第一章绪论-1

1、本课程的教学要求本课程的教学要求 本课程是应用化学专业类的本课程是应用化学专业类的专业基础专业基础课课。通过该课程的学习，要求同学们具备。通过该课程的学习，要求同学们具备和掌握高分子领域的和掌握高分子领域的基本概念基本概念、基本知识基本知识、基本理论基本理论和和基本技能基本技能课程的性质、目的与任务课程的性质、目的与任务: :先行课程：先行课程：有机化学有机化学、物理化学物理化学等化学及相关课程等化学及相关课程 后续课程：后续课程：高分子合成工艺高分子合成工艺、高分子材料成型加高分子材料成型加 工工、复合材料复合材料与与功能材料功能材料等等 考试方式：考试方式：闭卷闭卷考试考试 成绩评定：成绩

2、评定：考试成绩考试成绩70 %与与平时成绩平时成绩30 %其它事宜缺课学时达到或超过缺课学时达到或超过1/31/3；缺交作业达到；缺交作业达到或超过或超过1/31/3者；取消考试资格；扰乱课堂者；取消考试资格；扰乱课堂教学秩序等者。教学秩序等者。任课教师随机任课教师随机3 3次点名未到堂；缺交作业、次点名未到堂；缺交作业、实验报告等达到或超过实验报告等达到或超过1/31/3；抄袭作业、；抄袭作业、课程论文、实验报告等；扰乱课堂教学课程论文、实验报告等；扰乱课堂教学秩序等者；取消评教资格。秩序等者；取消评教资格。教学参考书目教学参考书目l王槐三王槐三 等等 高分子化学教程高分子化学教程 科学出版

3、社科学出版社l林尚安林尚安 等等 高分子化学高分子化学 科学出版社科学出版社l潘祖仁潘祖仁 高分子化学高分子化学(第二版第二版)化学工业出版社化学工业出版社l何曼君何曼君 高分子物理高分子物理(修订版修订版)复旦大学出版社复旦大学出版社l马德柱马德柱 高聚物的结构与性能高聚物的结构与性能 科学出版社科学出版社章节与学时分配章节与学时分配教学内容教学内容(章章)讲课学时讲课学时实验学时实验学时第一章第一章 绪论绪论4 第二章第二章 逐步聚合反应逐步聚合反应6 第三章第三章 自由基聚合自由基聚合8 第四章第四章 共聚反应共聚反应4 第五章第五章 聚合物的化学反应聚合物的化学反应2 第六章第六章 聚

4、合物的结构聚合物的结构6 第七章第七章 聚合物的分子运动聚合物的分子运动5 第八章第八章 聚合物的力学性能聚合物的力学性能5 复复 习习 合合 计计400第一章第一章 绪绪 论论要求掌握的知识点：要求掌握的知识点： 高分子化合物的高分子化合物的定义定义及及特点特点 高分子化合物的高分子化合物的命名命名 高分子化合物高分子化合物结构式结构式及聚合及聚合反应方程式反应方程式的书写的书写 高分子化合物高分子化合物聚合度的概念及计算聚合度的概念及计算高分子化合物高分子化合物分子量分子量及及多分散性的概念及计多分散性的概念及计算算主要内容主要内容 高分子的基本概念高分子的基本概念 高分子科学及其发展史高

5、分子科学及其发展史 聚合物的相对分子质量聚合物的相对分子质量, 聚合度聚合度, 相相 对分子对分子 质量的分布质量的分布 聚合反应的分类聚合反应的分类 合成高聚物的制备方法合成高聚物的制备方法 高分子化合物的分类及命名高分子化合物的分类及命名1. 高分子科学基本概念高分子科学基本概念一、高分子科学及其发展史一、高分子科学及其发展史2. 高分子科学的发展历史及重大事件高分子科学的发展历史及重大事件3. 中国的高分子科学与工程中国的高分子科学与工程 (1) 理论研究理论研究 (2) 工业发展工业发展高分子高分子工程工程高分子高分子物理物理高分子高分子化学化学1. 高分子科学的概念高分子科学的概念研

6、究内容：研究内容：高分子化合物高分子化合物合成合成、改性改性，高分子及其，高分子及其 聚集态的聚集态的结构结构、性能性能，聚合物的成型加工聚合物的成型加工等等高分子高分子科学科学高分子化学：高分子化学：高分子科学的高分子科学的基础基础高分子物理：高分子物理：高分子科学的高分子科学的理论基础理论基础研究内容：研究内容：分子设计分子设计、合成合成及及改性改性研究内容：研究内容：高分子及其聚集态的高分子及其聚集态的结构结构、性能性能、表征表征 以及以及结构与性能结构与性能、结构与外场力结构与外场力的影响之间的的影响之间的 相互关系相互关系作用：作用：为高分子科学研究提供新生化合物、为国民为高分子科学

7、研究提供新生化合物、为国民 经济经济提供提供新材料及合成方法新材料及合成方法作用：作用：为高分子科学与高分子工业间的为高分子科学与高分子工业间的衔接点衔接点高分子工程：高分子工程：研究内容：研究内容：涉及聚合涉及聚合反应工程反应工程、高分子、高分子成型工艺成型工艺及及 相应的相应的理论理论、方法方法的研究，的研究，作用：作用：指导指导高分子化合物的高分子化合物的分子设计分子设计和高聚物作为材和高聚物作为材 料的料的合理使用合理使用高高 分分 子子 化化 学学有机化学有机化学物理化学物理化学化学工程化学工程.聚合反应工程聚合反应工程高高 分分 子子 物物 理理小分子化合物小分子化合物高分子化合物

8、高分子化合物制品制品聚合物成型加工聚合物成型加工材料力学材料力学流体力学流体力学.分分 子子 结结 构构形形 态态 形形 状状使使用用性性能能无机化学无机化学分析化学分析化学物物 理理循环利用循环利用石油石油天燃气天燃气煤煤其它其它高分子科学高分子科学高分子工程高分子工程高分子科学及相关学科高分子科学及相关学科公元前，蛋白质、淀粉、棉、毛、丝、麻、造纸、公元前，蛋白质、淀粉、棉、毛、丝、麻、造纸、油漆、虫胶等油漆、虫胶等1833年，年，Berzelius 提出提出 “Polymer”一词，指以共价键、一词，指以共价键、非共价键联结的聚集体非共价键联结的聚集体1.) 十九世纪之前十九世纪之前2.

9、 高分子科学的建立与发展高分子科学的建立与发展 高分子工业高分子工业 高分子科学高分子科学 天然高分子的加工利用天然高分子的加工利用2.) 十九世纪中叶十九世纪中叶- 1838 C.N.Goodyear 天然橡胶硫化天然橡胶硫化- 1845 C.F.Schobein 硝化纤维硝化纤维- 1868 J.W.Hyatt 硝化纤维塑料硝化纤维塑料- 1889 建成最早的人造丝工厂建成最早的人造丝工厂- 1900 英国建成年产英国建成年产1000 t粘胶纤维工厂粘胶纤维工厂 高分子工业高分子工业 天然高分子的化学改性天然高分子的化学改性- 1870 提出纤维素、淀粉、蛋白质是大的分子提出纤维素、淀粉、

10、蛋白质是大的分子- 1892 W.A.Tilden 确定天然橡胶干馏产物异戊确定天然橡胶干馏产物异戊 二烯结构式二烯结构式 高分子科学高分子科学3.) 二十世纪初叶二十世纪初叶 高分子工业高分子工业 - 1907 L.Backeland 酚醛树脂酚醛树脂高分子工业和科学的创立的准备时期高分子工业和科学的创立的准备时期- 1911 丁钠橡胶丁钠橡胶- 1914 醋酸纤维和塑料醋酸纤维和塑料- 1925 醋酸乙烯工业化醋酸乙烯工业化- 1928 聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯- 1902 提出蛋白质是由氨基酸残基组成的多肽结构提出蛋白质是由氨基酸残基组成的多肽结构- 1907

11、 W.Ostwold 提出分子胶体概念提出分子胶体概念- 1920 H.Staudinger 提出提出“共价键联结的大分子共价键联结的大分子” 之现代高分子概念之现代高分子概念 高分子科学高分子科学-塑料：塑料：PVC(1931)、PS(1934)、LDPE(1939)、ABS (1948) -橡胶：氯丁胶橡胶：氯丁胶(1931)、丁基胶、丁基胶(1940)、丁苯胶、丁苯胶(1940)-纤维：纤维：PVC(1931)、尼龙、尼龙-66(1938)、PET(1941)、维纶（维纶（1948）4.) 二十世纪二十世纪3040年代年代 高分子工业高分子工业 高分子工业和科学的创立时期高分子工业和科学

12、的创立时期- 1932 H.Staudinger 高分子有机化合物高分子有机化合物出版出版 - 192940 W.H.Carothers. P.J.Floury 缩聚反应理论缩聚反应理论- 193238 W.Kuhn, K.H.Mayer 橡胶弹性理论橡胶弹性理论- 193548 H.Mark, F.R.Mayo 链式聚合反应和共聚合理论链式聚合反应和共聚合理论- 194249 P.J.Flory, M.L.Huggins 高分子溶液理论高分子溶液理论- 40年代年代 Harkin-Smith-Ewart 乳液聚合理论乳液聚合理论 高分子科学高分子科学- HDPE （195355）、）、PP（

13、195557）、）、BR（1959）、）、PC（1957）- 石油化工产品的石油化工产品的80%用于高分子工业用于高分子工业- 塑料以两倍于钢铁的速率增长（塑料以两倍于钢铁的速率增长（1215% / 年）年）5.) 二十世纪二十世纪50年代年代 高分子工业高分子工业 现代高分子工业确立、高分子合成化学大发展时期现代高分子工业确立、高分子合成化学大发展时期- 195356 Ziegler-Natta 催化剂和配位阴离子聚合催化剂和配位阴离子聚合- 50年代年代 Szwarc 阴离子活性聚合阴离子活性聚合 Kennedy 阳离子聚合阳离子聚合- 1957 A.Keller 获得聚乙烯单晶获得聚乙烯

14、单晶 高分子科学高分子科学6.) 二十世纪二十世纪60年代年代高分子物理迅速发展时期高分子物理迅速发展时期- 通用塑料：通用塑料：PE、PP、PVC、PS (80%)、PF、UF、 PU、UP（20%）- 工程塑料：工程塑料：ABS、PA、PC、PPO、POM、PBT、- 合成橡胶：丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶、异戊胶、合成橡胶：丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶、异戊胶、 丁基胶、丁腈胶丁基胶、丁腈胶- 合成纤维：合成纤维：PET、PAN、PP、PVA、nylon 高分子工业高分子工业 - 各种热谱、力谱、电镜、各种热谱、力谱、电镜、IR手段的应用：手段的应用： 1960 高分辨率高分辨率NMR、 1964

15、GPC的使用的使用 - 结晶高分子、高分子粘弹性、流变学理论研究结晶高分子、高分子粘弹性、流变学理论研究 的深入的深入 高分子科学高分子科学7.) 二十世纪二十世纪70年代年代高分子工程科学迅速发展时期高分子工程科学迅速发展时期- 生产的高效化、自动化、大型化：生产的高效化、自动化、大型化： 塑料塑料6000万万t、橡胶、橡胶700万万t、化纤、化纤6000万万t、- 高分子合金，如高分子合金，如HIPS- 高分子复合材料，如碳纤维增强复合材料高分子复合材料，如碳纤维增强复合材料- 197178 白川英树等白川英树等 导电高分子导电高分子- 1973 Kevlar 纤维纤维 高分子工业高分子工

16、业 高分子科学高分子科学- 80年代初，三大合成材料产量超过年代初，三大合成材料产量超过10亿亿t，其中，其中 塑料塑料8500万万t，以体积计超过钢铁的产量，以体积计超过钢铁的产量- 精细高分子、功能高分子、生物医学高分子精细高分子、功能高分子、生物医学高分子8.) 二十世纪末期二十世纪末期高分子科学的扩展与深化高分子科学的扩展与深化 高分子工业高分子工业 高分子科学高分子科学- 提出分子设计概念提出分子设计概念- 1983 O.W.Webster 基团转移聚合基团转移聚合- 1994 王锦山王锦山 原子（基团）转移自由基聚合原子（基团）转移自由基聚合3. 中国的高分子科学中国的高分子科学1

17、.) 理论研究理论研究王葆仁王葆仁：在我国：在我国高分子科学高分子科学的形成、发展中进行了重的形成、发展中进行了重 要的要的组织工作组织工作，培养培养了一大批了一大批学科骨干学科骨干冯新德冯新德：在：在自由基聚合自由基聚合、氧化还原引发体系氧化还原引发体系等领域开等领域开 展了系统的展了系统的基础研究基础研究，并开创了国内，并开创了国内医用高医用高 分子分子研究领域研究领域钱人元钱人元：对我国：对我国高分子物理高分子物理的发展起了的发展起了奠基作用奠基作用，开开 拓拓了我国高分子溶液、高分子凝聚态、有机了我国高分子溶液、高分子凝聚态、有机 金属导体等一些重要的研究领域。金属导体等一些重要的研究

18、领域。钱保功钱保功：在组织高分子化学、高分子物理进行：在组织高分子化学、高分子物理进行学科联合学科联合， 共同开发共同开发新品种橡胶新品种橡胶研究方面做出了重要贡献研究方面做出了重要贡献唐敖庆唐敖庆：开展了：开展了高分子统计理论高分子统计理论研究，在高分子化学、研究，在高分子化学、 高分子物理高分子物理理论研究理论研究方面开创了重要领域方面开创了重要领域徐徐 僖僖：长期开展的：长期开展的塑料成型塑料成型研究为我国高分子成型科研究为我国高分子成型科 学基础研究的发展起了学基础研究的发展起了重要奠基的推动作用重要奠基的推动作用何炳林何炳林：开拓了开拓了我国离子交换与吸附树脂的研究领域，我国离子交换

19、与吸附树脂的研究领域， 并在将基础研究和应用研究相结合并在将基础研究和应用研究相结合推动产业发推动产业发 展展方面做出富有成果的尝试方面做出富有成果的尝试2.) 工业发展工业发展 合成树脂合成树脂的总产量的总产量不到不到200 t，合成橡胶合成橡胶与与合成合成纤维纤维均为均为空白空白 50年代年代 大型大型聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂工厂工厂 70年代年代 大型大型顺丁橡胶顺丁橡胶工厂工厂 80年代年代 适应于高速纺适应于高速纺丝丝的的聚丙烯聚丙烯 90年代年代 大型大型热塑性弹性体热塑性弹性体SBS工厂工厂 新中国成立时新中国成立时 自主开发自主开发橡胶橡胶品种品种 4 个：氯丁橡胶、丁苯橡胶、

20、丁腈橡胶、个：氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、 丁苯胶乳生产能力丁苯胶乳生产能力18万万t/a纤维纤维品种品种 5 个：尼龙个：尼龙-6、尼龙、尼龙-66、聚酯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯 腈、维尼纶生产能力腈、维尼纶生产能力158万万t/a塑料塑料品种品种10个：个：PS、HIPS、LDPE、HDPE、 LLDPE等生产能力等生产能力201万万t/a 引进技术（至引进技术（至90年）：年）：一、聚合物一、聚合物第二节第二节 高分子的基本概念高分子的基本概念定义的理解：定义的理解：1.) 众多众多原子；原子；2.) 主要以主要以共价键共价键；3.) 相对分子相对分子质量很大质量很大定义：定义：指由指由

21、众多原子众多原子或或原子团原子团主要以主要以共价键共价键结合而结合而 成的成的相对分子质量很高相对分子质量很高的化合物的化合物聚合物聚合物1.) 相对分子质量很大相对分子质量很大，一般在一万以上；，一般在一万以上；高分子化合物的基本特点：高分子化合物的基本特点：2.) 合成高分子化合物的化学组成比较简单，分子合成高分子化合物的化学组成比较简单，分子 结构有规律性；结构有规律性；3.) 各种合成高分子的分子各种合成高分子的分子形态是多种多样形态是多种多样；4.) 由相对分子质量大小不等的同系物组成的混合由相对分子质量大小不等的同系物组成的混合 物，其相对分子质量物，其相对分子质量只具有统计平均意

22、义只具有统计平均意义，即具，即具 有有多分散性多分散性；具有与低分子；具有与低分子完全不同完全不同的物理性能的物理性能聚合物的其它叫法：聚合物的其它叫法： Macromolecules, High Polymer, Polymer 对于化学组成和结构非常复杂的生物高分子化合对于化学组成和结构非常复杂的生物高分子化合 物通常称为物通常称为“大分子大分子”1. 高分子化合物中的基本概念高分子化合物中的基本概念1.)定义：定义：重复结构单元重复结构单元大分子链上大分子链上化学组成化学组成和和结构结构可重复的可重复的 最小单位最小单位又称为又称为重复单元重复单元或或链节链节定义：定义：聚合物的聚合物的

23、结构单元数目结构单元数目，是表征高分子大小，是表征高分子大小 的一个重要参数的一个重要参数nxDP注注: 聚合物的重复单元和聚合度根据其聚合物的重复单元和聚合度根据其组成的不同组成的不同而而 不同，有如下几种情况不同，有如下几种情况:聚合度聚合度聚合聚合CH2 CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnCH2 CHna.) 000nMxMDP Mn M n H2N-(-CH2-)-COOH-NH-(-CH2-)-CO-nn H2O+55：nxDPnb.) HNCH2NHCOCH2CO64n结构单元 1结构单元 2重复单元也就是说，也就是说，对于对于加成聚合加成聚合和和缩合聚合缩合聚合，聚合

24、度，聚合度Xn总总 是表示为是表示为结构单元数结构单元数。在。在聚酰胺类聚合物聚酰胺类聚合物中，中， 聚合度与重复单元总数满足如下关系：聚合度与重复单元总数满足如下关系： Xn 2n 此时，此时， 聚合物分子量为：聚合物分子量为：注：注：M10和和M20分别是结构单元分别是结构单元1和结构单元和结构单元2的分子的分子 量；量； 是结构单元平均分子量。是结构单元平均分子量。M022nXnDP102010200,22nnnX MMMMM nXnMX M 而2. 二聚体、三聚体、二聚体、三聚体、 定义：定义：根据形成聚合物的根据形成聚合物的单体数目单体数目定义。定义。HOCH2COOHHOCH2CO

25、OCH2COOHH OCH2CO OH3H2OH2O单体单体 二聚体二聚体 三聚体三聚体 CH CH三聚体n聚体CHCHn乙炔聚合物：乙炔聚合物：甲醛聚合物：甲醛聚合物：三聚体n聚体CH2OnHCHO三聚甲醛(三氧六环)齐聚物：齐聚物：低分子量低分子量的聚合物，如二聚体、三聚体、的聚合物，如二聚体、三聚体、 四聚体、五聚体、四聚体、五聚体、 无论是环状，还是无论是环状，还是 线形的统称齐聚物线形的统称齐聚物特点：特点：增减增减几个结构单元几个结构单元使其物理性质有使其物理性质有较大变化较大变化3. 线型高分子线型高分子定义：定义：线型高分子是由线型高分子是由长的骨架原子长的骨架原子组成的，如聚

26、组成的，如聚 乙烯；也可以有取代侧基，如聚氯乙烯、聚乙烯；也可以有取代侧基，如聚氯乙烯、聚 甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈等甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈等 碳链高分子：碳链高分子：骨架原子骨架原子都是碳原子都是碳原子的聚合物的聚合物特点：特点：可溶解、加热时可以融化或软化，固态时可可溶解、加热时可以融化或软化，固态时可 以是玻璃态的热塑性塑料，有的聚合物在常以是玻璃态的热塑性塑料，有的聚合物在常 温下呈柔顺性材料，也有的是弹性体温下呈柔顺性材料，也有的是弹性体 杂链高分子：杂链高分子：主链骨架原子含有主链骨架原子含有非碳原子非碳原子，如尼，如尼 龙龙66，聚对苯二甲酸乙二醇酯等的线型结构中，聚对苯二甲酸

27、乙二醇酯等的线型结构中4. 支化高分子支化高分子定义：定义：由线型高分子链中派生出一些由线型高分子链中派生出一些支链支链，其组成，其组成 的结构单元和主链相同的结构单元和主链相同特点：特点：可可溶溶和和熔熔，有很多性质与线型高分子类似，有很多性质与线型高分子类似， 但物理和机械性能与线性高分子有时有明显但物理和机械性能与线性高分子有时有明显 的不同。如支化高分子的结晶倾向降低，溶的不同。如支化高分子的结晶倾向降低，溶 液的粘度不同等液的粘度不同等5. 交联高分子交联高分子定义：定义：高分子链间由化学键结合，生成交联或网状高分子链间由化学键结合，生成交联或网状 高分子高分子 特点：特点：只能只能

28、溶胀溶胀，而，而不能溶不能溶和和熔熔。随着交联程度的。随着交联程度的 增加，其能溶胀程度降低，当高度交联时甚增加，其能溶胀程度降低，当高度交联时甚 至溶胀也不会可能。一些热固性树脂就是高至溶胀也不会可能。一些热固性树脂就是高 度交联的。橡胶弹性材料则具轻度的交联度交联的。橡胶弹性材料则具轻度的交联6. 均聚物均聚物定义：定义：由由一种结构单元一种结构单元通过通过共价键共价键连接起来构成的连接起来构成的 聚合物，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯脂等聚合物，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯脂等 7. 共聚物共聚物定义：定义：由由两种两种或或两种以上单体两种以上单体聚合而成的聚合物聚合而成的聚合物, , 如丁苯

29、共聚物如丁苯共聚物 xCH2=CH + yCH2=CHCH=CH2( CH2CH )x ( CH2CH=CHCH2 )y共聚共聚1.) 无规共聚物：无规共聚物：高分子链中结构单体排列高分子链中结构单体排列无规则无规则， 性质与均聚物完全不同性质与均聚物完全不同 结构：结构：ABBAAABABBA2.) 交替共聚物：交替共聚物：两种结构单元呈两种结构单元呈交替连接交替连接，性质与，性质与 均聚物完全不同均聚物完全不同 结构：结构：ABABABABAB3.) 嵌段共聚物：嵌段共聚物：两种结构单元链段两种结构单元链段相互连接相互连接，兼具两，兼具两 种均聚物的性质种均聚物的性质 结构：结构：AAAB

30、BBBBAAA4.) 接枝共聚物：接枝共聚物：主链由一种结构单元构成，支链由主链由一种结构单元构成，支链由 另一种结构单元构成，性质是两类均聚物的加和另一种结构单元构成，性质是两类均聚物的加和 结构：结构：AAAAAAAAAABBBBBBBBBB8. 高分子共混物高分子共混物定义：定义：两种或两种以上聚合物通过两种或两种以上聚合物通过机械机械或或溶液溶液混合混合 在一起的混合物，能将高分子混合物中各组在一起的混合物，能将高分子混合物中各组 分的性质综合在一起分的性质综合在一起 二、高分子化合物的分类二、高分子化合物的分类P6 1. 按来源分类按来源分类天然高分子天然高分子 (又分为天然无机高分子又分为天然无机高分子 如石墨、石棉；天然有机高分子如淀如石墨、石棉；天然有机高分子如淀 粉、棉、粉、棉、 DNA、毛等，其基本物质统称为生物高分子、毛等，其基本物质统称为生物高