高分子科学-第1章绪论.

高分子科学教程材料专业为什么学习高分子科学？金属材料无机非金属材料高分子材料重要的材料科学领域材料专业考研必须具备的知识材料专业工作必须具备的知识日常生活小常识烟台万华；泰和新材；六塑不耐高温不要反复使用05：微波日常生活小常识：《高分子化学》潘祖仁，第五版；化学工业出版社《高分子化学(第5版)导读与题解》贾红兵；化学工业出版社《高分子物理(第4版)》金日光；化学工业出版社《高分子物理》何曼君；复旦大学出版社《高分子加工原理与技术》；化学工业出版社《高分子化学实验》；化学工业出版社《PrinciplesofPolymerChemistry》PaulJ.Flory参考教材：怎样学习高分子科学？理论联系实际；感兴趣航空航天体育用品汽车工业第一章绪论6我被高分子包围了呀！酚醛塑料涤纶聚氯乙烯有机玻璃聚苯乙烯聚四氟乙烯塑料聚丙烯1高分子科学是当代发展最迅速的学科之一高分子是研究高分子合成和化学反应的一门科学高分子科学已经发展成高分子化学和高分子物理两个主要分支第一章绪论1900年硬橡胶电话机1880年硬橡胶手镯汽车轮胎橡胶树种割胶刀1.1高分子科学简史1924年化装盒1920年添加矿物油的电木时钟1920年电木扬声器1920年轮胎压力表酚醛树脂、橡胶制备1924年玩具火车头1.1高分子科学简史1930年热水瓶1930年麦克风1930年照相机1930年水果榨汁机1.1高分子科学简史天然高分子的直接利用天然高分子的化学改性高分子合成高分子时代1.1高分子科学简史淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等800年前天然橡胶的硫化,硝化纤维的合成等19世纪中期自由基、配位、离子聚合、缩聚反应等20世纪30~40年代70-80年代新聚合方法、新型聚合物及新结构、性能等Staudinger:把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺贝尔奖）。Carothers:建立缩聚反应理论。KarlZiegler,GiulioNatta:乙烯、丙烯配位聚合（1963年诺贝尔奖）PaulJ.Flory:聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系（1974年诺贝尔奖）。HidekiShirakawa,AlanG.MacDiarmid,AlanJ.Heeger：对导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖）。1.1高分子科学简史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。高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它是建立在有机化学、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。1.1高分子科学简史制约因素解决途径（1）延长使用寿命：减少废弃（2）回收利用：低性能应用；降解（3）自然降解：自然分解回归自然：高分子制品废弃后对环境的污染“在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献.”1.1高分子科学简史高分子由多种原子以相同的、多次重复的结构单元通过共价键连接起来的分子量是104～107的大分子，又称聚合物分子。Polymermolecule,Macromolecule根据IUPAC1996年之建议：ExcerptfromPureAppl.Chem.1996,68,2287-2311CH2-CHCH2-CHCH2-CHClClCl1.2高分子基本概念CH2CHOH聚氯乙烯聚乙烯醇H2CCHClCH2CHOH实际上概念上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。高分子化合物PolymericSubstanceMonomer或称聚合物（polymer)，是由许多单个高分子（聚合物分子）组成的物质。1.2高分子基本概念链原子ChainAtoms构成高分子主链骨架的单个原子。链单元ChainUnits由链原子及其取代基组成的原子或原子团。聚丙烯CCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H聚乙二醇CHHCHHOCHHCHHOCHHCHHOCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3HCHHCHHOCHHCHHOCHHCHHO1.2高分子基本概念构成高分子链并决定高分子结构以一定方式连接起来的原子组合。聚合物中化学组成相同的最小单位，又称链节。结构单元ConstitutionalUnit重复单元ConstitutionalRepeatingUnit,CRUCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3HCH2CHCH3()n1.2高分子基本概念单体单元MonomericUnit聚合物中具有与单体相同化学组成不同电子结构的单元。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共价键重复连接而成。例如：聚苯乙烯1.由一种结构单元组成的高分子CH2CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnCH2CHn缩写成结构单元＝单体单元＝重复单元＝链节n表示重复单元数，也称为链节数,在此等于聚合度1.2高分子基本概念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nxDP在这里,两种聚合度相等，都等于n00nMDPMxMM是高分子的分子量M0是结构单元的分子量由聚合度可计算出高分子的分子量：1.2高分子基本概念此时，两种结构单元构成一个重复结构单元H2N(CH2)6NH2+HOOC(CH2)4COOH2.由两种结构单元组成的高分子合成尼龙-66则具有另一特征：(2n-1)H2O+1.2高分子基本概念HN(CH2)6HNHCO(CH2)4COOH[]n结构单元重复单元结构单元nDPxn22002MDPMxMn结构单元重复单元单体单元单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子但,重复单元＝链节注意：Mo两种结构单元的平均分子量1.2高分子基本概念x,y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，仅结构单元＝单体单元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例如：丁苯橡胶----(CH2--CH=CH--CH2-)--(-CH2--CH-)----xyn3.由无规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均聚物24例1：以氯乙烯单体为原料，聚合得到的聚氯乙烯的分子量，根据其用途不同可在5万至15万之间，其结构单元的分子量为62.5，计算其聚合度。解：====50000-150000/62.5=800-2400通过计算可知，聚氯乙烯的平均聚合度应在800-2400聚氯乙烯分子约由800-2400个氯乙烯单元组成。X0MM25例2：以对苯二甲酸与乙二醇为原料，经缩聚制得聚对苯二甲酸乙二醇酯，其分子量一般在2万左右，计算及。DPnX解：已知-O(CH2)2O-结构单元分子量为60，-OC-C6H5-CO-结构单元分子量为132。由=·（M+M）/2得：2000=·（60+132）/2则=208=/2=104nMnX0102nXnXDPnX来源天然高分子：自然界天然存在的高分子。改性高分子：经化学改性后的天然高分子。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。合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子。1.3高分子的分类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SiCH3CH3OSiCH3CH3OSiCH3CH3O1.3高分子的分类性质和用途塑料纤维橡胶涂料胶粘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。1.3高分子的分类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I.习惯命名法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（1）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1.4高分子的命名（2）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”1.4高分子的命名（3）由两种单体通过自由基聚合反应合成的共聚物：两单体名称或简称之间+“-”+“共聚物”：如乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物叫“乙烯-乙酸乙烯酯共聚物”（4）“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：聚酯：HOCOCOOCH2CH2OH()n聚酰胺：HN(CH2)6HNHCO(CH2)4COOH[]n1.4高分子的命名结构单元：构成高分子链并决定高分子结构以一定方式连接起来的原子组合。重复单元：聚合物中化学组成相同的最小单位，又称链节。复习回顾单体单元：聚合物中具有与单体相同化学组成不同电子结构的单元。复习回顾合成高分子（1）由一种单体合成的高分子：“聚”+单体名称（2）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不表明产物类型：两单体名称或简称加后缀“树脂”（3）由两种单体通过自由基聚合反应合成的共聚物：两单体名称或简称之间+“-”+“共聚物”（4）“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1.4高分子的命名特殊的情况：（1）有些聚合物若按单体名称来命名容易引起歧义。例如，具有以下结构的聚合物，可以从环氧乙烷、乙二醇、氯乙醇或氯甲醚聚合得到。为了避免混淆，一般不用习惯命名法命名。通常采用结构命名法，称为“聚氧（化）乙烯”[OCH2CH2]n（2）按习惯命名法，聚乙烯醇的单体应为乙烯醇。实际上，乙烯醇不稳定，不能单独存在。目前工业上采用从聚醋酸乙烯酯醇解转化而来。乙烯醇只是一种假象的单体。[CH2CH]nOHII.商业命名法商业命名法主要是对橡胶和化学纤维而言。橡胶的商业名称通过在橡胶的结构单元名称中取典型文字构成基本名称，然后在其后加上“橡胶”两字。由丁二烯和苯乙烯共聚而成的聚合物，称为“丁苯橡胶”；由丁二烯和丙烯腈共聚而成的聚合物，称为“丁腈橡胶”；由丁二烯聚合而成的顺式聚丁二烯橡胶，称为“顺丁橡胶”；由氯丁二烯聚合而成的橡胶，称为“氯丁橡胶”等。由乙烯、丙烯和二烯烃共聚而成的橡胶，则称为“三元乙丙橡胶”。1.4高分子的命名II.商业命名法化学纤维一般为均聚物，其商业名称为取其结构单元名称中的一个特征文字，然后在后面加上“纶”字。例如，聚丙烯腈纤维称为“腈纶”；聚氨酯纤维称为“氨纶”；聚氯乙烯纤维称为“氯纶”；聚丙烯纤维称为“丙纶”等。特殊的情况：聚对苯二甲酸乙二酯纤维称为“涤纶”；聚乙烯醇缩甲醛纤维称为“维尼纶”；聚对苯二酰对苯二胺纤维称为“芳纶”。尼龙-6纤维在我国首先是由锦西化工研究院研制而成，因此命名为“锦纶”。1.4高分子的命名III.俗称有许多聚合物，根据它们的外观、形貌或特点，人们约定俗成地为它们起了名称，并得到广泛的认可，就形成了俗称。