高分子的分类、命名、聚合反应

第1 2节高分子的分类和命名 一 高分子的分类 碳链高分子其分子主链完全由碳原子组成 由烯烃 共轭二烯烃单体通过加成聚合反应得到 如 PE PP PS PVC 杂链高分子其分子主链除碳原子外还含有O N S等杂原子 绝大部分缩聚物如聚酯 聚酰胺 聚氨酯 聚醚等均属于杂链高分子 元素有机高分子其分子主链不含碳原子而由Si A1 O N S P等原子组成 但其侧基含C H O的有机基团 如甲基 乙基 苯基等 按照制备高分子化合物的聚合反应类型包括缩聚反应和加聚反应两大类 可将相应的聚合物分为缩聚物和加聚物 按照高分子化合物的化学结构类别可分为聚酯 聚酰胺 聚氨酯 聚烯烃等等 按照聚合物受热时的不同行为可分为热塑性聚合物 和热固性聚合物 热固性聚合物 指聚合物在加热或外加交联剂存在下 发生交联反应形成不溶不熔的体形高分子化合物 叫热固性聚合物 其特点是受热不再软化 强热则分解破坏 例如 环氧树脂 酚醛树脂 天然橡胶等 热塑性聚合物 一般指线形或支链形聚合物 具有可反复加热软化或熔化而成型的性质 例如 聚乙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯等 按照聚合物的相对分子质量大小可分为高聚物 低聚物 齐聚物 预聚物等等 低聚物是指通常情况下相对分子质量小于合格高聚物产品的副产物或者使用于某些特殊用途如涂料 胶黏剂等的聚合物 齐聚物是指那些相对分子质量极低 根本不具有高分子特性的 缩合物 现在多叫低聚物 预聚物是指那些可以在特定条件下发生交联固化反应的低聚物 功能高分子是指在高分子主链和侧链上带有反应性功能基团 并具有可逆或不可逆的物理功能或化学活性的一类高分子 涂料是涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的涂装材料 通常所说的塑料 橡胶 正是按照Tm和Tg在室温之上或室温之下划分的 橡胶只能是非晶态高聚物 处于高弹态Tg是使用的下限温度 Tg应低于室温70 以上Tf 黏流温度 是使用的上限温度 通用塑料 聚苯乙烯 polystyrene PS 聚乙烯 polyethylene PE 聚氯乙烯 polyvinylene PVC 聚丙烯 polypropylene PP 塑料 聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 篮球框架 飞机舷窗 树脂镜片 聚碳酸酯 PC 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 1 由1种单体合成的高分子 以单体名称为基础 聚 单体名称 一 习惯命名法 1 天然高分子 2 合成高分子 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 二 高分子化合物的命名 表明产物类型 聚 两单体生成的产物名称对苯二甲酸和乙二醇的缩聚产物 聚对苯二甲酸乙二醇酯己二酸和己二胺的缩聚产物 聚己二酰己二胺 2 由2种单体通过缩聚反应合成的高分子 表明或不表明产物类型 不表明产物类型 两单体名称或简称加后缀 树脂 或 橡胶 苯酚和甲醛的缩聚产物 酚醛树脂 尿素和甲醛的缩聚产物 脲醛树脂 聚氯乙烯树脂 聚乙烯树脂等 成型加工原料 丁二烯和苯乙烯 丁苯橡胶 3 由2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 共聚物 如 乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物 乙烯 乙酸乙烯酯共聚物 4 以高分子链的结构特征命名 聚 高分子主链结构中的特征功能团 聚酰胺聚酯聚氨酯聚醚 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 后面加数字区别氯纶聚氯乙烯腈纶聚丙烯腈 习惯名称与商品名称 二 IUPAC系统命名法 1 确定重复结构单元 2 按规定排出重复结构单元中的二级单元循序 规定主链上带取代基的C原子写在前 含原子最少的基团先写 3 给重复结构单元命名 按小分子有机化合物的IUPAC命名规则给重复结构单元命名 4 给重复结构单元的命名加括弧 并冠以前缀 聚 注意 括弧必不可少 重复结构单元为 Poly 1 chloroethylene 聚 1 氯代乙烯 举例 聚 1 苯基乙烯 Poly 1 phenylethylene 聚 1 甲氧基羰基 1 甲基乙烯 Poly 1 methoxycarbonyl 1 methylethylene 聚 亚胺基六次甲基亚胺基己二酰 Poly iminohexamethyleneiminoadipoyl 第1 3节聚合反应的类别 由某些符合特定条件的低分子化合物合成高分子化合物的化学反应称为聚合反应 这些低分子化合物叫做单体 可以从两个角度对聚合反应进行分类 一 按单体和聚合物在组成和结构上发生的变化分类 Carothers分类法 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 1 加聚反应 AdditionPolymerization 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 特征 加聚反应往往是烯类单体 键加成的聚合反应 无官能团结构特征 多是碳链聚合物加聚物的元素组成与其单体相同 仅电子结构有所改变加聚物分子量是单体分子量的整数倍 2 缩聚反应 CondensationPolymerization 聚合产物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 兼有缩合出低分子和聚合成高分子的双重含义反应产物称为缩聚物 缩聚反应的特征 缩聚反应通常是官能团间的聚合反应反应中有低分子副产物产生 如水 醇 胺等缩聚物中往往留有官能团的结构特征 如 OCO 酯基 NHCO 酰胺基 故大部分缩聚物都是杂链聚合物缩聚物的结构单元比其单体少若干原子 故分子量不再是单体分子量的整数倍 二 按照聚合反应机理进行分类 Flory分类法 根据反应机理和动力学性质的不同 分为逐步聚合反应 Step GrowthPolymerization 和链式聚合反应 Chain Growthpolymerization 逐步聚合反应通常加入催化剂提高反应速率 催化剂并不参与聚合物分子的组成 1 逐步聚合反应 逐步缩合聚合反应 Polycondensation 在反应过程中 聚合物链通过缩合反应生成的 简称缩聚反应 如聚酯 聚酰胺等的合成反应 这类缩聚反应伴有小分子副产物的生成 如果聚合物链是通过加成反应生成的称逐步加成聚合反应 Polyaddition 简称为逐步加聚反应或者聚加成聚合反应 例如 聚氨酯 环氧树脂等的合成反应以及己内酰胺的开环聚合反应等 聚合反应中一般没有小分子生成 但有些聚加成聚合反应也有小分子生成 有些聚合反应还可能发生个别活泼原子的转移 逐步聚合反应 StepPolymerization 重要特点 单体转变成聚合物的反应是逐步进行的 聚合体系由单体和分子量递增的中间产物所组成大部分的缩聚反应 反应中有低分子副产物生成 都属于逐步聚合 反应早期 单体很快转变成二聚体 三聚体 四聚体等中间产物 以后反应在这些低聚体之间进行单体通常是含有官能团的化合物 链式聚合反应 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 也称连锁聚合反应 ChainPolymerization 重要特点 反应中一旦形成单体活性中心 就能很快传递下去 瞬间形成高分子 平均每个大分子的生成时间很短 零点几秒到几秒 2 链式聚合反应一般必须由引发剂引发后才能聚合 连锁聚合反应的特征 聚合过程由链引发 链增长和链终止几步基元反应组成 各步反应速率和活化能差别很大反应体系中只存在单体 聚合物和微量引发剂进行连锁聚合反应的单体主要是烯类 二烯类化合物根据活性中心不同 连锁聚合反应又分为 3 逐步聚合反应和链式聚合反应的聚合机理区别 主要反映在平均每一个分子链增长所需要的时间上