第1章 高分子化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)

1、21.1 高分子化合物的概念高分子化合物：高分子化合物：分子量很高并由共價(jià)鍵連接的一類化合物分子量很高并由共價(jià)鍵連接的一類化合物- - - - - 1000 - - - - - - 10000 - - - - - 1000000 - - - - - 低分子低分子 中等分子中等分子 高分子高分子 超高分子超高分子 高分子化合物高分子化合物和和高分子材料高分子材料相同嗎相同嗎?高分子材料往往由高分子化合物經(jīng)過(guò)加工或加入某些高分子材料往往由高分子化合物經(jīng)過(guò)加工或加入某些添加物而成添加物而成31.1 高分子化合物的基本概念Polymer，High Polymer 聚合物（高聚物）聚合物（高聚物） Ma

2、cromolecules 大分子大分子 聚合物（高聚物）聚合物（高聚物）通常指有通常指有一定重復(fù)單元一定重復(fù)單元的的合成合成產(chǎn)物，一產(chǎn)物，一般般不包括天然高分子不包括天然高分子；大分子大分子指相對(duì)分子質(zhì)量很大的一類化合物，包括天然高分指相對(duì)分子質(zhì)量很大的一類化合物，包括天然高分子和合成高分子，也包括無(wú)一定重復(fù)單元的復(fù)雜大分子。子和合成高分子，也包括無(wú)一定重復(fù)單元的復(fù)雜大分子。4合成聚合物的起始原料稱為合成聚合物的起始原料稱為單體單體（MonomerMonomer）單體在大分子鏈中形成的單元稱為單體在大分子鏈中形成的單元稱為結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元（Structure Structure unituni

3、t）一個(gè)大分子往往是由許多相同的、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元通過(guò)一個(gè)大分子往往是由許多相同的、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元通過(guò)共價(jià)鍵重復(fù)連接而成。例如：共價(jià)鍵重復(fù)連接而成。例如：1.1.由一種結(jié)構(gòu)單元組成的高分子由一種結(jié)構(gòu)單元組成的高分子聚合聚合CH2 CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnCH2 CHn縮寫成縮寫成1.1 高分子化合物的基本概念5n n 表示重復(fù)單元數(shù)，也稱為鏈節(jié)數(shù)表示重復(fù)單元數(shù)，也稱為鏈節(jié)數(shù), , 在此等于聚合度在此等于聚合度聚合度（聚合度（Degree of polymerizationDegree of polymerization） 聚合度是衡量高分子分子量大小的一個(gè)指標(biāo)。聚合度是衡量

4、高分子分子量大小的一個(gè)指標(biāo)。 nxnDP單體單元單體單元（Monomer unitMonomer unit）: :結(jié)構(gòu)單元與原料相比，除了電子結(jié)構(gòu)單元與原料相比，除了電子結(jié)構(gòu)變化外，其結(jié)構(gòu)變化外，其原子種類原子種類與與各種原子的個(gè)數(shù)完全相同各種原子的個(gè)數(shù)完全相同 有兩種表示法：有兩種表示法：o以大分子鏈中的以大分子鏈中的結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元數(shù)目表示，記作數(shù)目表示，記作o以大分子鏈中的以大分子鏈中的重復(fù)單元重復(fù)單元數(shù)目表示，記作數(shù)目表示，記作重復(fù)單元重復(fù)單元(Repeating unit(Repeating unit）：在聚合物的大分子鏈中）：在聚合物的大分子鏈中重復(fù)出重復(fù)出現(xiàn)的現(xiàn)的，組成相同的組成

5、相同的最小基本單元。最小基本單元。1.1 高分子化合物的基本概念6在這里在這里, ,兩種聚合度相等，都等于兩種聚合度相等，都等于 n nn另一種情況：另一種情況：10MDPMxMn式中式中: : M M 是高分子的分子量是高分子的分子量 M M0 0 是結(jié)構(gòu)單元的分子量是結(jié)構(gòu)單元的分子量 M M1 1是重復(fù)單元的分子量是重復(fù)單元的分子量由聚合度可計(jì)算出高分子的分子量：由聚合度可計(jì)算出高分子的分子量： nDPxn結(jié)構(gòu)單元重復(fù)單元結(jié)構(gòu)單元重復(fù)單元 單體單元單體單元n H2N-(-CH2-)-COOH-NH-(-CH2-)-CO-nn H2O+551.1 高分子化合物的基本概念結(jié)構(gòu)單元比其單體少了些

6、原子（氫原子和氧原子），因?yàn)榫酆蠒r(shí)結(jié)構(gòu)單元比其單體少了些原子（氫原子和氧原子），因?yàn)榫酆蠒r(shí)有小分子生成，所以此時(shí)的結(jié)構(gòu)單元不等于單體單元。有小分子生成，所以此時(shí)的結(jié)構(gòu)單元不等于單體單元。7H-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHn結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元 結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH2.2.由兩種結(jié)構(gòu)單元組成的高分子由兩種結(jié)構(gòu)單元組成的高分子合成尼龍合成尼龍-66-66則具有另一特征：則具有另一特征：(2n-1) H2O+重復(fù)單元由兩種結(jié)構(gòu)單元組成，且結(jié)構(gòu)單元與單體的組成不重復(fù)單元由兩種結(jié)構(gòu)單元組成，且結(jié)構(gòu)單元與單體的組

7、成不盡相同，故不能稱為單體單元。盡相同，故不能稱為單體單元。單體在形成高分單體在形成高分子的過(guò)程中要失子的過(guò)程中要失掉一些原子掉一些原子nDPxn2210MDPMxMn8比比 較較CH2 CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnn H2N-(-CH2-)-COOH-NH-(-CH2-)-CO-nn H2O+55H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOHH-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHn(2n-1) H2O+n1.1 高分子化合物的基本概念9單個(gè)聚合物單個(gè)聚合物分子所含單體單元的數(shù)目分子所含單體單元的數(shù)目例：nDPxn22100nMnMn2MxM注意：注

8、意：M Mo o為兩種結(jié)構(gòu)單元的平均分子量為兩種結(jié)構(gòu)單元的平均分子量1.1 高分子化合物的基本概念H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOHH-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHn(2n-1) H2O+n10例例1 1：以氯乙烯單體為原料得到聚氯乙烯以氯乙烯單體為原料得到聚氯乙烯, ,其分子其分子量根據(jù)用途不同可在量根據(jù)用途不同可在5 5萬(wàn)至萬(wàn)至1515萬(wàn)之間，其結(jié)構(gòu)單萬(wàn)之間，其結(jié)構(gòu)單元的分子量為元的分子量為62.562.5，計(jì)算聚合度范圍。，計(jì)算聚合度范圍。ClCH2CHCH2 CHClnn = = = 50000= 50000150000/62.5=80015

9、0000/62.5=80024002400 通過(guò)計(jì)算可知，通過(guò)計(jì)算可知，聚氯乙烯的平均聚合度應(yīng)在聚氯乙烯的平均聚合度應(yīng)在80080024002400，聚氯乙烯分子約由聚氯乙烯分子約由800-2400800-2400個(gè)氯乙烯單元組成。個(gè)氯乙烯單元組成。DPXn0MM1.1 高分子化合物的基本概念10:MDPMxMn由由解解M M0 0是結(jié)構(gòu)單元的分子量是結(jié)構(gòu)單元的分子量M M1 1是重復(fù)單元的分子量是重復(fù)單元的分子量11例例2 2：以對(duì)苯二甲酸與乙二醇為原料，經(jīng)縮聚制得聚對(duì)以對(duì)苯二甲酸與乙二醇為原料，經(jīng)縮聚制得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，其分子量一般在苯二甲酸乙二醇酯，其分子量一般在2 2萬(wàn)左右，計(jì)算

10、萬(wàn)左右，計(jì)算 及及 。 DPnX解解：已知已知-O(CH-O(CH2 2) )2 2O-O-結(jié)構(gòu)單元分子量為結(jié)構(gòu)單元分子量為6060，-OC-C-OC-C6 6H H4 4-CO-CO-結(jié)構(gòu)單元分子量為結(jié)構(gòu)單元分子量為132132。 2082104)13260(20000:)(0201DPXDPDPMMDPMnn則則得得由由1.1 高分子化合物的基本概念123. 3. 由無(wú)規(guī)排列的結(jié)構(gòu)單元組成的高分子由無(wú)規(guī)排列的結(jié)構(gòu)單元組成的高分子 均聚物均聚物 HomopolymerHomopolymer由一種（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單體聚合而成的聚合物。由一種（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單體聚合而成的聚合

11、物。聚合物分子聚合物分子有且只有一種有且只有一種重復(fù)結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，并且該并且該重復(fù)結(jié)構(gòu)重復(fù)結(jié)構(gòu)單元可以只由一種（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單元可以只由一種（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單體衍生單體衍生而來(lái)。而來(lái)。判別均聚物判別均聚物齊聚物齊聚物( (oligomeroligomer) )：由幾個(gè)或十幾個(gè)單元相互鍵連而成：由幾個(gè)或十幾個(gè)單元相互鍵連而成思考：齊聚物是高分子嗎？思考：齊聚物是高分子嗎？均聚物：由一種單體聚合而成的聚合物。均聚物：由一種單體聚合而成的聚合物。共聚物：由兩種或兩種以上單體共聚而成的聚合物。共聚物：由兩種或兩種以上單體共聚而成的聚合物。 1.1 高分子化合物的基本概念1

12、3生成均聚物的聚合反應(yīng)稱均聚反應(yīng)（生成均聚物的聚合反應(yīng)稱均聚反應(yīng)（Homopolymerization) )。氯乙烯單體氯乙烯單體由對(duì)苯二甲酸和乙二醇反由對(duì)苯二甲酸和乙二醇反應(yīng)生成的應(yīng)生成的“隱含單體隱含單體”：HOOC-Ph-COOCHHOOC-Ph-COOCH2 2CHCH2 2OHOH“假設(shè)單體假設(shè)單體”：乙烯醇：乙烯醇CH2CHClCOCOOCH2CH2OCH2CHOH例：例：1.1 高分子化合物的基本概念14說(shuō)明：說(shuō)明： x, y x, y為任意值，故在分子鏈上結(jié)構(gòu)單元的排列是任為任意值，故在分子鏈上結(jié)構(gòu)單元的排列是任意的：意的：M M1 1M M2 2M M1 1M M1 1M M

13、2 2M M1 1M M2 2M M2 2M M2 2，在這種情況下，無(wú)法確定在這種情況下，無(wú)法確定它的重復(fù)單元，僅它的重復(fù)單元，僅 -( CH2-CH=CH-CH2 -)-(-CH2-CH-)-xyn例如：丁苯橡膠（由單體例如：丁苯橡膠（由單體1,3-1,3-丁二烯和苯乙烯聚合而成）丁二烯和苯乙烯聚合而成）由由兩種或兩種以上兩種或兩種以上（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單體聚合（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單體聚合而成的聚合物。生成共聚物的聚合反應(yīng)稱為而成的聚合物。生成共聚物的聚合反應(yīng)稱為共聚反應(yīng)共聚反應(yīng)。共共 聚聚 物物 CopolymerCopolymer結(jié)構(gòu)單元單體單元結(jié)構(gòu)單元單體單元1.1 高

14、分子化合物的基本概念15HOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-隱含單體隱含單體HOOC-Ph-COOCH2CH2OHHOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OHHO(CH2)3OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-(OC-Ph-COOCH2CH2CH2O)m-HO-(CH2)5COOHHOCH2COOH-O(CH2)5COm-OCH2COn-共聚物共聚物共聚物共聚物均聚物均聚物例：例：1.1 高分子化合物的基本概念均均聚物聚物有且只有一種有且只有一種重復(fù)結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，并且該并且該重復(fù)結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)構(gòu)單元可以只由一種（真實(shí)的、隱含的

15、或假設(shè)的）可以只由一種（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單體衍生而來(lái)。單體衍生而來(lái)。16CH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3聚乙烯：聚乙烯：HOCOCOOCH2CH2OCOCOOCH2CH2OH滌綸：滌綸： 1.1 1.1 高分子化合物的基本概念高分子化合物的基本概念支鏈（側(cè)鏈）：與主鏈相連接的次要分子鏈支鏈（側(cè)鏈）：與主鏈相連接的次要分子鏈側(cè)基（取代基）：如果支鏈不長(zhǎng)側(cè)基（取代基）：如果支鏈不長(zhǎng)端基：高分子鏈的末端結(jié)構(gòu)單元。端基：高分子鏈的末端結(jié)構(gòu)單元。17習(xí)慣命名法：習(xí)慣命名法：u以單體名稱為基礎(chǔ)，在前面加以單體名稱為基礎(chǔ)，在前面加“聚聚”字字 乙烯乙烯 丙烯丙烯 氯乙烯氯乙烯 甲基丙烯

16、酸甲酯甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯聚乙烯 聚丙烯聚丙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯u取單體簡(jiǎn)名，在后面加取單體簡(jiǎn)名，在后面加“樹(shù)脂樹(shù)脂” ” 、“橡膠橡膠”二字二字 如如 苯苯酚酚 甲甲醛醛 酚醛樹(shù)脂酚醛樹(shù)脂 尿尿素素 甲甲醛醛 脲醛樹(shù)脂脲醛樹(shù)脂 甘油甘油 鄰苯二甲酸酐鄰苯二甲酸酐 醇酸樹(shù)脂醇酸樹(shù)脂 1.2.1 聚合物的命名丁二烯丁二烯 苯乙烯苯乙烯 丁苯橡膠丁苯橡膠丁二烯丁二烯 丙烯腈丙烯腈 丁腈橡膠丁腈橡膠乙烯乙烯 丙烯丙烯 乙丙橡膠乙丙橡膠18命名基本規(guī)律：命名基本規(guī)律：1.2.1 聚合物的命名nOH+nCH2OCH2OHnCH2OHCHOHCH2OH + C6H4(C

17、O)2OOCH2CHCH2OCOOnnCOnnNH2CNH2 +nHCHONHCNHCH2OnO19u商品名商品名 合成纖維最普遍，我國(guó)以合成纖維最普遍，我國(guó)以“綸綸”作為合成纖維的后綴作為合成纖維的后綴 滌綸滌綸 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（聚酯） 丙綸丙綸 聚丙烯聚丙烯 錦綸錦綸 聚酰胺（尼龍），后面加數(shù)字區(qū)別聚酰胺（尼龍），后面加數(shù)字區(qū)別聚酰胺聚酰胺 聚酯聚酯 聚氨酯聚氨酯 聚醚聚醚u 以高分子鏈的結(jié)構(gòu)特征命名以高分子鏈的結(jié)構(gòu)特征命名 第一個(gè)數(shù)字表示二元胺的碳原子數(shù)第一個(gè)數(shù)字表示二元胺的碳原子數(shù)第二個(gè)數(shù)字表示二元酸的碳原子數(shù)第二個(gè)數(shù)字表示二元酸的碳原子數(shù)只附一個(gè)數(shù)字

18、表示內(nèi)酰胺或氨基酸的碳原子數(shù)只附一個(gè)數(shù)字表示內(nèi)酰胺或氨基酸的碳原子數(shù)O -C-O-NH-C-O-OO -C-NH- -O-數(shù)字含義數(shù)字含義1.2.1 聚合物的命名20u 系統(tǒng)系統(tǒng)命名命名法法(1) (1) 確定重復(fù)結(jié)構(gòu)單元；確定重復(fù)結(jié)構(gòu)單元；(2) (2) 按規(guī)定排出重復(fù)結(jié)構(gòu)單元中的次級(jí)單元（按規(guī)定排出重復(fù)結(jié)構(gòu)單元中的次級(jí)單元（subunit，即取代基）即取代基）順序順序：對(duì)乙烯基聚合物，先寫有取代基的部分；對(duì)乙烯基聚合物，先寫有取代基的部分；連接原子最少的次級(jí)單元寫在前面；連接原子最少的次級(jí)單元寫在前面；(3) (3) 給重復(fù)結(jié)構(gòu)單元命名：給重復(fù)結(jié)構(gòu)單元命名：按小分子有機(jī)化合物的按小分子有機(jī)

19、化合物的IUPACIUPAC命名規(guī)則給重復(fù)結(jié)構(gòu)單元命名；命名規(guī)則給重復(fù)結(jié)構(gòu)單元命名；(4) (4) 給重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的命名加括弧，并冠以前綴給重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的命名加括弧，并冠以前綴“聚聚”。括弧必不可括弧必不可少！少！1.2.1 聚合物的命名21重復(fù)結(jié)構(gòu)單元為：重復(fù)結(jié)構(gòu)單元為：1 1聚（聚（1-1-氯代撐乙基）氯代撐乙基）Poly(1-chloroethylene)Poly(1-chloroethylene) 注意注意: :（1 1） CHCH2 2=CH=CH2 2, , 乙烯；乙烯； （2 2）-CH-CH2 2-CH-CH2 2-, 1,2-, 1,2-亞乙基，撐乙基亞乙基，撐乙基CHHCC

20、lHCHHCClHCHHCClHCHHCClH例例1 11.2.1 聚合物的命名22例例2 2nCH2 CH2CH CH2nCH3CH CH2nCOOCH3聚乙烯聚乙烯聚亞乙基聚亞乙基Poly(ethylene)Poly(ethylene)聚丙烯聚丙烯聚亞丙基聚亞丙基Poly(propylene)Poly(propylene)例例3 3聚丙烯酸甲酯聚丙烯酸甲酯聚聚1-(1-(甲氧基羰基甲氧基羰基) )亞乙基亞乙基 Poly1-(methoxycarbonyl) ethylene 例例4 41.2.1 聚合物的命名23聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯聚聚1-(1-(甲氧基羰基甲氧基羰基)-1-)

21、-1-甲基乙烯甲基乙烯 Poly1-(methoxycarbonyl)-1-methyl ethylene 例例7 7COOCH3CH3nC CH2聚苯乙烯聚苯乙烯聚聚 (1(1苯基乙烯苯基乙烯 ) ) Poly(1-phenylethylene) Poly(1-phenylethylene)例例6 6OCHOCH2 2CHCH2 2聚氧化乙烯聚氧化乙烯聚（氧化撐乙基）聚（氧化撐乙基）Poly(oxyethylenePoly(oxyethylene) )例例5 51.2.1 聚合物的命名CH CH2nn24OnCOnCOOCH2CH2O例例8 8例例9 9聚聚( (氧化氧化-1,4-1,4-亞

22、苯基亞苯基) )( (與聚苯醚的差異與聚苯醚的差異?)?)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯( (PET/PET/絳綸絳綸/ /聚酯聚酯) )聚（氧亞乙基氧聚（氧亞乙基氧- -對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二甲酰) )1.2.1 聚合物的命名CH3CH3O CO O Cn例例1010聚碳酸酯聚碳酸酯聚聚( (氧羰基氧氧羰基氧-1,4-1,4-苯撐異丙叉苯撐異丙叉-1,4-1,4-苯撐苯撐) )25名稱名稱俗名俗名英文英文名稱名稱俗名俗名英文英文聚乙烯聚乙烯PEpolyethylene聚碳酸酯聚碳酸酯PCpolycarbonate聚丙烯聚丙烯PPpolypropylene聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺PAMpolyacrylamide聚異丁烯聚異丁烯PIBpolyisobutylene聚丙烯酸甲聚丙烯酸甲酯酯PMA