高分子的基本概念

第一章高分子的基本概念1.1高分子化合物的基本特征分子似“一条链”，由许多相同的结构单元组成，以共价键的形式重复连接而成。分子量很大且具有分散性。一、高分子的含义高分子,Macromolecule聚合物Polymer高聚物Highpolymer通过不同的聚合反应长径比：103~105Polyamideimide/聚酰胺酰亚胺的立体示意图•分子似“一条长链”由许多相同的结构单元组成，以共价键的形式重复连接而成。小分子单体相互连接而成nCH2=CH(CH2CH)nCl(CH2－CH)nClnCH2=CH氯乙烯聚氯乙烯苯乙烯聚苯乙烯聚合物链很长：多到增加或减少几个单元不会影响本体性质（玻璃化温度、热容、密度、热胀系数、模量、拉伸强度、导热系数、折光指数...）•分子量大HC烷烃性质随链长的变化甲C乙C丙C丁C戊C己C庚C辛C22C23C180C181C182C183分子之间的作用力大,只有液态和固态,不能汽化固体聚合物具有一定的力学强度可用作承力材料，能抽丝，能制膜高分子溶液：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分子量多大才算是高分子？其实，并无明确界限，一般-----1000------------10000-----1000000低分子过渡区（齐聚物）高聚物超高聚物一般高分子的分子量在104～106范围超高分子量的聚合物的分子量高达106以上高分子的强度与分子量密切相关A点是初具强度的最低聚合度，A点以上强度随分子链迅速增加B点是临界点，强度增加逐渐减慢C点以后强度不再明显增加不同高分子初具强度的聚合度和临界点的聚合度不同，如AB尼龙40150纤维素60250乙烯基100400聚合物AC强度聚合度B常用的聚合物的分子量（万）塑料分子量纤维分子量橡胶分子量聚乙烯6～30涤纶1.8～2.3天然橡胶20～40聚氯乙烯5～15尼龙-661.3～1.8丁苯橡胶15～20聚苯乙烯10～30维尼纶6～7.5顺丁烯胶25～30•分子量具有多分散性（Polydispersity）即使是一种“纯粹”的高分子，也是由化学组成相同、分子量不等、结构不同的同系聚合物的混合物所组成这种高分子的分子量不均一(即分子量参差不齐）的特性，就称为分子量的多分散性因此应注意：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，但分散性不一定相同二、分子结构的多样性结构：长链、柔性、缠结、链段运动分子结构的多样性性能的多样性不同原子组成的聚合物—性能不同相同分子式--因构造不同而性能不同同一聚合物---因环境不同而性能不同---因加工方法不同而性能不同1.2高分子基本概念高分子具有高的相对分子量，其结构必须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。Polymer,Macromolecule根据IUPAC1996年之建议（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry1996,68,2287–2311）CH2-CHCH2-CHCH2-CHClClClCH2CHOH聚氯乙烯聚乙烯醇H2CCHClCH2CHOH实际上概念上CH2CCnHOCH3O水解高分子小分子聚合反应Polymerization单体Monomer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。Polymer链原子ChainAtoms构成高分子主链骨架的单个原子。聚丙烯CCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H聚乙二醇CHHCHHOCHHCHHOCHHCHHO重复组成高分子分子结构的最小的单元。（重复）结构单元ConstitutionalRepeatingUnit,CRUCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3HCH2CHCH3()n单个聚合物分子所含单体单元的数目。聚合度DegreeofPolymerization，DP聚合物单体聚合度聚对苯二甲酸乙二酯，涤纶，PETnH2CCHCln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)。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CopolymerHOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-隐含单体HOOC-Ph-COOCH2CH2OHHOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OHHO(CH2)3OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-(OC-Ph-COOCH2CH2CH2O)m-共聚物均聚物CH2=CH2CH2=CHCH3假设CH2CH2-CH2CHCH3()n均聚物嵌段接枝交替无规1.3高分子的分类来源天然高分子：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。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。CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2聚乙烯聚四氟乙烯CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2(A)碳链高分子尼龙CH2OCH2CH2CH2CH2OOOOO聚甲醛(B)杂链高分子（除C以外，还含N，O，S）＝COCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2NHC＝ONHSiOOOOOOSiSiSiSiSiCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3聚二甲基硅氧烷(C)元素高分子（主链不含C）1.4高分子的命名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、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚异丁烯、聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等（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”扩充：聚氯乙烯树脂、聚乙烯树脂等（成型加工原料）（3）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”：如乙烯和醋酸乙烯酯的共聚产物叫“乙烯-醋酸乙烯酯共聚物”（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[]n聚丙烯PPPolypropyleneCH2CHCH3n聚乙烯PEPolyethylene聚苯乙烯PSpolystyrenCHCH22n聚氯乙烯PVCPolyvinylChlorideCH2HCCln聚偏二氯乙烯PVDCPolyvinylideneChloride聚四氟乙烯PTFE（商品名Teflon）Polytetrafluoroethylene聚丙烯腈PANPolyacrylonitrileCH2CClnClCF2CF2nCCH2nCN聚醋酸乙烯酯PVAcPolyvinylacetateCH2CCnHOCH3O聚甲基丙烯酸甲酯PMMAPoly(methylmethacrylate)CH2CCnCH3OOCH3聚甲醛POMPolyformaldehydeOCH2n-CH=CH-n聚乙炔PApolyacetylene聚氧化乙烯PEOPolyethyleneoxide（聚环氧乙烷）OCH2n2聚己内酰胺Nylon6Poly(-caprolactam)orcaproneCOCH25NHnLDPEHDPELLDPE聚乙烯（PE)聚丙烯（PP)聚氯乙烯（PVC)聚苯乙烯聚四氟乙烯（塑料王）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）聚丙烯腈纤维(腈纶、人造羊毛)聚丁二烯PBPolybutadiene聚异戊二烯PIPPolyisopreneCH2CHCHCH3nCH2CCHCH3nCH3聚异丁烯PIBPolyisobutyleneCH2CH3nCCH3丁苯橡胶(SBR)顺丁橡胶（BR)丁基橡胶（IBR）丁腈橡胶（NBR）乙丙橡胶(EPM和EPDM)SBS热塑弹体-[-OCH2CH2OOCPhCO-]-n对苯二甲酸乙二醇酯PETPolyethyleneterephthalate对苯二甲酸丁二醇酯PBTPolybutyleneterephthalate-[-OCH2CH2CH2CH2OOCPhCO-]-n聚酯聚碳酸酯PCpolycarbonate＋nCl－C－ClnNaO－－C－－ONaCH3CH3O［O－－C－－O］CH3CH3＋2nNaCln聚己二酰己二胺Nylon66PolyhexamethyleneadipamideNHCH26NHCOCH24COn对苯二甲酰对苯二胺PPTA（Kevlar）Poly(p-phenylene-terephthalamide)CNONnCOHH聚酰胺-CH2nOH酚醛树脂PFphenol-formaldehyderesin,phenolicresinCH3CH3CH3CH3nnCl－Si－Cl＋nH2O→［Si－O］＋2nHCl聚硅氧烷Polydimethylsilioxaneor（硅橡胶‘siliconrubber’）其它聚酰胺（尼龙）聚对苯二甲酸乙二醇酯聚碳酸酯PC酚醛树脂（电木）硅橡胶日常生活常用塑料标号CH2CHCH3ClCH2CHOCOCH3CH2CHCH3CH2CCHCH2CNCH2CHCH2CHCOOCH3CH2CCH3CH2CCH3CH3CH2=OHOOC(CH2)4COOHHOOCCOOHHO(CH2)2OH＋H2N(CH2)6NH2＋习题1.名词解释聚合度单体结构单元和重复单元均聚物和共聚物碳链高分子和杂链高分子2.命名（写出缩写）或写分子式聚丙烯腈聚乙烯醇顺丁橡胶聚氯乙烯聚苯乙烯第一章习题写出其单体结构、单体名称和重复结构单元。3.什么是高聚物？请指出你见过或用过的高聚物。