高分子化學(xué)教案-(字)

1、高分子化學(xué)教案 (5000字)ok3w_ads(“s004”);ok3w_ads(“s005”); 高分子化學(xué) 湖州師范學(xué)院學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院 李敬芬 2005.8-2006.1 教案 第1章 緒 論（Intruduction） 【課時安排】 引言 5 分鐘 1.1 高分子化合物研究對象 5 分鐘 1.2 高分子化合物的基本概念 80分鐘 1.3 聚合物的分類和聚合物的命名 60分鐘 1.4 聚合反應(yīng)分類 20學(xué)時 1.5 聚合物平均分子質(zhì)量及其分布 30分鐘 1.6 聚合物物理狀態(tài)及轉(zhuǎn)變 20分鐘 1.7 高分子發(fā)展簡史 5 分鐘 習(xí)題講解 1學(xué)時 總計 6學(xué)時 【掌握內(nèi)容】 1. 高分子化

2、合物的基本概念：單體、高分子、聚合物、低聚物、結(jié)構(gòu)單元、重復(fù)單元、單 體單元、鏈節(jié)、主鏈、側(cè)鏈、端基、側(cè)基、聚合度、相對分子質(zhì)量等。 2. 聚合反應(yīng)分類；加成聚合與縮合聚合；連鎖聚合與逐步聚合。 3. 聚合物分類方法。 4. 常用聚合物的命名、來源、結(jié)構(gòu)特征。 5. 聚合物相對分子質(zhì)量及其分布。 【熟悉內(nèi)容】 1. 系統(tǒng)命名法。 2. 典型聚合物的名稱、符號及重復(fù)單元。 【了解內(nèi)容】 1. 高分子化學(xué)發(fā)展歷史。 2. 聚合物相對分子質(zhì)量及其分布對聚合物性能的影響。 【教學(xué)難點】 1. 結(jié)構(gòu)單元、重復(fù)單元、單體單元、鏈節(jié)的辨析。 2. 加成聚合與縮合聚合的區(qū)別與聯(lián)系；連鎖聚合與逐步聚合的區(qū)別與聯(lián)

3、系。 【教學(xué)目標(biāo)】 1. 掌握高分子化學(xué)相關(guān)基本概念。 2. 能對幾對重要概念進(jìn)行辨析。 3. 能按規(guī)范寫出正確的聚合物名稱、分子式、聚合反應(yīng)式。 4. 樹立對高分子化學(xué)學(xué)科正確的認(rèn)識觀。 【教學(xué)手段】課堂講授，輔以多媒體幻燈圖片，并輔以具體實例。 【教學(xué)過程】 引言： 高分子科學(xué)是當(dāng)代發(fā)展最迅速的學(xué)科之一 高分子科學(xué)既是一門應(yīng)用科學(xué)，又是一門基礎(chǔ)科學(xué) 高分子科學(xué)已發(fā)展成高分子化學(xué)和高分子物理兩個主要分支 高分子簡介 高分子是由碳、氫、氧、硅、硫等元素組成的分子量足夠高的有機(jī)化合物。之所以稱為高分子，就是因為它的分子量高。常用高分子材料的分子量在一萬到幾百萬之間，高分子量對化合物性質(zhì)的影響就是

4、使它具有了一定的強(qiáng)度，從而可以作為材料使用。這也是高分子化 合物不同于一般化合物之處。又因為高分子化合物一般具有長鏈結(jié)構(gòu)，每個分子都好像一條長長的線，許多分子糾集在一起，就成了一個扯不開的線團(tuán)，這就是高分子化合物具有較高強(qiáng)度，可以作為結(jié)構(gòu)材料使用的根本原因。另一方面，人們還可以通過各種手段，用物理的或化學(xué)的方法，或者使高分子與其他物質(zhì)相互作用后產(chǎn)生物理或化學(xué)變化，從而使高分子化合物成為能完成特殊功能的功能高分子材料。 高分子材料的應(yīng)用 ? 高分子具有許多優(yōu)良性能，高分子材料是當(dāng)今世界發(fā)展最迅速的產(chǎn)業(yè)之一，目前世界上合成高分子材料的年產(chǎn)量已經(jīng)超過1.4億噸。 ? 塑料、橡膠、纖維、涂料、粘合劑幾

5、大類高分子材料己廣泛應(yīng)用到電子信息、生物醫(yī)藥、航天航空、汽車工業(yè)、包裝、建筑等各個領(lǐng)域。 ? 功能高分子材料：導(dǎo)電高分子、高分子半導(dǎo)體、光導(dǎo)電高分子、壓電及熱電高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子材料等近年發(fā)展迅速，具有特殊功能。 1.1 高分子化學(xué)研究對象 高分子化學(xué)：研究高分子化合物的合成和反應(yīng) 高分子物理：研究高分子的結(jié)構(gòu)與性能間的關(guān)系 1.2高分子的基本概念 什么是高分子？ 高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物 這些術(shù)語一般可以通用Macromolecules, High Polymer, Polymer 常用的高分子的分子量一般高達(dá)幾萬、幾十

6、萬，甚至上百萬，范圍在1010 由許多結(jié)構(gòu)和組成相同的單元相互鍵連而成的大分子稱為高分子或聚合物，如聚氯乙烯。 齊聚物(oligomer)：由幾個或十幾個單元相互鍵連而成；不能稱為聚合物。均聚物：由一種單體聚合而成的聚合物K。 共聚物：由兩種或兩種以上單體共聚而成的聚合物。 高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由共價鍵連接的一類化合物 1.由一種結(jié)構(gòu)單元組成的高分子 一個大分子往往是由許多相同的、簡單的結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵重復(fù)連接而成。 4 6 例如：聚苯乙烯 縮寫成 合成聚合物的起始原料稱為單體（Monomer） 在大分子鏈中出現(xiàn)的以單體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的原子團(tuán)稱為結(jié)構(gòu)單元（Structure

7、unit） 結(jié)構(gòu)單元有時也稱為單體單元（Monomer unit） 重復(fù)單元(Repeating unit), 鏈節(jié)(Chain element) 重復(fù)單元(repeating unit)：聚合物中組成和結(jié)構(gòu)相同的單元，又稱為鏈節(jié)結(jié)構(gòu)單元單體單元重復(fù)單元鏈節(jié) n 表示重復(fù)單元數(shù)，也稱為鏈節(jié)數(shù), 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個指標(biāo)。有兩種表示法： 以大分子鏈中的結(jié)構(gòu)單元數(shù)目表示，記作 以大分子鏈中的重復(fù)單元數(shù)目表示，記作 在這里,兩種聚合度相等，都等于 n 由聚合度可計算出高分子的分子量 式中M 是高分子的分子量；Mo 是結(jié)

8、構(gòu)單元的分子量 另一種情況： 結(jié)構(gòu)單元重復(fù)單元鏈節(jié)? 單體單元 2. 由兩種結(jié)構(gòu)單元組成的高分子 合成尼龍-66則具有另一特征： 尼龍-6 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)結(jié)構(gòu)單元 結(jié)構(gòu)單元 此時 ，兩種結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成一個重復(fù)結(jié)構(gòu)單元 單體在形成高分子的過程中要失掉一些原子 結(jié)構(gòu)單元 ? 重復(fù)單元 ? 單體單元 但, 重復(fù)單元鏈節(jié) 注意：MO兩種結(jié)構(gòu)單元的平均分子量 例1：以氯乙烯單體為原料，聚合得到的聚氯乙烯的分子量，根 據(jù)其用途不同可在5萬至 15萬之間，其結(jié)構(gòu)單元的分子量為62.5，計算其聚合度。 解：X= MM n CH2CHCH2ClCl n =50000150000/62.5=8002400通過計算可

9、知，聚氯乙烯的平均聚合度應(yīng)在 8002400聚氯乙烯分子約由8002400個氯乙烯單元組成。 例2：以對苯二甲酸與乙二醇為原料，經(jīng)縮聚制得聚對苯二甲酸乙二醇酯，其分子量一般在2萬左右，計算DP及Xn。 解：已知-O(CH2)2O-結(jié)構(gòu)單元分子量為60，-OC-C6H5-CO-結(jié)構(gòu)單元分子量為132。 由M n =Xn（M+M02）/2得： 01 2000=Xn（60+132）/2 則 Xn=208 DP=Xn/2=104 3. 由無規(guī)排列的結(jié)構(gòu)單元組成的高分子 由一種單體聚合而成的高分子稱為均聚物 由兩種或兩種以上的單體聚合而成的高分子則稱為共聚物 例如：丁苯橡膠 x, y為任意值，故在分子鏈

10、上結(jié)構(gòu)單元的排列是任意的： 在這種情況下，無法確定它的重復(fù)單元，僅 結(jié)構(gòu)單元單體單元 1.3高分子化合物的命名和分類 1.命名 以單體名稱為基礎(chǔ)，在前面加“聚”字。 乙烯 聚乙烯 丙烯 聚丙烯 氯乙烯 聚氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 聚甲基丙烯酸甲酯 取單體簡名，在后面加“樹脂” 、“橡膠”二字。 如: 苯酚+甲醛 酚醛樹脂 尿素+甲醛 脲醛樹脂 甘油+鄰苯二甲酸酐 醇酸樹脂 丁二烯+苯乙烯 丁苯橡膠 以高分子鏈的結(jié)構(gòu)特征命名 聚酰胺 聚酯 聚氨酯 聚醚 商品名：合成纖維最普遍，我國以“綸”作為合成纖維的后綴 滌綸：聚對苯二甲酸乙二醇酯（聚酯） 丙綸 ：聚丙烯 錦綸：聚酰胺（尼龍），后面加數(shù)字區(qū)別

11、數(shù)字含義 ：第一個數(shù)字表示二元胺的碳原子數(shù)，第二個數(shù)字表示二元酸的碳原子數(shù)，只附 一個數(shù)字表示內(nèi)酰胺或氨基酸的碳原子數(shù) IUPAC命名 命名程序：確定重復(fù)單元結(jié)構(gòu)；排出次級單元（subunit）的次序，兩個原則：對乙烯基聚合物，先寫有取代基的部分；連接元素最少的次級單元寫在前面：給重復(fù)單元命名，在前面加“ 聚”字。 例子: 聚 (1苯基乙烯 )Poly(1-phenylethylene) 聚1-(甲氧基羰基)-1-甲基乙烯 Poly1-(methoxycarbonyl)-1-methyl ethylene 聚(亞胺基六次甲基亞胺基己二酰） Poly(iminohexamethylene imi

12、no adipoyl) 聚(氧羰基氧-1,4-苯撐異丙叉-1,4-苯撐) Poly(oxycarbonyloxy-1,4-phenylene-isopropylidene -1,4-phenylene) 2. 分類（用途、熱行為、主鏈結(jié)構(gòu)） 可以從不同的角度對聚合物進(jìn)行分類，如從單體來源、合成方法、最終用途、加熱行為、聚合物結(jié)構(gòu)等。 (1)按分子主鏈的元素結(jié)構(gòu)，可將聚合物分為碳鏈、雜鏈和元素有機(jī)三類 碳鏈聚合物：大分子主鏈完全由碳原子組成。絕大部分烯類和二烯類聚合物屬于這一類，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。 雜鏈聚合物：大分子主鏈中除碳原子外，還有氧、氮、硫等雜原子。如聚醚、聚酯、聚酰胺、聚

13、氨酯、聚硫橡膠等。工程塑料、合成纖維、耐熱聚合物大多是雜鏈聚合物。 元素有機(jī)聚合物：大分子主鏈中沒有碳原子，主要由硅、硼、鋁和氧、氮、硫、磷等原子組成，但側(cè)基卻由有機(jī)基團(tuán)組成，如甲基、乙基、乙烯基等。有機(jī)硅橡膠就是典型的例子。 元素有機(jī)又稱雜鏈的半有機(jī)高分子，如果主鏈和側(cè)基均無碳原子，則成為無機(jī)高分子。 (2)按材料的性質(zhì)和用途分類 可將高聚物分為塑料、橡膠和纖維。 橡膠 通常是一類線型柔順高分子聚合物，分子間次價力小，具有典型的高彈性，在很小的作用力下，能產(chǎn)生很大的形變(5001000)，外力除去后，能恢復(fù)原狀。因此，橡膠類用的聚合物要求完全無定型，玻璃化溫度低，便于大分子的運動。經(jīng)少量交聯(lián)

14、，可消除永久的殘余形變。以天然橡膠為例，Tg低(73)，少量交聯(lián)后，起始彈性模量小(<70Ncm)。經(jīng)拉伸后，誘導(dǎo)結(jié)晶，將使模量和強(qiáng)度增高。伸長率為400，強(qiáng)度增至1 500Ncm；500時為2 000Ncm2。橡膠經(jīng)適度交聯(lián)(硫化)后形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可防止大分子鏈相互滑移，增大彈性形變。交聯(lián)度增大，彈性下降，彈性模量上升，高度交聯(lián)可得到硬橡膠。天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠和乙丙橡膠是常用的品種。 纖維 通常是線性結(jié)晶聚合物，平均分子量較橡膠和塑料低，纖維不易形變， 伸長率小22 (<1050)，彈性模量(>3 5000Ncm)和抗張強(qiáng)度(>35 000Ncm)都很高。纖

15、維用聚合物帶有某些極性基團(tuán)，以增加次價力，并且要有高的結(jié)晶能力。拉伸可提高結(jié)晶度。纖維的熔點應(yīng)在200以上，以利于熱水洗滌和熨燙，但不宜高于300，以便熔融紡絲。該聚合物應(yīng)能溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，以便溶液紡絲，但不應(yīng)溶于干洗溶劑中。工業(yè)中常用的合成纖維有聚酰胺(如尼龍66、尼龍6等)、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯腈等。 塑料 是以合成或天然聚合物為主要成分，輔以填充劑、增塑劑和其他助劑在一定溫度和壓力下加工成型的材料或制品。其中的聚合物常稱做樹脂，可為晶態(tài)和非晶態(tài)。塑料的行為介于纖維和橡膠之間，有很廣的范圍，軟塑料接近橡膠，硬塑料接近纖維。軟塑料的結(jié)晶 2度由中到高，Tm、Tg有很寬的范圍，彈性模量(15 000350000Ncm)、抗張強(qiáng)度(1 500 7 000Ncm2)、伸長率(20800)都從中到高。聚乙烯、聚丙烯和結(jié)晶度中等的尼龍66均屬于軟塑料。硬塑料的特點是剛性大、難變形。彈性模量(70 00035