15高分子物理课件

高分子化学与物理湖北工业大学化学与环境工程学院高分子化学，潘祖仁主编化学工业出版社（第三版）。高分子物理，金日光主编，化学工业出版社。参考教材：何曼君,陈维孝,董西侠.高分子物理，上海:复旦大学出版社。马德柱,何平笙等.高聚物的结构与性能,北京:科学出版社.教材考试和成绩期末考试（占70%）：闭卷考试习题（30分）：完成次数及情况（一次不交，扣5分，迟交一次扣2分）实验（30分）：操作态度、实验结果及实验报告完成情况出勤率（30分）：（缺勤一次，扣5分；迟到、早退一次，扣2分）课堂纪律及回答问题（10分）平时成绩（占30%）高分子化学与物理•第一章绪论•第二章自由基聚合•第三章自由基共聚合•第四章聚合方法•第五章阴、阳离子聚合•第六章逐步聚合•第七章聚合物的化学反应•第八章高分子链的结构•第九章聚合物的聚集态结构•第十章高分子溶液•第十一章聚合物的分子量与分布•第十二章聚合物的转变与松弛•第十三章高分子材料的力学性能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。高分子化学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。高分子物理第一章绪论高分子科学的发展史高分子基本概念高分子的分类高分子的命名高分子的结构特征高分子分子质量及其分布聚合反应以及分类1.1高分子科学的发展远古时期——天然高分子材料已得到应用（皮毛、天然橡胶、棉花、虫胶、蚕丝、木材等）15世纪，美洲玛雅人用天然橡胶做容器，雨具等生活用品。19世纪中期到后期——天然高分子的改性和加工工艺得到开发1839年美国人Goodyear发明了天然橡胶的硫化1855年英国人Parks实现硝化纤维产业化1870年Hyatt制得赛璐珞塑料（硝化纤维+樟脑+乙醇高压共热）1887年，法国人Chardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝，制得了第一种人造丝。高分子材料种类的涌现20世纪初——合成高分子得到开发和应用•1907年，Baekeland为寻找虫胶的代用品，第一次用人工方法合成酚醛树脂•1926年，美国Semon合成了聚氯乙烯•1930年，合成聚苯乙烯•1935年，英国ICI公司高压聚乙烯问世•1935年，杜邦公司Carothers第一次用人工方法制成合成纤维——尼龙66•1953年，低压PE，PP被聚合…高分子材料种类的涌现OH+CH2OOHCH2OHOHOHCH2OHOHCH2O，OHCH2OHCH2nOH通过控制苯酚和甲醛的摩尔比以及反应的pH值，可以合成出两种性能不同的酚醛树脂：（1）自固化热固性酚醛树脂：带羟甲基（2）热塑性酚醛树脂：酚基与亚甲基连接，不带羟甲基CH2OCH2OHCH2OHCH2CH2OCH2H2COHCH2OHCH2H2C返回OCH2CH2OCOCO()n涤纶，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）尼龙66（聚己二酰己二胺）NH(CH2)6NHC(CH2)4C()nOOO(CH2)6OC(CH2)4C()nOO返回1940年，英国的温费尔德高分子（Macromolecular，Polymer）概念的形成和高分子科学的出现始于20世纪20年代。高分子理论和聚合方法上的突破胶体理论聚合物理论淀粉——水解产物葡萄糖——葡萄糖缔合体天然橡胶——裂解产物异戊二烯——二聚环状结构缔合体高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应（聚合）用化学键连接在一起的高分子理论和聚合方法上的突破1920年德国Staudinger发表了“论聚合”的论文，提出高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚合)，通过化学键连接在一起的大分子化合物。1932年出版了划时代的巨著《高分子有机化合物》，成为高分子化学作为一门新兴学科建立的标志。1953年诺贝尔奖PaulJ.Flory——建立了高分子长链结构的数学理论（1948年）推出高分子溶液的热力学性质,使粘度、扩散、沉降等宏观性质与分子微观结构有了联系。高分子理论和聚合方法上的突破1974年诺贝尔奖1953年德国人齐格勒——[TiCl4+Al(C2H5)3]——低压聚乙烯；意大利人纳塔——[TiCl3+Al(C2H5)3]——等规立构聚丙烯1963年齐格勒、纳塔获得诺贝尔化学奖。高分子理论和聚合方法上的突破KarlZiegler1898~1973GiulioNatta1903~1979石油裂解产物得到充分利用定位聚合的实现1956年，美国Szwarc提出活性聚合概念——高分子进入分子设计时代。高分子理论和聚合方法上的突破活性聚合的实现Styrene-Butadiene-StyreneSBS弹性体CCCCCCCCCCCCCCCCCCHardHardSoft高分子理论和聚合方法上的突破接枝共聚（graft）ABS树脂交替共聚（alternating）高分子理论和聚合方法上的突破导电聚合物的发现和发展20世纪70年代中期发现的导电高分子，改变了长期以来人们对高分子只能是绝缘体的观念，进而开发出了具有光、电活性的被称之为“电子聚合物”的高分子材料，有可能为21世纪提供可进行信息传递的新功能材料。HidekiShirakawa,AlanG.MacDiarmid,AlanJ.Heeger（2000年诺贝尔奖）NHpolypyrrole(PPy)nSpolythiophene(PT)npoly(phenylenevinylene)(PPV)nHNHNNNpolyanilinen高分子理论和聚合方法上的突破分子设计：性能—结构—合成★材料宏观性能的设计和材料的加工方法设计★高分子聚集态结构和化学结构的设计★合成方法和反应条件的设计在了解材料性能、聚合物结构和材料性能之间相互关系的基础上，根据材料性能的需要，设计理想的聚合物结构，并选择一定的合成方法和条件，以获得该种聚合物高分子也叫聚合物分子或大分子，具有高的相对分子量(104~106)，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。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，如PVC单体为氯乙烯。Monomer1.2高分子基本概念CH2CHCl[]n方括号表示重复连接的意思，方括号内是重复连接的单元，n代表重复单元数。CH2=CHCl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重复单元ConstitutionalRepeatingUnit,CRUCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3HCH2CHCH3()nCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H1.2高分子基本概念与单体分子的原子种类和各种原子的个数完全相同、仅电子结构有所改变的结构单元。单体单元Monomer(ic)Unit1.2高分子基本概念CH2CH（）nCl高分子单体结构单元重复单元单体单元CH2CHClCH2CHClCH2CHClCH2CHClCH2CH2（）nCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO()nNH(CH2)6NHCO(CH2)4CONH(CH2)6NHCO(CH2)4CONH2(CH2)6NH2HOOC(CH2)4COOHOCH2CH2OCOCOOCH2CH2OCOCO()nOCH2CH2OCOCOHOCH2CH2OHCOCOHOOH高分子链的末端结构单元。末端基团EndGroupsHOCOCOOCH2CH2OCOCOOCH2CH2OHCH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3聚乙烯：涤纶：1.2高分子基本概念1.2高分子基本概念聚合度DegreeofPolymerization高分子大小的度量。•以重复单元数为基准：•以结构单元数为基准：聚合物是不同聚合度的同系物的混合物聚氯乙烯：尼龙-66：nXDPnnXDPn2/DPnX统计平均聚合度1.2高分子基本概念聚合物的分子量重复单元的分子量与重复单元数的乘积或结构单元分子量与结构单元数的乘积。1,0MXMMDPMnDPnXM0：重复单元的分子量；M1：结构单元的分子量；molecularweight：重复单元数；：结构单元数。由一种（真实的、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CH2CHClCH2CHOH1.2高分子基本概念生成均聚物的聚合反应称均聚反应（Homopolymerization)。由一种以上（真实的、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结构单元，该结构单元可以由一种真实的或假设的单体衍生而来。1.2高分子基本概念来源天然高分子：自然界天然存在的高分子。半合成高分子：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：主链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。元素有机高分子：主链原子由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SiCH3CH3OSiCH3CH3SiCH3CH3O1.3高分子的分类1.3高分子的分类*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：1.3高分子的分类重要的杂链聚合物：聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶树脂）聚己二酰己二胺（尼龙—66）聚ω—氨基己酸酯（尼龙—6）聚氨酯聚碳酸酯nH]CH2CH2OOC[HOCOO[HOCO(CH2)6]NH2n(CH2)4NHCOHN(CH2)6n]OCH2N[(CH2)6COOHOH[OCNCO]n(CH2)6NHO(CH2)4[HOCOO]OHnCCH3CH3O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1.3高分子的分类热塑性高分子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。或者说，热塑性高分子是可以再生的。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和涤纶树脂等均为热塑性高分子。根据高分子受热后的形态变化热固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。这种转变是不可逆的。换言之，热固性高分子是不可再生的。通过加入固化剂使流体状转变为固体状的高分子，也称为热固性高分子。典型的热固性高分子如：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。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