第七章 高分子化合物基础

第七章高分子化合物基础高分子化合物（高分子、高聚物或聚合物）：分子很大，相对分子质量(MW)很高。低分子化合物MW<1000，高分子化合物MW>10000，甚至可达上千万。

1.基本概念7.1高分子化合物概述例：聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯结合而成：

*平均聚合度n

×链节的式量=高聚物的平均相对分子质量单体聚合物聚合度链节简写：链节聚合度——高分子链所含链节的数目(n>1000).2.高分子化合物的组成多分散性(2)体型聚合物

线型高分子之间以化学键交联形成空间网状结构。(1)线型聚合物

许多链节相互连接成一个很长的分子链。以单键相连的两相邻链节之间可以保持一定的键角旋转。分子链呈卷曲状，很柔顺，对高聚物的弹性和塑性有重要影响。键角固定的高分子链节的旋转示意图3.高分子化合物的结构(5)高分子化合物很难溶解，且溶液的粘度比低分子化合物大得多。

(4)长链分子通常呈卷曲状，因而有一定的弹性。

在常温常压下主要以固态或液态存在，几乎无挥发性。3．高分子化合物的特征(3)分子链很长，相互缠绕，分子链间作用力大，因此有较好的强度、韧性和耐磨性。

(2)化学键牢固，活泼基团少，化学性质比较稳定。(6)分子中原子之间以共价键结合，没有自由电子或离子，因此电绝缘性良好。1．高分子化合物的命名

(1)按原料单体或聚合物的结构特征命名

①在单体名称前面冠以“聚”字：聚乙烯、聚丙烯腈、聚乙二酰己二胺。

②在单体名称后面加“树脂”、“橡胶”或“共聚物”：

苯酚+甲醛合成的高分子称为酚醛树脂；

丁二烯+丙烯腈合成的高分子称为丁苯橡胶；

苯乙烯、丁二烯与丙烯腈合成的高分子称为苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物。7.2高分子化合物的命名和分类(2)按商品名命名氯纶——聚氯乙烯纤维有机玻璃——聚甲基丙烯酸甲酯。尼龙或锦纶——聚酰胺，如尼龙—610。涤纶——聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维聚合物单体名称商品名称符号名称结构式聚氯乙烯氯纶PVC氯乙烯聚丙烯丙纶PP丙烯聚丙烯腈腈纶PAN丙烯腈聚己内酰胺锦纶6（或尼龙-6）PA6己内酰胺表8.1一些聚合物的名称、商品名称、符号及单体聚己二酰己二胺锦纶66(尼龙—66)PA66己二酸己二胺聚对苯二甲酸乙二醇酯涤纶PET对苯二甲酸乙二醇聚苯乙烯聚苯乙烯树脂PS苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃PMMA甲基丙烯酸甲酯聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS树脂ABS丙烯腈丁二烯苯乙烯(2)按主链结构分类(1)

按来源分类天然高分子，合成高分子。①碳链聚合物主链完全由碳原子组成。如聚乙烯：2．高分子化合物的分类②杂链聚合物主链除碳原子外，还含有氧、氮、硫等杂原子。如聚己二酰己二胺（尼龙-66）：③

元素有机聚合物

主链由硅、硼、铝与氧、氮、硫、磷等组成，侧链是有机基团。如聚二甲基硅氧烷。(3)按性能和用途分类

塑料、橡胶、合成纤维三大类。(4)

按反应类型分类

按照聚合反应类型，可分为加聚物和缩聚物两类。聚乙烯为加聚物，酚醛树脂为缩聚物。元素无机聚合物

主链和侧链均由无机元素或基团组成。如聚二氯磷腈。聚合反应

7.3.1高分子化合物的合成反应加成聚合反应（加聚反应）

聚合反应——由小分子单体合成聚合物的化学反应缩合聚合反应（缩聚反应）7.3高分子化合物的合成、改性与再利用加聚反应仅由一种单体聚合而成的，分子链中只包含一种单体构成的链节的聚合反应。如丁二烯聚合由两种或两种以上单体同时进行聚合，生成的聚合物含有多种单体构成的链节的聚合反应。如乙烯与苯乙烯聚合共聚物往往可兼具两种或两种以上均聚物的一些优异性能，因此通过共聚方法可以改善产品的性能。

加聚反应——由一种或多种单体相互加成，或由环状化合物开环相互结合成聚合物的反应。均聚反应共聚反应1．加聚反应缩聚反应——由一种或多种单体相互缩合生成高聚物，同时有低分子物质（如水、卤化氢、氮、醇等）析出的反应。例如癸二酸和己二胺合成为尼龙-610的反应：

2．缩聚反应高分子材料的改性

通过各种方法改变已有材料的组成、结构，以达到改善性能、扩大品种和应用范围的目的。改性方法大体上可分为化学法与物理化学法两大类：

7.3.2高分子化合物的改性1．高聚物的化学改性

常用的反应交联反应共聚反应

官能团反应经部分交联后的橡胶，既提高了强度和韧性，又同时保留了较好的弹性。例如：橡胶的硫化：

借化学键的形成，使线型高聚物连接成为体型高聚物的反应。（1）交联反应例如：ABS工程塑料综合了三种单体的优良性能由两种或两种以上不同单体通过共聚所生成的共聚物，往往在性能上有取长补短的效果。（2）共聚反应例如：离子交换树脂就是利用官能团反应，在高聚物结构中引入可供离子交换的基团，使之具有离子交换功能。制取磺酸型阳离子交换树脂，可利用共聚物与H2SO4的磺化反应，引入磺酸基—SO3H。在高分子结构中引入适当的功能基，使高分子具有特定的功能。（3）官能团反应磺酸基-SO3H中的氢离子能与溶液中的阳离子进行离子交换。在高聚物中掺和各种添加剂、将不同高聚物混合、或用其他材料与高分子材料复合而完成的改性。（1）掺和改性

聚合物中通常要加入填料、增塑剂、防老剂（抗氧剂、热稳定剂、紫外光稳定剂）、着色剂、发泡剂、固化剂、润滑剂、阻燃剂等添加剂，以提高产品质量和使用效果。

其中填料和增塑剂是添加剂中用量最大的。2.高聚物的物理改性将两种或两种以上不同的高聚物混合形成具有纯组分所没有的综合性能的高聚物的方法。形成的高聚物称为共混高聚物(又称为高分子合金)。聚合物共混物塑料－塑料共混。如ABS-PVC共混，可改善耐燃性橡胶－橡胶共混。丁腈橡胶与天然橡胶共混，可提高天然橡胶的耐油性和耐热性橡胶－塑料共混。PVC-天然氯丁胶共混，可改善抗冲击性能（2）共混改性7.4日常生活中的高分子材料高分子材料由于其品种多，功能齐全、能适应多种需要，加工容易，适宜于自动化生产，原料来源丰富易得、价格便宜等原因，已成为我们日常生活中必不可少的重要材料。功能高分子材料研究的迅速发展，更加扩展了高分子材料的应用范围。产量大，价格低，日常生活中应用范围广。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。7.4.1塑料根据塑料制品的用途可分为:机械性能好，能用于制造各种机械零件的塑料。主要有聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚砜、酚醛树脂、ABS塑料等。具有特殊功能和特殊用途的塑料。主要有氟塑料、硅塑料、环氧树脂等。通用塑料工程塑料特殊塑料结构式:性能：强极性，绝缘性好，耐酸碱，难燃，具有自熄性。缺点是介电性能差，热稳定性差，在100~120℃即可分解出氯化氢。

用途：制造水槽，下水管；制造箱、包、沙发、桌布、窗帘、雨伞、包装袋；还可做凉鞋、拖鞋及布鞋的塑料底等。（1）聚氯乙烯（PVC)结构式:性能：化学性质非常稳定，耐酸、碱，耐溶剂性能好，吸水性低，无毒，受热易老化。

用途：制造食品包装袋、各种饮水瓶、容器、玩具等；还可制各种管材、电线绝缘层等

（2）聚乙烯(PE)性能：具有韧性、耐磨、耐热，具有吸湿性、无毒、接伸强度大

用途：可做尼龙布、尼龙袜子、尼龙绳及医用消毒容器等；做机械零件、仪表、仪器零件结构式:（3）聚酰胺（尼龙）性能：耐酸碱，耐腐蚀，化学稳定性好，耐寒，绝缘性好，耐磨。缺点是刚性差。

结构式:用途：可用作高温环境中化工设备的密封零件，无油润滑条件下作轴承、活塞等，还可做电容器、电缆绝缘材料。（4）聚四氟乙烯（塑料王）性能：难溶、难熔、耐热，机械强度高，刚性好，抗冲击性好。

结构式:用途：制造线路板、插座、插头、电话机、行李车轮、工具手柄、贴面板、三合板、刨花板等

（5）酚醛树脂（电木）性能：坚硬、耐高温、良好的机械性能、电绝缘性好、韧性好、抗冲击性好、透明度高。用途：制造继电器盒盖，计算机和磁盘的壳体、荧光灯罩、汽车及透明窗的玻璃等。结构式:（6）聚碳酸酯（透明金属）性能：变硬度、高抗冲强度、抗蠕变性好，耐热、耐寒、耐磨、抗氧化性好，尺寸稳定性好。用途：制造机械、电子、电气制造航空、航天等部门的零部件。结构式:（7）聚砜

性能：无毒、无味，易溶于酮、醛、酯等有机溶剂。耐磨性、抗冲击性能好。用途：用于家用电器、箱包、装饰板材、汽车收音机等零部件。结构式:（8）ABS塑料性能：其透明性在现有高聚物中是最好的，缺点是耐磨能差，硬度较低，易溶于有机溶剂等。结构式:用途：广泛用于航空、医疗、仪器等领域。（9）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶。化学组成是聚异戊二烯，有顺式与反式两种构型。其结构简式分别为：顺式

反式

7.4.2橡胶1.天然橡胶顺式-1,4-聚异戊二烯适合做橡胶。人们仿造天然橡胶的结构，合成了各种各样的合成橡胶。合成橡胶在某些性能上往往优于天然橡胶，例如耐磨、耐油、耐寒等方面。2.合成橡胶性能：耐水，耐老化性能，特别是耐磨性和气密性好。缺点是不耐油和有机溶剂，抗撕强度小。结构式:用途：是合成橡胶中最大的品种（约占50%），广泛用于制造汽车轮胎，皮带等；与天然橡胶共混可作密封材料和电绝缘材料。（1）丁苯橡胶性能：耐油，耐氧化，耐燃，耐酸碱，耐老化，耐曲挠性及气密性都很好；缺点是密度较大，耐寒和弹性较差。

结构式:用途：制造运输带、防毒面具，电缆外皮、轮胎、胶粘剂等。

（2）氯丁橡胶（万能橡胶）性能：弹性、耐老化性和耐低温性、耐磨性，都超过天然橡胶；缺点是抗撕裂能力差，易出现裂纹。结构式:用途：是合成橡胶的第二大品种（约占15%），大约60%以上用于制造轮胎。

（3）顺丁橡胶性能：耐油性好，拉伸强度大，耐热性好；缺点是电绝缘性、耐寒性差，塑性低、难加工。

用途：用作机械上的垫圈以及制备收音机和汽车等需要耐油