《高分子试剂》课件

《高分子试剂》高分子试剂是合成高分子材料必不可少的物质。它们通常用作催化剂、引发剂、稳定剂、改性剂等，对高分子材料的性能有重要影响。作者：课程简介高分子化学高分子化学是一门重要的基础学科。材料科学高分子材料在现代工业和生活中发挥着重要作用。理论与实践本课程旨在使学生掌握高分子化学的基本原理和应用。教学目标11.高分子化合物基础知识了解高分子化合物的定义、结构、性质和合成方法。22.高分子材料类型掌握常见高分子材料的分类、性能和应用，如热塑性塑料、热固性塑料、橡胶、纤维素等。33.高分子材料的表征熟悉高分子材料表征方法，如凝胶渗透色谱、粘度测定、光谱分析、热分析等。44.高分子材料的应用了解高分子材料在不同领域的应用，如生物医用高分子材料、功能高分子材料等。高分子化合物的定义高分子化合物是由许多重复的结构单元（单体）通过化学键连接而成的大分子化合物。这些单体可以是相同或不同的，形成的分子链可以是线性、支化或交联的。高分子化合物的分子量通常很大，可以从几千到几百万。高分子化合物具有许多独特的性质，例如高强度、柔韧性、耐热性、耐腐蚀性等。高分子化合物的结构高分子化合物由许多重复结构单元组成。这些结构单元称为单体，通过化学键连接在一起形成长链。长链的排列方式和空间结构对高分子材料的物理和化学性质有很大影响。高分子链可以是直链、支链或环状。不同类型的链结构会导致不同的物理性质。例如，直链聚合物通常比支链聚合物具有更高的熔点和强度。高分子化合物的性质高分子链结构高分子链结构影响物理性质，如熔点和强度。链柔性链柔性影响高分子材料的可塑性，如塑料和橡胶。分子间作用力分子间作用力影响高分子材料的熔点、溶解性。力学性质高分子材料的力学性质包括强度、韧性、硬度、弹性等。高分子化合物的合成方法1单体小分子化合物2聚合单体连接成聚合物3聚合物高分子化合物聚合反应是将单体通过化学反应连接成高分子链的过程。根据反应机理的不同，聚合反应可分为自由基聚合、离子聚合和缩聚聚合等。聚合反应类型加聚反应单体分子直接连接形成高分子，不产生副产物。缩聚反应单体分子相互反应形成高分子，并伴随小分子副产物的生成。配位聚合在过渡金属催化剂作用下，单体分子与金属中心配位，然后进行聚合反应。开环聚合含有环状结构的单体在催化剂作用下开环，形成高分子链。自由基聚合反应引发剂引发剂在一定条件下会产生自由基，自由基可引发单体聚合。链增长自由基与单体分子反应，生成新的自由基，重复此过程，形成聚合物链。链终止自由基之间发生反应，终止链增长，最终形成高分子。温度控制温度影响引发、链增长和链终止的速率，控制温度可优化聚合过程。离子聚合反应反应机理离子聚合反应通常涉及亲电试剂或亲核试剂引发反应，反应中间体为带电荷的离子。离子聚合通常需要极性溶剂，并且对反应温度和单体结构较为敏感。主要类型离子聚合反应主要分为阳离子聚合和阴离子聚合两种类型，它们在反应机理、引发剂和单体类型方面都有所不同。优势与局限性离子聚合反应能够生成结构规整、分子量可控的高分子材料，但对反应条件的要求比较严格，且容易受到杂质的影响。缩聚聚合反应缩聚反应的定义缩聚反应是指两种或多种含有官能团的单体相互反应，生成高分子化合物并伴随小分子生成的过程。缩聚反应的单体通常含有两种或多种官能团，这些官能团能够发生反应并生成聚合物。缩聚反应的特点缩聚反应的特点是反应产物为高分子化合物，同时伴随小分子生成。缩聚反应一般反应速度较慢，需要较高的反应温度和催化剂才能进行。缩聚反应的类型缩聚反应的类型多种多样，主要包括酯化缩聚、酰胺缩聚、环状缩聚等。不同类型的缩聚反应，其反应机理和产物性质都有所不同。高分子的化学修饰11.侧链修饰改变高分子链侧链的官能团，改变其性质。例如，通过引入亲水基团，提高材料的亲水性。22.主链修饰改变高分子链的主链结构，例如，引入双键或环状结构，增强材料的强度或刚性。33.交联通过化学反应，将高分子链之间连接起来，形成交联结构，提高材料的强度和耐热性。44.接枝将不同类型的高分子链接枝到主链上，形成接枝共聚物，改善材料的性能。热塑性塑料热塑性塑料是指在加热时可以反复软化，冷却时可以固化，可以多次反复加工成型的材料。常见热塑性塑料包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等。热塑性塑料具有易加工、可回收、韧性好等优点，广泛应用于包装、建筑、汽车等领域。热固性塑料热固性塑料在加热时会发生不可逆的化学变化，形成交联网络结构。这种交联网络使塑料具有高强度、高硬度和耐高温等特性。热固性塑料一旦成型，就不能再次熔融和加工。常见的热固性塑料包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等。橡胶天然橡胶天然橡胶从橡胶树的乳胶中提取，具有优异的弹性和耐磨性，是制造轮胎、密封材料和防水制品的重要原料。合成橡胶合成橡胶由人工合成，种类繁多，可根据不同应用需求定制性能，例如耐高温、耐油和耐腐蚀等。橡胶制品轮胎手套密封圈防水涂层纤维素及其衍生物天然高分子纤维素是地球上含量最丰富的天然高分子，主要存在于植物细胞壁中。重要应用纤维素及其衍生物具有广泛的应用，例如纸张、纺织品、塑料等。衍生物纤维素衍生物包括纤维素酯、纤维素醚等，它们具有不同的性质和用途。蛋白质11.生物大分子蛋白质由氨基酸组成，并形成复杂的结构。22.重要功能蛋白质在生物体内发挥着重要的结构和功能作用。33.多种类型蛋白质的种类繁多，包括酶、激素、抗体等。44.应用广泛蛋白质在食品、医药、材料等领域有着广泛的应用。核酸核酸概述核酸是生物体内最重要的生物大分子之一。核酸负责遗传信息的储存和传递。核酸分类核酸主要分为两种：脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。DNA主要存在于细胞核中，RNA则分布于细胞质和核糖体中。高分子的分类结构分类根据高分子链的结构分类，例如线型、支链型、交联型和网状型。来源分类根据来源分为天然高分子和合成高分子。性能分类根据性能分为热塑性塑料、热固性塑料、橡胶和纤维。应用分类根据应用分为结构材料、功能材料和生物医用材料等。高分子的制备1单体选择选择合适的单体，这直接影响着最终高分子的性能。单体的结构、官能团、活性等因素都至关重要。2聚合反应选择合适的聚合反应方法，如自由基聚合、离子聚合、缩聚聚合等，根据目标高分子的结构和性能进行选择。3反应条件控制严格控制反应温度、时间、单体浓度、催化剂种类和用量等反应条件，以确保聚合反应顺利进行，并得到预期的产物。4后处理对聚合反应得到的产物进行后处理，包括分离纯化、干燥等步骤，以去除反应副产物、杂质等，获得纯净的高分子材料。5性能测试对最终制备的高分子材料进行性能测试，包括分子量、熔点、玻璃化转变温度、拉伸强度、断裂伸长率等，以评估材料的质量和性能。高分子的表征方法结构分析揭示分子结构和组成，包括链长、支化、交联度等。热性能测定玻璃化转变温度、熔点、热稳定性等。形态分析观察材料的微观结构，如晶体结构、颗粒尺寸、表面形貌等。机械性能评估材料的强度、韧性、弹性等，了解其力学性能。凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱(GPC)是一种用于分离和表征聚合物的强大技术。它基于不同大小的分子通过多孔凝胶的迁移速率，从而实现分离。GPC可用于测定聚合物的分子量分布，并提供关于其结构和性能的宝贵信息。粘度测定粘度测定是表征高分子材料流动性的重要指标。通过测量高分子溶液或熔体在一定条件下的流动阻力，可以得出其粘度值。1毛细管粘度计基于流体通过毛细管的时间来测量粘度。2旋转粘度计通过测量旋转圆盘或圆柱体受到的阻力来测量粘度。3落球粘度计通过测量球体在粘性流体中下沉的速度来测量粘度。光谱分析红外光谱(IR)分析化学键和官能团核磁共振(NMR)揭示分子结构和原子排列紫外可见光谱(UV-Vis)研究物质的电子结构和吸收性质质谱(MS)测定分子量和鉴定分子结构热分析技术热重分析(TGA)测量材料在受控气氛中温度变化时质量的变化。差示扫描量热法(DSC)测量材料在受控气氛中温度变化时热流的变化。热机械分析(TMA)测量材料在受控气氛中温度变化时尺寸的变化。动态机械分析(DMA)测量材料在受控气氛中温度变化时机械性能的变化。高分子材料的应用塑料从包装、家具到电子产品，塑料在日常生活中无处不在。它们轻便、耐用，而且价格低廉。橡胶橡胶用于轮胎、密封件和许多其他应用。它具有弹性和耐用性，使其成为多种产品的理想选择。纤维天然和合成纤维用于服装、地毯和各种工业用途。纤维具有柔软、透气、强度和耐久性。涂料和粘合剂涂料和粘合剂利用高分子材料的特性，例如保护、装饰和粘接。它们广泛应用于建筑、汽车和工业领域。功能高分子材料传感器高分子材料可以制成各种传感器，用于检测温度、压力、湿度、光线、化学物质等。导电材料通过掺杂或共混，高分子材料可以表现出良好的导电性能，用于电子器件。生物医用材料高分子材料在生物医学领域应用广泛，例如人工器官、药物载体、组织工程等。薄膜材料高分子薄膜材料具有优异的阻隔性、透气性、抗静电性等，应用于包装、电子、光学等领域。生物医用高分子材料人工器官生物医用高分子材料广泛应用于制造人工器官，例如人工血管、人工心脏瓣膜等。组织修复这些材料可用于修复受损的组织和器官，例如骨骼修复、软骨修复等。高分子材料的回收利用循环利用将废弃塑料瓶收集、清洗、粉碎，再制成新的塑料制品，减少对环境的影响。再加工废旧轮胎可以被加工成橡胶颗粒，用于运动场、人造草坪等领域。材料再生将废