第二十二章合成高分子化合物(4学时)

1、第二十二章合成高分子化合物（4学时） 目的要求目的要求 ： 1 1、 掌握高分子化合物的基本概念；掌握高分子化合物的基本概念； 2 2、了解高分子的结构和性能的关系；、了解高分子的结构和性能的关系； 3 3、掌握合成高分子化合物的基本反应；、掌握合成高分子化合物的基本反应； 4 4、了解高分子化合物的应用。、了解高分子化合物的应用。第一节第一节 基本概念基本概念一、 高分子化合物的涵义 1. 分子量在5,000以上的大分子。 2. 高分子化合物有较好的强度和弹性二、高分子化合物的组成 高分子化合物的化学组成一般都比较简单 高分子的分子量 = 聚合度*链节数1.从分子量和组成看，高分子的分子量很

2、大，具有“多散性”。2.从分子结构看有线型结构：分子中的原子由共价键相互结合成一条很长 的蜷曲状态“链”。体型结构：分子链与分子链之间有许多化学链交联起 来，形成网格一样的结构。3.从性能上看，通常处于固体状态，有较好的机械强 度，绝缘性能，耐腐蚀性能，可塑性，高弹性。4.从用途上看，一般可作为结构材料，供各方面使用。三、高分子化合物的特点四、高分子化合物的分类1. 按来源分类：天然高分子（天然橡胶、纤维素、按来源分类：天然高分子（天然橡胶、纤维素、淀粉）合成高分子（合成橡胶、合成纤维、塑料）淀粉）合成高分子（合成橡胶、合成纤维、塑料）2. 按工艺性质和应用分类：塑料、橡胶、纤维按工艺性质和应

3、用分类：塑料、橡胶、纤维 3. 按高分子主链结构分类按高分子主链结构分类 ：碳链高分子化合物、杂链：碳链高分子化合物、杂链高分子化合物等。高分子化合物等。4. 按合成高分子化合物的反应类型分类：加聚物、缩按合成高分子化合物的反应类型分类：加聚物、缩聚物聚物5. 按应用功能分类：按应用功能分类：通用高分子通用高分子用量最大，面也广。用量最大，面也广。 四烯：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯四烯：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯 四纶：涤纶、锦纶、腈纶、维纶四纶：涤纶、锦纶、腈纶、维纶 四胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶四胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶 、乙丙橡胶、乙丙橡胶 特殊高分子、功能

4、高分子、仿生高分子、生物高特殊高分子、功能高分子、仿生高分子、生物高分子、分子、 医药高分子、高分子试剂、高分子催化剂。医药高分子、高分子试剂、高分子催化剂。 1. 高分子命名一般习惯上用俗名。纤维、淀粉 2. 在单体前加个“聚”字。 聚氯乙烯 3. 缩聚反应制得的高聚物，在原料后加“树脂”二字。 酚醛树脂、环氧树脂 4. 商品名称：腈纶、的确良（聚对苯二甲酸乙二酯纤 维）、电木（酚醛树脂） 六、 重要性五、高分子化合物的命名第二节第二节 高分子的结构和性能的关系高分子的结构和性能的关系一、高聚物的特性 1 不挥发性。不挥发性。 2 高分子链的柔顺性与良好的机械强度。高分子链的柔顺性与良好的机

5、械强度。 3 良好的绝缘性能。良好的绝缘性能。 4 结晶性。结晶性。 5 溶解性和熔融性。溶解性和熔融性。 6 耐化学腐蚀。耐化学腐蚀。二、高分子化合物的基本结构1 线型结构线型结构 ：又称链状高聚物，是由许多链节：又称链状高聚物，是由许多链节 相互联成一条长链的高聚物。相互联成一条长链的高聚物。 2 体型结构体型结构 一般是由多官能团单体相互作用，使主链与主链之一般是由多官能团单体相互作用，使主链与主链之间以共价键相连接，形成三维空间的立体结构。间以共价键相连接，形成三维空间的立体结构。特点：具有高弹性、可塑性、在溶剂中能溶解，加热特点：具有高弹性、可塑性、在溶剂中能溶解，加热 能熔融，硬度

6、和脆度较小。有独立存在的分子。能熔融，硬度和脆度较小。有独立存在的分子。特点：没有弹性和可塑性；不能溶解和熔融；只能溶胀特点：没有弹性和可塑性；不能溶解和熔融；只能溶胀 ，硬度和脆度较大。不能反复熔化，只能一次加，硬度和脆度较大。不能反复熔化，只能一次加 工成型。工成型。 三、高分子化合物的物理状态玻璃态高弹态粘流态tgtf塑料所处状态橡胶所处状态液态树脂所处状态温度升高温度降低q 玻璃态：形变困难，硬度大。玻璃态：形变困难，硬度大。q 高弹态：形变很容易，具有高弹性。高弹态：形变很容易，具有高弹性。q 粘流态：形变能任意发生，具有流动性。粘流态：形变能任意发生，具有流动性。1晶相高聚物和非晶

7、相高聚物晶相高聚物和非晶相高聚物2线型非晶相高聚物的聚集状态线型非晶相高聚物的聚集状态第三节 高分子的合成一、加聚反应 由许多相同或不同单体在一定条件下，通过互相加成形成的高 分子化合物的反应叫加聚反应。v 由一种单体发生的加聚反应称为均聚反应。由一种单体发生的加聚反应称为均聚反应。v 由两种以上的单体共同聚合称为共聚反应。由两种以上的单体共同聚合称为共聚反应。1加聚反应的特点加聚反应的特点 单体是带有不饱和键的化合物。单体是带有不饱和键的化合物。反应过程中没有低分子化合物析出，生成高分子化合反应过程中没有低分子化合物析出，生成高分子化合 物的化学组成与单体相同，其分子量为单体分子量的物的化学

8、组成与单体相同，其分子量为单体分子量的 整数倍。整数倍。是通过一连串单体分子间的相互加成反应来完成的。是通过一连串单体分子间的相互加成反应来完成的。2加聚反应的历程：加聚反应的历程：一般是放热的链锁反应。一般是放热的链锁反应。属于不可逆的链锁反应。属于不可逆的链锁反应。游离基历程游离基历程M单体或辐射引发剂或光或热M1M1或单游离基双游离基活性中心H2CCHXM1+CH2CHXCHCH2X+M1M1 链引发链引发 RM1RM3RMn 单体M+RM2MMM游离基二聚体三聚体n聚体游离基游离基游离基链增长链增长 CH2HCXH2CCHX+H2C CHXCH2HCX链终止链终止 离子历程A +H2C

9、CHR-+CH2CHRA活性中心是正离子+活性中心是负离子B -H2CCHX-+CH2CHXB-正离子聚合反应正离子聚合反应负离子聚合反应负离子聚合反应 配位聚合配位聚合:是烯类单体在金属有机络合物催化下引是烯类单体在金属有机络合物催化下引 起的聚合反应。起的聚合反应。全同构型：所有的取代基都有规则的排在同一边的叫全同构型：所有的取代基都有规则的排在同一边的叫间同构型：取代基交替排列在上下方，叫间同构型：取代基交替排列在上下方，叫。无规构型：取代基排列没有规则，叫无规构型：取代基排列没有规则，叫。特点特点:(1)反应产物是没有支链的线型结构的高分子。反应产物是没有支链的线型结构的高分子。 (2

10、)能控制分子结构的空间构型，得到分子结构能控制分子结构的空间构型，得到分子结构 规整的聚合物。规整的聚合物。二、缩聚反应 由一种或两种以上的单体，通过缩合形成高分子由一种或两种以上的单体，通过缩合形成高分子化合物，同时脱去水、卤化氢或醇等小分子的反应叫化合物，同时脱去水、卤化氢或醇等小分子的反应叫。1 缩聚反应的特点缩聚反应的特点 所用单体至少有两个相互作用的官能团。所用单体至少有两个相互作用的官能团。 缩聚反应是通过一连串的缩合反应来完成的。缩聚反应是通过一连串的缩合反应来完成的。 反应过程中有小分子析出，高聚物的化学组成与单反应过程中有小分子析出，高聚物的化学组成与单 体不同。体不同。 缩

11、聚一般是不可逆的。缩聚一般是不可逆的。 缩聚物的分子量不是很大（与加聚物比较）。缩聚物的分子量不是很大（与加聚物比较）。 反应不是瞬间完成的，高聚物的分子量随时间的增反应不是瞬间完成的，高聚物的分子量随时间的增 长而增加，链增长过程是逐步完成的。长而增加，链增长过程是逐步完成的。通式naAanbBba-AB-n(2n-1)abaAa、bBb表示 单体；a、b 表示官能团；-AB-表示链节。+2缩聚反应的历程缩聚反应的历程 链的开始 链的增长aAa+ bBbabaABb +aABb +aABAaa(AB)2ba(AB)nba(AB)nAaa(AB)n+1a(AB)mba(AB)nba(AB)n+

12、m+ abaABAa+ bBb+ ab+ aAa+ aba(AB)nAa+ bBb+ ab+ abaAa 链终止物理方面的原因物理方面的原因 a随着缩聚反应的进行，单体浓度越来越小，官能团 发生反应的机会减少。b缩聚物的粘度增加，整个分子链移动困难，碰撞机 会减少。c粘度大，生成的低分子排不出去，发生可逆反应。3体型缩聚：具有合成体型结构的缩聚物的反应。 所用单体起码要有一个组分是含有两个官能团以上所用单体起码要有一个组分是含有两个官能团以上 的物质，链增长时才有可能向两个以上的方向增的物质，链增长时才有可能向两个以上的方向增 长，生成体型结构的缩聚物。长，生成体型结构的缩聚物。 在反应过程中

13、有一个粘度骤然变得很大，出现具有在反应过程中有一个粘度骤然变得很大，出现具有 弹性的凝胶的现象弹性的凝胶的现象凝胶化现象。凝胶化现象。第四节第四节 高分子的应用高分子的应用一、色层分离 1 1离子交换树脂离子交换树脂 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构 组成一部分是具有交联结构的高分子骨架。另一部分是具有进行离子交换能力的活性基团 离子交换树脂是一类具有离子交换作用的高聚物。离子交换树脂是一类具有离子交换作用的高聚物。H2CCHH2CCHH2CCHSO3H +Na + Cl - 强酸（固相）液相交换再生+H2CCHH2CCHH2CCHSO3 - Na +固相+H + Cl -液相阳离子交换阳

14、离子交换H2CCHH2CCHH2CCHCH2N + (CH3)3OH -Na + Cl - 强碱（固相）液相交换再生+固相液相H2CCHH2CCHH2CCHCH2N + (CH3)3Cl -+Na + OH -阴离子交换阴离子交换特点特点uu 可逆平衡反应。（是一动态平衡）可逆平衡反应。（是一动态平衡）uu 是非均相反应。是非均相反应。uu 可连续或串连操作。可连续或串连操作。uu 分离速度快，产品纯度高。设备简单，操作方便，分离速度快，产品纯度高。设备简单，操作方便，成本低。成本低。 用途用途 uu 分离混合物。分离混合物。 uu 纯化水。纯化水。 uu 可作酸碱催化剂。可作酸碱催化剂。2螯

15、合树脂螯合树脂 3亲和层析亲和层析二、高分子载体的反应1高分子作为反应物载体高分子作为反应物载体2高分子试剂的反应高分子试剂的反应3高分子催化剂高分子催化剂三、生物医用高分子材料三、生物医用高分子材料四、感光性高分子材料四、感光性高分子材料五、导电高分子材料五、导电高分子材料六、液晶高分子材料六、液晶高分子材料七、高吸水性材料七、高吸水性材料自学自学一、定义、分类和组成2. 分类3. 组成据应用可分为通用塑料工程塑料据受热可分为热塑性塑料热固性塑料塑料通常由树脂（主要成份）添加剂：填料、增塑剂、稳定剂 、 润滑剂、 色料等 1 定义：是指具有可塑性能的高分子材料。定义：是指具有可塑性能的高分子

16、材料。 第五节第五节 塑料塑料 树 脂: 指尚未与各种添加剂混合的高聚物。填 料:（又称添加剂）提高制品的强度和耐热性并可降低成本。2050%）。增塑剂:（又称软化剂）使制品具有韧性。增强可塑性，降低脆性和刚性。稳定剂：防止塑料老化，延长使用寿命。润滑剂：防止塑料在成型过程中粘附压模，造成脱落困难。固化剂：加速高聚物分子间发生交联、硬化。色 料： 使制品美观。二、几种常见的塑料1.聚氯乙烯 (PVC) 是线型结构热塑性高分子化合物nH2CCHClH2CCHCln引发剂3338优点：机械强度好，耐腐蚀性，电绝缘性优良，优点：机械强度好，耐腐蚀性，电绝缘性优良，易加工成型，成本低。易加工成型，成本

17、低。缺点：软化点较低（缺点：软化点较低（65806580），不耐寒，冬天），不耐寒，冬天硬脆易断裂，耐热耐光差。硬脆易断裂，耐热耐光差。外观：白色、无臭，无味的无定形物。外观：白色、无臭，无味的无定形物。应用：轻工、化工、电器等方面。应用：轻工、化工、电器等方面。2 酚醛塑料（俗称电木） 是酚醛树脂添加其他配料制成的产品。制备：苯酚与甲醛在酸催化下进行缩聚反应制备：苯酚与甲醛在酸催化下进行缩聚反应结构：结构： OHH2COHH2COHn特点：加热不会熔化，不溶于水及有机溶剂。电绝缘特点：加热不会熔化，不溶于水及有机溶剂。电绝缘 性优良，耐许多化学药剂腐蚀。有良好物理机性优良，耐许多化学药剂腐蚀

18、。有良好物理机 械性能，很坚硬。械性能，很坚硬。 应用：电气工业绝缘材料（开关、灯头）；化学工业应用：电气工业绝缘材料（开关、灯头）；化学工业 防腐材料等。防腐材料等。第六节第六节 合成纤维合成纤维纤维天然纤维化学纤维植物纤维：如棉花、麻等。动物纤维：丝、毛等。人造纤维： 如粘胶纤维、硝化纤维等合成纤维：如尼龙、涤纶、丙纶等 。一、成纤的基本条件1 1具有线型分子结构，分子链排列规整。具有线型分子结构，分子链排列规整。2 2分子量大小要适当，才有利于拉丝和保证足够的分子量大小要适当，才有利于拉丝和保证足够的 强度。强度。(10(104 4) )。3 3分子链间要有较强的吸引力分子链间要有较强的

19、吸引力4 4能溶解或溶融。能溶解或溶融。二、几种重要的合成纤维1 1聚酰胺纤维聚酰胺纤维 各链节以各链节以 CONH CONH 相连结相连结 商品名称：锦纶（又称尼龙）、耐纶等商品名称：锦纶（又称尼龙）、耐纶等 优点：具有高强度，有一定的弹性、耐磨、耐油优点：具有高强度，有一定的弹性、耐磨、耐油、耐腐蚀、耐细菌。、耐腐蚀、耐细菌。 缺点：耐光较差，长期光照下强度下降。缺点：耐光较差，长期光照下强度下降。 例：例：OH3H2NiNH2OHH2SO4NH4OH发烟 H2SO4已内酰胺锦纶-6+OHO130180380450锌、铁NOHBeckmann重排NHO2503001.52atmNH(CH2

20、)5COnHOHCOOCH3H3COOC2HOCH2CH2OHCOOCH2CH2OHHOH2CH2COOCCOOOH2CH2COOCOCH2CH2OHH抽丝便得的确良纤维酯交换+缩聚n 2 聚酯纤维聚酯纤维 各链节以各链节以COOCOO相连结；相连结； 商品名称：涤纶商品名称：涤纶、的确良等；、的确良等； 优点：强度大、耐磨（仅次于聚胺纤优点：强度大、耐磨（仅次于聚胺纤维）、富有弹性、易皱、吸水性小、耐光、耐腐蚀、维）、富有弹性、易皱、吸水性小、耐光、耐腐蚀、耐漂白剂、耐氧化剂、耐有机试剂及无机酸，绝缘性耐漂白剂、耐氧化剂、耐有机试剂及无机酸，绝缘性好；好； 缺点：耐碱性稍差。缺点：耐碱性稍差

21、。 例：的确良例：的确良聚聚对苯二甲酸乙二酯纤维对苯二甲酸乙二酯纤维 单体：是丙烯腈；单体：是丙烯腈； 商品名称：腈纶（又称合商品名称：腈纶（又称合成羊毛）成羊毛） 优点：柔软蓬松，强度、保暧性及弹性比优点：柔软蓬松，强度、保暧性及弹性比 羊毛好，是优良的天然代用品。羊毛好，是优良的天然代用品。 缺点：耐磨性能不缺点：耐磨性能不及羊毛好。及羊毛好。 合成：合成： 3 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维H2CCHCH3NH3O2H2CCH-CN+425510磷钼酸铋引发剂H2CCHCNn 4 聚乙烯醇缩甲醛纤维聚乙烯醇缩甲醛纤维 商品名称：维纶商品名称：维纶 特点：外观、手感、吸湿性均极似棉花，有特点：外

22、观、手感、吸湿性均极似棉花，有“合合成成 棉花棉花”之称。其耐磨性、强度都比棉花好。之称。其耐磨性、强度都比棉花好。H2CCH2CH2OCHOCH2 单体：单体：第七节第七节 橡胶橡胶一、天然橡胶1 1来源：来源：2 2化学组成：聚异戊二烯，线型高分子，分子量化学组成：聚异戊二烯，线型高分子，分子量 20-5020-50万。万。3顺式结构：有良好的高弹性，但耐磨性和机械顺式结构：有良好的高弹性，但耐磨性和机械 强度差。强度差。H2CCH2CCCH2H2CCCH2CCH2CCCH2H3CHH3CHHH3CCH2 4反式结构：分子间引力大，结晶区较多，弹性很反式结构：分子间引力大，结晶区较多，弹性

23、很 差，是硬质橡胶。差，是硬质橡胶。H2CCH2CCH2CCH2CCH2CCH2CCCH2H3CHCH3HHH3CCH2 填料：是为了减少生胶的用量，并提高制品的机填料：是为了减少生胶的用量，并提高制品的机械强度和耐磨性能。械强度和耐磨性能。 硫化：使橡胶分子链间发生交联，从而改善生胶硫化：使橡胶分子链间发生交联，从而改善生胶易发生形变的缺点。易发生形变的缺点。 防老剂：提高橡胶的抗老的性能，延长橡胶制品防老剂：提高橡胶的抗老的性能，延长橡胶制品的使用寿命。的使用寿命。 5 填料和防老剂填料和防老剂二、合成橡胶HCCCH2HH2CnCH2=CH-CH=CH2COO2Ni,Al(C2H5)3nB

24、F3 (C2H5)2O顺丁橡胶1.1.顺丁橡胶顺丁橡胶合成：合成：优点：弹性好，耐磨性能、耐低温性能也较好。具有良优点：弹性好，耐磨性能、耐低温性能也较好。具有良 好的物理机械性能。好的物理机械性能。 缺点：抗斯裂强度、加工性能较差。缺点：抗斯裂强度、加工性能较差。用途：一般制造三角皮带、耐热胶管、电绝缘制品等。用途：一般制造三角皮带、耐热胶管、电绝缘制品等。 2. 丁苯橡胶丁苯橡胶 合成：合成：nCH2=CH-CH=CH2+nH2C=HCH2C-HC=HC-H2C-H2C-HCn丁苯橡胶优点：耐磨、耐自然老化、耐臭氧、与天然橡胶相似。优点：耐磨、耐自然老化、耐臭氧、与天然橡胶相似。 缺点：弹性和机械强度较差粘合性也不好。缺点：弹性和机械强度较差粘合性也不好。用途：目前产量最高、用途最广的合成橡胶。