潘祖仁版全套高分子化学课件第1章 绪论-1

1、1第第1讲讲2 聚乙烯丙纶高分子聚乙烯丙纶高分子 防水胶防水胶 复合防水卷材复合防水卷材 高分子化学3我被高分子包围了呀！酚醛塑料酚醛塑料涤纶涤纶聚氯乙烯聚氯乙烯有机玻璃聚苯乙烯聚四氟乙烯塑料塑料聚丙烯聚丙烯4高分子化学四大塑料四大塑料“四烯四烯”聚乙烯、聚丙烯聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯聚氯乙烯、聚苯乙烯合成纤维合成纤维“六纶六纶”涤纶、涤纶、 锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶合成橡胶合成橡胶“四胶四胶” 顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶 以及聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯、有机玻璃等都是以及聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯、有机玻璃等

2、都是经过聚合反应得到的高分子化合物。经过聚合反应得到的高分子化合物。5高分子化学阿斯匹林阿斯匹林( (Aspirin) )是一个是一个“古老古老”的解热镇痛药物，而缓释长效的解热镇痛药物，而缓释长效阿斯匹林又使阿斯匹林焕发了青春。近年，科学家通过乙二醇的阿斯匹林又使阿斯匹林焕发了青春。近年，科学家通过乙二醇的桥梁作用把阿斯匹林连接在高聚物上，制成缓释长效阿斯匹林，桥梁作用把阿斯匹林连接在高聚物上，制成缓释长效阿斯匹林，用于关节炎和冠心病的辅助治疗，用于关节炎和冠心病的辅助治疗，缓释长效阿斯匹林可分为三部缓释长效阿斯匹林可分为三部分分：高分子载体（高分子载体（聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸）；）；低分

3、子药物（低分子药物（阿斯匹阿斯匹林）林）；作为桥梁作用的作为桥梁作用的乙二醇乙二醇。肠胃中水解变为阿斯匹林。肠胃中水解变为阿斯匹林 。【】现代医药发展方向之一：合成药物长效化和低现代医药发展方向之一：合成药物长效化和低毒化，其有效途径是低分子药物高分子化。例如可将药物分子连毒化，其有效途径是低分子药物高分子化。例如可将药物分子连在安全无毒的高分子链上。在安全无毒的高分子链上。缓释长效阿斯匹林缓释长效阿斯匹林的结构简式如下：的结构简式如下：6高分子化学缓释长效阿斯匹林缓释长效阿斯匹林在体内的分解过程在体内的分解过程人造器官组织 人造器官组织 人造器官组织 7高分子化学人造器官组织 人造器官组织

4、人造器官组织 人造器官组织 【】由于某些合成高分子材料（如：有机硅聚由于某些合成高分子材料（如：有机硅聚合物、有机氟聚合物、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、合物、有机氟聚合物、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、醋酸纤维素等）与生物体中的天然高分子有极其相似的化学结醋酸纤维素等）与生物体中的天然高分子有极其相似的化学结构，生物相容性较好，较少受到排斥，安全无毒，可用于制作构，生物相容性较好，较少受到排斥，安全无毒，可用于制作医用组织和人造器官的高分子材料。医用组织和人造器官的高分子材料。 从皮肤到内脏，从血液到五官都有用医用高分子材料制成的人从皮肤到内脏，从血液到五官都有用医用高分子材料制成的

5、人造器官组织，如人造血管、人造心脏、人造肾脏、人造皮肤、造器官组织，如人造血管、人造心脏、人造肾脏、人造皮肤、人造骨髓等，最早应用的医用高分子材料是代替手术缝合线的人造骨髓等，最早应用的医用高分子材料是代替手术缝合线的聚乳酸聚乳酸 。使聚乳酸作为外科手术的缝合线，因聚乳酸极易水解、。使聚乳酸作为外科手术的缝合线，因聚乳酸极易水解、缝合伤口愈合后，不需拆线，缝合线经体液水解为乳酸，由代缝合伤口愈合后，不需拆线，缝合线经体液水解为乳酸，由代谢循环排出体外水解反应式如下：谢循环排出体外水解反应式如下：8高分子化学人造器官组织 人造器官组织 人造器官组织 【】螺苯并吡喃类衍生物是一类典型的光螺苯并吡喃

6、类衍生物是一类典型的光致变色化合物，将其引入纤维素类聚合物分子链上，用这种致变色化合物，将其引入纤维素类聚合物分子链上，用这种聚合物仿制的纤维就具有光致变色功能。变色反应式如下：聚合物仿制的纤维就具有光致变色功能。变色反应式如下：共轭链变化引起颜色变化通过上述反应实现了人们的服装可以随光线强弱变化而变化。通过上述反应实现了人们的服装可以随光线强弱变化而变化。NMeOCH2NO2MeMeNO2CH2NMeO-+hu9高分子化学高分子化学 讲授内容及课时分配讲授内容及课时分配 第一章第一章 绪论绪论.（6h6h） 第二章第二章 逐步聚合逐步聚合.（6h6h） 第三章第三章 自由基聚合自由基聚合.(

7、.(8h)8h) 第四章第四章 聚合方法聚合方法. . （6h6h） 第五章第五章 离子聚合离子聚合（6h6h） 第六章第六章 配位聚合配位聚合.（2h2h） 第七章第七章 聚合物的化学反应聚合物的化学反应.（4h4h）高分子化学高分子化学10Chapter 1 高分子化学高分子化学11 高分子是由高分子是由碳、氢、氧、氮、硅、硫碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组成的等元素组成的分子量分子量足够高足够高的有机物。常用高分子材料分子量在的有机物。常用高分子材料分子量在一万到几百万一万到几百万之间，之间，高分子量对化合物性质的影响就是使它具有高分子量对化合物性质的影响就是使它具有一定强度一定强度，从而

8、可作材，从而可作材料使用。这也是高分子不同于一般化合物之处。又因高分子一般具有料使用。这也是高分子不同于一般化合物之处。又因高分子一般具有长链结构，每个分子好像一条长长的线，许多分子纠集在一起，就成长链结构，每个分子好像一条长长的线，许多分子纠集在一起，就成了一个扯不开的线团，这就是高分子化合物具有了一个扯不开的线团，这就是高分子化合物具有较高强度较高强度，可以作，可以作为结构材料使用的根本原因。另一方面，还可以通过各种手段，用物为结构材料使用的根本原因。另一方面，还可以通过各种手段，用物理的或化学的方法，或者使高分子与其他物质相互作用后产生物理或理的或化学的方法，或者使高分子与其他物质相互作

9、用后产生物理或化学变化，从而使高分子成为能完成特殊功能的功能高分子材料。化学变化，从而使高分子成为能完成特殊功能的功能高分子材料。 高分子化合物高分子化合物 简介简介高分子化学高分子化学12高分子具有许多优良性能，高分子材料是当今世界发展最迅高分子具有许多优良性能，高分子材料是当今世界发展最迅速的产业之一，目前世界上合成高分子材料的年产量已经超速的产业之一，目前世界上合成高分子材料的年产量已经超过过1.41.4亿吨。亿吨。塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂几大类高几大类高分子材料己广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽分子材料己广泛应用到电子信息、生物医药、航天航

10、空、汽车工业、包装、建筑等各个领域。车工业、包装、建筑等各个领域。功能高分子材料功能高分子材料：导电高分子、高分子半导体、光导：导电高分子、高分子半导体、光导电高分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子电高分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子材料等近年发展迅速，具有特殊、液晶高分子和信息高分子材料等近年发展迅速，具有特殊功能功能。 高分子材料高分子材料 De De 应用应用高分子化学高分子化学13高分子科学是当代发展最迅速的学科之一；它既是一门应用科高分子科学是当代发展最迅速的学科之一；它既是一门应用科学，又是一门基础科学学，又是一门基础科学. .它

11、是建立在有机化学、物理化学、生它是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。目前，已经发展成四个主要分支兴学科。目前，已经发展成四个主要分支. .高分子化学继高分子化学继“四四大化学大化学”之后被称为之后被称为“第五大化学第五大化学”。高分子化学高分子化学高分子科学高分子科学高分子化学高分子化学高分子物理高分子物理高分子材料高分子材料高分子工艺高分子工艺14高分子化学高分子化学高分子科学是研究高分子化合物的合成、改性、结构、性高分子科学是研究高分子化合物的合成、改性、结构、性能、成型加工等内容

12、的一门综合性科学。能、成型加工等内容的一门综合性科学。高分子化学是高高分子化学是高分子科学的基础，高分子化学主要研究聚合反应机理和聚分子科学的基础，高分子化学主要研究聚合反应机理和聚合方法。学习高分子化学的目的是了解聚合反应的机理和合方法。学习高分子化学的目的是了解聚合反应的机理和聚合方法聚合方法 ，以便合成出具有指定相对分子质量和相对分子，以便合成出具有指定相对分子质量和相对分子质量分布、指定性能、能满足实际需要的高分子化合物。质量分布、指定性能、能满足实际需要的高分子化合物。研究目的研究目的15高分子化学高分子化学提高产量、增加品种、改进性能、处理三废、拓宽应用领域；提高产量、增加品种、改

13、进性能、处理三废、拓宽应用领域；研制新型引发剂，降低能源和材料消耗，使得合成方便易行；研制新型引发剂，降低能源和材料消耗，使得合成方便易行；采用新的聚合方法获得新性能、新品种、新用途的高聚物；采用新的聚合方法获得新性能、新品种、新用途的高聚物；开发功能高分子材料和生物工程高分子材料。开发功能高分子材料和生物工程高分子材料。发展方向发展方向16又称高分子化合物、大分子化合物、高分又称高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物。子、大分子、高聚物、聚合物。 Macromolecules, High Polymer, Polymer什么是高分子什么是高分子?高分子高分子是指是指由由多

14、种原子多种原子以相同的、多次重复以相同的、多次重复的的结构单元结构单元并主要由并主要由共价键连接共价键连接起来的、通起来的、通常是相对常是相对分子量为分子量为的化合物的化合物。17 聚合物分子结构必须是由多个重复单元所组成，并且这聚合物分子结构必须是由多个重复单元所组成，并且这些重复单元是由相应的小分子衍生而来。些重复单元是由相应的小分子衍生而来。CH2-CH CH2-CH CH2-CHClClClH2CCHCl聚氯乙烯聚氯乙烯高分子化学高分子化学CH2CHOHCH2CHOH聚乙烯醇聚乙烯醇乙烯醇乙烯醇又如又如：18高高 分分 子子小小 分分 子子聚合反应聚合反应Polymerization单

15、单 体体能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子。成单元的小分子。即即合成聚合物的合成聚合物的起始原料起始原料。Monomer在大分子链中出现的在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团以单体结构为基础的原子团。即构成大分子链的基本结构单元。即构成大分子链的基本结构单元。Structure unit19Repeating unit聚合物中聚合物中化学组成相同化学组成相同的最小单位。的最小单位。Chain element即一个重复结构单元。即一个重复结构单元。Monomer unit聚合物中具有聚合物中具有与单体相同化学组成与单体相同化学组成

16、而不同电子结构的单元。而不同电子结构的单元。CH2CHClClCH2 CH和和CH2-CH CH2-CH CH2-CHClClClH2CCHCl高分子化学高分子化学20高分子的三种组成情况高分子的三种组成情况高分子化学高分子化学比比 较较CH2 CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnn H2N-(-CH2-)-COOH-NH-(-CH2-)-CO-nn H2O+55H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOHH-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHn(2n-1) H2O+n211.1.高分子的三种组成情况高分子的三种组成情况聚合聚合CH2 CHCH2-CH-C

17、H2-CH-CH2-CHnCH2 CHn此此时时高分子化学高分子化学22结构单元数目结构单元数目重复单元数目重复单元数目nxDP此时此时nDPxn聚合度（聚合度（Degree of polymerization，缩写为缩写为DP，）说明说明：由于绝大多数高聚物都是由不同链长的大分子组成，即：由于绝大多数高聚物都是由不同链长的大分子组成，即同一种聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合同一种聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合物所组成，因此，聚合物的分子量或聚合度只是这种大小不一的大物所组成，因此，聚合物的分子量或聚合度只是这种大小不一的大分子的统计平均值，或者说分子

18、的统计平均值，或者说分子量或聚合度具有一定的分布范围分子量或聚合度具有一定的分布范围。一种结构单元一种结构单元组成的高分子组成的高分子23：n H2N-(-CH2-)-COOH-NH-(-CH2-)-CO-nn H2O+55结构单元比其单体少了些原子（氢原子和氧原子），因为聚结构单元比其单体少了些原子（氢原子和氧原子），因为聚合时有小分子生成，所以此时的结构单元不等于单体单元。合时有小分子生成，所以此时的结构单元不等于单体单元。00nMDPMxM由聚合度可计算出高分子的分子量由聚合度可计算出高分子的分子量 24H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOHH-NH(CH2)6NH-

19、CO(CH2)4CO-OHn(2n-1) H2O+2.2.其重复单元由其重复单元由两种结构单元两种结构单元组成，且结构组成，且结构单元与单体的单元与单体的组成不尽相同，组成不尽相同，所以，不能称所以，不能称为单体单元。为单体单元。高分子化学高分子化学25单个聚合物分子所含单体单元的数目。单个聚合物分子所含单体单元的数目。COCOOCH2CH2O()nCOCOHOOH+HOCH2CH2OHCOCOOCH2CH2OHHOCOCOOCH2CH2OCOCOOCH2CH2O 聚合物聚合物 单单 体体 单体单元单体单元 聚合度聚合度2n聚对苯二甲酸乙二酯，聚对苯二甲酸乙二酯，涤纶，涤纶，PETn例：nDP

20、xn22002MDPMxMn但但, 高分子化学高分子化学26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 据其用途不同可在据其用途不同可在5万至万至15万之间，其结构单元的分子量万之间，其结构单元的分子量 为为62.5，计算其聚合度。，计算其聚合度。ClCH2CHCH2 CHClnn解：解： = = 50000-150000/62.5=800-2400= = 50000-150000/62.5=800-2400 通过计算可知，通过计算可知，聚氯乙烯的平均聚合度应在聚氯乙烯的平均聚合度应在800-2400800-2400聚氯乙烯聚氯

21、乙烯 分子约由分子约由800-2400800-2400个氯乙烯单元组成。个氯乙烯单元组成。X0MM27例例2 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，其分子量一般在乙二醇酯，其分子量一般在2 2万左右，计算万左右，计算 及及 。 DPnX解解：已知已知-O(CH-O(CH2 2) )2 2O-O-结构单元分子量为结构单元分子量为6060，-OC-C-OC-C6 6H H5 5-CO-CO- 结构单元分子量为结构单元分子量为132132。 由 = （M + M ）/2得： 2000 = （60+132）/2 则 =208

22、 = /2=104nMnX0102nXnXDPnX高分子化学高分子化学283. Homopolymer由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。聚合物分子有且只有一种重复结构单元，并且该重复聚合物分子有且只有一种重复结构单元，并且该重复结构单元可以只由一种（真实的、隐含的或假设的）结构单元可以只由一种（真实的、隐含的或假设的）单体衍生而来。单体衍生而来。判别均聚物判别均聚物齐聚物齐聚物( (oligomeroligomer) )：由几个或十几个单元相互键连而成；不能称为聚合物。均聚物均聚物：由一种单体聚合而成的聚合物。共聚物共聚物：由两种或两种以上单体共聚而成的聚合物。 29生成均聚物的聚合反应称生成均聚物的聚合反应称均聚反应均聚反应 （Hom