高分子基本概念课件

1 11 1 高分子化合物高分子化合物1 12 2 高分子材料的命名高分子材料的命名1 13 3 高分子材料的分类高分子材料的分类1 14 4 高分子的分子量高分子的分子量 Polymer , Macromolecules1 11 1 高分子化合物高分子化合物高分子高分子也叫也叫高分子化合物高分子化合物，是指分子量很高并由共价键是指分子量很高并由共价键连接的一类化合物连接的一类化合物其实，并无明确界限高分子可看作是由许多重复单元所组成的一条长链高分子可看作是由许多重复单元所组成的一条长链 支链支链主链主链侧基侧基C CHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H链原子链原子 构成高分子主链骨架的单个原子构成高分子主链骨架的单个原子聚丙烯聚丙烯聚乙二醇聚乙二醇CHHCHHO CHHCHHO CHHCHHO构成高分子骨架结构成高分子骨架结构，以化学键结合构，以化学键结合的原子集合的原子集合侧链或侧基侧链或侧基：连接在主链原子上的原子或原子集合，又称支：连接在主链原子上的原子或原子集合，又称支链。支链可以较小，称为侧基；可以较大，称为侧链。链。支链可以较小，称为侧基；可以较大，称为侧链。 高分子化合物的分子组成高分子化合物的分子组成1.1.2.2.1.1.聚合聚合CH2 CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnCH2 CHn（1）聚合反应与单体）聚合反应与单体由小分子生成高分子的反应过程由小分子生成高分子的反应过程聚聚 合合 反反 应应小小 分分 子子Polymerization高高 分分 子子单单 体体Monomerp合成聚合物的起始原料合成聚合物的起始原料p定义：定义：能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子化合物。的小分子化合物。CH2 CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnCH2 CHn有机化合物中的共价键有机化合物中的共价键+.HHHH CxxxxC4HxxxxCHHHHCCHHHHCCHHHH自由基L:L均裂均裂LL乙烯分子的结构乙烯分子的结构 乙烯分子中的乙烯分子中的键键乙烯分子中的乙烯分子中的键键CH2-CH CH2-CH CH2-CHClClClCH2CHOHH2CCHCl聚氯乙烯聚氯乙烯CH2CHOH聚乙烯醇聚乙烯醇氯乙烯氯乙烯乙烯醇乙烯醇举例：举例：聚聚乙乙烯烯分分子子模模型型由于高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的，由于高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的，所以也常被称为聚合物，如聚乙烯分子是由成千上所以也常被称为聚合物，如聚乙烯分子是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。（2 2）结构单元）结构单元（Structure unit）： 在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团CHHCHHO CHHCHHO CHHCHHO结构单元结构单元H2CCHClnCH2CHCl()n（3 3）重复结构单元：）重复结构单元： 高分子链中重复出现的单元，即高分子链中重复出现的单元，即链节链节()nCCCH3CCCH3CCCH3HHHHHHHHHCCCH3HHHCHHCHHO CHHCHHO CHHCHHOCH2 CHn结构单元重复结构单元链节结构单元重复结构单元链节对于苯乙烯的聚合反应来说：对于苯乙烯的聚合反应来说：(4)(4)聚合度聚合度：聚合物分子中重复结构单元的数目，也称为链节数聚合物分子中重复结构单元的数目，也称为链节数 n聚合物的结构式：聚合物的结构式： ( 重复单元的结构 )nnxDP 聚合度：小孩的数目聚合度：小孩的数目00nMDPMxM nDPxnCH2 CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnCH2 CHn此时此时 ，两种结构单元构成一个重复结构单元两种结构单元构成一个重复结构单元重复结构单元重复结构单元2.2.H-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHnH2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH(2n-1) H2O+举例举例1 1：nDPxn22002MDPMxMnHOCOCOOCH2CH2OH()nCOCOHOOHn+ n HO CH2CH2OH对苯二甲酸对苯二甲酸 + 乙二醇乙二醇 聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯举例举例2 2： M1M2M1M1M2M1M2M2M2 -( CH2-CH=CH-CH2 -)-(-CH2-CH-)-xyn3. 3. 均聚物均聚物: :由一种单体聚合而成的高分子由一种单体聚合而成的高分子共聚物共聚物: :由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子 无规共聚物无规共聚物-A-B-B-A-B-A-A-A-B-A-A-B-A-交替共聚物交替共聚物-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-嵌段共聚物嵌段共聚物-A-A-A-A-B-B-B-B-B-A-A-A-A-接枝共聚物接枝共聚物-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A B B B B共聚物的几种类型共聚物的几种类型 CH2 CH2 n聚乙烯的结构式为聚乙烯的结构式为聚甲基丙烯酸甲酯的结构式为聚甲基丙烯酸甲酯的结构式为CH3 CH2 C nCOOCH3课堂练习课堂练习OCOCH3 CH2 CH m CH2 CH2 nOCH2CH2O C C OOn聚对苯二甲酸乙二醇酯的结构式为聚对苯二甲酸乙二醇酯的结构式为涤纶树脂的结构式为涤纶树脂的结构式为1 12 2（1 1）以单体名称为基础，在前面加）以单体名称为基础，在前面加“聚聚”字字 乙烯乙烯 丙烯丙烯 氯乙烯氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯聚乙烯 聚丙烯聚丙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯（2 2） 如如 苯苯酚酚 甲甲醛醛 酚醛树脂酚醛树脂 尿尿素素 甲甲醛醛 脲醛树脂脲醛树脂 甘油甘油 邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐 醇酸树脂醇酸树脂 丁丁二烯二烯 苯苯乙烯乙烯 丁苯橡胶丁苯橡胶（3 3）以高分子链的结构特征命名）以高分子链的结构特征命名 O -C-O-NH-C-O-OO -C-NH- -O-聚酰胺聚酰胺如己二酸和己二胺为单体合成的聚合物称为聚己二酰如己二酸和己二胺为单体合成的聚合物称为聚己二酰己二胺；由氨基己酸为单体的聚合物称为己二胺；由氨基己酸为单体的聚合物称为己己。聚酯聚酯对苯二甲酸乙二对苯二甲酸乙二(醇醇)；由己醇酸为单体合成的聚；由己醇酸为单体合成的聚合物称为聚己酯。合物称为聚己酯。 聚氨酯聚氨酯如甲苯如甲苯-2,4-二异氰酸酯和乙二醇为单体合成的聚合物二异氰酸酯和乙二醇为单体合成的聚合物称为称为甲苯基甲苯基-2,4-二二基甲酸乙二醇基甲酸乙二醇。 聚醚聚醚合成纤维最普遍，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），后面加数字区别二、商业命名法二、商业命名法NH(CH2)6NHCO(CH2)4COn NH ( CH2 )5 CO nNH(CH2)6NHCO(CH2)8COn 尼龙尼龙610610尼龙尼龙10101010NH(CH2)10NHCO(CH2)8COn 第一个数字表示二元胺的碳原子数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第二个数字表示二元酸的碳原子数只附一个数字表示内酰胺或氨基酸的碳原子数只附一个数字表示内酰胺或氨基酸的碳原子数数字含义数字含义聚合物的商业名称聚合物的商业名称一般名称一般名称商业名称商业名称一般名称一般名称商业名称商业名称聚对苯二甲酸乙二聚对苯二甲酸乙二( (醇醇) )酯酯涤涤 纶纶聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃有机玻璃聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺尼龙尼龙-66-66酚醛树脂酚醛树脂电电 木木聚乙烯醇缩甲醛聚乙烯醇缩甲醛维尼纶维尼纶脲醛树脂脲醛树脂电电 玉玉聚丙烯腈聚丙烯腈腈腈 纶纶聚异戊二烯聚异戊二烯合成天然合成天然橡胶橡胶三、系统命名法三、系统命名法（IUPACIUPAC命名）命名）CH CH2n聚聚 (1苯基乙烯苯基乙烯 )Poly(1-phenylethylene) 1) 1) 确定重复结构单元；确定重复结构单元；2) 2) 按规定排出重复结构单元中的二级单元顺序按规定排出重复结构单元中的二级单元顺序：规定主链：规定主链上带取代基的上带取代基的C C原子写在前，含原子最少的基团先写；原子写在前，含原子最少的基团先写；3) 3) 给重复结构单元命名：给重复结构单元命名：按小分子有机化合物的按小分子有机化合物的IUPACIUPAC命名命名规则给重复结构单元命名；规则给重复结构单元命名；4) 4) 给重复结构单元的命名加括弧，并冠以前缀给重复结构单元的命名加括弧，并冠以前缀“聚聚”。q系统命名法较严谨，但比较烦琐，往往名称很长，系统命名法较严谨，但比较烦琐，往往名称很长，使用不太方便。使用不太方便。q一般命名法容易掌握一般命名法容易掌握, ,但不严格但不严格, ,有时会造成混乱有时会造成混乱 IUPAC不反对在一般场合使用习惯命名法和其不反对在一般场合使用习惯命名法和其能反映聚合物特征的命名法，但在学术性较强的能反映聚合物特征的命名法，但在学术性较强的论文中鼓励使用系统命名法。论文中鼓励使用系统命名法。 IUPAC不提倡采用商品名和俗称。不提倡采用商品名和俗称。 当聚合物结构较复杂时，聚合物名称往往较当聚合物结构较复杂时，聚合物名称往往较长，使用不方便，因此常用英文缩写表示。长，使用不方便，因此常用英文缩写表示。例如：例如：PE：polyethylene； PP：polypropylenePVC：poly（vinyl chloride）；）； PS：polystyrene；PVA：poly（vinyl alcohol）；）； PC：polycarbonatePMMA：poly（methyl methacrylate）PET：poly（ethylene terephthalate）PA：polyamide；PUR： polyurethane四、英文缩写命名法四、英文缩写命名法常用聚合物英文缩写符号常用聚合物英文缩写符号 PA-66聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺PAN聚丙烯腈聚丙烯腈PET聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯PVAc聚醋酸乙烯聚醋酸乙烯EP环氧树脂环氧树脂PMMA聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯PC聚碳酸酯聚碳酸酯PS聚苯乙烯聚苯乙烯PVFo聚乙烯醇缩甲醛聚乙烯醇缩甲醛PP聚丙烯聚丙烯PIP聚异戊二烯聚异戊二烯PE聚乙烯聚乙烯PB聚丁二烯聚丁二烯PVC聚氯乙烯聚氯乙烯英文缩写英文缩写聚合物名称聚合物名称英文缩写英文缩写聚合物名称聚合物名称按按性性质质和和用用途途分分塑塑 料料纤纤 维维橡橡 胶胶涂涂 料料胶粘剂胶粘剂功能高功能高分子分子以聚合物为基础，加入（或不加）各种以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的材料助剂和填料，经加工形成的材料具有可逆形变的高弹性材料具有可逆形变的高弹性材料纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的的100倍倍涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装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具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料细高分子材料131.3.1p天然高分子天然高分子：自然界天然存在的高分子：自然界天然存在的高分子如淀粉、蛋白质如淀粉、蛋白质 、纤维素、核酸和各种生物大分子等、纤维素、核酸和各种生物大分子等p半天然高分子半天然高分子：经化学改性后的天然高分子经化学改性后的天然高分子如硝酸纤维素、硫化橡胶等如硝酸纤维素、硫化橡胶等p合成高分子合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子由单体聚合人工合成的高分子如合成橡胶、聚烯烃、树脂和合成纤维等如合成橡胶、聚烯烃、树脂和合成纤维等1.3.2 按高分子的来源分为：按高分子的来源分为：纤维素纤维素 (cellulose)OHCH2OHOHOOOHCH2OHOHOOu植物是纤维素最主要的来源植物是纤维素最主要的来源u棉花是自然界中纤维素含量最高的纤维棉花是自然界中纤维素含量最高的纤维u木材是纤维素化学工业的主要原料木材是纤维素化学工业的主要原料硝酸纤维或纤维素三硝酸酯硝酸纤维或纤维素三硝酸酯 纤维素纤维素 甲壳素甲壳素OCH2OHOHNH-C=OCH3On脱去乙醛基脱去乙醛基OCH2OHOHNH2On壳聚糖壳聚糖 自然界中仅次于纤维素的第二大生物多糖，同时自然界中仅次于纤维素的第二大生物多糖，同时也是自然界唯一大量存在的聚氨基的碱性多糖。也是自然界唯一大量存在的聚氨基的碱性多糖。它是由甲壳素经过脱乙酰作用得到的，具有良好它是由甲壳素经过脱乙酰作用得到的，具有良好的生物相容性、生物可降解性及抗菌、防腐、止的生物相容性、生物可降解性及抗菌、防腐、止血和促进伤口愈合等优良的特性。血和促进伤口愈合等优良的特性。 一种重要的酸性糖胺多糖，由动物喉骨、鼻软一种重要的酸性糖胺多糖，由动物喉骨、鼻软骨、气管等软骨组织提取，在免疫抑制、调骨、气管等软骨组织提取，在免疫抑制、调脂、抑制结石形成等方面有广泛的用途脂、抑制结石形成等方面有广泛的用途OHHOHHOHCOO-HOHHHNHCOCH3HOHCH2OSO3-HHOOn割胶季节海南从每年割胶季节海南从每年3月月25日至日至12月月25日，云南日，云南从每年的从每年的4月至月至11月月25日日 天然橡胶天然橡胶 天然橡胶是由人工栽培的三叶橡胶树分泌的天然橡胶是由人工栽培的三叶橡胶树分泌的乳汁，经凝固、加工而制得的，它是以聚异戊乳汁，经凝固、加工而制得的，它是以聚异戊二烯为主要成分的不饱和状态的天然高分子化二烯为主要成分的不饱和状态的天然高分子化合物，其结构式为：合物，其结构式为：CH2CCHCH2CH3主链（链原子）完全由主链（链原子）完全由C原子组成原子组成链原子除链原子除C外，还含外，还含O,N,S等杂原子等杂原子链原子由链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组成等杂原子组成CHHCHHCHHCHHCHHCHHCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H聚乙烯聚乙烯聚丙烯聚丙烯CHHCHHO CHHCHHO CHHCHHO聚乙二醇聚乙二醇NHCHHCHHCHHCHHCHHCO尼龙尼龙6聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷SiCH3CH3OSiCH3CH3SiCH3CH3Op碳链高分子：碳链高分子：p杂链高分子：杂链高分子：p元素有机高分子：元素有机高分子：1.3.3 按主链元素（链原子）组成来分：按主链元素（链原子）组成来分：高分子链的三种基本形状：高分子链的三种基本形状：线形、支链形、体形线形、支链形、体形线形线形 支链形支链形 体形体形按高分子链几何形状分类按高分子链几何形状分类其它新型结构的高分子，如其它新型结构的高分子，如星形聚合物、梯形聚合物星形聚合物、梯形聚合物等。等。星形星形梯形梯形14 高聚物的分子量高聚物的分子量1.4.1 高聚物分子量的多分散性高聚物分子量的多分散性CH3OHCH3CH2OHCH2 CHn天然橡胶天然橡胶CH2CCHCH2CH3n n 约为约为1000010000左右，分子量分布在左右，分子量分布在10-18010-180万万之间，平均分子量之间，平均分子量7070万左右。万左右。实际天然橡实际天然橡胶是多种不同分子量的聚异戊二烯的混合胶是多种不同分子量的聚异戊二烯的混合体体，橡胶烃含量约，橡胶烃含量约91%94%91%94%，其余为少量的，其余为少量的蛋白质、脂肪酸、糖分、灰分等，含杂质蛋白质、脂肪酸、糖分、灰分等，含杂质的天然橡胶透明而略带黄色。的天然橡胶透明而略带黄色。 Monodispersitypolydispersity高分子的分子量不均一高分子的分子量不均一( (即分子量大小不一、参差即分子量大小不一、参差不齐）的特性，称为不齐）的特性，称为分子量的多分散性分子量的多分散性 数均相对分子质量数均相对分子质量Mn (number average molecular weight)iiiinNMNNWM若有一高聚物试样若有一高聚物试样分子量：分子量：分子数：分子数：iMMMM 321,iNNNN 321,iiiMNw 每种链的重量：每种链的重量：iwwww 321, 重均相对分子质量重均相对分子质量Mw(weight average molecular weight)iiiiiiiwMNMNWMWM2假若有一块高聚物的试样假若有一块高聚物的试样分子量：分子量： 重重 量：量：iMMMM 321,iWWWW,321 粘均相对分子质量粘均相对分子质量Mv(viscosityaverage molecular weight)1iiii1iiivMNMNWMWM1 MKMark-Houwink方程方程K, 是与聚合物、溶剂有关的常数，是与聚合物、溶剂有关的常数，M: 粘均分子量粘均分子量 举例：举例：设一聚合物样品，其中分子量为设一聚合物样品，其中分子量为104的分子的分子有有10 mol, 分子量为分子量为105的分子有的分子有5 mol, 求分子量。求分子量。（ 设设 =0.6）40000510105101054NiNiMiMn850001051010)10(5)10(105425242NiMiNiMiMw800001051010)10(5)10(106 .015416 .0516 .04vM（1） （2）重量分率重量分率相对分子质量相对分子质量Mw（g/mol）拉伸强度拉伸强度MPa状态状态Mw(g/mol)拉伸强度拉伸强度MPa状态状态140010000310固体固体70240液体液体25014002固体固体60气体气体各种聚乙烯室温下的性能与分子量的关系各种聚乙烯室温下的性能与分子量的关系1.4.4 分子量大小及分布对性能的影响分子量大小及分布对性能的影响分子量分布越宽，熔融的范围越宽，加工性分子量分布越宽，熔融的范围越宽，加工性能越好（塑料）能越好（塑料）分布越窄，机械性能越好，抗撕裂（纤维）分布越窄，机械性能越好，抗撕裂（纤维）不同用途的聚合物应有其合适的分子量分布不同用途的聚合物应有其合适的分子量分布: :