高分子化學(xué)-1-高分子的基本概念

1、高分子化學(xué)高分子化學(xué)第一章第一章 高分子的基本概念高分子的基本概念本本學(xué)期學(xué)期917周，周，32學(xué)時學(xué)時 周一第周一第1- 2節(jié)節(jié) （9-17周）周） 5南南202 周四第周四第1-2節(jié)節(jié) （9-10周周） 5東東301 （12-17周）周） 5北北202要求：要求： 平時作業(yè)平時作業(yè) 20%+課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)20%+期末考試期末考試60%第第19周考試，閉卷周考試，閉卷第第19周考試，閉卷周考試，閉卷考一考考一考大家能想到，什么樣的東西才是高分子嗎？如果你不知道，那你就out啦！大家有木有用過或見過高分子材料？住：水管、沙發(fā)、拖把、燈罩食：淀粉、蛋白質(zhì)、飲料瓶高分子無處不在衣：棉、滌綸、尼龍

2、行：輪胎、坐墊、氣囊1.1 什么是高分子-基本概念高分子，也稱為大分子或聚合物分子高分子，也稱為大分子或聚合物分子英文名為英文名為macromolecule，或者，或者polymer moleculeMacro-，大的，長的，大的，長的poly-多的，多個的多的，多個的特點(diǎn)：與小分子化合物相比，具有特點(diǎn)：與小分子化合物相比，具有高的相對分子高的相對分子量量。分子量在。分子量在104106 的稱為高聚物分子，分子的稱為高聚物分子，分子量小于量小于104 的稱為低聚物分子的稱為低聚物分子聚在一起聚在一起而合成而合成結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元A結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元B結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元C結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元 構(gòu)成構(gòu)成高分

3、子高分子主鏈的主鏈的單個原子或原子團(tuán)，可包單個原子或原子團(tuán)，可包含一個或多個鏈單元。含一個或多個鏈單元。想一想，框內(nèi)所示原子或原子團(tuán)，哪些屬于結(jié)構(gòu)單元？想一想，框內(nèi)所示原子或原子團(tuán)，哪些屬于結(jié)構(gòu)單元？末端基團(tuán)末端基團(tuán) End Groups,高分子鏈末端的結(jié)構(gòu)單元高分子鏈末端的結(jié)構(gòu)單元通常忽略不寫高分子，由許多重復(fù)單元通過共價鍵有規(guī)律地高分子，由許多重復(fù)單元通過共價鍵有規(guī)律地連接而成的分子連接而成的分子重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，重復(fù)組成高分子分子結(jié)構(gòu)的重復(fù)組成高分子分子結(jié)構(gòu)的最小的結(jié)構(gòu)單元最小的結(jié)構(gòu)單元其其重復(fù)重復(fù)單元單元既既可看作可看作-CH2CH(CH3)-，也，也可看作可看作-CH2CH

4、 -(CH3) CH2CH(CH3)-，甚至更大，但，甚至更大，但重復(fù)結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元就定就定義為其中最小的重復(fù)單元，即義為其中最小的重復(fù)單元，即-CH2CH(CH3)-。 高分子結(jié)構(gòu)式高分子結(jié)構(gòu)式想一想，它們的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元是什么？想一想，它們的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元是什么？(A)(C)(D)(B)支鏈支鏈主鏈主鏈側(cè)基側(cè)基高分子可視為由許多重復(fù)單元組成的一條長鏈鏈原子鏈原子 構(gòu)成高分子主鏈骨架的單個構(gòu)成高分子主鏈骨架的單個原子原子想想看，下列高分子中哪些是鏈原子？想想看，下列高分子中哪些是鏈原子？聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)Polymerization小小 分分 子子高高 分分 子子單體單體Monomer構(gòu)成高

5、分子的小分子化合物，稱為單體。構(gòu)成高分子的小分子化合物，稱為單體。單體單元和重復(fù)單元相同嗎？單體單元和重復(fù)單元相同嗎？ 單體單元是單體單元是基于基于聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)過程過程而言，而言，而重而重復(fù)結(jié)構(gòu)單元是復(fù)結(jié)構(gòu)單元是基于基于高分高分子結(jié)構(gòu)子結(jié)構(gòu)而言。而言。 其單體單元為其單體單元為-CH2CH2-，而其重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，而其重復(fù)結(jié)構(gòu)單元則為則為-CH2-。 說說聚乙烯的單體單元和重復(fù)結(jié)構(gòu)單元各是什么？說說聚乙烯的單體單元和重復(fù)結(jié)構(gòu)單元各是什么？單體單元與重復(fù)單元的區(qū)別1.2 聚合物的分類 聚合物的種類繁多，其分類方法也可有多種角度。聚合物的種類繁多，其分類方法也可有多種角度。 (1) 根據(jù)根據(jù)聚合

6、物的來源聚合物的來源可分為三類：可分為三類：天然高分子化合物天然高分子化合物 自然界天然存在的高分子化合物自然界天然存在的高分子化合物半天然高分子化合物半天然高分子化合物 經(jīng)化學(xué)改性后的天然高分子化合物經(jīng)化學(xué)改性后的天然高分子化合物合成高分子化合物合成高分子化合物 由單體通過人工合成的高分子化合物由單體通過人工合成的高分子化合物(2) 根據(jù)高分子根據(jù)高分子主鏈的原子組成主鏈的原子組成，可分為三類，可分為三類: 碳鏈高分子碳鏈高分子 鏈原子全部由碳原子組成鏈原子全部由碳原子組成 雜鏈高分子雜鏈高分子 鏈原子除碳原子外，還含鏈原子除碳原子外，還含O、N、S等雜原子等雜原子 元素有機(jī)高分子元素有機(jī)高

7、分子 鏈原子由鏈原子由Si、B、Al、O、N、S等雜原子組成，不含等雜原子組成，不含C 試判斷下面聚合物屬于試判斷下面聚合物屬于(A)碳鏈高分子、碳鏈高分子、 (B)雜鏈高雜鏈高分子還是分子還是(C)元素有機(jī)高分子元素有機(jī)高分子 ？(a)(c)(b)(d)(e)(3)根根據(jù)據(jù)用用途途塑料塑料纖維纖維橡膠橡膠涂料涂料膠粘劑膠粘劑功能高功能高 分子分子具有可逆形變的高彈性材料。具有可逆形變的高彈性材料。纖細(xì)而柔軟的絲狀物，長度至少為纖細(xì)而柔軟的絲狀物，長度至少為直徑直徑的的100100倍。倍。涂布于物體表面能成堅韌的薄膜、涂布于物體表面能成堅韌的薄膜、起裝起裝飾飾和保護(hù)作用的聚合物材料和保護(hù)作用的

8、聚合物材料能通過粘合的方法將兩種以上的能通過粘合的方法將兩種以上的物體連物體連接接在一起的聚合物材料在一起的聚合物材料具有特殊功能與用途的精細(xì)高分子具有特殊功能與用途的精細(xì)高分子材料材料以聚合物為基礎(chǔ)，加入（或不加）各種以聚合物為基礎(chǔ)，加入（或不加）各種助劑和填料，經(jīng)加工形成的塑性材料或助劑和填料，經(jīng)加工形成的塑性材料或剛性材料。剛性材料。1.3 高分子的命名（1）習(xí)慣命名法：）習(xí)慣命名法：常以單體名為基礎(chǔ)。常以單體名為基礎(chǔ)。前綴法前綴法：以單體（或假想單體名）為基礎(chǔ)。烯類聚合：以單體（或假想單體名）為基礎(chǔ)。烯類聚合物以烯類單體名前冠以物以烯類單體名前冠以“聚聚”字命名，如聚乙烯、聚字命名，如

9、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯。丙烯、聚苯乙烯。后綴法后綴法：由兩種單體合成的縮聚物，常取兩單體的簡名，：由兩種單體合成的縮聚物，常取兩單體的簡名，后綴后綴“樹脂樹脂”兩字來命名，如酚醛樹脂；或兩單體名稱兩字來命名，如酚醛樹脂；或兩單體名稱或簡稱之間加或簡稱之間加“-”，再加，再加“共聚物共聚物”后綴，如乙烯和乙后綴，如乙烯和乙酸乙烯酯的共聚產(chǎn)物，叫酸乙烯酯的共聚產(chǎn)物，叫“乙烯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物乙酸乙烯酯共聚物”（2） 根據(jù)高分子的結(jié)構(gòu)特征根據(jù)高分子的結(jié)構(gòu)特征聚酰胺：聚酰胺：聚酯：聚酯： 類似的有類似的有聚氨酯聚氨酯(-NH-CO-O-)、聚醚、聚醚(-C-O-)等。等。這些名稱都代表一類高分子

10、，具體品種另有專名。這些名稱都代表一類高分子，具體品種另有專名。 （3）系統(tǒng)命名法）系統(tǒng)命名法 以以聚合物的分子結(jié)構(gòu)為聚合物的分子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的基礎(chǔ)的命名法命名法 命名原則和程序：命名原則和程序：確定重復(fù)結(jié)構(gòu)單元確定重復(fù)結(jié)構(gòu)單元；按按IUPAC命名法則排出重復(fù)結(jié)構(gòu)單元中的二級單元命名法則排出重復(fù)結(jié)構(gòu)單元中的二級單元次序，如主鏈上帶取代基的碳原子排在前，含原子最次序，如主鏈上帶取代基的碳原子排在前，含原子最少的基團(tuán)先寫等；少的基團(tuán)先寫等；給重復(fù)結(jié)構(gòu)單元命名給重復(fù)結(jié)構(gòu)單元命名；冠以前綴冠以前綴“聚聚”，就稱為聚合物的名稱。，就稱為聚合物的名稱。它的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元是？它的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元是？1重復(fù)單元命名為

11、：重復(fù)單元命名為：1-氯氯代乙烯代乙烯英文名：英文名：Poly(1-chloroethylene)聚氯乙烯聚合物命名為：聚聚合物命名為：聚(1-氯氯代乙烯代乙烯)1.4 聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)- -高分子如何形成高分子如何形成根據(jù)單體和聚合物組成結(jié)構(gòu)變化，分為根據(jù)單體和聚合物組成結(jié)構(gòu)變化，分為加聚反應(yīng)加聚反應(yīng)和和縮聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)。根據(jù)聚合機(jī)理，分為根據(jù)聚合機(jī)理，分為逐步聚合反應(yīng)逐步聚合反應(yīng)和和鏈?zhǔn)骄酆戏存準(zhǔn)骄酆戏磻?yīng)應(yīng)兩大類。兩大類。1.4.1 縮聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)(condensation polymerization) 縮聚是官能團(tuán)間的反應(yīng)，除形成縮聚物外，還縮聚是官能團(tuán)間的反應(yīng)，除形成縮聚物外，還有

12、水、醇等小分子副產(chǎn)物生成。聚合產(chǎn)物稱縮聚物。有水、醇等小分子副產(chǎn)物生成。聚合產(chǎn)物稱縮聚物。1.4.2 加聚反應(yīng)加聚反應(yīng)(addition polymerization) 烯類單體加成而聚合起來的反應(yīng)，稱為加聚烯類單體加成而聚合起來的反應(yīng)，稱為加聚反應(yīng)，產(chǎn)物稱為加聚物。加聚物結(jié)構(gòu)單元的元素反應(yīng)，產(chǎn)物稱為加聚物。加聚物結(jié)構(gòu)單元的元素組成與其單體相同。組成與其單體相同。(A)(C)(B)1.4.3 鏈?zhǔn)骄酆湘準(zhǔn)骄酆戏磻?yīng)反應(yīng) (Chain-Growth polymerization) 也稱連鎖聚合。烯類單體的加聚反應(yīng)式大多也稱連鎖聚合。烯類單體的加聚反應(yīng)式大多屬于此類。屬于此類。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1.需

13、要需要活性中心活性中心。 2. 2.聚合反應(yīng)只能發(fā)生在活性中心與單體之聚合反應(yīng)只能發(fā)生在活性中心與單體之間，單體分子間、不同聚合度的中間產(chǎn)物間均不間，單體分子間、不同聚合度的中間產(chǎn)物間均不能發(fā)生聚合反應(yīng)。能發(fā)生聚合反應(yīng)。 大部分的縮聚反應(yīng)和合成聚氨酯的聚加成反大部分的縮聚反應(yīng)和合成聚氨酯的聚加成反應(yīng)，都屬于逐步聚合反應(yīng)。應(yīng)，都屬于逐步聚合反應(yīng)。1.4.4 逐步聚合反應(yīng)逐步聚合反應(yīng)(Step-Growth Polymerization polymerization)特征：特征：在聚合全過程中，體系由單體和分子量遞在聚合全過程中，體系由單體和分子量遞增的一系列中間產(chǎn)物所組成，中間產(chǎn)物的任何增的一系

14、列中間產(chǎn)物所組成，中間產(chǎn)物的任何兩分子間都能反應(yīng)。兩分子間都能反應(yīng)。1.5 高分子的分子量及其多分散性1. 該魔方由多少個小方塊組成？若每塊質(zhì)量為m，則魔方總質(zhì)量為多少？2. 該鏈條分為多少節(jié)？若每節(jié)中n，則總重量為多少？高分子也是組合體！高分子也是組合體！由多個單體反應(yīng)而得！由多個單體反應(yīng)而得！聚合度：單個聚合物分子所含單體單元的數(shù)目。聚合度：單個聚合物分子所含單體單元的數(shù)目。 注意：因使用的單體不同，同一聚合物可能有不同注意：因使用的單體不同，同一聚合物可能有不同的聚合度。的聚合度。想一想，它們的聚合度是多少？想一想，它們的聚合度是多少？DP=2nDP=n從聚合反應(yīng)過程來考慮！從聚合反應(yīng)過

15、程來考慮！數(shù)均分子量數(shù)均分子量重均分子量重均分子量 聚合物是分子量不等的同系物的混合物，存在一聚合物是分子量不等的同系物的混合物，存在一定的分布或多分散性，因此，常用定的分布或多分散性，因此，常用平均分子量平均分子量表征。表征。粘均分子量粘均分子量iiiiiiiinMNnMnnwMiiiiiiiiiiiiiiiwMWwMwMnMnM2111iiiiiiiiiiivMnMnwMwM 分子量分布（多分散性）有兩種表示方法：分子量分布（多分散性）有兩種表示方法： 平均分子量和分子量分布平均分子量和分子量分布是影響聚合物性能是影響聚合物性能的兩個重要因素。的兩個重要因素。分布指數(shù)分布指數(shù)分子量分布曲線

16、分子量分布曲線)wznwMMMMd（或天然高分子天然高分子的化學(xué)改性的化學(xué)改性天然橡膠的硫化天然橡膠的硫化, , 硝化纖維的合成等硝化纖維的合成等淀粉、蛋白質(zhì)、棉麻絲、竹、木等淀粉、蛋白質(zhì)、棉麻絲、竹、木等天然高分子天然高分子 的直接利用的直接利用高分子科學(xué)理論體系的建立高分子科學(xué)理論體系的建立縮聚反應(yīng)，自由基、配位、離子聚合等縮聚反應(yīng)，自由基、配位、離子聚合等高分子合成高分子合成高分子時代高分子時代與生物學(xué)、信息學(xué)、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉，與生物學(xué)、信息學(xué)、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉，滲透到許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和部門滲透到許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和部門高分子材料在支撐人類社會并推動其發(fā)展高分子材料在支撐人類社會并推動其發(fā)展上起著至關(guān)重要的作用上起著至關(guān)重要的作用1.6 高分子科學(xué)簡史 Staudinger 把把“高分子高分子”這個概念引進(jìn)科學(xué)領(lǐng)域這個概念引進(jìn)科學(xué)領(lǐng)域 （1953年諾貝爾獎）年諾貝爾獎）Carothers 建立建立縮聚反應(yīng)理論。縮聚反應(yīng)理論。Ziegler, Natta 乙烯乙烯、丙烯配位聚合、丙烯配位聚合 （1963年諾貝爾獎）年諾貝爾獎） Flory : 聚合聚合反應(yīng)反應(yīng)原理、高分子物理性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的原理、高分子物理性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)關(guān) 系