高分子第1章 1.2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,天然高分子物质（或天然高聚物材料）：,蚕丝、羊毛、木材、棉花、皮革、天然橡胶、蛋白质等。,第,1,章 绪 论,合成纤维；塑料；橡胶；涂料、粘合剂；离子交换树脂等。,其中，以,塑料,、,合成纤维,、,合成橡胶,产量最大，与国民经济和人民生活有密切的关系，因此，称之为三大合成材料。涂料、粘合剂；离子交换树脂等属功能高分子材料。,2.,高分子化合物：,塑料：,以合成树脂为基本成分的，在加工过程中可以塑制成一定形状，并能保持形状不变的材料。,根据受热后的情况，,塑料分为,热塑性,和,热固性,塑料两大类。前者可反复加热软化或融化；后者经固化成型后，再受热则不能融化，强热则分解。,根据使用情况,可分为,通用塑料,和,工程塑料,:,通用塑料,主要用来生产日用品或工农业用材料，如，聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯塑料；,工程塑料,一般具有优良的机械强度、耐摩擦、耐热、耐化学腐蚀等特性，成本较高。可作为工程材料替代金属和陶瓷，制成轴承、齿轮等机械零件，如，聚酰胺、,ABS,、聚甲醛等,合成纤维,：,线形结构的高分子量合树脂，经过适当方法纺丝得到的纤维状材料称为合成纤维。,工业生产的合成纤维主要品种有：涤纶（聚酯纤维）、腈纶（聚丙烯腈纤维）、尼龙（聚酰胺纤维）、丙纶（聚丙烯纤维）等。,合成橡胶,：,合成橡胶是用化学方法生产的弹性体，经硫化加工可制成各种橡胶制品。合成橡胶具有比天然橡胶优良的耐热、耐磨、耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。,根据产量和使用情况合成橡胶分为,通用橡胶,和,特种橡胶,两大类。,通用橡胶,:,主要替代部分天然橡胶生产轮胎、胶鞋、橡皮管、皮带等橡胶制品。如，丁苯橡胶、顺丁橡胶（顺式聚丁二烯橡胶）、异戊橡胶等品种；,特种橡胶,:,主要制造耐热、耐老化、耐腐蚀、或耐油等特殊用途的橡胶制品。包括氟橡胶、有机硅橡胶、聚氨酯橡胶、丁腈橡胶等。,燕山石化橡胶厂重要产品：,SBS,SBS,是以不同配比的苯乙烯和丁二烯为单体，采用阴离子聚合、间歇反应式反应器，两级脱水干燥生产工艺、全流程实行,DCS,程序控制。,SBS,是苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物，热塑性弹性体。常温下显示橡胶的性能，高温下能塑化成型。可以用于制鞋、粘合剂、沥青改性、塑料和树脂的改性。,高分子材料广泛应用及其优良性能,1,）高分子材料的应用领域,:,占材料需求量的,60%,。,2,）高分子材料的优良性能,:,a.,容易加工，能耗小；,b.,原料易得，价格便宜；,c.,品种多，功能齐全。,Biomaterials,Heart,tissue,knee,teeth,Hip,3.,制造高分子合成材料的主要过程,1,）合成高分子物质的最基本的原料为：,石油、天然气和煤炭,2,）制造高分子合成材料制品的主要过程,高分子合成工业的任务,：,是将基本有机合成工业生产的单体,(,小分于化 合物,),，经过聚合反应合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型工业提供基本原料。,高分子化学：,就是研究聚合反应机理和动力学、聚合反应与聚合物的分子量和分子分布，以及聚合物结构之间的关系的一门科学。,1.1,高分子的基本概念,1,单体,能通过相互反应生成高分子的化合物称为单体。例如,聚氯乙烯由氯乙烯通过聚合制成，氯乙烯为聚氯乙烯的单体,2,聚合物,由许多结构和组成相同的单元相互键连而成的大分子称为高分子或聚合物,聚合物一般约有,2002000,单元组成，分子量在,2,万,20,万；,当产物中含有几个或十几个单元，则不能称为聚合物，只能称为齐聚物,(,oligomer,),3,结构单元、重复单元和单体单元,聚合物中组成和结构相同的单元称为,结构单元；,当聚合物由结构单元重复连接而成时也称,重复单元,，又称为,链节,；,结构单元与单体分子的原子种类和数目完全相同时，又称,单体单元,。,例,1,，聚氯乙烯,结构单元、重复单元,、,单体单元,同样：,例,2,，聚己二酰己二胺（尼龙,-6,，,6,）是由己二酸和己二胺缩合而成。,7,例,3,，涤纶,聚对苯二甲酸乙二,(,醇,),酯,结构单元与单体的,原子组成,不相同，不能称为单体单元,只能称为重复单元,（链 结）,（,1,）聚合度：在聚合物中重复单元的数目称为聚合度，记作,DP,；,或结构单元数称为聚合度，记作,Xn,。,例,1,，聚氯乙烯中，,DP=,Xn,=n,；,例,2,，聚酰胺、聚酯类有两种结构单元，重复单元的数目为,n,；,结构单元 数为,2 n,。,聚合度,DP=n,，,Xn,=2 n,（,DP,Xn,）,8,4,聚合度和分子量,（,2,）,分子量：,聚合物的分子量,M,为重复单元的分子量,M,0,与聚合度,DP(,或结构单元数,Xn,),的乘积：,M =DPM,0,DP,重复单元数。,M =,Xn,M,0,Xn,结构单元数。,（,1,）低分子物和高分子物的划分：,低分子有机物 的分子 量,10000,反映聚合度,DP,的大小,22,230,万,1.510,万,2040,万,固定分子量,平均分子量,分子量分布、多分散性,常见聚合物的聚合度,DP,约,200-2000,，相当于分子量为,2-20,万。,分子量和分子量分布宽度,A,点,是初具强度的最低分子量，约以千记，,A,点以上强度随分子量迅速增加；,B,点,是聚合物分子量的临界值。此时聚合物已有足够的强度，且到达,B,点后强度增加逐渐减慢。,常见聚合物在此处的聚合度,DP,约,2002000,，相当于分子量为,220,万。,23,（,2,）分子量和物理性质,强度是聚合物的主要物性，与其分子量密切相关。,C,点,强度不再增加。,聚合物分子量表示法,聚合物是分子量不等的同系物的混合物。,聚合物的分子量或聚合度是一平均值,用平均分子量表示。,聚合物的平均分子量有如下三种表示法：,24,（,1,）数均分子量,Mn,（,2,）,重均分子量,Mw,（,3,）,粘均分子量,Mv,（,1,）数均分子量,Mn,其定义为：样品总质量除以样品所含分子数。,通过渗透压法、蒸汽压法等依数性测定的为数均分子量。,24,分子分率,（,2,）重均分子量,Mw,通过光衍射法测定的是重均分子量，,其定义为：,W,i,聚合物中分子量为,Mi,的组分的重量分数。,质量分率,（,3,）粘均分子量,M,采用粘度法测得，其定义为：,25,一般地，,Mw,Mv,Mn,，,聚合物中高分子量的部分对重均分子量贡献较大；低分子量部分对数均分子量贡献较大,.,定义不同的平均分子量可以满足对聚合物分子量多分散性表征的要求,.,（,4,）分子量分布,聚合物存 在分子量分布问题，这种分子量的不均一性，称为多分散性。,表示方法有两种：,1,）以,Mw/,Mn,的比值表示分子量分布宽度，简称分布指数。,在,250,之间。比值越大，表明分布越宽。,对于分子量均一的体系，,Mw=,Mn,，,Mw/,Mn,=1,25,2,）分子量分布曲线,26,聚合物分子量需要用,平均分子量,和,分子量分布,两个参数表示。,平均分子量和分子量分布是影响聚合物性能的两个重要因素：,低分子量部分使聚合物强度降低，分子量过高使加工时塑化困难；,合成纤维的分子量分布易窄，橡胶分布可宽。,(Ni),最可机的,平均分子量,聚合反应的特点：,（,1,）用于聚合的反应产率很高，且无副反应,;,否则所得的聚合物的收率不高，产物不纯。,（,2,）一般的有机反应的产物仅有一个分子量，而聚合物是有不同分子量的高分子组成，存在分子量分布。,5.,聚合反应,将许多单体键合起来形成一个大分子的反应称为聚合反应。,1.2,聚合物的分类和命名,1.2.1,聚合物的分类,塑料,橡胶,纤维,涂料、粘接剂,功能高分子材料,三大合成材料,根据所制成的材料的“性能和用途”高分子材料分为：,离子交换树脂,高分子试剂,高分子染料,导电高分子,医用高分子材料,液晶高分子,吸收性树脂,从高分子化学角度看来，一般以有机化合物分类为基础，根据主链结构将聚合物分成：,碳链聚合物；杂链聚合物；元素有机聚合物,（,1,）碳链聚合物,大分子主链,完全,由碳原子组成称为碳链聚合物。,绝大部分烯类和二烯类聚合物属于这一类,如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。,P2,表,1-1,9,(2),杂链聚合物,大分子主链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子，称为杂链聚合物。如聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚脲、聚硫橡胶等。,（,p3,表,1-2,）,(3),元素有机聚合物,大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成，但侧基却由有机基团（甲基、乙基、芳基等）组成。,（,p5,续表）,如，有机硅橡胶,.,元素有机聚合物,也称作,杂链半有机高分子,；,若主链和侧链都无碳原子则称作,无机高分子,。,表,1-2,杂链聚合物,元素有机聚合物杂链半有机高分子,.,（,1,）对于由一种单体经加聚制成的聚合物：,以单体名为基础，前面冠以“聚”字，就成为聚合物的名称,例如，氯乙烯的聚合物称做聚氯乙烯；苯乙烯的聚合物称作聚苯乙烯。,由一种单体经加聚制成的聚合物称为均聚物,P2,表,1-1,中的聚合物均可按这种方法命名,14,根据聚合物的来源（单体）命名,1.2.2,聚合物的命名,14,1,）,摘取两种单体的简名，后缀：“树脂”,例如，苯酚和甲醛的缩聚产物称做酚醛树脂；,尿素和甲醛,脲醛树脂；,甘油和邻苯二甲酸酐,醇酸树脂。,（,P4,、,5,）,“,树脂”是一技术术语，指未加有助剂的聚合物粉料、粒料等物料 这些产物类似天然树脂，可统称为合成树脂,（,2,）,对于由两种单体缩聚而成的聚合物：,2,）,在两种结构单元的名称前加前缀“聚”字。,例,1,，己二酸和己二胺的反应产物,学名是聚己二酰己二胺；,例,2,，癸二酸和己二胺合成的产物，学名是聚癸二酰己二胺；,例,3,，癸二酸和癸二胺合成的产物，学名是聚癸二酰癸二胺,聚酰胺类,y,x,y,（,2,）,对于由两种单体缩聚而成的聚合物：,A.,我国习惯以纶字作为合成纤维商品名的后辍字。,如，涤纶,聚对苯二甲酸乙二,(,醇,),酯,；,锦纶,(,聚己内酰胺或尼龙,-6),；,腈纶,(,聚丙烯腈,),；,氯纶,(,聚氯乙烯,),；,丙纶,(,聚丙烯,),等。,15,根据商品名命名,B.,用“橡胶”命名合成橡胶（弹性体）,如，丁二烯和苯乙烯共聚物，称为丁苯橡胶,丁二烯和丙烯腈共聚物，称为丁腈橡胶,乙烯和丙烯共聚物，称为乙丙橡胶,直接引用国外商品名称译音,尼龙，,代表聚酰胺,由二元胺与二,元酸聚合而成的一大类产物,Nylon,y,x,y,尼龙,聚酰胺类,y,4,6,尼龙,-6,6:,聚己二酰己二胺,(,己二胺和己二酸聚合,),尼龙,-6,10:,聚癸二酰己二胺,(,己二胺和癸二酸聚合,),尼龙,10,10:,聚癸二酰癸二胺,(,癸二胺和癸二酸聚合,),y,4,10,y,8,10,尼龙名字后面只附一个数字的则代表氨基酸或内酰胺的聚合物。其中，数字代表氨基酸或内酰胺单体中碳原子数：,聚己内酰胺开环聚合，,尼龙,-6,单体中碳原子数为,1+5=6,己内酰胺,氨基酸,聚,合,5,1.3,聚合反应类型,两种分类方法：,按单体和聚合物在组成和结构上发生的变化分类,;,按聚合机理或动力学分类,1.3.1,按单体和聚合物在组成和结构上发生的变化分,:,加聚反应；缩聚反应；开环聚合反应,（,1,）加聚反应,：,加聚反应就是单体加成而聚合起来的反应。,例如，氯乙烯加聚成聚氯乙烯。其产物称作 加聚物。,氯乙烯,聚氯乙烯,加聚物特点：结构单元元素组成与单体相同，仅是电子结构有所变化；,分子量是单体的整数倍（,M=DPM,0,）。,（,2,）,缩聚反应：,缩聚反应是缩合聚合反应的简称，是缩合反应多次重复，结果形成聚合物的过程。其主产物称作缩聚物。,已二胺,已二酸,尼龙,-6,，,6,缩聚物的特点：缩聚物结构单元比单体少若干原子，分子量不再是单体分子 量的整数倍；缩聚物中留有官能团的结构特征。,（聚酰胺）,例如：,官能团的结构特征,缩聚反应的特点：除形成缩聚物外，还有低分子