高分子化学课件正规版资料

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,*,*,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,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,高分子化学课件,第一页，共44页。,1.,绪 论,高分子的基本概念,高分子化合物的基本特征,高分子化合物的命名和分类(fn li),聚合反应,1,高分子科学是当代发展最迅速的学科(xuk)之一,高分子科学既是一门应用科学，又是一门基础科学,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,本章(bn zhn)内容,第二页，共44页。,1.1,高分子的基本概念,高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由共价键连接(linji)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,这些术语(shy)一般可以通用,Macromolecules,High Polymer,Polymer,高常用的高分子的分子量一般(ybn)高达几万、几十万，甚至上百万，范围在104106,什么是高分子？,第三页，共44页。,合成聚合物的起始(q sh)原料称为单体（Monomer）,在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为结构单元（Structure unit）,聚合(jh),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(chngf)连接而成。,例如：聚苯乙烯,1.,由一种结构单元组成的高分子,缩写成,第四页，共44页。,n 表示重复单元数，也称为(chn wi)链节数,在此等于聚合度,聚合度（Degree of polymerization）,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,结构单元单体单元重复(chngf)单元链节,结构单元有时(yush)也称为单体单元（Monomer unit）重复单元(Repeating unit）,链节(Chain element）,第五页，共44页。,在这里(zhl),两种聚合度相等，都等于 n,另一种(y zhn)情况：,式中,:,M,是高分子的分子量,M,0,是结构单元的分子量,由聚合度可计算(j sun)出高分子的分子量：,结构单元重复单元链节,单体单元,第六页，共44页。,此时(c sh)，两种结构单元构成一个重复结构单元,结构单元,结构单元,重复(chngf)结构单元,2.由两种结构单元组成(z chn)的高分子,合成尼龙,-66,则具有另一特征：,第七页，共44页。,3.由无规排列的结构单元组成的高分子,由一种(y zhn)单体聚合而成的高分子称为均聚物,结构单元 重复(chngf)单元 单体单元,单体在形成高分子的过程(guchng)中要失掉一些原子,但,重复单元链节,注意：,M,o,两种结构单元的平均分子量,第八页，共44页。,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(chngf)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(chn wi)共聚物,例如：丁苯橡胶,第九页，共44页。,高分子化合物的基本特征,分子(fnz)量大是高分子(fnz)的根本性质,高分子(fnz)的许多特殊性质都与分子(fnz)量大有关，如：,高分子(fnz)的溶液性质：,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(fnz)高得多,分子(fnz)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,可抽丝、能制膜,1.,分子量大,第十页，共44页。,分子量多大才算是(sunsh)高分子？,其实，并无明确界限，一般,高分子的强度(qingd)与分子量密切相关,-1000 -10000 Mw Mv Mn，Mv略低于Mw,Mn靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分对Mn影响较大,Mw靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分对Mw影响较大,一般用Mw来表征聚合物比Mn更恰当，因为聚合物的性能(xngnng)如强度、熔体粘度更多地依赖于样品中较大的分子,讨论(toln)：,第二十页，共44页。,高分子分子量多分散性的表示方法,单独一种平均分子量不足以表征(bio zhn)聚合物的性能，还需要了解分子量多分散性的程度,以分子量分布指数表示,即重均分子量与数均分子量的比值，Mw/Mn,Mw/Mn 分子量分布情况,1 均一分布,接近 1 (1.5 2）分布较窄,远离 1 (20 50)分布较宽,第二十一页，共44页。,以分子量分布曲线表示,将高分子样品分成(fn chn)不同分子量的级分，这一实验操作称为分级,重量(zhngling)分率,平均(pngjn)分子量,高聚物的分子量分布曲线,以被分离的各级分的重量分率对平均分子量作图，得到,分子量重量分率分布曲线,。,可通过曲线形状，直观判断分子量分布的宽窄,分级的实验方法,逐步沉淀分级,逐步溶解分级,GPC(凝胶渗透色谱,第二十二页，共44页。,分子量分布是影响聚合物性能的因素之一,分子量过高的部分使聚合物强度增加，但加工(ji gng)成型时塑化困难,低分子量部分使聚合物强度降低，但易于加工(ji gng),不同用途的聚合物应有其合适的分子量分布:,合成纤维 分子量分布易窄,塑料薄膜,橡胶,分子量分布(fnb)可较宽,第二十三页，共44页。,线形高分子,其长链可能比较伸展，也可能卷曲成团，取决于链的柔顺性和外部条件，一般(ybn)为无规线团,适当溶剂可溶解，加热可以熔融，即可溶可熔,高分子的链结构,高分子链的几何形状大致(dzh)有三种：,线形、支链形、体形,3.,高分子的结构复杂,第二十四页，共44页。,支链高分子,线形(xin xn)高分子上带有侧枝,侧枝的长短和数量可不同,高分子上的支链，有的是聚合中自然形成的；有的则是人为的通过反应接枝上去的,可溶解在适当溶剂中,加热可以熔融，即可溶可熔,体形高分子,可看成是线形(xin xn)或支链形大分子间以化学键交联而成，许多大分子键合成一个整体，已无单个大分子可言,交联程度浅的,受热可软化，适当溶剂可溶胀,交联程度深的,既不溶解,又不熔融，即不溶不熔,第二十五页，共44页。,序列结构,具有取代(qdi)基的乙烯基单体可能存在头尾或头头或尾尾连接,高分子链的微结构复杂(fz),在高分子链中，结构单元的化学组成相同时，连接方式(fngsh)和空间排列也会不同,头,-,尾结构,头,-,头、尾,-,尾结构,有取代基的碳原子为头，无取代基的碳原子为尾,聚氯乙烯分子中的头头结构多达,16,第二十六页，共44页。,立体异构,当高分子链中含有(hn yu)不对称碳原子时，则会形成立体异构体,全同立构,Isotactic,间同立构,Syndiotactic,高分子链的立构规整(u zhn)性,无规立构,Atactic,连有四个不相同(xin tn)的原子或基团的碳原子称为不对称碳原子,高分子链上有取代基的碳原子可以看成是不对称碳原子,将锯齿形碳链排在一个平面上，取代基在空间有不同的排列方式,第二十七页，共44页。,顺反异构,大分子链中存在(cnzi)双键时，会存在(cnzi)顺、反异构体,分子链中的结构差异(chy)，对聚合物的性能影响很大,顺式聚丁二烯是性能很好的橡胶,反式聚丁二烯则是塑料,顺式（天然橡胶(tinrnxingjio)）,反式（古塔波胶）,第二十八页，共44页。,高分子的聚集(jj)态结构,高分子的聚集态结构，是指高聚物材料整体的内部结构，即高分子链与链之间的排列和堆砌(duq)结构。分为：,非晶态结构,高聚物可以是完全的非晶态,非晶态高聚物的分子链处于无规线团状态,这种缠结、混杂的状态存在着一定程度的有序,非晶态高分子没有熔点(rngdin)，在比容-温度曲线上有一转折点，此点对应的温度称为玻璃化转变温度，用Tg表示,第二十九页，共44页。,温 度,比 容,非晶态高聚物的温度(wnd)比容曲线,将一非态晶高聚物试样，施一恒定(hngdng)外力，记录试样的形变随温度的变化，可得到温度形变曲线或热机械曲线,Tg,T,f,温 度,形 变,玻 璃 态,高 弹 态,粘 流 态,非晶态高聚物的温度形变(xngbin)曲线,玻璃态,高弹态,粘流态,玻璃化转变温度，,T,g,粘流温度，,T,f,T,g,是非晶态高聚物的主要热转变温度,第三十页，共44页。,晶态结构,高聚物可以高度结晶，但不能达到100，即结晶高聚物可处于晶态和非晶态两相共存的状态,结晶熔融温度，Tm，是结晶高聚物的主要热转变温度,液晶(yjng)态结构,取向态结构,第三十一页，共44页。,高分子化合物的命名(mng mng)和分类,1 命名(mng mng),以单体名称(mngchng)为基础，在前面加“聚”字,乙烯 丙烯 氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯,聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯,取单体简名，在后面加“树脂”、“橡胶”二字,如 苯酚 甲醛 酚醛树脂,尿素 甲醛 脲醛树脂,甘油 邻苯二甲酸酐 醇酸树脂,丁二烯 苯乙烯 丁苯橡胶,第三十二页，共44页。,应加以(jiy)区别，这是两种不同范畴的分类方案,第三十一页，共44页。,将锯齿形碳链排在一个平面上，取代基在空间有不同的排列方式,合成纤维 分子量分布易窄,难溶，甚至不溶，溶解过程往往要经过溶胀阶段,单体通常是含有官能团的化合物,高分子(fnz)的许多特殊性质都与分子(fnz)量大有关，如：,按照(nzho)Z值统计平均的分子量,顺式聚丁二烯是性能很好的橡胶,第二十七页，共44页。,超高分子量的聚合物 的分子量高达106 以上,聚合度是衡量高分子大小的一个指标。,举例(j l)：设一聚合物样品，其中分子量为104的分子有10 mol,分子量为105的分子有5 mol,求分子量,由两种结构单元组成(z chn)的高分子,交联程度深的,既不溶解,又不熔融，即不溶不熔,按照(nzho)Z值统计平均的分子量,商品名,合成纤维最普遍，我国以“纶”作为合成纤维的后缀,涤纶 聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）,丙纶 聚丙烯,锦纶 聚酰胺（尼龙(nlng)），后面加数字区别,聚酰胺 聚酯 聚氨酯 聚醚,以高分子链的结构特征命名(mng mng),第一个数字(shz)表示二元胺的碳原子数,第二个数字(shz)表示二元酸的碳原子数,只附一个数字(shz)表示内酰胺或氨基酸的碳原子数,数字含义,第三十三页，共44页。,IUPAC命名,命名程序：,确定重复单元结构,排出次级单元（subunit）的次序，两个(lin)原则:,对乙烯基聚合物，先写有取代基的部分,连接元素最少的次级单元写在前面,给重复单元命名，在前面加“聚”字,例子:,聚(1苯基(bn j)乙烯),Poly(1-phenylethylene),第三十四页，共44页。,由两种结构单元组成(z chn)的高分子,第三十六页，共44页。,高分子的聚集(jj)态结构,连有四个不相同(xin tn)的原子或基团的碳原子称为不对称碳原子,高分子的聚集态结构，是指高聚物材料整体的内部结构，即高分子链与链之间的排列和堆砌(duq)结构。,聚1-(甲氧基羰基(tn j)-1-甲基乙烯,由两种结构单元组成(z chn)的高分子,以单体名称(mngchng)为基础，在前面加“聚”字,C 点以后强度不再明显增加,第四十二页，共44页。,按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量,难溶，甚至不溶，溶解过程往往要经过溶胀阶段,M1M2M1M1M2M1M2M2M2 ,以被分离的各级分的重量分率对平均分子量作图，得到分子量重量分率