功能高分子材料课件-第一章-绪论链接(高分子化学)

1高分子化学2本节主要内容：1.高分子的基本概念2.聚合物分类和命名3.聚合反应4.分子量5.线型、支链和体型大分子6.大分子的微观结构7.聚合物的物理状态和主要性能3高分子化学：研究高分子化合物的合成和反应间的关系高分子物理：研究高分子的结构与性能间的关系高分子加工成型：研究高分子的性能与应用间的关系4高分子化学的重要性我们的衣食住行都离不开高分子高分子化学是重要的基础学科高分子化学的知识是我们认识世界，改造世界的强有力武器5高分子材料的应用衣食行住用科技6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。7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，高分子材料的发展历史不足百年，按体积计目前，其世界年产量已经超过金属类，成为最重要的材料品种之一。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、高吸水性高分子、高选择吸附性高分子、医用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%。8下面让我们进入高分子世界去看看吧——常规高分子塑料橡胶纤维9常规高分子粘胶剂涂料1011我们使用的以上这些产品，大都来自于这样高塔林立的12功能高分子1314天然高分子♥多糖类,多肽类,核酸OOOOOOO15DNA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P16H|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Protein17蛋白质Protein18通过人工方法合成或重组天然高分子了解生命的起源与生命活动的规律是人类的渴望蛋白质与核酸是生命和遗传的基础蛋白质与核酸结构复杂多变蛋白质与核酸的合成与重组一直是生物化学及高分子化学领域最具有挑战性的课题19结晶牛胰岛素的晶体结构含51个氨基酸残基的蛋白质20核糖核酸酶A(ribonucleaseA)124个氨基酸残基2122高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由多个重复单元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Macromolecule,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23CH2-CHCH2-CHCH2-CHClClCl聚氯乙烯H2CCHCl§1.1高分子基本概念24注意：聚乙烯醇（PVA）CH2CHOHnCH2CHOHn聚乙烯醇§1.1高分子基本概念25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。Monomer什么是单体？§1.1高分子基本概念26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如果结构单元的元素组成和排列都与单体相同，仅电子结构发生变化，可称其为单体单元。§1.1高分子基本概念27重复组成高分子的最小的结构单元。重复单元RepeatingUnitsCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3HCH2CHCH3()n单体单元，结构单元与重复单元一致§1.1高分子基本概念28重复单元与结构单元不一致重复单元与结构单元§1.1高分子基本概念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29Attention!对于均聚物，即用一种单体聚合所得的高分子，其结构单元与重复单元是相同的对于共聚物，即用两种或者两者以上的单体共同聚合所得的高分子，其结构单元与重复单元是不同的§1.1高分子基本概念30重复单元数，也称为链节数,用n表示结构单元？＝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）OHHOOOOn§1.1高分子基本概念31单体单元＝结构单元＝重复单元＝链节单体单元≠结构单元＝重复单元＝链节OHHOOOOnPoly(6-hydroxy-2-naphthoicacid)Polypropylene§1.1高分子基本概念CH2CHCH3()n32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+§1.1高分子基本概念33nHO－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§1.1高分子基本概念34聚合度（Degreeofpolymerization）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§1.1高分子基本概念35CHHOCHHOCOOHHCOCHHOCHHOHHHOCOOHCO+nXn=2n=2DPnx、n及DP易混淆的§1.1高分子基本概念36CHHOCHHOCOOHHCOCHHOCHHOHCOOHCOnXn=n=DP仔细看看与前面有什么不同！§1.1高分子基本概念37nXn=n=DP§1.1高分子基本概念38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EndGroupsHOCOCOOCH2CH2OCOCOOCH2CH2OH聚乙烯：涤纶：CH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3§1.1高分子基本概念39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)。§1.1高分子基本概念40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§1.1高分子基本概念41特例CHHOCHHOCOOHHCOCHHOCHHOHCOOHCOnCHHOCHHOCOOHHCOCHHOCHHOHHHOCOOHCO+n§1.1高分子基本概念42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。§1.2高分子基本概念43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§1.1高分子基本概念44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。§1.2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45I.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§1.3高分子的命名46（2）由两种单体通过缩聚反应合成的高分子“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”§1.3高分子的命名47（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加“-”加“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[]n§1.3高分子的命名48（5）根据商品名称命名用后缀“纶”命名合成纤维聚丙烯腈腈纶聚氯乙烯氯纶聚丙烯丙纶聚对苯二甲酸乙二醇酯涤纶聚己内酰胺锦纶聚乙烯醇缩甲醛维尼纶用后缀“橡胶”命名合成橡胶丁二烯-苯乙烯共聚物丁苯橡胶丁二烯共聚物顺丁橡胶用后缀“树脂”命名合成塑料酚醛树脂脲醛树脂§1.3高分子的命名49§1.3高分子的命名（6）直接引用国外商品名称的译音如聚酰胺成为尼龙（nylon）若由一种单体聚合而成，则在尼龙后加一表示碳原子个数的数字例如由己内酰胺聚合得到的尼龙-6若由两种单体聚合。则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。例如尼龙-6,6尼龙-6,1050早期，根据单体与其生成的聚合物之间在分子组成与结构上的变化把聚合反应分为加聚反应和缩聚反应。加聚反应是指聚合产物的重复结构单元的组成与单体相同的聚合反应，其聚合产物称加聚物；缩聚反应是指聚合产物的分子组成比单体分子少若干原子，即在聚合反应过程中伴随有水等小分子副产物生成，其聚合产物称缩聚物。开环聚合异构化聚合聚加成§1.4聚合反应的类别51根据反应机理和动力学性质的不同，分为链式聚合反应(Chain-Growthpolymerization)和逐步聚合反应(Step-GrowthPolymerization)。连锁聚合反应是指在聚合反应过程中，聚合物链是仅由单体和聚合物链上的反应活性中心之间的反应生成，并且在新的聚合物链上再生反应活性点。逐步聚合反应是指在反应过程中，单体首先形成二聚体、逐步形成三聚体、四聚体、五聚体等等，最后形成了高分子量的大分子。分为逐步缩合反应和逐步加成聚合反应。§1.4聚合反应的类别52逐步缩合反应，反应中有小分子物质生成CHHOCHHOCOOHHCOCHHOCHHOHCOOHCOnCHHOCHHOCOOHHCOCHHOCHHOHHHOCOOHCO+n§1.4聚合反应的类别53逐步加成聚合反应HOOHN+OOHNNHCONCOOOnbutane-1,4-diol1,6-diisocyanatohexane§1.4聚合反应的类别1,6-二异氰酸根合己烷54缩和聚合历程H2N(CH2)6NH2+HOOC(CH2)4COOHH2N(CH2)6NHCO(CH2)4COOHH2N(CH2)6NHCO(CH2)4COOH+HOOC(CH2)4COOHHOOC(CH2)4CONH(CH