第1章---高分子基本概念

1、第一章 高分子基本概念,11 高分子化合物的定义 12 高分子化合物命名与分类 13 高分子化合物的分子量,高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由共价键连接的一类化合物,高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物 这些术语一般可以通用 Macromolecules, High Polymer, Polymer,什么是高分子？,11 高分子化合物的定义,一、高分子与低分子的区别：,1. 分子量：,103，104106 高分子,一、高分子与低分子的区别,二、高分子化合物分子组成,2.性质特点：,1) 不能气化，,2) 难溶，先溶胀,3) 溶液粘度大,4) 物理力学性能，加工性能

2、较好 有较高的强度、弹性， 可做材料使用，可抽丝，或制成薄膜。,随分子量增大，聚合物性质由量变到质变。 有一定强度和弹性。,塑料 分子量 纤维 分子量 橡胶 分子量 聚乙烯 630 涤纶 1.82.3 天然橡胶 2040 聚氯乙烯 515 尼龙-66 1.21.8 丁苯橡胶 1520 聚苯乙烯 1030 维呢纶 67.5 顺丁烯胶 2530,常用的聚合物的分子量（万）,低分子: 气、液、固 高分子：液、固,二、高分子化合物分子组成,化合物组成并不复杂,由简单结构单元重复连接而成。,1.由一种结构单元组成的高分子,2.由两种结构单元组成的高分子,3.由无规排列的结构单元组成的高分子,合成聚合物的

3、起始原料称为单体（Monomer） 在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为结构单元（Structure unit）,聚合,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：聚苯乙烯,1.由一种结构单元组成的高分子,缩写成,n 表示重复结构单元数，也称为链节数, 在此等于聚合度。 聚合度（Degree of polymerization） 聚合度是衡量高分子大小的一个指标。 有两种表示法： 以大分子链中的结构单元数目表示，记作 以大分子链中的重复结构单元数目表示，记作,结构单元单体单元重复结构单元链节,结构单元有时也称为单体单元（Monomer unit）、 重

4、复结构单元（structural repeat unit）。重复结构单元是高分子链中重复出现的单元，即链节（chain element）。,?,在这里,两种聚合度相等，都等于 n,另一种情况：,式中: M 是高分子的分子量 M0 是结构单元的分子量,由聚合度可计算出高分子的分子量：,结构单元重复结构单元链节 单体单元,此时 ，两种结构单元构成一个重复结构单元,结构单元 结构单元,重复结构单元,2.由两种结构单元组成的高分子,合成尼龙-66则具有另一特征：,结构单元 重复结构单元 单体单元,单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子,但, 重复结构单元链节,注意：Mo两种结构单元的平均分子量。,x,

5、 y为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任意的： M1M2M1M1M2M1M2M2M2 在这种情况下，无法确定它的重复结构单元，仅 结构单元单体单元,由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为共聚物。 例如：丁苯橡胶,3. 由无规排列的结构单元组成的高分子,由一种单体聚合而成的高分子称为均聚物。,12 高分子化合物的命名和分类,一、命名 （1）习惯命名法,以单体名称为基础，在前面加“聚”字 乙烯 丙烯 氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 取单体简名，在后面加“树脂” 、“橡胶”二字 如 苯酚 甲醛 酚醛树脂 尿素 甲醛 脲醛树脂 甘油 邻苯二甲酸酐 醇酸树脂

6、 丁二烯 苯乙烯 丁苯橡胶,（2）商品命名法 合成纤维最普遍，我国以“纶”作为合成纤维的后缀 涤纶 聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯） 丙纶 聚丙烯 锦纶 聚酰胺（尼龙），后面加数字区别,聚酰胺 聚酯 聚氨酯 聚醚,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 第二个数字表示二元酸的碳原子数 只附一个数字表示内酰胺或氨基酸的碳原子数,数字含义,尼龙66,尼龙6,（3）系统命名法（IUPAC命名）,聚 (1苯基乙烯 ) Poly(1-phenylethylene),例子:,1) 确定重复结构单元； 2) 按规定排出重复结构单元中的二级单元循序：规定主链上带取代基的C原子写在前，含原子最少的

7、基团先写； 3) 给重复结构单元命名：按小分子有机化合物的IUPAC命名规则给重复结构单元命名； 4) 给重复结构单元的命名加括弧，并冠以前缀“聚”。,（4）英文缩写,性 质 和 用 途,塑 料,纤 维,橡 胶,涂 料,胶粘剂,功能高分子,以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。,具有可逆形变的高弹性材料。,纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100倍。,涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和保护作用的聚合物材料,能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料,具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料,二、分类,来 源,天然高分子：自然界天然存

8、在的高分子。,半天然高分子：经化学改性后的天然高分子。,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的高分子。,热塑性塑料加热软化，冷却硬化，再加热可再次软化，可反复操作，如：PE、PP、PS 等。 热固性塑料加热软化，随即发生固化反应，固化后，再次加热不再软化，如：酚醛树脂（C阶段）等。,热行为,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,即使是一种“纯粹”的高分子，也是

9、由化学组成相同、分子量不等、结构相似的同系聚合物的混合物所组成. 低分子化合物和高分子化合物的“纯物质”概念的区别：,高聚物分子量的多分散性：人工合成 高聚物分子量的单分散性：天然生物,13 高聚物分子量,一. 分子量具有多分散性,什么是分子量的多分散性（Polydispersity）？ 高分子不是由单一分子量的化合物所组成。,CH3OH,CH3CH2OH,低分子化合物,高分子化合物,由于在聚合反应中，受各种因素的影响，无法使各大分子链增长到同一长度。,这种高分子的分子量不均一(即分子量大小不一、参差不齐）的特性，就称为分子量的多分散性. 因此应注意： 一般测得的高分子的分子量都是平均分子量；

10、 聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同。,在高聚物中，可把同系物看作一种高聚物的纯物质有两个原因：,1.合理性 2.可能性,因此，一种“纯粹”的高分子，是由化学组成相同、结构相似，但分子量大小不等的同系聚合物的混合物所组成.,平均分子量的表示方法 若有一高聚物试样，共有N个分子 分子量： 分子数： 数量分数：,：高聚物分子量按分子数量的分布函数 ：高聚物分子量按数量分数的分布函数,（i聚体的数量分数）,假若有一块高聚物的试样，总重量为W克 分子量： 重 量： 重量分数：,：高聚物分子量按分子重量的分布函数 ：高聚物分子量按重量分数的分布函数,（i聚体的重量分数）,（i聚体的的重量i聚体的

11、分子数 i聚体的分子量）,数均分子量,按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量 高分子样品中所有分子的总重量除以其分子(摩尔)总数,式中，Wi，Ni，Mi分别为i-聚体的重量、分子数、分子量 i = 1 数均分子量是通过依数性方法(冰点降低法、沸点升高法、渗透压法、蒸汽压法) 和端基滴定法测定,式中符号意义同前 测定方法：光散射法,重均分子量（ Weight-average molecular weight） 是按照聚合物的重量进行统计平均的分子量。 i-聚体的分子量乘以其重量分数的加和。,Z均分子量（Z-average molecular weight ） 按照Z值统计平均的分子量,测定方法

12、：超离心法 三种分子量可用通式表示：,粘均分子量（Viscosity- average molecular weight）,一般， 值在0.50.9之间，故,Z,高聚物的平均分子量：,举例：设一聚合物样品，其中分子量为104的分子有10 mol, 分子量为105的分子有5 mol, 求分子量。 （ 设 =0.6）,Mz Mw Mv Mn，Mv略低于Mw Mn靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分对Mn影响较大。 Mw靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分对Mw影响较大。 一般用Mw来表征聚合物比Mn更恰当，因为聚合物的性能如强度、熔体粘度更多地依赖于样品中较大的分子。,讨论：,单独一种

13、平均分子量不足以表征聚合物的性能，还需要了解分子量多分散性的程度。, 以分子量分布指数表示 即重均分子量与数均分子量的比值，Mw / Mn Mw / Mn 分子量分布情况 1 均一分布 接近 1 (1.5 2） 分布较窄 远离 1 (20 50) 分布较宽, 以分子量分布曲线表示,重量分率,平均分子量,高聚物的分子量分布曲线,可通过曲线形状，直观判断分子量分布的宽窄。,多分散指数：HiMw/Mn（不小于1）,二.高聚物分子量分布,三.分子量大小及分布对力学性能的影响,分子量和物质的性质是密切相关的，是决定物质性质的一个重要因素。只有分子量高的化合物才有一定的机械力学性能，才能作为材料使用。 例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直链的烷烃化合物，但是分子量变化很大，其机械力学性能因而也有极大的区别。,高分子的强度与分子量密切相关,A,C,强度,聚合度,B,A 点是初具强度的最低聚合度，A点以上强度随分子链迅速增加。 B 点是临界点，强度增加逐渐减慢。 C 点以后强度不再明显增加。 不同高分子初具强度的聚合度和临界点的聚合度不同，如：,A B 尼龙 40 150 纤维素 60 250 乙烯基 100 400聚合物,高分子的加工性能与分子量有关：,分子量过大, 聚合物熔体粘度