高分子化学 第1章 绪论名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

第一章绪论高分子化学第1页本章教学目掌握高分子化合物定义及结构特点能对聚合物进行分类和命名会书写常见聚合物聚合反应方程式掌握高分子分子量及其分布特点和表征方法掌握高分子微结构主要内容及产生各种异构体原因第2页天然高分子直接利用天然高分子化学改性天然橡胶硫化,硝化纤维合成等淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等缩聚反应，自由基、配位、离子聚合等高分子合成高分子时代1.1高分子科学简史第3页HermannStaudinger:把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液粘度与分子量之间关系（1953年诺贝尔奖）。Carothers:建立缩聚反应理论。KarlZiegler,GiulioNatta:乙烯、丙烯配位聚合（1963年诺贝尔奖）PaulJ.Flory:聚合反应原理、高分子物理性质与结构关系（1974年诺贝尔奖）。HidekiShirakawa,AlanG.MacDiarmid,AlanJ.Heeger：对导电聚合物发觉和发展（诺贝尔奖）。1.1高分子科学简史第4页我国研究现实状况中国高分子研究工作起步于50年代。我国首篇高分子科学论文是吉林大学唐敖庆先生于1951年在中国化学会志上发表，是关于橡胶分子尺寸计算。当初国内从事高分子化学研究工作单位主要有：中国科学院长春应用化学研究所 北京大学中国科学院上海有机化学研究所 南开大学吉林大学 成都工学院（现四川大学）国内最早在大学里设置相关专业是：北京大学开设了高分子化学专业成都工学院开设了塑料工程专业经过50多年发展，中国高分子科学研究已取得长足进步。从深度看，学术水平总体上与国际水平有相当差距；从广度看，几乎涵盖了国际上高分子研究全部领域。第5页高分子科学与工程高分子化学研究聚合反应和高分子化学反应原理，选择原料、确定路线、寻找催化剂、制订合成工艺等。研究聚合物结构与性能关系，为设计合成预定性能聚合物提供理论指导，是沟通合成与应用桥梁。高分子物理高分子加工研究聚合物加工成型原理与工艺。

高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，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基础上逐步发展而成一门新兴学科。1.1高分子科学简史第6页制约因素解决途径（1）延长使用寿命：降低废弃（2）回收利用：低性能应用；降解（3）自然降解：自然分解回归自然：高分子制品废弃后对环境污染“在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这么对人类社会做出如此巨大贡献.”1.1高分子科学简史第7页课程主要研究内容高分子基本概念高分子化合物主要合成方法连锁聚合反应和逐步聚合反应机理聚合物分子量、聚合速率以及聚合物微结构与聚合反应机理之间关系聚合物化学反应及其影响规律第8页高分子也叫聚合物分子或大分子，含有高相对分子量，其结构必须是由多个重复单元所组成，而且这些重复单元实际上或概念上是由对应小分子衍生而来。Polymermolecule,Macromolecule依据IUPAC1996年之提议：ExcerptfromPureAppl.Chem.1996,68,2287-23111.2高分子基本概念聚氯乙烯聚乙烯醇实际上概念上第9页高分子小分子聚合反应Polymerization单体能够进行聚合反应，并组成高分子基本结构组成单元小分子。高分子化合物PolymericSubstanceMonomer或称聚合物（高聚物），是由许多单个高分子（聚合物分子）组成物质。1.2高分子基本概念第10页碳链骨架：组成高分子主链骨架单个原子。可缩写：聚丙烯聚乙二醇1.2高分子基本概念第11页组成高分子主链结构一部分单个原子或原子团。重复组成高分子分子结构最小结构单元。结构单元ConstitutionalUnit重复单元ConstitutionalRepeatingUnit,CRU（链节）1.2高分子基本概念第12页聚合度单个聚合物分子中重复单元数目。（DP）M=DP·M0单体1.2高分子基本概念合成聚合物原料。第13页高分子链末端结构单元。末端基团EndGroupsCH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3聚乙烯：涤纶：1.2高分子基本概念第14页来源天然高分子：自然界天然存在高分子。半天然高分子：经化学改性后天然高分子。主链元素（链原子）组成碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。杂链高分子：链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。元素有机高分子：链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组成。合成高分子：由单体聚合人工合成高分子。1.3高分子分类第15页碳链高分子杂链高分子元素有机高分子聚乙烯聚丙烯聚乙二醇尼龙—6聚二甲基硅氧烷1.3高分子分类第16页性质和用途塑料纤维橡胶涂料胶粘剂功效高分子以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成塑性材料或刚性材料。含有可逆形变高弹性材料。纤细而柔软丝状物，长度最少为直径100倍。1.3高分子分类涂布于物体表面能成坚韧薄膜、起装饰和保护作用聚合物材料能经过粘合方法将两种以上物体连接在一起聚合物材料含有特殊功效与用途但用量不大精细高分子材料第17页I.习惯命名法天然高分子普通有与其起源、化学性能与作用、主要用途相关专用名称。如纤维素（起源）、核酸（起源与化学性能）、酶（化学作用）。合成高分子（1）由一个单体合成高分子：“聚”+单体名称如聚氯乙烯、聚乙烯等1.4高分子命名第18页（2）由两种单体经过缩聚反应合成高分子：表明或不表明产物类型表明产物类型：“聚”+两单体生成产物名称，如对苯二甲酸和乙二醇缩聚产物叫“聚对苯二甲酸乙二酯”己二酸和己二胺缩聚产物叫“聚己二酰己二胺”不表明产物类型：两单体名称或简称加后缀“树脂”，如苯酚和甲醛缩聚产物叫“酚醛树脂”尿素和甲醛缩聚产物叫“脲醛树脂”1.4高分子命名第19页（3）由两种单体经过链式聚合反应合成共聚物：

两单体名称或简称之间+“-”+“共聚物”：如乙烯和乙酸乙烯酯共聚产物叫“乙烯-乙酸乙烯酯共聚物”（4）“聚”+高分子主链结构中特征功效团：

指是一类高分子，而非单种高分子，如：

聚酯：

聚酰胺：1.4高分子命名第20页（4）依据商品名称命名

用后缀“纶”命名纤维：晴纶、涤纶、锦纶、维尼纶聚丙烯腈纺成纤维—腈纶聚氯乙烯—氯纶聚对苯二甲酸乙二醇酯—涤纶聚丙烯—丙纶聚己内酰胺—锦纶聚胺酯—氨纶聚乙烯醇缩甲醛—维尼纶用后缀“橡胶”命名合成橡胶：如乙丙橡胶、丁苯橡胶丁二烯与苯乙烯共聚物称为丁苯橡胶，乙烯与丙稀共聚物称为乙丙橡胶。1.4高分子命名第21页（5）用后缀“树脂”命名塑料类聚合物：如酚醛树脂、脲醛树脂，醇酸树脂等。酚类与醛类缩聚物称为酚醛树脂；尿素与醛类缩聚物称为脲醛树脂；甘油与邻苯二甲酸缩聚物称为醇酸树脂。1.4高分子命名第22页（6）直接引用外国商品名称音译或英文缩写：尼龙、特富龙、PE、PMMA等。聚酰胺—尼龙—nylon聚四氟乙烯：特富龙，Teflon，PTFE，Polytetrafluoroethylene聚乙烯：PE，polyethylene聚甲基丙烯酸甲酯：PMMAPolymethylmethacrylate尼龙：尼龙-66（聚酰胺-66，学名聚己二酰己二胺）第一个6代表组成尼龙二元胺碳原子数第二个6代表二元酸碳原子数只有一个数字则表示氨基酸或内酰胺聚合物尼龙-6是己内酰胺聚合物。1.4高分子命名第23页II.IUPAC系统命名法(1)确定重复结构单元；(2)按要求排出重复结构单元中二级单元循序：要求主链上带取代基C原子写在前，含原子最少基团先写；(3)给重复结构单元命名：按小分子有机化合物IUPAC命名规则给重复结构单元命名；(4)给重复结构单元命名加括弧，并冠以前缀“聚”。1.4高分子命名括弧必不可少第24页重复结构单元为：11-氯代撑乙基（）聚~OCH2CH2~氧化撑乙基（）聚Poly(1-chloroethylene)Ethylene:

(1)CH2=CH2,乙烯；（2）-CH2-CH2-,1,2-亚乙基，撑乙基举例1.4高分子命名第25页早期，依据单体与其生成聚合物之间在分子组成与结构上改变把聚合反应分为加聚反应和缩聚反应。加聚反应是指聚合产物重复结构单元组成与单体相同聚合反应，其聚合产物称加聚物；缩聚反应是指聚合产物分子组成比单体分子少若干原子，即在聚合反应过程中伴随有水等小分子副产物生成，其聚合产物称缩聚物。但伴随新聚合反应不停开发，这种分类方法已不适应。开环聚合：环状单体σ键断裂而后聚合成线形聚合物反应。1.5聚合反应第26页依据反应机理和动力学性质不一样，分为逐步聚合反应(Step-GrowthPolymerization)和链锁聚合反应(Chain-Growthpolymerization)。逐步聚合反应是指在反应过程中，聚合物链是由体系中全部聚合分子之间经过缩合或加成反应生成。其中经过缩合反应生成聚合物链称缩合聚合反应（Polycondensation），简称缩聚反应；假如聚合物链是经过加成反应生成称逐步加成聚合反应（Polyaddition）.链锁聚合反应是指在聚合反应过程中，聚合物链是仅由单体和聚合物链上反应活性中心之间反应生成，而且在新聚合物链上再生反应活性点。包含连引发、链增加、链终止。1.5聚合反应第27页聚合物是由一系列分子量（或聚合度）不等同系物高分子组成，这些同系物高分子之间分子量差为重复结构单元分子量倍数，这种聚合物分子长短不一特征称为聚合物多分散性。聚合物分子量或聚合度是统计，是一个平均值，叫平均分子量或平均聚合度。平均分子量统计可有各种标准，其中最常见是质均分子量和数均分子量。I.聚合物多分散性II.平均分子量1.6分子量及其分布第28页假设某一聚合物样品中所含聚合物分子总数为n，总质量为m，其中，分子量为Mi分子有ni摩尔，所占分子总数分子分率为xi，则xi=ni/n，其质量为mi=niMi，其质量分率为wi=mi/m，∑ni=n,∑mi=m,∑xi=1。数均分子量∑niMi

Mn=m/∑

ni

==∑xiMi

∑ni按分子数统计平均，定义为某体系总质量m为分子总数所平均,以Mn以表示。1.6分子量及其分布第29页高分子数均分子量普通是在高分子稀溶液中测定。采取与溶液中溶质微粒数相关测定方法。冰点降低法、沸点升高法、渗透压法、蒸汽压降低法等等。第30页质均分子量按质量统计平均，定义为聚合物中分子量为Mi分子所占质量分率wi与其分子量Mi乘积总和。以Mw表示。∑miMi∑niMi

2

Mw=∑wiMi==∑mi∑niMiwi=wi/w，mi=niMi1.6分子量及其分布采取与溶液中溶质质量相关性质测定方法，如：光散射法。第31页分布指数（d）d=Mw/Mn表征聚合物分子量分布宽度或多分散性,也叫分子量分布（molecularweightdistribution,MWD)。若d=1，即聚合物中各个聚合物分子分子量是相同，假如其结构也相同，这么聚合物叫单分散性聚合物。1.6分子量及其分布第32页1.6分子量及其分布分子量表示方法讨论1、当m1=m2=….=mi时，2、当α=1时，

3、普通情况下，可用数学方法证实此式。第33页在质量为100g，相对分子质量为1×106试样中，分别加入质量为1g、分子量为1×103和质量为1g、分子量为1×108组分,试分析两种情况下,体系和改变情况,由此可得出什么结论解：未加入组分之前，假设体系为均一体系，即分子量没有分散性，(1)m1=100g，M1=1×106；m2=1g，M2=1×103

(2)m1=100g，M1=1×106；m2=1g，M2=1×10８同上计算可得结论：低分子量部分对数均分子量影响大高分子量部分对重均分子量影响大

第34页举例:假设某一聚合物样品中，分子量为104M1分子有10mol，分子量为105M2分子有5mol，分子量为5×105M3分子有5mol,试求其数均分子量质、均分子量和分布指数。则：1.6分子量及其分布d=Mw/Mn=4.23×105/1.55×105=2.73M1数量分率x1=10/(10+5+5)=0.5,质量分率w1=104

×10/(104

×10+105×5+5×05×5)=0.032M2

x2=0.25,W2=0.161;M3

x3=0.25,W3=0.807;Mn=∑xiMi

=0.5×104+0.25×105+0.25×

(5×105)=1.55×105;Mw=∑WiMi=0.032×104+0.161×105+0.807×

(5×105)=4.23×105;