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1、Desktop高分子化学高分子化学配套完整课件配套完整课件2第一章 绪论n前言前言n材料科学与工程材料科学与工程 材料材料定义：具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质。 材料材料分类 按作用：结构材料、功能材料 按化学组成：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材 料 按状态：气态、液态、固态 按使用领域：建筑材料、医用材料、电子材料、耐火材料 材料材料发展史 天然材料烧结冶炼材料合成材料可设计材料智能材料 材料材料科学与工程 四要素：性质、结构与成分、合成与加工、使用性能，它们之间存在 着密切关系。3第一章 绪论高分子科学 定义及体系定义及体系 研究高分子化合物合成、改

2、性，高分子及其聚集态的结构、 性能，聚合物的成型加工等内容的一门综合性学科。包括高 分子化学、高分子物理、高分子工程几个领域。 优点优点 原料丰富，经济效益高，不受天然气侯限制 品种多，功能全，能适应各种需要 发展史发展史45第一章 绪论 高分子化学发展简史高分子化学发展简史n高分子的概念始于高分子的概念始于20世纪世纪20年代，但应用更早。年代，但应用更早。n1839年，美国人年，美国人Goodyear发明发明硫化橡胶硫化橡胶。n1868年，英国科学家年，英国科学家Parks用硝化纤维素与樟脑混合制得用硝化纤维素与樟脑混合制得 赛璐珞赛璐珞。n1893年，法国人年，法国人De Chardon

3、net发明发明粘胶纤维粘胶纤维。n1907年，第一个合成高分子年，第一个合成高分子酚醛树脂酚醛树脂诞生。诞生。n1920年，德国人年，德国人Hermann Staudinger 发表了发表了“论聚合论聚合”的论的论文，提文，提 出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。丙烯酸甲酯等聚合物的结构。1953年获诺贝尔化学奖年获诺贝尔化学奖。6第一章 绪论n1935年，年，Carothes发明发明尼龙尼龙66，1938年工业化。年工业化。n30年代，许多烯烃类加聚物被开发出来，年代，许多烯烃类加聚物被开发出来，PVC（1927193

4、7）, PMMA（19271931）, PS（19341937）, PVAc（1936）, LDPE（1939）。）。自由基聚合发展自由基聚合发展。n高分子溶液理论高分子溶液理论在在30年代建立，并成功测定了聚合物的分年代建立，并成功测定了聚合物的分子量。子量。Flory为此于为此于1974年获得诺贝尔奖。年获得诺贝尔奖。n40年代，二次大战促进了高分子材料的发展，一大批年代，二次大战促进了高分子材料的发展，一大批重要重要的橡胶和塑料的橡胶和塑料被合成出来。丁苯橡胶（被合成出来。丁苯橡胶（1937）, 丁腈橡胶丁腈橡胶（1937）, 丁基橡胶（丁基橡胶（1940）, 有机氟材料（有机氟材料（1

5、943）, 涤纶涤纶树树脂（脂（19401950）, ABS（1947）。）。7第一章 绪论n50年代，年代，Ziegler和和Natta发明发明配位聚合催化剂配位聚合催化剂，制得高密，制得高密度度PE和有规和有规PP，低级烯烃得到利用，低级烯烃得到利用。1963年，年， Ziegler和和Natta分享诺贝尔化学奖。分享诺贝尔化学奖。n1956年，美国人年，美国人Szwarc发明发明活性阴离子聚合活性阴离子聚合，开创了高，开创了高分子结构设计分子结构设计的先河。的先河。n50年后期至年后期至60年代，大量年代，大量高分子工程材料高分子工程材料问世。聚甲醛问世。聚甲醛（1956），聚碳酸酯（）

6、，聚碳酸酯（1957），聚砜（），聚砜（1965），聚苯醚），聚苯醚（1964），聚酰亚胺（），聚酰亚胺（1962）。）。8第一章 绪论n60年代以后，年代以后，特种高分子和功能高分子特种高分子和功能高分子得到发展。得到发展。n特种高分子：特种高分子：高模量高强度、耐高低温、耐辐射、高频绝高模量高强度、耐高低温、耐辐射、高频绝缘、半导体等。缘、半导体等。n功能高分子：功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜等）、导分离材料（离子交换树脂、分离膜等）、导电高分子、感光高分子、高分子催化剂、高吸水性树脂、医电高分子、感光高分子、高分子催化剂、高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、高分子液晶等。用

7、高分子、药用高分子、高分子液晶等。n为表彰在为表彰在导电高分子导电高分子的发展方面所作的贡献，的发展方面所作的贡献， 2000年，年，日本科学家日本科学家白川英树（白川英树（H.Shirakawa）、美国科学家黑格）、美国科学家黑格（A.J.Heeger）和麦克迪尔米德（）和麦克迪尔米德（A.G. MacDiarmid）分享分享诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖。9第一章 绪论n80年代以后，年代以后，新的聚合方法和新结构的聚合物新的聚合方法和新结构的聚合物不断出现和不断出现和发展。发展。n新的聚合方法：新的聚合方法：阳离子活性聚合、基团转移聚合、活性自阳离子活性聚合、基团转移聚合、活性自由基聚合、等

8、离子聚合等等；由基聚合、等离子聚合等等；n新结构的聚合物：新结构的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合物、含富勒烯状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合物、含富勒烯(C60)聚聚合物等等。合物等等。人类活动是高分子科学发展的动力。人类活动是高分子科学发展的动力。10施陶丁格尔小传施陶丁格尔小传 (Hermann Staudinger) (18811965)1881年年3月月23日生于德国莱因兰日生于德国莱因兰法耳次法耳次州的沃尔姆斯；州的沃尔姆斯；1907年毕业于施特拉斯堡大学，获博士学年毕业于施特拉斯堡大学，获博士学位。位

9、。同年聘为卡尔斯鲁厄工业大学副教授。同年聘为卡尔斯鲁厄工业大学副教授。19121912年于苏黎世工业大学任为化学教授。年于苏黎世工业大学任为化学教授。 1920年，发表年，发表“论聚合反应论聚合反应”的论文，提的论文，提出高分子的概念；出高分子的概念； 1932年，出版划时代的巨著年，出版划时代的巨著高分子有高分子有机化合物机化合物 1953年获诺贝尔化学奖；年获诺贝尔化学奖； 1965年年9月月8日在弗赖堡逝世，终年日在弗赖堡逝世，终年84岁。岁。11第一章 绪论1.1 高分子的基本概念高分子的基本概念 高分子化学是研究高分子合成基本规律的科学。高分子化学是研究高分子合成基本规律的科学。 高

10、分子化合物是由许多结构单元相同的小分子化合物高分子化合物是由许多结构单元相同的小分子化合物通过化学键连接而成的。例如，聚氯乙烯的化学结构为：通过化学键连接而成的。例如，聚氯乙烯的化学结构为： 它是由小分子氯乙烯通过双键打开连接而成的。这里它是由小分子氯乙烯通过双键打开连接而成的。这里小分子氯乙烯称为小分子氯乙烯称为单体单体。 CH2CHCln12第一章 绪论 其中方括弧中的化学式表示高分子链中的其中方括弧中的化学式表示高分子链中的重复单元重复单元，也叫也叫结构单元、单体单元结构单元、单体单元和和链节链节。 n为重复单元的数量，称为为重复单元的数量，称为聚合度聚合度，用，用DP表示。表示。 一个

11、高分子化合物的相对分子质量一个高分子化合物的相对分子质量M可用下式表示：可用下式表示： M = DPM0 （11） M0为单体的相对分子质量。高分子化合物的相对分为单体的相对分子质量。高分子化合物的相对分子质量为聚合度的整数倍。子质量为聚合度的整数倍。 CH2CHCln13n例例1：以氯乙烯单体为原料，聚合得到的聚氯乙烯的分子量，根 据其用途不同可在5万至15万之间，其结构单元的分子量为62.5，计算其聚合度。nn解： = =50000150000/62.5=8002400n通过计算可知，聚氯乙烯的平均聚合度应在8002400聚氯乙烯分子约由8002400个氯乙烯单元组成。ClCH2CHCH2

12、 CHClnn0MMX14例例2：以对苯二甲酸与乙二醇为原料，经缩聚制得聚对苯二甲酸乙二醇酯，其分子量一般在2万左右，计算 及 。 DPnX解：已知-O(CH2)2O-结构单元分子量为60，-OC-C6H5-CO-结构单元分子量为132。由 = （M01+M02）/2得： 2000= （60+132）/2则 =208 = /2=104nMnXnXnXDPnX高分子的定义：(1) 相对分子质量很大(2) 共价键连接(3) 相同的化学结构重复多次而成151617第一章 绪论 由此可见，高分子化合物是由小分子单体聚合而成的，由此可见，高分子化合物是由小分子单体聚合而成的，因此又称为因此又称为聚合物聚

13、合物。 通常，根据化合物的相对分子质量大小来划分高分子通常，根据化合物的相对分子质量大小来划分高分子和小分子。和小分子。 相对分子质量小于相对分子质量小于1000的，一般为小分子化合物；而的，一般为小分子化合物；而相对分子质量大于相对分子质量大于10000的，称为的，称为高分子或高聚物高分子或高聚物；处于中；处于中间范围的可能为高分子间范围的可能为高分子（低聚物），（低聚物），也可能为小分子。也可能为小分子。重要概念：重要概念： 当一个化合物的相对分子质量足够大，以至多一个链节当一个化合物的相对分子质量足够大，以至多一个链节或少一个链节不会影响其基本性能时，称为高分子。或少一个链节不会影响其基

14、本性能时，称为高分子。18第一章 绪论 由一种单体聚合而成的聚合物称为由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物。均聚物。聚合物也聚合物也可由两种或两种以上的单体共同聚合而成。例如由氯乙烯可由两种或两种以上的单体共同聚合而成。例如由氯乙烯和醋酸乙烯酯共同聚合时，产物为：和醋酸乙烯酯共同聚合时，产物为： 其中其中n n和和m m为分子链中两种单体单元的数量，但并不表为分子链中两种单体单元的数量，但并不表示示n n个氯乙烯单元后面接个氯乙烯单元后面接m m个醋酸乙烯酯单元。两种单体单个醋酸乙烯酯单元。两种单体单元通常是无规分布的。元通常是无规分布的。 CH2CHCln CH2CHOCOCH3m19第一章

15、 绪论 由两种或两种以上单体聚合而成的聚合物称为由两种或两种以上单体聚合而成的聚合物称为共聚物共聚物。根据各种单体单元在分子链中的排列状况，可将共聚物分为根据各种单体单元在分子链中的排列状况，可将共聚物分为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物等。等。 通过普通的聚合方法，只能得到无规共聚物和交替共聚通过普通的聚合方法，只能得到无规共聚物和交替共聚物，嵌段共聚物和接枝共聚物必须通过特殊方法制备。物，嵌段共聚物和接枝共聚物必须通过特殊方法制备。 共聚是高分子化合物改性的重要方法之一。共聚是高分子化合物改性的重要方法之一。20第一章 绪论 以上

16、介绍的高分子化合物，其结构单元与单体的化学以上介绍的高分子化合物，其结构单元与单体的化学结构和原子数量都是相同的。这类聚合物一般是采用结构和原子数量都是相同的。这类聚合物一般是采用加成加成聚合方法聚合方法制备的，分子主链上全部由碳和氢组成，因此称制备的，分子主链上全部由碳和氢组成，因此称为为碳链聚合物碳链聚合物。除此之外还有一类聚合物，其结构单元。除此之外还有一类聚合物，其结构单元与单体的化学结构和原子数量不相等。例如由与单体的化学结构和原子数量不相等。例如由对苯二甲酸对苯二甲酸和和乙二醇乙二醇聚合而成的聚合而成的聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶树脂）。聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶树脂）。COOHHOOC

17、+HOCH2CH2OHnnHOOCCOOCH2CH2OHn+(n-1) H2O结构单元结构单元重复单元21第一章 绪论 这类聚合物通常是采用这类聚合物通常是采用缩合聚合缩合聚合方法制备的，其结构单方法制备的，其结构单元的化学结构与元素组成均与单体不同，因此其结构单元不元的化学结构与元素组成均与单体不同，因此其结构单元不能称为单体单元。分子主链上除了碳原子外，还有能称为单体单元。分子主链上除了碳原子外，还有O、N、S、P等杂原子，因此称为等杂原子，因此称为杂链聚合物杂链聚合物。 这类聚合物的聚合度可用重复单元的数量表示，即：这类聚合物的聚合度可用重复单元的数量表示，即： DP = n （12）也

18、可用结构单元的数量表示，记为也可用结构单元的数量表示，记为Xn，则：，则： Xn = 2 DP = 2 n （13）22第一章 绪论 重要的碳链聚合物：重要的碳链聚合物：*CH2CH2*n*CH2CH*nCOOH聚乙烯聚丙烯酸*CH2CH*nCH3*CH2CH*nCOOCH3*CH2CH*nCl*CH2CH*nOCOCH3*CH2HC*n*CH2CH*nOH聚丙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯聚醋酸乙烯酯聚苯乙烯聚乙烯醇23第一章 绪论重要的杂链聚合物：重要的杂链聚合物：nO HC H2C H2OOCH O O C聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 酯 （ 涤 纶 树 脂 ）H O O CCO( C H

19、2)6N H2n( C H2)4NH聚 己 二 酰 己 二 胺 （ 尼 龙 6 6 ）HN( C H2)6nOCH2N( C H2)6C O O H聚 氨 基 己 酸 酯 （ 尼 龙 6 ）聚 氨 酯O HO C NCOn( C H2)6NHO( C H2)4H OCOO O HnCC H3C H3O聚 碳 酸 酯242526第一章 绪论1.2 高分子的分类和命名高分子的分类和命名1.2.1 高分子的分类高分子的分类 1）根据高分子主链结构分类）根据高分子主链结构分类 根据高分子主链的结构，可将高分子化合物分为根据高分子主链的结构，可将高分子化合物分为碳链聚碳链聚合物、杂链聚合物、元素有机聚合

20、物合物、杂链聚合物、元素有机聚合物和和无机高分子无机高分子四种。四种。 碳链聚合物碳链聚合物的主链全部由碳元素组成，侧基上可有其它的主链全部由碳元素组成，侧基上可有其它元素。例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。元素。例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。 杂链聚合物杂链聚合物的主链上以碳元素为主，但存在其它元素，的主链上以碳元素为主，但存在其它元素，如如O、N、S、P等杂元素。主链上的苯环一般也看作为杂元等杂元素。主链上的苯环一般也看作为杂元素。素。27第一章 绪论 元素有机聚合物元素有机聚合物的主链上没有碳元素，一般由的主链上没有碳元素，一般由Si、B、N、P、Ge和和O等元素组成

21、，但侧链上含有有机基团。例如等元素组成，但侧链上含有有机基团。例如有机硅聚合物。有机硅聚合物。 无机高分子无机高分子无论在主链还是侧链上均没有碳元素。例无论在主链还是侧链上均没有碳元素。例如如硅酸盐硅酸盐/玻璃、陶瓷等均属此类。不在本课程讨论之列。玻璃、陶瓷等均属此类。不在本课程讨论之列。 S Si iO O n nC CH H3 3C CH H3 328第一章 绪论 2）根据高分子受热后的形态变化分类）根据高分子受热后的形态变化分类 根据受热后发生的形态变化，可将高分子化合物分为根据受热后发生的形态变化，可将高分子化合物分为热热塑性高分子塑性高分子和和热固性高分子热固性高分子两大类。两大类。

22、 热塑性高分子热塑性高分子（Thermoplastics）在受热后会在受热后会从固体状态逐步转变为流动状态。这种转变理论上可重复从固体状态逐步转变为流动状态。这种转变理论上可重复无穷多次。或者说，无穷多次。或者说，热塑性高分子是可以再生的。聚乙烯、热塑性高分子是可以再生的。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和涤纶树脂等均为热塑性高聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和涤纶树脂等均为热塑性高分子。分子。 目前，绝大多数高分子化合物为热塑性高分子。目前，绝大多数高分子化合物为热塑性高分子。29第一章 绪论 热固性高分子热固性高分子（Thermoset）在受热后先转变为在受热后先转变为流动状态，进一步加热则转

23、变为固体状态。这种转变是不流动状态，进一步加热则转变为固体状态。这种转变是不可逆的。换言之，可逆的。换言之，热固性高分子是不可再生的。热固性高分子是不可再生的。 能通过加入固化剂使流体状转变为固体状的高分子，也能通过加入固化剂使流体状转变为固体状的高分子，也称为热固性高分子。称为热固性高分子。 典型的热固性高分子如：典型的热固性高分子如：酚醛树脂、环氧树脂、氨基树酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、硫化橡胶等。脂、不饱和聚酯、聚氨酯、硫化橡胶等。30第一章 绪论 3）根据高分子的用途分类）根据高分子的用途分类 根据高分子的实际用途，可将其分为根据高分子的实际用途，可将其分为塑料、

24、橡胶、化学塑料、橡胶、化学纤维、涂料、粘合剂纤维、涂料、粘合剂和和功能高分子功能高分子六大类。六大类。 橡胶橡胶（Rubber）具有良好的延伸性和回弹性，弹性模具有良好的延伸性和回弹性，弹性模量较低。橡胶大多为热固性高分子。近年来也发展了量较低。橡胶大多为热固性高分子。近年来也发展了热塑热塑性弹性体，性弹性体，例如例如SBS、TPO、TPU等。等。 化学纤维化学纤维（Fiber）在外观上为纤维状，弹性模量很高。在外观上为纤维状，弹性模量很高。对温度的敏感性较低，尺寸稳定性良好。重要的化学纤维对温度的敏感性较低，尺寸稳定性良好。重要的化学纤维高分子有涤纶树脂、尼龙、聚丙烯腈、聚氨酯等。高分子有涤

25、纶树脂、尼龙、聚丙烯腈、聚氨酯等。 塑料塑料（Plastics）的性能一般介于橡胶和化学纤维的性能一般介于橡胶和化学纤维之间。之间。31第一章 绪论 涂料涂料（Coating,Paint）的基本特点是在一定条件下能的基本特点是在一定条件下能成膜，对基材起到装饰和保护作用。大部分高分子均可用成膜，对基材起到装饰和保护作用。大部分高分子均可用作涂料。重要的涂料高分子有：聚丙烯酸酯、聚酯树脂、作涂料。重要的涂料高分子有：聚丙烯酸酯、聚酯树脂、氨基树脂、聚氨酯、醇酸树脂、酚醛树脂有机硅树脂等。氨基树脂、聚氨酯、醇酸树脂、酚醛树脂有机硅树脂等。 粘合剂粘合剂（Adhesive）的特点是对基材有很高的粘结

26、性，的特点是对基材有很高的粘结性，通过其可将不同材质的材料粘合在一起。重要的粘结剂高通过其可将不同材质的材料粘合在一起。重要的粘结剂高分子有：环氧树脂、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、分子有：环氧树脂、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、 聚乙烯醇等。聚乙烯醇等。 功能高分子功能高分子（functional polymer）包含了一大批高分包含了一大批高分子类型。它们是一些具有特殊功能的高分子，如子类型。它们是一些具有特殊功能的高分子，如导电性、导电性、感光性、高吸水性、高选择吸附性、药理功能、医疗功能感光性、高吸水性、高选择吸附性、药理功能、医疗功能等等。是近年来高分子研究中最活跃的领域。是

27、近年来高分子研究中最活跃的领域。3233第一章 绪论1.2.2 高分子的命名高分子的命名 1）习惯命名法）习惯命名法 习惯命名法是一种约定俗成的方法，目前最为通用。习惯命名法是一种约定俗成的方法，目前最为通用。其其方法为先对结构单元命名，然后在结构单元名称前加上方法为先对结构单元命名，然后在结构单元名称前加上“聚聚”字。如碳链聚合物字。如碳链聚合物 “聚丙烯聚丙烯”、“聚氯乙烯聚氯乙烯”、“聚苯乙聚苯乙烯烯”；杂；杂链聚合物链聚合物“聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯”、“聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺”；元素元素有机聚合物有机聚合物“聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷”均按此法命名。均按此法命名。

28、 聚乙烯的结构单元应为聚乙烯的结构单元应为“CH2”，但由于其实际是从乙，但由于其实际是从乙烯聚合而来，因此命名时以烯聚合而来，因此命名时以“CH2CH2”为结构单元。为结构单元。 也可在结构单元名称后加上也可在结构单元名称后加上“树脂树脂”两字来命名。如两字来命名。如“氯氯乙烯树脂乙烯树脂”、“丙烯酸树脂丙烯酸树脂”等。等。 34第一章 绪论 共聚物的命名：共聚物的命名： 从参与共聚的两种单体名称中间加连接线组成基本名从参与共聚的两种单体名称中间加连接线组成基本名称，然后在其后面加上称，然后在其后面加上“共聚物共聚物”三字。三字。 如由氯乙烯和醋酸乙烯酯共聚而成的聚合物，称为如由氯乙烯和醋酸

29、乙烯酯共聚而成的聚合物，称为“氯氯乙烯乙烯醋酸乙烯酯共聚物醋酸乙烯酯共聚物”；由乙烯和丙烯共聚而成的聚合；由乙烯和丙烯共聚而成的聚合物，称为物，称为“乙烯乙烯丙烯共聚物丙烯共聚物”等。等。 也可从参与共聚的两种单体中各取一个典型文字组成基也可从参与共聚的两种单体中各取一个典型文字组成基本名称，然后在其后面加上本名称，然后在其后面加上“树脂树脂”两字。两字。 如由苯酚和甲醛共聚而成的聚合物，称为如由苯酚和甲醛共聚而成的聚合物，称为“酚醛树脂酚醛树脂”；由苯乙烯和（甲基）丙烯酸酯共聚而成的聚合物，称为由苯乙烯和（甲基）丙烯酸酯共聚而成的聚合物，称为“苯苯丙树脂丙树脂”等。等。35第一章 绪论 特殊

30、的情况：特殊的情况：（1）有些聚合物若按单体名称来命名容易引起歧义。例）有些聚合物若按单体名称来命名容易引起歧义。例如，具有以下结构的聚合物，如，具有以下结构的聚合物，可以从环氧乙烷、乙二醇、氯乙醇或氯甲醚聚合得到。为可以从环氧乙烷、乙二醇、氯乙醇或氯甲醚聚合得到。为了避免混淆，一般不用习惯命名法命名。通常采用结构命了避免混淆，一般不用习惯命名法命名。通常采用结构命名法，称为名法，称为“聚氧（化）乙烯聚氧（化）乙烯” OCH2CH2n36第一章 绪论（2）按习惯命名法，聚乙烯醇的单体应为乙烯醇。）按习惯命名法，聚乙烯醇的单体应为乙烯醇。 实际上，乙烯醇不稳定，不能单独存在。目前工业上采实际上，

31、乙烯醇不稳定，不能单独存在。目前工业上采用从聚醋酸乙烯酯醇解转化而来。用从聚醋酸乙烯酯醇解转化而来。乙烯醇只是一种假想的单乙烯醇只是一种假想的单体。体。 CH2CH nOH37第一章 绪论 2）结构命名法）结构命名法 结构命名法是对聚合物分子链中的特征结构进行命名的结构命名法是对聚合物分子链中的特征结构进行命名的方法。方法。如涤纶树脂分子链中含有酯基，因此称为如涤纶树脂分子链中含有酯基，因此称为“聚脂聚脂”；尼尼龙分子中含有酰胺基团，因此称为龙分子中含有酰胺基团，因此称为“聚酰胺聚酰胺”；由多元异氰；由多元异氰酸酸酯和多元醇聚合而成的聚合物，分子链中含有氨基甲酸酯，酯和多元醇聚合而成的聚合物，

32、分子链中含有氨基甲酸酯，因此称为因此称为“聚氨酯聚氨酯”；由双酚；由双酚A和环氧氯丙烷聚合而成的聚和环氧氯丙烷聚合而成的聚合合物，因分子链中含有环氧基团而成为物，因分子链中含有环氧基团而成为“环氧树脂环氧树脂”。 显然，这种方法命名的是一类聚合物，每一种名称中可显然，这种方法命名的是一类聚合物，每一种名称中可能包含了许多聚合物。例如能包含了许多聚合物。例如 “聚酯聚酯”中包含有中包含有 “聚对苯二聚对苯二甲酸甲酸乙二酯乙二酯”、“聚对苯二甲酸丁二酯聚对苯二甲酸丁二酯”、“聚碳酸酯聚碳酸酯”等。等。38第一章 绪论3）商业命名法）商业命名法 商业命名法主要是对橡胶和化学纤维而言。商业命名法主要是

33、对橡胶和化学纤维而言。 橡胶橡胶的商业名称通过在橡胶的结构单元名称中取典型文的商业名称通过在橡胶的结构单元名称中取典型文字构成基本名称，然后在其后加上字构成基本名称，然后在其后加上“橡胶橡胶”两字。两字。 例如，由丁二烯和苯乙烯共聚而成的聚合物，称为例如，由丁二烯和苯乙烯共聚而成的聚合物，称为“丁丁苯橡胶苯橡胶”；由丁二烯和丙烯腈共聚而成的聚合物，称为；由丁二烯和丙烯腈共聚而成的聚合物，称为“丁丁腈腈橡胶橡胶”；由丁二烯聚合而成的顺式聚丁二烯橡胶，称为；由丁二烯聚合而成的顺式聚丁二烯橡胶，称为“顺顺丁丁橡胶橡胶”；由氯丁二烯聚合而成的橡胶，称为；由氯丁二烯聚合而成的橡胶，称为“氯丁橡胶氯丁橡胶

34、”等。等。 由乙烯、丙烯和二烯烃共聚而成的橡胶，则称为由乙烯、丙烯和二烯烃共聚而成的橡胶，则称为“三元三元乙丙橡胶乙丙橡胶”。39第一章 绪论 化学纤维化学纤维一般为均聚物，其商业名称为取其结构单元名一般为均聚物，其商业名称为取其结构单元名称中的一个特征文字，然后在后面加上称中的一个特征文字，然后在后面加上“纶纶”字。字。涤纶涤纶 聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）丙纶丙纶 聚丙烯聚丙烯腈纶腈纶 聚丙烯腈聚丙烯腈氯纶氯纶 聚氯乙烯聚氯乙烯维尼纶维尼纶 聚乙烯醇缩甲醛（聚乙酸乙烯酯聚乙烯醇缩甲醛（聚乙酸乙烯酯聚乙烯醇聚乙烯醇聚聚乙烯醇缩甲醛）乙烯醇缩甲醛）锦纶锦纶 聚酰胺（

35、尼龙，聚酰胺（尼龙，Nylon），后面加数字区别，如尼龙），后面加数字区别，如尼龙-66，即聚己二酰己二胺，尼龙，即聚己二酰己二胺，尼龙-6，即聚己内酰胺。，即聚己内酰胺。芳纶芳纶 聚对苯二酰对苯二胺聚对苯二酰对苯二胺尼龙尼龙6纤维在我国首先是由锦西化工研究院研制而成，因此纤维在我国首先是由锦西化工研究院研制而成，因此命名为命名为“锦纶锦纶”。40第一章 绪论 4）俗称）俗称 有许多聚合物，根据它们的外观、形貌或特点，人们约有许多聚合物，根据它们的外观、形貌或特点，人们约定俗成地为它们起了名称，并得到广泛的认可，就形成了俗定俗成地为它们起了名称，并得到广泛的认可，就形成了俗称。称。 例如，聚甲

36、基丙烯酸甲酯的板材、管材和棒材等，由于例如，聚甲基丙烯酸甲酯的板材、管材和棒材等，由于其透明度很高，类似于玻璃，人们称其为其透明度很高，类似于玻璃，人们称其为“有机玻璃有机玻璃”。由。由玻玻璃纤维增强的不饱和聚酯或环氧树脂，因其坚硬如钢，俗称璃纤维增强的不饱和聚酯或环氧树脂，因其坚硬如钢，俗称“玻璃钢玻璃钢”。 三聚氰胺的俗称为三聚氰胺的俗称为“密胺密胺”，因此由三聚氰胺，因此由三聚氰胺和甲醛聚合而成的聚合物俗称为和甲醛聚合而成的聚合物俗称为“密胺树脂密胺树脂”。 41第一章 绪论 “涤纶树脂（涤纶树脂（dacron）”和和“尼龙（尼龙（nylon）”皆由其英皆由其英文译文译音而来，也可看作是

37、一种俗称。音而来，也可看作是一种俗称。 尼龙为一大类聚合物的总称，每种尼龙的名称后面有一尼龙为一大类聚合物的总称，每种尼龙的名称后面有一位或两位数字，如尼龙位或两位数字，如尼龙6、尼龙、尼龙66等。等。 一位数字的尼龙一位数字的尼龙，其数值表示结构单元中的碳原子数。，其数值表示结构单元中的碳原子数。尼龙尼龙6是由己内酰胺或是由己内酰胺或氨基己酸聚合而成，结构单元含氨基己酸聚合而成，结构单元含有有6个碳原子。个碳原子。 两位数字的尼龙两位数字的尼龙，前一位数表示由二元胺提供的结构单元，前一位数表示由二元胺提供的结构单元的碳原子数，后一位数表示由二元酸提供结构单元的碳原子的碳原子数，后一位数表示由

38、二元酸提供结构单元的碳原子数。如尼龙数。如尼龙66由己二胺和己二酸聚合而成，尼龙由己二胺和己二酸聚合而成，尼龙610则由则由己二胺和癸二酸聚合而成。己二胺和癸二酸聚合而成。42第一章 绪论 5）系统命名法）系统命名法 系统命名法是由国际纯粹与应用化学联合会系统命名法是由国际纯粹与应用化学联合会 (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)提出的规范方法。提出的规范方法。其步骤为：其步骤为：（1）先确定重复单元；）先确定重复单元；（2）排定重复单元中次级单元的次序，原则为：）排定重复单元中次级单元的次序，原则为： （i）先排

39、侧基最少的元素；）先排侧基最少的元素； （ii）再排有取代基的元素；）再排有取代基的元素； （iii）当主链上有杂原子时，先排杂原子。）当主链上有杂原子时，先排杂原子。（3）给重复单元命名；）给重复单元命名；（4）在重复单元名称前冠以）在重复单元名称前冠以“聚聚”字。字。43第一章 绪论次级单元排列顺序的规则：次级单元排列顺序的规则：n次级单元的优先循序次级单元的优先循序: : 杂环、杂原子或含杂原子的非环次杂环、杂原子或含杂原子的非环次级单元、含碳原子的环、只含碳原子的非环次级单元；级单元、含碳原子的环、只含碳原子的非环次级单元；n杂原子顺序杂原子顺序: O: O、S S、SeSe、TeTe

40、、N N、P P、AsAs、SbSb、BiBi、GeGe、SnSn、PbPb、B B、HgHg；n排列次级单元时要使取代基的位数最小；排列次级单元时要使取代基的位数最小；44第一章 绪论举例：举例：结构式CHCH2ClCHCH2CH2CHFCHCH2O习惯写法ClCH2CHCH2CH CHCH2OCH2CHF系统命名法聚1-氯代乙烯聚1-次丁烯基聚氧化1-氟代乙烯习惯命名法聚氯乙烯聚丁二烯聚氧化氟乙烯45聚聚(1苯基乙烯苯基乙烯)Poly(1-phenylethylene) 聚聚1-(甲氧基羰基甲氧基羰基)-1-甲基乙烯甲基乙烯Poly1-(methoxycarbonyl)-1-methyl

41、ethylene 聚聚(亚胺基六次甲基亚胺基己二酰）亚胺基六次甲基亚胺基己二酰）Poly(iminohexamethylene imino adipoyl 聚聚(氧羰基氧氧羰基氧-1,4-苯撑异丙叉苯撑异丙叉-1,4-苯撑苯撑)Poly(oxycarbonyloxy-1,4-phenylene-isopropylide 46第一章 绪论 系统命名法较严谨，但往往名称很长，使用不太方便。系统命名法较严谨，但往往名称很长，使用不太方便。 IUPAC不反对在一般场合使用习惯命名法和其他能反映不反对在一般场合使用习惯命名法和其他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聚合物特征的命名

42、法，但在学术性较强的论文中鼓励使用系统命名法。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。47第一章 绪论6）英文缩写）英文缩写 当聚合物结构较复杂时，聚合物名称往当聚合物结构较复杂时，聚合物名称往往较长，使用不往较长，使用不方便，因此常用方便，因此常用英文缩写英文缩写表示。例如：表示。例如：48n中文名称中文名称 英文缩写英文缩写 英文名称英文名称n聚乙烯聚乙烯 PE polyethylenen聚丙烯聚丙烯 PP polypropylenen聚异丁烯聚异丁烯 PIB polyisobutylenen聚苯乙烯聚苯乙烯 PS polystyrenen聚氯乙烯聚氯乙烯 P

43、VC polyvinyl chloride n聚四氟乙烯聚四氟乙烯 PTFE polytetra fluoroethylenen聚丙烯酸聚丙烯酸 PAA polyacrylic acid n聚酯聚酯 PET polyestern聚碳酸酯聚碳酸酯 PC polycarbonaten聚丙烯酸甲酯聚丙烯酸甲酯 PMA polymethylacrylaten聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA polymethylmethacrylaten聚醋酸乙烯聚醋酸乙烯 PVAc polyvinyl acetaten聚乙烯醇聚乙烯醇 PVA polyvinyl alcohol n聚丁二烯聚丁二烯 PB p

44、olybutadienen聚丙烯腈聚丙烯腈 PAN polyacrylnitrilen聚酰胺聚酰胺 PA polyamiden聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 PAM polyacrylamiden聚氨酯聚氨酯 PUR polyurethane49第一章 绪论1.3 聚合反应聚合反应 由小分子单体同过化学方法得到高分子的过程称为聚合由小分子单体同过化学方法得到高分子的过程称为聚合反应。聚合反应可从不同的角度进行分类，目前主要有两种方法。反应。聚合反应可从不同的角度进行分类，目前主要有两种方法。1.3.1 按单体和聚合物的组成和结构变化分类按单体和聚合物的组成和结构变化分类 早期的分类方法。早期的分类方法。

45、加聚反应和缩聚反应。加聚反应和缩聚反应。 1 按单体和聚合物反应前后组成与结构的变化分类按单体和聚合物反应前后组成与结构的变化分类n 加聚反应加聚反应 缩聚反应缩聚反应naddition polymerization condensation polymerization 定义定义单体通过相互加成形成聚合单体通过相互加成形成聚合物（加聚物）的反应物（加聚物）的反应由多官能团单体通过缩合而消去小分子形成聚合物的反应 50第一章 绪论 例如苯乙烯加聚成聚苯乙烯：例如苯乙烯加聚成聚苯乙烯： 加聚产物的结构单元中元素组成与其单体相同，仅是电加聚产物的结构单元中元素组成与其单体相同，仅是电子结构发生变化

46、。子结构发生变化。加聚物的相对分子质量是单体相对分子质加聚物的相对分子质量是单体相对分子质 量的整数倍。量的整数倍。51第一章 绪论 通过单体分子中的某些官能团之间的缩合聚合成高分子通过单体分子中的某些官能团之间的缩合聚合成高分子的反应称为缩合反应。的反应称为缩合反应。 缩聚反应兼有聚合成高分子和缩合出低分子物的双重意缩聚反应兼有聚合成高分子和缩合出低分子物的双重意义，主产物称为义，主产物称为缩合物缩合物。例如聚碳酸酯（例如聚碳酸酯（PC）的制备：）的制备： 由于低分子副产物的析出，由于低分子副产物的析出，缩聚物的结构单元要比单体缩聚物的结构单元要比单体少一些原子，因此相对分子质量不再是单体相

47、对分子质量的少一些原子，因此相对分子质量不再是单体相对分子质量的整数倍。整数倍。CCH3CH3OHHO+COClClnnCCH3CH3OOCOn+ (n-1) HCl52第一章 绪论 用于缩聚反应的单体所含的官能团主要有用于缩聚反应的单体所含的官能团主要有羟基羟基(OH)、胺基胺基(H2)、羧基、羧基(COOH)、酯基、酯基(COOR)等。缩聚物中等。缩聚物中往往保留有特征基团，如往往保留有特征基团，如酯键酯键(OCO)、醚键、醚键(O)、酰胺键酰胺键(NHCO)等。因此等。因此缩聚物一般为杂链聚合物缩聚物一般为杂链聚合物。 高分子化学的发展导致了许多新的聚合方法的出现，如高分子化学的发展导致

48、了许多新的聚合方法的出现，如开环聚合、异构化聚合、氢转移聚合、成环聚合、基团转移开环聚合、异构化聚合、氢转移聚合、成环聚合、基团转移聚合等，很难归纳到上述分类方法中。聚合等，很难归纳到上述分类方法中。 加聚和缩聚分类法至今尚有人使用。加聚和缩聚分类法至今尚有人使用。53第一章 绪论1.3.2 按聚合机理分类按聚合机理分类 20世纪世纪50年代开始，按聚合机理和动力学过程，将聚合年代开始，按聚合机理和动力学过程，将聚合反应分为反应分为连锁聚合连锁聚合和和逐步聚合逐步聚合两大类。两大类。 连锁聚合连锁聚合（Chain Polymerization）的特点：的特点：（1）聚合需要活性中心聚合需要活性

49、中心，如自由基，如自由基（Free-radical ) 、阳离、阳离子子（Cation ) 、阴离子、阴离子（anion ）配位离子配位离子 Coordination ） 等，因此有等，因此有自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合、配位自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合、配位聚合聚合之分。之分。（2）聚合过程由链引发、链增长、链终止等基元反应组成。聚合过程由链引发、链增长、链终止等基元反应组成。（3）聚合过程中相对分子质量变化不大，聚合过程中相对分子质量变化不大，体系始终由单体、体系始终由单体、高分子量聚合物和微量引发剂组成。没有分子量递增的产物。高分子量聚合物和微量引发剂组成。没有分子量递增的产

50、物。（4）单体转化率随时间增加。单体转化率随时间增加。54第一章 绪论 逐步聚合逐步聚合（Step Polymerization）的特点：的特点：（1）低分子单体通过官能团间的缩合逐步形成大分子。低分子单体通过官能团间的缩合逐步形成大分子。体体系由单体和分子量递增的一系列中间产物组成。系由单体和分子量递增的一系列中间产物组成。（2）每一步反应的速率和活化能基本相同。每一步反应的速率和活化能基本相同。（3）反应初期大部分单体很快形成低聚物，短期内转化率反应初期大部分单体很快形成低聚物，短期内转化率很高。随后低聚物相互反应，分子量缓慢上升。很高。随后低聚物相互反应，分子量缓慢上升。（4）大部分是平

51、衡反应。大部分是平衡反应。 缩合聚合反应 聚加成反应 55缩合聚合反应 聚加成反应 以水酸作催化剂时 以碱作催化剂时则属于阴离子连锁聚合） 开环反应（Ring opening） 烯类单体的加聚反应一般为连锁聚合；烯类单体的加聚反应一般为连锁聚合； 大多数缩聚反应为逐步聚合。大多数缩聚反应为逐步聚合。56连锁聚合（链式聚合）连锁聚合（链式聚合）逐步聚合逐步聚合英文英文chain polymerizationchain polymerizationstep polymerizationstep polymerization机理机理活性中心活性中心多种（多种（R.,R+,R-R.,R+,R-）与单体

52、作用（单体之间不反与单体作用（单体之间不反应）应）无无通过单体官能团间反通过单体官能团间反应应基元反应基元反应引发引发,增长增长,终止终止,转移转移无无动力动力学学单体转化率单体转化率- -时间时间相对分子质量相对分子质量- -时间时间任一瞬间组成任一瞬间组成单体单体,高分子高分子,微量引发剂微量引发剂( (中中间产物不稳定间产物不稳定) )相对分子质量递增的相对分子质量递增的一系列中间产物一系列中间产物) )连锁聚合与逐步聚合的区别与联系连锁聚合与逐步聚合的区别与联系 57第一章 绪论1.4 高分子的相对分子质量及其分布高分子的相对分子质量及其分布1.4.1 高分子的相对分子质量与性能间的关

53、系高分子的相对分子质量与性能间的关系 小分子化合物没有机械强度，而高分子通常具有较高的小分子化合物没有机械强度，而高分子通常具有较高的机械强度。显然，材料的机械性能随着相对分子质量的增加机械强度。显然，材料的机械性能随着相对分子质量的增加逐渐提高。图逐渐提高。图11为高分子的机械性能与相对分子质量间的为高分子的机械性能与相对分子质量间的一般关系。一般关系。58第一章 绪论0100200300400500600700020406080100120140160DP = 400DP = 30机机械械性性能能聚聚合合度度图图11 高分子聚合度与机械性能之间的关系高分子聚合度与机械性能之间的关系59第一

54、章 绪论 由图由图11可见，当聚合度低于可见，当聚合度低于30时，基本上没有机械时，基本上没有机械强度；当聚合度大于强度；当聚合度大于400左右时，机械强度不再随聚合度的左右时，机械强度不再随聚合度的增加而上升。增加而上升。 相对分子质量提高，有利于材料的机械性能发展。但过相对分子质量提高，有利于材料的机械性能发展。但过高的相对分子质量，高的相对分子质量，导致材料熔融时的粘度较大导致材料熔融时的粘度较大，不利于材，不利于材料的加工。料的加工。重要概念：重要概念： 在满足材料的机械性能的前提下，高分子的相对分子质在满足材料的机械性能的前提下，高分子的相对分子质量应尽可能小一些，以有利于材料的加工

55、。量应尽可能小一些，以有利于材料的加工。60第一章 绪论塑料塑料相对分子质量相对分子质量/万万纤维纤维相对分子质量相对分子质量/万万橡胶橡胶相对分子质量相对分子质量/万万HDPE6 30涤纶1.82.3天然橡胶2040PVC515尼龙-661.21.8丁苯橡胶1520PS1030维尼纶67.5顺丁橡胶2530PC26纤维素50100氯丁橡胶1012表表11 常见聚合物的相对分子质量常见聚合物的相对分子质量61第一章 绪论1.4.2 高分子的平均相对分子质量高分子的平均相对分子质量 聚合物是由相对分子质量不等的同系物组成的混合物，聚合物是由相对分子质量不等的同系物组成的混合物，存在存在多分散性。

56、多分散性。因此常用因此常用平均相对分子质量平均相对分子质量来表示。来表示。 根据统计方法不同，平均相对分子质量可分根据统计方法不同，平均相对分子质量可分为数均分子为数均分子量、质均分子量、量、质均分子量、Z均分子量、粘均分子量均分子量、粘均分子量。其中尤以数均。其中尤以数均分子量最为常用。分子量最为常用。62第一章 绪论（1）数均分子量）数均分子量 按数量平均的相对分子质量，定义为按数量平均的相对分子质量，定义为某体系的总质量某体系的总质量m为分子总数所平均的结果为分子总数所平均的结果。体系中低分子量部分对数均分子体系中低分子量部分对数均分子量由较大影响。量由较大影响。 数均分子量通常由数均分

57、子量通常由渗透压、蒸汽压、沸点升高渗透压、蒸汽压、沸点升高等依数法等依数法测定。测定。（14）iiiiiiiiinMxMmmnMnnmM)/(nM63第一章 绪论（2）质均分子量）质均分子量 按质量平均的相对分子质量。体系中高分子量部分对质按质量平均的相对分子质量。体系中高分子量部分对质均分子量由较大影响。均分子量由较大影响。 质均分子量通常由质均分子量通常由光散射法光散射法测定。测定。iiiiiiiiiwMwMnMnmMmM2（15）wM64第一章 绪论（3）Z均分子量均分子量 按按Z量平均的相对分子质量。量平均的相对分子质量。Z量的定义为量的定义为miMi。 Z均分子量通常由均分子量通常由

58、离心沉淀法离心沉淀法测定。测定。zM232iiiiiiiizMnMnMmMmM（16）三种分子量可用通式表示： 65第一章 绪论（4）粘均分子量）粘均分子量 用用粘度法粘度法测定的相对分子质量称为粘均分子量。测定的相对分子质量称为粘均分子量。 式中式中是高分子稀溶液特性粘数是高分子稀溶液特性粘数分子量关系式中的指分子量关系式中的指数，一般在数，一般在0.5 0.9之间。之间。M/11/1)()(iiiiiiiMnMnmMmM（17）66n例：设一聚合物样品，其中分子量为104的分子有10 mol, 分子量为105的分子有5 mol, 求分子量67n讨论：n 1. Mz Mw M Mn，M略低于

59、Mwn2. Mn靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分对Mn影响较大n3. Mw靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分对Mw影响较大n4. 一般用Mw来表征聚合物比Mn更恰当，因为聚合物的性能如强度、熔体粘度更多n地依赖于样品中较大的分子68第一章 绪论 以上几种平均分子量之间的大小关系为：以上几种平均分子量之间的大小关系为： 非常容易记忆的关系非常容易记忆的关系!zM wM MnM 69第一章 绪论1.4.3 高分子的分子量分布高分子的分子量分布 由于高分子材料的多分散性，平均分子量并不能完全表由于高分子材料的多分散性，平均分子量并不能完全表征其中各种分子的数量，因此还有征其中各种分

60、子的数量，因此还有分子量分布分子量分布的概念。的概念。 目前有三种表示分子量分布的方法：目前有三种表示分子量分布的方法：（1）分子量分布指数）分子量分布指数D D值越大，表示分布越宽。天然高分子的值越大，表示分布越宽。天然高分子的D值可达值可达1，完，完全均一，合成高分子的全均一，合成高分子的D值一般在值一般在1.550之间。之间。 nwMMD（18）70第一章 绪论（2）分子量分布曲线）分子量分布曲线 分为数量分布曲线和质量分布曲线两种。图分为数量分布曲线和质量分布曲线两种。图12为典型为典型的质量分布曲线。图中可见，数均分子量处于分布曲线顶峰的质量分布曲线。图中可见，数均分子量处于分布曲线