《高分子基本概念》PPT课件

第一章高分子的基本概念§1－1高分子化合物§1－2高分子材料的命名§1－3高分子材料的分类§1－4高分子的分子量高分子化合物、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Polymer,Macromolecules什么是高分子？§1－1高分子化合物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分子量多大才算是高分子？-----<1000<------------<10000<-----低分子过渡区（低聚物）高分子其实，并无明确界限塑料分子量纤维分子量橡胶分子量聚乙烯6～30涤纶1.8～2.3天然橡胶20～40聚氯乙烯5～15尼龙-661.2～1.8丁苯橡胶15～20聚苯乙烯10～30维呢纶6～7.5顺丁烯胶25～30常用的聚合物的分子量（万）一般高分子的分子量在104～106范围高分子可看作是由许多重复单元所组成的一条长链支链主链侧基链原子构成高分子主链骨架的单个原子聚丙烯聚乙二醇构成高分子骨架结构，以化学键结合的原子集合侧链或侧基：连接在主链原子上的原子或原子集合，又称支链。支链可以较小，称为侧基；可以较大，称为侧链。高分子化合物的分子组成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聚合缩写成（1）聚合反应与单体由小分子生成高分子的反应过程聚合反应小分子Polymerization高分子单体Monomer合成聚合物的起始原料定义：能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子化合物。有机化合物中的共价键L:L均裂LL乙烯分子的结构乙烯分子中的σ键乙烯分子中的π键聚氯乙烯聚乙烯醇氯乙烯乙烯醇举例：聚乙烯分子模型由于高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的，所以也常被称为聚合物，如聚乙烯分子是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。（2）结构单元（Structureunit）：在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团结构单元（3）重复结构单元：高分子链中重复出现的单元，即链节()n结构单元＝重复结构单元＝链节对于苯乙烯的聚合反应来说：(4)聚合度（Degreeofpolymerization）：聚合物分子中重复结构单元的数目，也称为链节数n聚合物的结构式：聚合度是衡量高分子大小的一个指标。有两种 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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，记作聚合度：小孩的数目在这里，两种聚合度相等，都等于nM：高分子的分子量M0：结构单元的分子量由聚合度可计算出高分子的分子量：此时，两种结构单元构成一个重复结构单元重复结构单元结构单元结构单元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：举例1：注意：Mo两种结构单元的平均分子量对苯二甲酸+乙二醇聚对苯二甲酸乙二酯举例2：x,y为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任意的：M1M2M1M1M2M1M2M2M2例如：丁苯橡胶3.由无规排列的结构单元组成的高分子均聚物:由一种单体聚合而成的高分子共聚物:由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子在这种情况下，无法确定它的重复结构单元无规共聚物-A-B-B-A-B-A-A-A-B-A-A-B-A-交替共聚物-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-嵌段共聚物-A-A-A-A-B-B-B-B-B-A-A-A-A-接枝共聚物-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-ABBBB共聚物的几种类型聚乙烯的结构式为聚甲基丙烯酸甲酯的结构式为课堂练习OCH2CH2OCCOOn聚对苯二甲酸乙二醇酯的结构式为涤纶树脂的结构式为§1－2高分子化合物的命名一、习惯命名法（1）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（2）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丁二烯苯乙烯丁苯橡胶（3）以高分子链的结构特征命名聚酰胺聚酯聚氨酯聚醚①聚酰胺如己二酸和己二胺为单体合成的聚合物称为聚己二酰己二胺；由氨基己酸为单体的聚合物称为聚己酰胺。②聚酯聚对苯二甲酸乙二(醇)酯；由己醇酸为单体合成的聚合物称为聚己酯。③聚氨酯如甲苯-2,4-二异氰酸酯和乙二醇为单体合成的聚合物称为聚甲苯基-2,4-二氨基甲酸乙二醇酯。④聚醚合成纤维最普遍，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），后面加数字区别二、商业命名法尼龙66尼龙6[NH(CH2)5CO]n—[NH(CH2)6NHCO(CH2)8CO]n—尼龙610尼龙1010—[NH(CH2)10NHCO(CH2)8CO]n—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聚合物的商业名称一般名称商业名称一般名称商业名称聚对苯二甲酸乙二(醇)酯涤纶聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃聚己二酰己二胺尼龙-66酚醛树脂电木聚乙烯醇缩甲醛维尼纶脲醛树脂电玉聚丙烯腈腈纶聚异戊二烯合成天然橡胶三、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顺序：规定主链上带取代基的C原子写在前，含原子最少的基团先写；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”。系统命名法较严谨，但比较烦琐，往往名称很长，使用不太方便。一般命名法容易掌握,但不严格,有时会造成混乱IUPAC不反对在一般场合使用习惯命名法和其能反映聚合物特征的命名法，但在学术性较强的论文中鼓励使用系统命名法。IUPAC不提倡采用商品名和俗称。当聚合物结构较复杂时，聚合物名称往往较长，使用不方便，因此常用英文缩写表示。例如：PE：polyethylene；PP：polypropylenePVC：poly（vinylchloride）；PS：polystyrene；PVA：poly（vinylalcohol）；PC：polycarbonatePMMA：poly（methylmethacrylate）PET：poly（ethyleneterephthalate）PA：polyamide；PUR：polyurethane四、英文缩写命名法常用聚合物英文缩写符号PA-66聚己二酰己二胺PAN聚丙烯腈PET聚对苯二甲酸乙二酯PVAc聚醋酸乙烯EP环氧树脂PMMA聚甲基丙烯酸甲酯PC聚碳酸酯PS聚苯乙烯PVFo聚乙烯醇缩甲醛PP聚丙烯PIP聚异戊二烯PE聚乙烯PB聚丁二烯PVC聚氯乙烯英文缩写聚合物名称英文缩写聚合物名称按性质和用途分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§1－3高分子材料的分类1.3.1天然高分子：自然界天然存在的高分子如淀粉、蛋白质、纤维素、核酸和各种生物大分子等半天然高分子：经化学改性后的天然高分子如硝酸纤维素、硫化橡胶等合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子如合成橡胶、聚烯烃、树脂和合成纤维等§1.3.2按高分子的来源分为：纤维素(cellulose)植物是纤维素最主要的来源棉花是自然界中纤维素含量最高的纤维木材是纤维素化学工业的主要原料硝酸纤维或纤维素三硝酸酯纤维素甲壳素OCH2OHOHNH-C=OCH3On脱去乙醛基OCH2OHOHNH2On壳聚糖壳聚糖（Chitosan）自然界中仅次于纤维素的第二大生物多糖，同时也是自然界唯一大量存在的聚氨基的碱性多糖。它是由甲壳素经过脱乙酰作用得到的，具有良好的生物相容性、生物可降解性及抗菌、防腐、止血和促进伤口愈合等优良的特性。硫酸软骨素（ChondroitinSulphate）一种重要的酸性糖胺多糖，由动物喉骨、鼻软骨、气管等软骨组织提取，在免疫抑制、调脂、抑制结石形成等方面有广泛的用途割胶季节海南从每年3月25日至12月25日，云南从每年的4月至11月25日天然橡胶　天然橡胶是由人工栽培的三叶橡胶树分泌的乳汁，经凝固、加工而制得的，它是以聚异戊二烯为主要成分的不饱和状态的天然高分子化合物，其结构式为：主链（链原子）完全由C原子组成链原子除C外，还含O,N,S等杂原子链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组成聚乙烯聚丙烯聚乙二醇尼龙—6聚二甲基硅氧烷碳链高分子：杂链高分子：元素有机高分子：§1.3.3按主链元素（链原子）组成来分：高分子链的三种基本形状：线形、支链形、体形线形支链形体形按高分子链几何形状分类其它新型结构的高分子，如星形聚合物、梯形聚合物等。星形梯形§1－4高聚物的分子量1.4.1高聚物分子量的多分散性什么是分子量的多分散性（Polydispersity）低分子化合物和高分子化合物的“纯物质”概念的区别：CH3OHCH3CH2OH低分子化合物高分子化合物天然橡胶n约为10000左右，分子量分布在10-180万之间，平均分子量70万左右。实际天然橡胶是多种不同分子量的聚异戊二烯的混合体，橡胶烃含量约91%~94%，其余为少量的蛋白质、脂肪酸、糖分、灰分等，含杂质的天然橡胶透明而略带黄色。分子量分布MolecularweightdistributionMonodispersitypolydispersity一般测得的高分子的分子量都是平均分子量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，称为分子量的多分散性高分子不是由单一分子量的化合物所组成即使是一种“纯粹”的高分子，也是由化学组成相同、分子量不等、结构相似的同系聚合物的混合物所组成高分子样品中所有分子的总重量除以其分子(摩尔)总数1.4.2高聚物平均分子量的表示方法①数均相对分子质量Mn(number–averagemolecularweight)Ni，Mi分别为i-聚体的分子数和分子量，i=1－∞按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量若有一高聚物试样分子量：分子数：每种链的重量：按照聚合物的重量进行统计平均的分子量②重均相对分子质量Mw(weight–averagemolecularweight)Wi为i-聚体的重量假若有一块高聚物的试样分子量：重量：③粘均相对分子质量Mv(viscosity–averagemolecularweight)对于一定的聚合物－溶剂体系，其特性粘数[η]和分子量的关系如下：Mark-Houwink方程K,α是与聚合物、溶剂有关的常数，M:粘均分子量举例：设一聚合物样品，其中分子量为104的分子有10mol,分子量为105的分子有5mol,求分子量。（设α=0.6）1.4.3高聚物分子量分布单独一种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（1）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/MnMw/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（2）以分子量分布曲线表示重量分率相对分子质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（1）高分子的强度与分子量密切相关Mw（g/mol）拉伸强度MPa状态Mw(g/mol)拉伸强度MPa状态1400~100003~10固体70~240——液体250~14002固体60——气体各种聚乙烯室温下的性能与分子量的关系（2）高分子的加工性能与分子量有关分子量过大,聚合物熔体粘度过高,难以成型加工达到一定分子量，保证使用强度后，不必追求过高的分子量1.4.4分子量大小及分布对性能的影响分子量分布越宽，熔融的范围越宽，加工性能越好（塑料）分布越窄，机械性能越好，抗撕裂（纤维）（3）分子量分布是影响聚合物性能的因素之一不同用途的聚合物应有其合适的分子量分布:分子量分布可较宽合成纤维塑料薄膜橡胶分子量分布易窄