高分子化合物基础解析

Part1高分子化学研究生学位课——纺织应用化学一、高分子化合物的涵义1、官能团有机化合物中具有化学反应能力的基团，称为官能团。2、官能度化学反应时，能生成新键（共价键）的数目，叫官能度。乙二醇HOCH2CH2OH具有两个羟基，具有两个官能团，是二官能度的化合物；乙烯CH2=CH2，只有一个官能团，却是二官能度的化合物。一、基本概念3、高分子化合物：简称高分子或高聚物是由含有两个或两个以上官能团的低分子化合物通过共价键的形式连接而成的产物。4、单体以低分子物为原料合成高分子物时，能够形成高分子结构单元的相应低分子物称为单体。二、高分子化合物的基本特性1、高分子物具有很高的分子量2、高分子化合物大分子是以共价键连接的3、高分子物具有多分散性1、高分子物具有很高的分子量几万至几百万低分子化合物高分子化合物物质分子量物质分子量水18淀粉10000~80000乙醇46天然纤维素2000000葡萄糖198锦纶15000~23000丙烯42聚丙烯6000~200000对苯二甲酸乙二醇酯211涤纶12000~200002、高分子大分子以共价键连接一般高分子物的分子由许多结构相同或相似的结构单元通过共价键相互结合而成，可用A'-A-A……-A"或A'-(A)n-2-A"表示。基本链节：式中-(A)-为重复结构单元，称为基本链节。A'和A"表示端基，与A的组成可以相同，也可以不同。聚合度：式中n为组成大分子的基本链节数目，称为聚合度，以DP表示。分子量M：是基本链节原子量的总和，即M=MA·DP聚合度和分子量都可以用来表示高分子物分子的大小。3、高分子物具有多分散性同一种高分子物的大分子，它们的化学组成基本相同，但其分子量和分子结构可以在一定范围内变化而不影响其物理化学性质，这一特性称为高分子物的多分散性。分子量多分散性：分子量大小的差异，其程度用分子量分布表示。通常所说的高分子物的分子量只是个平均值。结构多分散性：分子结构的差异。如：聚乙烯醇三、高分子化合物大分子的几何形状1、线形大分子2、支链型大分子3、体型大分子1、线形大分子线形长链、比较卷曲、没有或只有很少侧链。由线形大分子组成的高分子物称为线型高分子物。一般二官能度的单体只能形成线型高分子物

……-A-A-A-A-A-A-……2、支链形大分子主链上有相当数量的支链，支链长短和数量各不相同。由支链形大分子组成的高分子物称为支链型高分子物。如高压聚乙烯。

A-A-A……A-A-A……

……-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A……A-A-A……3、体型大分子在线形长链之间以共价键联结起来，便形成三度空间网状结构大分子。由它组成的高分子物称为体型高分子物。如酚醛树脂等。……-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A…………-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A…………-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A……二官能度以上的单体能形成体型高分子物。四、高分子化合物的分子间力主价键力次价键力氢键范德华力次价键力》主价键力次价键总和大于主链上每个单键，拉伸时主链先断。现象：无气态1、范德华力色散力：0.8~8kJ/mol取向力：12~21kJ/mol诱导力：6.3~12kJ/mol分子间距离在0.28~5nm时，才会产生范德华力，其作用力大小与距离的6次方成反比色散力原子中电子负电中心与原子核的正电中心瞬间不重合而产生的瞬时偶极间的相互作用力。能量：0.2~2千卡/mole，与距离的六次方成反比，与温度无关。

在非极性分子中占分子间力的80~100%诱导力指非极性分子能在极性分子的作用下产生诱导偶极。诱导偶极与永久偶极间的相互作用力称为诱导力。能量：1.5~3千卡/mole,与距离的六次方成反比。2、氢键指氢原子与电负性较大而半径较小的原子（如F、O、N）相结合形成的一种次价键X—H··········Y键能：5~10千卡/mol分子间距离小于0.26nm时，才能产生氢键氢键=1/10共价键3、内聚能和内聚能密度内聚能ΔE：指1mol分子聚集在一起的总能量，它等于同样数量的分子分离时的总能量。ΔE=ΔHV-RT式中——ΔHV是摩尔蒸发热RT是转化为气体时所做的膨胀功。3、内聚能和内聚能密度内聚能密度（CED）:是单位体积的内聚能

CED=ΔE/Vm式中——Vm为摩尔体积内聚能密度<292J/mol：分子间力小，柔顺，易变形，有弹性——橡胶内聚能密度>418J/mol：分子间力大，有较高的机械强度和耐热性——纤维292J/mol<内聚能密度<418J/mol：分子间力居中——塑料五、高分子化合物的合成反应根据单体官能团的性质，制备高分子物的方法大致有：一、缩聚反应：聚酯、尼龙66二、加聚反应：腈纶、维纶1、缩聚反应概念：由含有两个或两个以上官能团的单体之间，通过官能团的缩全作用形成大分子且有低分子物生成的过程。特点：析出某些低分子物，如水、醇、氨、氯化氢等。缩聚物的化学组成与单体的化学组成不同。1、缩聚反应分类：均缩聚按参加缩聚反应的单体组分混缩聚共缩聚线型缩聚按反应产物的结构分体型缩聚1、缩聚反应缩聚反应常用的官能团—OH、—COOH、—NH2、—COX（酰卤）、—COOR（酯基）、—OCOCO—（酸酐）、—H、—X、—SO3H、

—SO2Cl等。2、加聚反应概念：由许多相同或不相同的不饱合单体，通过加成反应生成高分子化合物的过程。特点：反应过程中没有低分子物析出。聚合物的基本链节与单体具有相同的化学组成。2、加聚反应分类：均聚合按参加反应的组分（参加反应的组分不同）共聚合游离基型聚合按反应机理（活性中心不同）离子型聚合六、高分子化合物的分类和命名1、高分子化合物的命名2、高分子化合物的分类1、高分子化合物的命名天然高分子物按其来源或性质而有的俗称，如纤维素、淀粉、蛋白质等，不能反映该物质的结构。合成高分子物结构清楚的，在其重复单元前+“聚”，如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等；结构不清楚的，在其原料名称后+“树脂”，如酚醛树脂、脲醛树脂等商品名称不反映高分子物结构，但名称简单，应用广泛，如腈纶、维尼纶、涤纶、丙纶、锦纶、氯纶等1、高分子化合物的命名2、高分子化合物的分类

天然高分子：棉、麻、毛、丝、淀粉、天然龙胶等按其来源

合成高分子：涤纶、锦纶、聚乙烯、聚氯乙烯等

塑料按其用途

橡胶

纤维

2、高分子化合物的分类

热塑性：受热可软化或变形，能多次反复加热模压，如聚氯乙烯、聚酰胺等，属于线形高分子物。按受热性能

热固性：模压成型后，再受热不能软化，不能多次加热模压，如酚醛树脂、脲醛树脂，属于体形高分子物。

2、高分子化合物的分类

碳链高分子物：主链均由C组成，如聚乙烯、聚氯乙烯等，不易水解

杂链高分子物：主链除含C外，还含有按主链结构O