第二十二章合成高分子化合物(4學(xué)時)

1、第二十二章合成高分子化合物（4學(xué)時） 目的要求目的要求 ： 1 1、 掌握高分子化合物的基本概念；掌握高分子化合物的基本概念； 2 2、了解高分子的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系；、了解高分子的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系； 3 3、掌握合成高分子化合物的基本反應(yīng)；、掌握合成高分子化合物的基本反應(yīng)； 4 4、了解高分子化合物的應(yīng)用。、了解高分子化合物的應(yīng)用。第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念一、 高分子化合物的涵義 1. 分子量在5,000以上的大分子。 2. 高分子化合物有較好的強度和彈性二、高分子化合物的組成 高分子化合物的化學(xué)組成一般都比較簡單 高分子的分子量 = 聚合度*鏈節(jié)數(shù)1.從分子量和組成看，高分子的分子量很

2、大，具有“多散性”。2.從分子結(jié)構(gòu)看有線型結(jié)構(gòu)：分子中的原子由共價鍵相互結(jié)合成一條很長 的蜷曲狀態(tài)“鏈”。體型結(jié)構(gòu)：分子鏈與分子鏈之間有許多化學(xué)鏈交聯(lián)起 來，形成網(wǎng)格一樣的結(jié)構(gòu)。3.從性能上看，通常處于固體狀態(tài)，有較好的機械強 度，絕緣性能，耐腐蝕性能，可塑性，高彈性。4.從用途上看，一般可作為結(jié)構(gòu)材料，供各方面使用。三、高分子化合物的特點四、高分子化合物的分類1. 按來源分類：天然高分子（天然橡膠、纖維素、按來源分類：天然高分子（天然橡膠、纖維素、淀粉）合成高分子（合成橡膠、合成纖維、塑料）淀粉）合成高分子（合成橡膠、合成纖維、塑料）2. 按工藝性質(zhì)和應(yīng)用分類：塑料、橡膠、纖維按工藝性質(zhì)和應(yīng)

3、用分類：塑料、橡膠、纖維 3. 按高分子主鏈結(jié)構(gòu)分類按高分子主鏈結(jié)構(gòu)分類 ：碳鏈高分子化合物、雜鏈：碳鏈高分子化合物、雜鏈高分子化合物等。高分子化合物等。4. 按合成高分子化合物的反應(yīng)類型分類：加聚物、縮按合成高分子化合物的反應(yīng)類型分類：加聚物、縮聚物聚物5. 按應(yīng)用功能分類：按應(yīng)用功能分類：通用高分子通用高分子用量最大，面也廣。用量最大，面也廣。 四烯：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯四烯：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯 四綸：滌綸、錦綸、腈綸、維綸四綸：滌綸、錦綸、腈綸、維綸 四膠：丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠四膠：丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠 、乙丙橡膠、乙丙橡膠 特殊高分子、功能

4、高分子、仿生高分子、生物高特殊高分子、功能高分子、仿生高分子、生物高分子、分子、 醫(yī)藥高分子、高分子試劑、高分子催化劑。醫(yī)藥高分子、高分子試劑、高分子催化劑。 1. 高分子命名一般習(xí)慣上用俗名。纖維、淀粉 2. 在單體前加個“聚”字。 聚氯乙烯 3. 縮聚反應(yīng)制得的高聚物，在原料后加“樹脂”二字。 酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂 4. 商品名稱：腈綸、的確良（聚對苯二甲酸乙二酯纖 維）、電木（酚醛樹脂） 六、 重要性五、高分子化合物的命名第二節(jié)第二節(jié) 高分子的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系高分子的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系一、高聚物的特性 1 不揮發(fā)性。不揮發(fā)性。 2 高分子鏈的柔順性與良好的機械強度。高分子鏈的柔順性與良好的機

5、械強度。 3 良好的絕緣性能。良好的絕緣性能。 4 結(jié)晶性。結(jié)晶性。 5 溶解性和熔融性。溶解性和熔融性。 6 耐化學(xué)腐蝕。耐化學(xué)腐蝕。二、高分子化合物的基本結(jié)構(gòu)1 線型結(jié)構(gòu)線型結(jié)構(gòu) ：又稱鏈狀高聚物，是由許多鏈節(jié)：又稱鏈狀高聚物，是由許多鏈節(jié) 相互聯(lián)成一條長鏈的高聚物。相互聯(lián)成一條長鏈的高聚物。 2 體型結(jié)構(gòu)體型結(jié)構(gòu) 一般是由多官能團單體相互作用，使主鏈與主鏈之一般是由多官能團單體相互作用，使主鏈與主鏈之間以共價鍵相連接，形成三維空間的立體結(jié)構(gòu)。間以共價鍵相連接，形成三維空間的立體結(jié)構(gòu)。特點：具有高彈性、可塑性、在溶劑中能溶解，加熱特點：具有高彈性、可塑性、在溶劑中能溶解，加熱 能熔融，硬度

6、和脆度較小。有獨立存在的分子。能熔融，硬度和脆度較小。有獨立存在的分子。特點：沒有彈性和可塑性；不能溶解和熔融；只能溶脹特點：沒有彈性和可塑性；不能溶解和熔融；只能溶脹 ，硬度和脆度較大。不能反復(fù)熔化，只能一次加，硬度和脆度較大。不能反復(fù)熔化，只能一次加 工成型。工成型。 三、高分子化合物的物理狀態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)tgtf塑料所處狀態(tài)橡膠所處狀態(tài)液態(tài)樹脂所處狀態(tài)溫度升高溫度降低q 玻璃態(tài)：形變困難，硬度大。玻璃態(tài)：形變困難，硬度大。q 高彈態(tài)：形變很容易，具有高彈性。高彈態(tài)：形變很容易，具有高彈性。q 粘流態(tài)：形變能任意發(fā)生，具有流動性。粘流態(tài)：形變能任意發(fā)生，具有流動性。1晶相高聚物和非晶

7、相高聚物晶相高聚物和非晶相高聚物2線型非晶相高聚物的聚集狀態(tài)線型非晶相高聚物的聚集狀態(tài)第三節(jié) 高分子的合成一、加聚反應(yīng) 由許多相同或不同單體在一定條件下，通過互相加成形成的高 分子化合物的反應(yīng)叫加聚反應(yīng)。v 由一種單體發(fā)生的加聚反應(yīng)稱為均聚反應(yīng)。由一種單體發(fā)生的加聚反應(yīng)稱為均聚反應(yīng)。v 由兩種以上的單體共同聚合稱為共聚反應(yīng)。由兩種以上的單體共同聚合稱為共聚反應(yīng)。1加聚反應(yīng)的特點加聚反應(yīng)的特點 單體是帶有不飽和鍵的化合物。單體是帶有不飽和鍵的化合物。反應(yīng)過程中沒有低分子化合物析出，生成高分子化合反應(yīng)過程中沒有低分子化合物析出，生成高分子化合 物的化學(xué)組成與單體相同，其分子量為單體分子量的物的化學(xué)

8、組成與單體相同，其分子量為單體分子量的 整數(shù)倍。整數(shù)倍。是通過一連串單體分子間的相互加成反應(yīng)來完成的。是通過一連串單體分子間的相互加成反應(yīng)來完成的。2加聚反應(yīng)的歷程：加聚反應(yīng)的歷程：一般是放熱的鏈鎖反應(yīng)。一般是放熱的鏈鎖反應(yīng)。屬于不可逆的鏈鎖反應(yīng)。屬于不可逆的鏈鎖反應(yīng)。游離基歷程游離基歷程M單體或輻射引發(fā)劑或光或熱M1M1或單游離基雙游離基活性中心H2CCHXM1+CH2CHXCHCH2X+M1M1 鏈引發(fā)鏈引發(fā) RM1RM3RMn 單體M+RM2MMM游離基二聚體三聚體n聚體游離基游離基游離基鏈增長鏈增長 CH2HCXH2CCHX+H2C CHXCH2HCX鏈終止鏈終止 離子歷程A +H2C

9、CHR-+CH2CHRA活性中心是正離子+活性中心是負離子B -H2CCHX-+CH2CHXB-正離子聚合反應(yīng)正離子聚合反應(yīng)負離子聚合反應(yīng)負離子聚合反應(yīng) 配位聚合配位聚合:是烯類單體在金屬有機絡(luò)合物催化下引是烯類單體在金屬有機絡(luò)合物催化下引 起的聚合反應(yīng)。起的聚合反應(yīng)。全同構(gòu)型：所有的取代基都有規(guī)則的排在同一邊的叫全同構(gòu)型：所有的取代基都有規(guī)則的排在同一邊的叫間同構(gòu)型：取代基交替排列在上下方，叫間同構(gòu)型：取代基交替排列在上下方，叫。無規(guī)構(gòu)型：取代基排列沒有規(guī)則，叫無規(guī)構(gòu)型：取代基排列沒有規(guī)則，叫。特點特點:(1)反應(yīng)產(chǎn)物是沒有支鏈的線型結(jié)構(gòu)的高分子。反應(yīng)產(chǎn)物是沒有支鏈的線型結(jié)構(gòu)的高分子。 (2

10、)能控制分子結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)型，得到分子結(jié)構(gòu)能控制分子結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)型，得到分子結(jié)構(gòu) 規(guī)整的聚合物。規(guī)整的聚合物。二、縮聚反應(yīng) 由一種或兩種以上的單體，通過縮合形成高分子由一種或兩種以上的單體，通過縮合形成高分子化合物，同時脫去水、鹵化氫或醇等小分子的反應(yīng)叫化合物，同時脫去水、鹵化氫或醇等小分子的反應(yīng)叫。1 縮聚反應(yīng)的特點縮聚反應(yīng)的特點 所用單體至少有兩個相互作用的官能團。所用單體至少有兩個相互作用的官能團。 縮聚反應(yīng)是通過一連串的縮合反應(yīng)來完成的?？s聚反應(yīng)是通過一連串的縮合反應(yīng)來完成的。 反應(yīng)過程中有小分子析出，高聚物的化學(xué)組成與單反應(yīng)過程中有小分子析出，高聚物的化學(xué)組成與單 體不同。體不同。 縮

11、聚一般是不可逆的?？s聚一般是不可逆的。 縮聚物的分子量不是很大（與加聚物比較）?？s聚物的分子量不是很大（與加聚物比較）。 反應(yīng)不是瞬間完成的，高聚物的分子量隨時間的增反應(yīng)不是瞬間完成的，高聚物的分子量隨時間的增 長而增加，鏈增長過程是逐步完成的。長而增加，鏈增長過程是逐步完成的。通式naAanbBba-AB-n(2n-1)abaAa、bBb表示 單體；a、b 表示官能團；-AB-表示鏈節(jié)。+2縮聚反應(yīng)的歷程縮聚反應(yīng)的歷程 鏈的開始 鏈的增長aAa+ bBbabaABb +aABb +aABAaa(AB)2ba(AB)nba(AB)nAaa(AB)n+1a(AB)mba(AB)nba(AB)n+

12、m+ abaABAa+ bBb+ ab+ aAa+ aba(AB)nAa+ bBb+ ab+ abaAa 鏈終止物理方面的原因物理方面的原因 a隨著縮聚反應(yīng)的進行，單體濃度越來越小，官能團 發(fā)生反應(yīng)的機會減少。b縮聚物的粘度增加，整個分子鏈移動困難，碰撞機 會減少。c粘度大，生成的低分子排不出去，發(fā)生可逆反應(yīng)。3體型縮聚：具有合成體型結(jié)構(gòu)的縮聚物的反應(yīng)。 所用單體起碼要有一個組分是含有兩個官能團以上所用單體起碼要有一個組分是含有兩個官能團以上 的物質(zhì)，鏈增長時才有可能向兩個以上的方向增的物質(zhì)，鏈增長時才有可能向兩個以上的方向增 長，生成體型結(jié)構(gòu)的縮聚物。長，生成體型結(jié)構(gòu)的縮聚物。 在反應(yīng)過程中

13、有一個粘度驟然變得很大，出現(xiàn)具有在反應(yīng)過程中有一個粘度驟然變得很大，出現(xiàn)具有 彈性的凝膠的現(xiàn)象彈性的凝膠的現(xiàn)象凝膠化現(xiàn)象。凝膠化現(xiàn)象。第四節(jié)第四節(jié) 高分子的應(yīng)用高分子的應(yīng)用一、色層分離 1 1離子交換樹脂離子交換樹脂 離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的結(jié)構(gòu) 組成一部分是具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子骨架。另一部分是具有進行離子交換能力的活性基團 離子交換樹脂是一類具有離子交換作用的高聚物。離子交換樹脂是一類具有離子交換作用的高聚物。H2CCHH2CCHH2CCHSO3H +Na + Cl - 強酸（固相）液相交換再生+H2CCHH2CCHH2CCHSO3 - Na +固相+H + Cl -液相陽離子交換陽

14、離子交換H2CCHH2CCHH2CCHCH2N + (CH3)3OH -Na + Cl - 強堿（固相）液相交換再生+固相液相H2CCHH2CCHH2CCHCH2N + (CH3)3Cl -+Na + OH -陰離子交換陰離子交換特點特點uu 可逆平衡反應(yīng)。（是一動態(tài)平衡）可逆平衡反應(yīng)。（是一動態(tài)平衡）uu 是非均相反應(yīng)。是非均相反應(yīng)。uu 可連續(xù)或串連操作?？蛇B續(xù)或串連操作。uu 分離速度快，產(chǎn)品純度高。設(shè)備簡單，操作方便，分離速度快，產(chǎn)品純度高。設(shè)備簡單，操作方便，成本低。成本低。 用途用途 uu 分離混合物。分離混合物。 uu 純化水。純化水。 uu 可作酸堿催化劑?？勺魉釅A催化劑。2螯

15、合樹脂螯合樹脂 3親和層析親和層析二、高分子載體的反應(yīng)1高分子作為反應(yīng)物載體高分子作為反應(yīng)物載體2高分子試劑的反應(yīng)高分子試劑的反應(yīng)3高分子催化劑高分子催化劑三、生物醫(yī)用高分子材料三、生物醫(yī)用高分子材料四、感光性高分子材料四、感光性高分子材料五、導(dǎo)電高分子材料五、導(dǎo)電高分子材料六、液晶高分子材料六、液晶高分子材料七、高吸水性材料七、高吸水性材料自學(xué)自學(xué)一、定義、分類和組成2. 分類3. 組成據(jù)應(yīng)用可分為通用塑料工程塑料據(jù)受熱可分為熱塑性塑料熱固性塑料塑料通常由樹脂（主要成份）添加劑：填料、增塑劑、穩(wěn)定劑 、 潤滑劑、 色料等 1 定義：是指具有可塑性能的高分子材料。定義：是指具有可塑性能的高分子

16、材料。 第五節(jié)第五節(jié) 塑料塑料 樹 脂: 指尚未與各種添加劑混合的高聚物。填 料:（又稱添加劑）提高制品的強度和耐熱性并可降低成本。2050%）。增塑劑:（又稱軟化劑）使制品具有韌性。增強可塑性，降低脆性和剛性。穩(wěn)定劑：防止塑料老化，延長使用壽命。潤滑劑：防止塑料在成型過程中粘附壓模，造成脫落困難。固化劑：加速高聚物分子間發(fā)生交聯(lián)、硬化。色 料： 使制品美觀。二、幾種常見的塑料1.聚氯乙烯 (PVC) 是線型結(jié)構(gòu)熱塑性高分子化合物nH2CCHClH2CCHCln引發(fā)劑3338優(yōu)點：機械強度好，耐腐蝕性，電絕緣性優(yōu)良，優(yōu)點：機械強度好，耐腐蝕性，電絕緣性優(yōu)良，易加工成型，成本低。易加工成型，成本

17、低。缺點：軟化點較低（缺點：軟化點較低（65806580），不耐寒，冬天），不耐寒，冬天硬脆易斷裂，耐熱耐光差。硬脆易斷裂，耐熱耐光差。外觀：白色、無臭，無味的無定形物。外觀：白色、無臭，無味的無定形物。應(yīng)用：輕工、化工、電器等方面。應(yīng)用：輕工、化工、電器等方面。2 酚醛塑料（俗稱電木） 是酚醛樹脂添加其他配料制成的產(chǎn)品。制備：苯酚與甲醛在酸催化下進行縮聚反應(yīng)制備：苯酚與甲醛在酸催化下進行縮聚反應(yīng)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： OHH2COHH2COHn特點：加熱不會熔化，不溶于水及有機溶劑。電絕緣特點：加熱不會熔化，不溶于水及有機溶劑。電絕緣 性優(yōu)良，耐許多化學(xué)藥劑腐蝕。有良好物理機性優(yōu)良，耐許多化學(xué)藥劑腐蝕

18、。有良好物理機 械性能，很堅硬。械性能，很堅硬。 應(yīng)用：電氣工業(yè)絕緣材料（開關(guān)、燈頭）；化學(xué)工業(yè)應(yīng)用：電氣工業(yè)絕緣材料（開關(guān)、燈頭）；化學(xué)工業(yè) 防腐材料等。防腐材料等。第六節(jié)第六節(jié) 合成纖維合成纖維纖維天然纖維化學(xué)纖維植物纖維：如棉花、麻等。動物纖維：絲、毛等。人造纖維： 如粘膠纖維、硝化纖維等合成纖維：如尼龍、滌綸、丙綸等 。一、成纖的基本條件1 1具有線型分子結(jié)構(gòu)，分子鏈排列規(guī)整。具有線型分子結(jié)構(gòu)，分子鏈排列規(guī)整。2 2分子量大小要適當(dāng)，才有利于拉絲和保證足夠的分子量大小要適當(dāng)，才有利于拉絲和保證足夠的 強度。強度。(10(104 4) )。3 3分子鏈間要有較強的吸引力分子鏈間要有較強的

19、吸引力4 4能溶解或溶融。能溶解或溶融。二、幾種重要的合成纖維1 1聚酰胺纖維聚酰胺纖維 各鏈節(jié)以各鏈節(jié)以 CONH CONH 相連結(jié)相連結(jié) 商品名稱：錦綸（又稱尼龍）、耐綸等商品名稱：錦綸（又稱尼龍）、耐綸等 優(yōu)點：具有高強度，有一定的彈性、耐磨、耐油優(yōu)點：具有高強度，有一定的彈性、耐磨、耐油、耐腐蝕、耐細菌。、耐腐蝕、耐細菌。 缺點：耐光較差，長期光照下強度下降。缺點：耐光較差，長期光照下強度下降。 例：例：OH3H2NiNH2OHH2SO4NH4OH發(fā)煙 H2SO4已內(nèi)酰胺錦綸-6+OHO130180380450鋅、鐵NOHBeckmann重排NHO2503001.52atmNH(CH2

20、)5COnHOHCOOCH3H3COOC2HOCH2CH2OHCOOCH2CH2OHHOH2CH2COOCCOOOH2CH2COOCOCH2CH2OHH抽絲便得的確良纖維酯交換+縮聚n 2 聚酯纖維聚酯纖維 各鏈節(jié)以各鏈節(jié)以COOCOO相連結(jié)；相連結(jié)； 商品名稱：滌綸商品名稱：滌綸、的確良等；、的確良等； 優(yōu)點：強度大、耐磨（僅次于聚胺纖優(yōu)點：強度大、耐磨（僅次于聚胺纖維）、富有彈性、易皺、吸水性小、耐光、耐腐蝕、維）、富有彈性、易皺、吸水性小、耐光、耐腐蝕、耐漂白劑、耐氧化劑、耐有機試劑及無機酸，絕緣性耐漂白劑、耐氧化劑、耐有機試劑及無機酸，絕緣性好；好； 缺點：耐堿性稍差。缺點：耐堿性稍差

21、。 例：的確良例：的確良聚聚對苯二甲酸乙二酯纖維對苯二甲酸乙二酯纖維 單體：是丙烯腈；單體：是丙烯腈； 商品名稱：腈綸（又稱合商品名稱：腈綸（又稱合成羊毛）成羊毛） 優(yōu)點：柔軟蓬松，強度、保曖性及彈性比優(yōu)點：柔軟蓬松，強度、保曖性及彈性比 羊毛好，是優(yōu)良的天然代用品。羊毛好，是優(yōu)良的天然代用品。 缺點：耐磨性能不缺點：耐磨性能不及羊毛好。及羊毛好。 合成：合成： 3 聚丙烯腈纖維聚丙烯腈纖維H2CCHCH3NH3O2H2CCH-CN+425510磷鉬酸鉍引發(fā)劑H2CCHCNn 4 聚乙烯醇縮甲醛纖維聚乙烯醇縮甲醛纖維 商品名稱：維綸商品名稱：維綸 特點：外觀、手感、吸濕性均極似棉花，有特點：外

22、觀、手感、吸濕性均極似棉花，有“合合成成 棉花棉花”之稱。其耐磨性、強度都比棉花好。之稱。其耐磨性、強度都比棉花好。H2CCH2CH2OCHOCH2 單體：單體：第七節(jié)第七節(jié) 橡膠橡膠一、天然橡膠1 1來源：來源：2 2化學(xué)組成：聚異戊二烯，線型高分子，分子量化學(xué)組成：聚異戊二烯，線型高分子，分子量 20-5020-50萬。萬。3順式結(jié)構(gòu)：有良好的高彈性，但耐磨性和機械順式結(jié)構(gòu)：有良好的高彈性，但耐磨性和機械 強度差。強度差。H2CCH2CCCH2H2CCCH2CCH2CCCH2H3CHH3CHHH3CCH2 4反式結(jié)構(gòu)：分子間引力大，結(jié)晶區(qū)較多，彈性很反式結(jié)構(gòu)：分子間引力大，結(jié)晶區(qū)較多，彈性

23、很 差，是硬質(zhì)橡膠。差，是硬質(zhì)橡膠。H2CCH2CCH2CCH2CCH2CCH2CCCH2H3CHCH3HHH3CCH2 填料：是為了減少生膠的用量，并提高制品的機填料：是為了減少生膠的用量，并提高制品的機械強度和耐磨性能。械強度和耐磨性能。 硫化：使橡膠分子鏈間發(fā)生交聯(lián)，從而改善生膠硫化：使橡膠分子鏈間發(fā)生交聯(lián)，從而改善生膠易發(fā)生形變的缺點。易發(fā)生形變的缺點。 防老劑：提高橡膠的抗老的性能，延長橡膠制品防老劑：提高橡膠的抗老的性能，延長橡膠制品的使用壽命。的使用壽命。 5 填料和防老劑填料和防老劑二、合成橡膠HCCCH2HH2CnCH2=CH-CH=CH2COO2Ni,Al(C2H5)3nB

24、F3 (C2H5)2O順丁橡膠1.1.順丁橡膠順丁橡膠合成：合成：優(yōu)點：彈性好，耐磨性能、耐低溫性能也較好。具有良優(yōu)點：彈性好，耐磨性能、耐低溫性能也較好。具有良 好的物理機械性能。好的物理機械性能。 缺點：抗斯裂強度、加工性能較差。缺點：抗斯裂強度、加工性能較差。用途：一般制造三角皮帶、耐熱膠管、電絕緣制品等。用途：一般制造三角皮帶、耐熱膠管、電絕緣制品等。 2. 丁苯橡膠丁苯橡膠 合成：合成：nCH2=CH-CH=CH2+nH2C=HCH2C-HC=HC-H2C-H2C-HCn丁苯橡膠優(yōu)點：耐磨、耐自然老化、耐臭氧、與天然橡膠相似。優(yōu)點：耐磨、耐自然老化、耐臭氧、與天然橡膠相似。 缺點：彈性和機械強度較差粘合性也不好。缺點：彈性和機械強度較差粘合性也不好。用途：目前產(chǎn)量最高、用途最廣的合成橡膠。