高分子的基本概念

1、第一章 高分子的基本概念,1.1 高分子化合物的基本特征,分子似“一条链”，由许多相同的结构单元组成，以共价键的形式重复连接而成。 分子量很大且具有分散性。,一、高分子的含义,高分子, Macromolecule 聚合物 Polymer 高聚物 High polymer,通过不同 的聚合反应,长径比：103 105,Polyamideimide/聚酰胺酰亚胺的立体示意图,分子似“一条长链”,由许多相同的结构单元组成， 以共价键的形式重复连接而成。,小分子单体相互连接而成,n CH2 = CH,(CH2 CH)n,(CH2 CH)n,n CH2 = CH,氯乙烯,聚氯乙烯,苯乙烯,聚苯乙烯,聚合

2、物链很长：多到增加或减少几个单元不会影响本体性质（玻璃化温度、热容、密度、热胀系数、模量、拉伸强度、导热系数、折光指数.）,分子量大,烷烃性质随链长的变化,甲,分子之间的作用力大,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 可用作承力材料，能抽丝，能制膜 高分子溶液： 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高得多,分子量多大才算是高分子？ 其实，并无明确界限，一般,- - - - - 1000 - - - - - - - - - - - - 10000 - - - - - 1000000 低分子 过渡区（齐聚物） 高聚物 超高聚物,一般高分子的分子量在

3、 104 106 范围 超高分子量的聚合物的分子量高达106 以上,高分子的强度与分子量密切相关,A 点是初具强度的最低聚合度，A点以上强度随分子链迅速增加 B 点是临界点，强度增加逐 渐减慢 C 点以后强度不再明显增加 不同高分子初具强度的聚合度和临界点的聚合度不同，如,A B 尼龙 40 150 纤维素 60 250 乙烯基 100 400聚合物,常用的聚合物的分子量（万）,塑料 分子量 纤维 分子量 橡胶 分子量 聚乙烯 630 涤纶 1.82.3 天然橡胶 2040 聚氯乙烯 515 尼龙-66 1.31.8 丁苯橡胶 1520 聚苯乙烯 1030 维尼纶 67.5 顺丁烯胶 2530

4、,12,分子量具有多分散性（Polydispersity）,即使是一种“纯粹”的高分子，也是由化学组成相同、分子量不等、结构不同的同系聚合物的混合物所组成 这种高分子的分子量不均一(即分子量参差不齐）的特性，就称为分子量的多分散性 因此应注意： 一般测得的高分子的分子量都是平均分子量 聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同,二、分子结构的多样性,结构：长链、柔性、缠结、链段运动,分子结构的多样性,性能的多样性,不同原子组成的聚合物性能不同 相同分子式-因构造不同而性能不同 同一聚合物-因环境不同而性能不同 -因加工方法不同而性能不同,1.2 高 分 子 基 本 概 念,高 分 子,具有高的

5、相对分子量，其结构必须是由多个重复单元所组成，并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来。,Polymer, Macromolecule,根据IUPAC1996年之建议（ International Union of Pure and Applied Chemistry 1996, 68, 2287 2311）,聚氯乙烯,聚乙烯醇,实际上,概念上,水解,高 分 子,小 分 子,聚 合 反 应,Polymerization,单 体,Monomer,Polymer,链 原 子,Chain Atoms,构成高分子主链骨架的单个原子。,聚丙烯,聚乙二醇,重复组成高分子分子结构的最小的单元。

6、,（重 复） 结 构 单 元,Constitutional Repeating Unit, CRU,单个聚合物分子所含单体单元的数目。,聚 合 度,Degree of Polymerization，DP,聚合物 单 体 聚合度,聚对苯二甲酸乙二酯，涤纶，PET,n,n,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,生成均聚物的聚合反应称均聚反应 （Homopolymerization)。,由一种以上（真实的、隐含的或假设的）单体

7、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,HOOC-Ph-COOH HOCH2CH2OH,-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-,隐含单体 HOOC-Ph-COOCH2CH2OH,HOOC-Ph-COOH HOCH2CH2OH HO(CH2)3OH,-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-(OC-Ph-COOCH2CH2CH2O)m-,共聚物,均聚物,CH2=CH2 CH2=CHCH3,假设,均聚物,嵌段,接枝,交替,无规,1.3 高 分 子 的 分 类,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

8、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。,聚四氟乙烯,(A) 碳链高分子,尼龙,聚甲醛,(B) 杂链高分子（除C以外，还含N，O，S）,Si,O,O,O,O,O,O,Si,Si,Si,Si,Si,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,聚二甲基硅氧烷,(C) 元素高分子（主链不含C）,1.4 高 分 子 的 命 名,I. 习 惯 命 名 法,天然高分子,一般有

9、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、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚异丁烯、聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等,（2）由两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 表明产物类型：“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” 不表明产物类型：两单体名称或简称加后缀“树脂”， 如 苯酚和甲醛的缩聚产物叫“酚醛树脂” 尿素和甲醛的缩聚产物叫“脲醛树

10、脂”,扩充：聚氯乙烯树脂、聚乙烯树脂等（成型加工原料）,（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 +“-”+“共聚物”：如 乙烯和醋酸乙烯酯的共聚产物叫“乙烯-醋酸乙烯酯共聚物” （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：,聚酰胺：,34,聚丙烯 PP Polypropylene,聚乙烯 PE Polyethylene,聚苯乙烯 PS polystyren,35,聚氯乙烯 PVC Polyvinyl Chloride,聚偏二氯乙烯PVDC Polyvinylidene Chloride,聚四氟乙烯 PTFE （商

11、品名Teflon ）Polytetrafluoroethylene,聚丙烯腈 PAN Polyacrylonitrile,36,聚醋酸乙烯酯PVAc Polyvinyl acetate,聚甲基丙烯酸甲酯PMMA Poly (methyl methacrylate),37,聚甲醛 POM Polyformaldehyde,聚乙炔 PA polyacetylene,聚氧化乙烯 PEO Polyethyleneoxide （聚环氧乙烷）,聚己内酰胺 Nylon 6 Poly(-caprolactam) or caprone,LDPE,HDPE,LLDPE,聚乙烯（PE),聚丙烯（PP),聚氯乙烯（P

12、VC),聚苯乙烯,聚四氟乙烯（塑料王）,聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）,聚丙烯腈纤维(腈纶、人造羊毛),聚丁二烯PB Polybutadiene,聚异戊二烯PIP Polyisoprene,聚异丁烯 PIB Polyisobutylene,丁苯橡胶(SBR),顺丁橡胶（BR),丁基橡胶（IBR）,丁腈橡胶（NBR）,乙丙橡胶(EPM和EPDM),SBS热塑弹体,-OCH2CH2OOCPhCO-n,对苯二甲酸乙二醇酯 PET Polyethylene terephthalate,对苯二甲酸丁二醇酯 PBT Polybutylene terephthalate,-OCH2CH2CH2CH2OOCPhCO-n,聚酯,聚碳酸酯 PC polycarbonate,53,聚己二酰己二胺 Nylon 66 Polyhexamethylene adipamide,对苯二甲酰对苯二胺 PPTA （Kevlar ） Poly(p-phenylene-terephthalamide),聚酰胺,酚醛树脂 PF phenol-formaldehyde resin, phenolic resin,n ClSiCln H2OSiO2nHCl,聚硅氧烷 Polydimethyl silioxane or （硅橡胶silicon rubber）,其