子。碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。主链元素（链原子）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。性质和用途以聚合物为基础，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。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塑料纤维橡胶涂料胶粘剂功能高分子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1.3.1分类按照合成高分子化合物的聚合反应类型加聚反应（加聚物）缩聚反应（缩聚物）按照高分子化合物的化学结构聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚烯烃按照高分子化合物的受热时的行为热固性、热塑性按照高分子化合物的相对分子质量高低高聚物、低聚物、齐聚物oligomer、预聚物1.3.2高分子化合物的命名以单体名称为基础，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取单体简名，在后面加“树脂”、“橡胶”二字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1.3.2高分子化合物的命名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“树脂”，如苯酚和甲醛的缩聚产物叫“酚醛树脂”尿素和甲醛的缩聚产物叫“脲醛树脂”1.3.2高分子化合物的命名由两种单体通过链式聚合反应合成的共聚物：两单体名称或简称之间+“-”+“共聚物”乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物叫“乙烯-乙酸乙烯酯共聚物”“聚”+高分子主链结构中的特征功能团：指的是一类的高分子，而非单种高分子，如：以高分子链的结构特征命名O-C-O--NH-C-O-OO£-C-NH--O-聚酰胺聚酯聚氨酯聚醚商品名合成纤维最普遍，我国以“纶”作为合成纤维的后缀涤纶聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）丙纶聚丙烯锦纶聚酰胺（尼龙），后面加数字区别尼龙命名PA6PA66PA610PA1010PA613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只附一个数字表示内酰胺或氨基酸的碳原子数IUPAC命名命名程序：确定重复单元结构排出次级单元（subunit）的次序，两个原则:对乙烯基聚合物，先写有取代基的部分连接元素最少的次级单元写在前面给重复单元命名，在前面加“聚”字例子:聚(1－苯基乙烯)Poly(1-phenylethylene)CHCH2nCOOCH3CH3nCCH2聚[1-(甲氧基羰基)-1-甲基乙烯]Poly[1-(methoxycarbonyl)-1-methylethylene]NH(CH2)6NHCO(CH2)4COn聚(亚胺基六次甲基亚胺基己二酰）Poly(iminohexamethyleneiminoadipoyl)CH3CH3OCOOCn聚(氧羰基氧-1,4-苯撑－异丙叉-1,4-苯撑)Poly(oxycarbonyloxy-1,4-phenylene-isopropylidene-1,4-phenylene)1.4相对分子质量、聚合度相对分子质量分布1.4.1相对分子质量聚合物最基本特征——分子量大聚合物作为材料许多优良性能都与分子量有关如：抗张强度、冲击强度、断裂伸长、可逆弹性聚合物的多分散性聚合物是由一系列分子量（或聚合度）不等的同系物高分子组成，这些同系物高分子之间的分子量差为重复结构单元分子量的