第1章 高分子化学的基础知识

1、21.1 高分子化合物的概念高分子化合物：高分子化合物：分子量很高并由共价键连接的一类化合物分子量很高并由共价键连接的一类化合物- - - - - 1000 - - - - - - 10000 - - - - - 1000000 - - - - - 低分子低分子 中等分子中等分子 高分子高分子 超高分子超高分子 高分子化合物高分子化合物和和高分子材料高分子材料相同吗相同吗?高分子材料往往由高分子化合物经过加工或加入某些高分子材料往往由高分子化合物经过加工或加入某些添加物而成添加物而成31.1 高分子化合物的基本概念Polymer，High Polymer 聚合物（高聚物）聚合物（高聚物） Ma

2、cromolecules 大分子大分子 聚合物（高聚物）聚合物（高聚物）通常指有通常指有一定重复单元一定重复单元的的合成合成产物，一产物，一般般不包括天然高分子不包括天然高分子；大分子大分子指相对分子质量很大的一类化合物，包括天然高分指相对分子质量很大的一类化合物，包括天然高分子和合成高分子，也包括无一定重复单元的复杂大分子。子和合成高分子，也包括无一定重复单元的复杂大分子。4合成聚合物的起始原料称为合成聚合物的起始原料称为单体单体（MonomerMonomer）单体在大分子链中形成的单元称为单体在大分子链中形成的单元称为结构单元结构单元（Structure Structure unituni

3、t）一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成。例如：共价键重复连接而成。例如：1.1.由一种结构单元组成的高分子由一种结构单元组成的高分子聚合聚合CH2 CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnCH2 CHn缩写成缩写成1.1 高分子化合物的基本概念5n n 表示重复单元数，也称为链节数表示重复单元数，也称为链节数, , 在此等于聚合度在此等于聚合度聚合度（聚合度（Degree of polymerizationDegree of polymerization） 聚合度是衡量高分子分子量大小的一个指标。聚合度是衡量

4、高分子分子量大小的一个指标。 nxnDP单体单元单体单元（Monomer unitMonomer unit）: :结构单元与原料相比，除了电子结构单元与原料相比，除了电子结构变化外，其结构变化外，其原子种类原子种类与与各种原子的个数完全相同各种原子的个数完全相同 有两种表示法：有两种表示法：o以大分子链中的以大分子链中的结构单元结构单元数目表示，记作数目表示，记作o以大分子链中的以大分子链中的重复单元重复单元数目表示，记作数目表示，记作重复单元重复单元(Repeating unit(Repeating unit）：在聚合物的大分子链中）：在聚合物的大分子链中重复出重复出现的现的，组成相同的组成

5、相同的最小基本单元。最小基本单元。1.1 高分子化合物的基本概念6在这里在这里, ,两种聚合度相等，都等于两种聚合度相等，都等于 n nn另一种情况：另一种情况：10MDPMxMn式中式中: : M M 是高分子的分子量是高分子的分子量 M M0 0 是结构单元的分子量是结构单元的分子量 M M1 1是重复单元的分子量是重复单元的分子量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： nDPxn结构单元重复单元结构单元重复单元 单体单元单体单元n H2N-(-CH2-)-COOH-NH-(-CH2-)-CO-nn H2O+551.1 高分子化合物的基本概念结构单元比其单体少了些

6、原子（氢原子和氧原子），因为聚合时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。有小分子生成，所以此时的结构单元不等于单体单元。7H-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHn结构单元结构单元 结构单元结构单元重复结构单元重复结构单元H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH2.2.由两种结构单元组成的高分子由两种结构单元组成的高分子合成尼龙合成尼龙-66-66则具有另一特征：则具有另一特征：(2n-1) H2O+重复单元由两种结构单元组成，且结构单元与单体的组成不重复单元由两种结构单元组成，且结构单元与单体的组

7、成不尽相同，故不能称为单体单元。尽相同，故不能称为单体单元。单体在形成高分单体在形成高分子的过程中要失子的过程中要失掉一些原子掉一些原子nDPxn2210MDPMxMn8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+n1.1 高分子化合物的基本概念9单个聚合物单个聚合物分子所含单体单元的数目分子所含单体单元的数目例：nDPxn22100nMnMn2MxM注意：注

8、意：M Mo o为两种结构单元的平均分子量为两种结构单元的平均分子量1.1 高分子化合物的基本概念H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOHH-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHn(2n-1) H2O+n10例例1 1：以氯乙烯单体为原料得到聚氯乙烯以氯乙烯单体为原料得到聚氯乙烯, ,其分子其分子量根据用途不同可在量根据用途不同可在5 5万至万至1515万之间，其结构单万之间，其结构单元的分子量为元的分子量为62.562.5，计算聚合度范围。，计算聚合度范围。ClCH2CHCH2 CHClnn = = = 50000= 50000150000/62.5=80015

9、0000/62.5=80024002400 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80080024002400，聚氯乙烯分子约由聚氯乙烯分子约由800-2400800-2400个氯乙烯单元组成。个氯乙烯单元组成。DPXn0MM1.1 高分子化合物的基本概念10:MDPMxMn由由解解M M0 0是结构单元的分子量是结构单元的分子量M M1 1是重复单元的分子量是重复单元的分子量11例例2 2：以对苯二甲酸与乙二醇为原料，经缩聚制得聚对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，其分子量一般在苯二甲酸乙二醇酯，其分子量一般在2 2万左右，计算

10、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 H4 4-CO-CO-结构单元分子量为结构单元分子量为132132。 2082104)13260(20000:)(0201DPXDPDPMMDPMnn则则得得由由1.1 高分子化合物的基本概念123. 3. 由无规排列的结构单元组成的高分子由无规排列的结构单元组成的高分子 均聚物均聚物 HomopolymerHomopolymer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

11、物。聚合物分子聚合物分子有且只有一种有且只有一种重复结构单元重复结构单元，并且该并且该重复结构重复结构单元可以只由一种（真实的、隐含的或假设的）单元可以只由一种（真实的、隐含的或假设的）单体衍生单体衍生而来。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：由几个或十几个单元相互键连而成思考：齐聚物是高分子吗？思考：齐聚物是高分子吗？均聚物：由一种单体聚合而成的聚合物。均聚物：由一种单体聚合而成的聚合物。共聚物：由两种或两种以上单体共聚而成的聚合物。共聚物：由两种或两种以上单体共聚而成的聚合物。 1.1 高分子化合物的基本概念1

12、3生成均聚物的聚合反应称均聚反应（生成均聚物的聚合反应称均聚反应（Homopolymerization) )。氯乙烯单体氯乙烯单体由对苯二甲酸和乙二醇反由对苯二甲酸和乙二醇反应生成的应生成的“隐含单体隐含单体”：HOOC-Ph-COOCHHOOC-Ph-COOCH2 2CHCH2 2OHOH“假设单体假设单体”：乙烯醇：乙烯醇CH2CHClCOCOOCH2CH2OCH2CHOH例：例：1.1 高分子化合物的基本概念14说明：说明： x, y x, y为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任意的：意的：M M1 1M M2 2M M1 1M M1 1M M

13、2 2M M1 1M M2 2M M2 2M M2 2，在这种情况下，无法确定在这种情况下，无法确定它的重复单元，仅它的重复单元，仅 -( CH2-CH=CH-CH2 -)-(-CH2-CH-)-xyn例如：丁苯橡胶（由单体例如：丁苯橡胶（由单体1,3-1,3-丁二烯和苯乙烯聚合而成）丁二烯和苯乙烯聚合而成）由由两种或两种以上两种或两种以上（真实的、隐含的或假设的）单体聚合（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。生成共聚物的聚合反应称为而成的聚合物。生成共聚物的聚合反应称为共聚反应共聚反应。共共 聚聚 物物 CopolymerCopolymer结构单元单体单元结构单元单体单元1.1 高

14、分子化合物的基本概念15HOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-隐含单体隐含单体HOOC-Ph-COOCH2CH2OHHOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OHHO(CH2)3OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-(OC-Ph-COOCH2CH2CH2O)m-HO-(CH2)5COOHHOCH2COOH-O(CH2)5COm-OCH2COn-共聚物共聚物共聚物共聚物均聚物均聚物例：例：1.1 高分子化合物的基本概念均均聚物聚物有且只有一种有且只有一种重复结构单元重复结构单元，并且该并且该重复结构单元重复结构单元可以只由一种（真实的、隐含的

15、或假设的）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。16CH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3聚乙烯：聚乙烯：HOCOCOOCH2CH2OCOCOOCH2CH2OH涤纶：涤纶： 1.1 1.1 高分子化合物的基本概念高分子化合物的基本概念支链（侧链）：与主链相连接的次要分子链支链（侧链）：与主链相连接的次要分子链侧基（取代基）：如果支链不长侧基（取代基）：如果支链不长端基：高分子链的末端结构单元。端基：高分子链的末端结构单元。17习惯命名法：习惯命名法：u以单体名称为基础，在前面加以单体名称为基础，在前面加“聚聚”字字 乙烯乙烯 丙烯丙烯 氯乙烯氯乙烯 甲基丙烯

16、酸甲酯甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯聚乙烯 聚丙烯聚丙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯u取单体简名，在后面加取单体简名，在后面加“树脂树脂” ” 、“橡胶橡胶”二字二字 如如 苯苯酚酚 甲甲醛醛 酚醛树脂酚醛树脂 尿尿素素 甲甲醛醛 脲醛树脂脲醛树脂 甘油甘油 邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐 醇酸树脂醇酸树脂 1.2.1 聚合物的命名丁二烯丁二烯 苯乙烯苯乙烯 丁苯橡胶丁苯橡胶丁二烯丁二烯 丙烯腈丙烯腈 丁腈橡胶丁腈橡胶乙烯乙烯 丙烯丙烯 乙丙橡胶乙丙橡胶18命名基本规律：命名基本规律：1.2.1 聚合物的命名nOH+nCH2OCH2OHnCH2OHCHOHCH2OH + C6H4(C

17、O)2OOCH2CHCH2OCOOnnCOnnNH2CNH2 +nHCHONHCNHCH2OnO19u商品名商品名 合成纤维最普遍，我国以合成纤维最普遍，我国以“纶纶”作为合成纤维的后缀作为合成纤维的后缀 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 锦纶锦纶 聚酰胺（尼龙），后面加数字区别聚酰胺（尼龙），后面加数字区别聚酰胺聚酰胺 聚酯聚酯 聚氨酯聚氨酯 聚醚聚醚u 以高分子链的结构特征命名以高分子链的结构特征命名 第一个数字表示二元胺的碳原子数第一个数字表示二元胺的碳原子数第二个数字表示二元酸的碳原子数第二个数字表示二元酸的碳原子数只附一个数字

18、表示内酰胺或氨基酸的碳原子数只附一个数字表示内酰胺或氨基酸的碳原子数O -C-O-NH-C-O-OO -C-NH- -O-数字含义数字含义1.2.1 聚合物的命名20u 系统系统命名命名法法(1) (1) 确定重复结构单元；确定重复结构单元；(2) (2) 按规定排出重复结构单元中的次级单元（按规定排出重复结构单元中的次级单元（subunit，即取代基）即取代基）顺序顺序：对乙烯基聚合物，先写有取代基的部分；对乙烯基聚合物，先写有取代基的部分；连接原子最少的次级单元写在前面；连接原子最少的次级单元写在前面；(3) (3) 给重复结构单元命名：给重复结构单元命名：按小分子有机化合物的按小分子有机

19、化合物的IUPACIUPAC命名规则给重复结构单元命名；命名规则给重复结构单元命名；(4) (4) 给重复结构单元的命名加括弧，并冠以前缀给重复结构单元的命名加括弧，并冠以前缀“聚聚”。括弧必不可括弧必不可少！少！1.2.1 聚合物的命名21重复结构单元为：重复结构单元为：1 1聚（聚（1-1-氯代撑乙基）氯代撑乙基）Poly(1-chloroethylene)Poly(1-chloroethylene) 注意注意: :（1 1） CHCH2 2=CH=CH2 2, , 乙烯；乙烯； （2 2）-CH-CH2 2-CH-CH2 2-, 1,2-, 1,2-亚乙基，撑乙基亚乙基，撑乙基CHHCC

20、lHCHHCClHCHHCClHCHHCClH例例1 11.2.1 聚合物的命名22例例2 2nCH2 CH2CH CH2nCH3CH CH2nCOOCH3聚乙烯聚乙烯聚亚乙基聚亚乙基Poly(ethylene)Poly(ethylene)聚丙烯聚丙烯聚亚丙基聚亚丙基Poly(propylene)Poly(propylene)例例3 3聚丙烯酸甲酯聚丙烯酸甲酯聚聚1-(1-(甲氧基羰基甲氧基羰基) )亚乙基亚乙基 Poly1-(methoxycarbonyl) ethylene 例例4 41.2.1 聚合物的命名23聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯聚聚1-(1-(甲氧基羰基甲氧基羰基)-1-)

21、-1-甲基乙烯甲基乙烯 Poly1-(methoxycarbonyl)-1-methyl ethylene 例例7 7COOCH3CH3nC CH2聚苯乙烯聚苯乙烯聚聚 (1(1苯基乙烯苯基乙烯 ) ) Poly(1-phenylethylene) Poly(1-phenylethylene)例例6 6OCHOCH2 2CHCH2 2聚氧化乙烯聚氧化乙烯聚（氧化撑乙基）聚（氧化撑乙基）Poly(oxyethylenePoly(oxyethylene) )例例5 51.2.1 聚合物的命名CH CH2nn24OnCOnCOOCH2CH2O例例8 8例例9 9聚聚( (氧化氧化-1,4-1,4-亚

22、苯基亚苯基) )( (与聚苯醚的差异与聚苯醚的差异?)?)聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯( (PET/PET/绦纶绦纶/ /聚酯聚酯) )聚（氧亚乙基氧聚（氧亚乙基氧- -对苯二甲酰对苯二甲酰) )1.2.1 聚合物的命名CH3CH3O CO O Cn例例1010聚碳酸酯聚碳酸酯聚聚( (氧羰基氧氧羰基氧-1,4-1,4-苯撑异丙叉苯撑异丙叉-1,4-1,4-苯撑苯撑) )25名称名称俗名俗名英文英文名称名称俗名俗名英文英文聚乙烯聚乙烯PEpolyethylene聚碳酸酯聚碳酸酯PCpolycarbonate聚丙烯聚丙烯PPpolypropylene聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺PAMpolyacrylamide聚异丁烯聚异丁烯PIBpolyisobutylene聚丙烯酸甲聚丙烯酸甲酯酯PMA