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1、高分子科学,黄石理工学院化学与材料学院 卢小菊 Tel: 13597657936 Email: lilyjjlu,参考书：高分子化学，潘祖仁 主编 第4版。 高分子物理，何曼君编，复旦大学出版社。,什么是高分子(聚合物）,聚合物(polymer)是指具有非常大的分子量的化合物，分子间由结构单位(structural unit)、或单体经由共价键连接在一起。这个字眼(polymer)是出自于希腊字：polys代表的是多，而meros 代表的是小单位(part)，所以很多小单位连结在一起的这种特别的分子，我们称之为聚合物。,聚乙烯结构模型,我们身边的高分子材料,高分子化学,天 然 高 分 子的 直
2、 接 利 用,天 然 高 分 子的 化 学 改 性,天然橡胶的硫化, 硝化纤维的合成等,淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等,缩聚反应，自由基、配位、 离子聚合等,高 分子合 成,高分子时代,1. 1 高分子科学的历史和现状,高分子化学,1840前 天然高分子的直接使用、简单加工 十九世纪中期 天然高分子的化学改性 十九世纪末 天然高分子化学组成的确定 二十世纪初 合成高分子的出现 1907 酚醛树脂 1912 丁钠橡胶 1926 醇酸树脂 1927 醋酸纤维 1929 脲醛树脂,经典化学基础,高分子化学,1920 高分子概念的提出 Hermann Staudinger : 把“高分子”这个概念引进
3、科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺贝尔奖）。,高分子化学,经典化学概念的突破,三、四十年代 高分子的蓬勃发展 尼龙-66 1935 PVC 1927 1937 PVAc 1936 PMMA 1927 1931 PSt 1934 1937 LDPE 1939,高分子化学,丁苯橡胶(1937) 乳液聚合、共聚合 丁腈橡胶(1937) 不饱和聚酯(1942) 丁基橡胶(1940) 有机硅 (1943) F树脂 (1943) 聚胺酯 (1943) ABS树脂(1948) 环氧树脂 (1947),Paul J. Flory : 溶液理论、分子量测定、聚合反应原理、高分子物
4、理性质与结构的关系 （1974年诺贝尔奖）。,高分子化学,五十年代 配位聚合、工程塑料 配位聚合 Karl Ziegler、 Giulio Natta : 乙烯、丙烯配位聚合 （1963年诺贝尔奖） HDPE 1953 1955 PP 1955 1957 顺丁橡胶 1959 异戊橡胶、乙丙橡胶 1960,高分子化学,活性阴离子Living Anionic聚合 Szwarc SBS热塑弹性体 工程塑料 Engineering Plastics 聚甲醛 (1956) 聚碳酸酯(1957) 聚酰亚胺 (1962) 聚苯醚 (1964) 聚砜 (1965),高分子化学,六、七十年代 提高产量、改进性能
5、、发展功能 七十年代 功能高分子 Functional Polymer 如：Hideki Shirakawa（白川英树）, Alan G. MacDiarmid, Alan J. Heeger ：对导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖）。,高分子化学,八十年代 高分子的精密合成 立构规整性聚合 活性聚合 阳离子 自由基 九十年代 超分子与高分子的自组装 Supra-molecule, Self-Assembly 艺术性高分子？！,高分子化学,制 约 因 素,解 决 途 径,（1）延长使用寿命：减少废弃 （2）回收利用：低性能应用；降解 （3）自然降解：自然分解回归自然,：高分子制品废弃后
6、对环境的污染,在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献。,高分子化学,扩大高分子的品种和应用范围 在理论上研究和验证高分子的结构 研究影响老化的因素和性能变化之间的关系 研究高分子的降解，有利于废聚合物的处理,高分子研究的目的,高分子化学,1、理论研究 中国的高分子研究起步于二十世纪50年代，作出杰出贡献的有： 王葆仁先生：在我国高分子科学的形成、发展中进行了重要的组织工作，培养了一大批学科骨干。 冯新德先生：在自由基聚合、氧化还原引发体系等领域开展了系统的基础研究，并开创了国内医用高分子研究领域。 钱人元先生：对我国高分子物理的发展起了奠基作用，开拓了我
7、国高分子溶液、高分子凝聚态、有机金属导体等一些重要的研究领域。,我国的高分子研究,高分子化学,何炳林先生：开拓了我国离子交换与吸附树脂的研究领域，并在将基础研究和应用研究相结合推动产业发展方面做出富有成果的尝试。 钱保功先生：在组织高分子化学、高分子物理进行学科联合，共同开发我国新品种橡胶研究方面做出了重要贡献。 唐敖庆先生：开展了高分子统计理论研究，在高分子化学、高分子物理理论研究方面开创了一个重要领域。 徐僖先生：长期开展的塑料成型研究为我国高分子成型科学基础研究的发展起了重要奠基的推动作用。,高分子化学,2、工业发展新中国成立时，合成树脂的总产量不到200t，合成橡胶与合成纤维均为空白。
8、自主开发： 50年代大型聚氯乙烯树脂工厂 70年代大型顺丁橡胶工厂 80年代适应于高速纺丝的聚丙烯 90年代大型热塑性弹性体SBS工厂引进技术,高分子化学,截止至1990年 橡胶品种4 个：氯丁橡胶、丁苯橡胶、 丁腈橡胶、丁苯胶乳 生产能力18万吨 纤维品种5 个：尼龙-6、尼龙-66、聚酯、 聚丙烯腈、维尼纶 生产能力158万吨 塑料品种10个：PS、HIPS、LDPE、 HDPE、LLDPE等 生产能力201万吨,高分子化学,高分子化学,高分子化学：研究高分子合成（聚合）和化学反应的学科概念性强而又实际的学科 高分子化合物（简称高分子、聚合物、高聚物）： 分子量为104106 . 由许多相
9、同的、结构简单的单元(unit)通过共价键重复键接而成的化合物。,1.2、高分子的定义、基本概念、分类和命名,塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂,一般人认为：,高分子化学,聚氯乙烯 (polyvinyl chloride，PVC) (分子量515万),方括号表示重复连接的意思， 方括号内是重复连接的单元， n代表重复单元数。,缩写为,聚合,高分子化学,尼龙(nylon)-66 分子（2万）,己二酸,己二胺,高分子化学,单体(monomer)：合成聚合物的化合物 。,尼龙-66的单体：,聚氯乙烯的单体：,HOOC(CH2)4COOH NH2(CH2)6NH2,高分子化学,结构单元：单体在大分子链中形
10、成的单元。,聚氯乙烯的结构单元：,尼龙-66的结构单元：,高分子化学,重复单元(repeating unit)：大分子链上重复出现的、最小基本单元 （中括号内的部分）。,聚氯乙烯的重复单元：,尼龙-66的重复单元：,高分子化学,单体单元(monomer unit)： 与单体相比，除电子结构改变外，原子种类及个数完全相同的结构单元，如：,高分子化学,尼龙-66：,聚氯乙烯：,结构单元链节重复单元单体单元,结构单元链节 重复单元单体单元, ,高分子化学,统计平均聚合度,聚合度：高分子大小的度量。,以重复单元数为基准：,以结构单元数为基准：,聚合物是不同聚合度的同系物的混合物,聚氯乙烯：,尼龙-66
11、：,高分子化学,M0：重复单元数的分子量； M1：结构单元数的分子量； ：重复单元数； ： 结构单元数。,聚合物的分子量： 重复单元的分子量与重复单元数的乘积或 结构单元分子量与结构单元数的乘积。,高分子化学,高分子 = 高分子化合物 聚合物 大分子（链） macromolecule polymer,高分子化合物 与 聚合物是有区别,高分子化学,1. 3 聚合物的分类和命名,按成品的性能与用途分,橡胶(rubber)： 定义：具有可逆形变的高弹性聚合物材料 特点：高弹性；易形变且可逆；分子量大。,通用型橡胶：丁苯、顺丁、天然橡胶。 特种型橡胶：丁腈、硅橡胶、氯丁橡胶。,三大合成材料：橡胶、纤维
12、、塑料,高分子化学,特点：弹性模量大；形变小；强度高；分子量小。 分类：,纤维(fiber),天然纤维（棉、毛、丝、麻等） 化学纤维,人造纤维 合成纤维,人造纤维：将天然高分子经化学处理再加工纺制而成。 合成纤维：聚合物经加工纺制而成的纤维。,高分子化学,塑料(plastics) ： 特点：弹性模量介于橡胶和纤维之间；形变量中等。 分类：,热塑性塑料 热固性塑料,线形或支链形，可熔可溶。如聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等，,强度大、具有金属某些特点的聚合物，可作为机械的零部件。如聚苯醚、聚碳酸酯等。,根据受热行,交联结构，不溶不熔。如酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂等。,按使用性能,通用塑料 工程塑料
13、,高分子化学,1）碳链(carbon chain)聚合物： 大分子主链由碳原子组成。绝大多数烯类(olefin)和二烯(diolefin)类聚合物,1.3.1 按主链(main chain)结构分类,PE、PP、PB、PVC、PSt、PVA、PMMA,聚丙烯,高分子化学,2）杂链(heterochain)聚合物： 主链上除C外还有O、N、S等杂原子。如： 聚酯(polyester)、聚醚(polyether)、 聚氨酯(polyurethane)、聚硫橡胶(thio rubber)。,聚酰胺 聚酯 聚氨酯 聚醚,高分子化学,聚乙二醇(聚醚),尼龙-6,高分子化学,3）元素有机聚合物（半有机高分
14、子）： 主链上无碳原子，主要由硅、铝、氧、氮、硫等元素组成， 但侧基由有机基团组成，如烷基、芳基等。如：有机硅橡胶。,聚二甲基硅氧烷,高分子化学,4）无机高分子： 主链和侧基均无碳原子。,高分子化学,聚硅硼烷,聚硅氧烷,H H H 聚硅烷 SiSiSi H H H,高分子化学,神奇的全碳分子富勒烯,C60 C70,高分子化学,1985年，斯莫利、克罗托和科尔发现碳元素也可以非常稳定地以球的形状存在，他们称这些新的碳球为“富勒烯”。他们于1996年获得诺贝尔化学奖。由此一门新型的碳化学发展起来了，“富勒烯”可以制成新的超导材料、有机化合物和高分子材料。,高分子化学,1 习惯命名法（ 参照单体名称
15、来命名） 均聚物：聚+单体名，例：,聚苯乙烯PSt,聚氯乙烯 PVC,聚乙烯醇 PVA,1.3.2 聚合物的命名,高分子化学,共聚物：共聚单体简名 + “树脂”或“橡胶”作词尾,树脂：未加助剂的聚合物粉料粒料等。,合成橡胶： 丁二烯 + 苯乙烯 丁苯橡胶 丁二烯 + 丙烯腈 丁腈橡胶 乙烯 + 丙烯 乙丙橡胶,合成树脂： 苯酚 + 甲醛 酚醛树脂 尿素 + 甲醛 脲醛树脂 丙三醇（甘油）+邻苯二甲酸酐 醇酸树脂,高分子化学,碳杂链参照聚合物的结构特征命名 含酰胺键CONH： 聚酰胺(polyamide) 含酯键COO： 聚酯(polyester) 含醚键O： 聚醚(polyether) 含砜键SO2 ： 聚砜(polysulfone),高分子化学,商品命名法 含酰胺键CONH的聚酰胺类，统称尼龙。 尼龙-66 己二胺和己二酸合成的产物 学名：聚己二酰己二胺。 尼龙-6 是己内酰胺或-氨基已酸的产物 学名：聚己内酰胺。,尼龙-66：表示原料中胺和酸的碳原子数，前胺后酸。,高分子化学,锦纶 尼龙-6 涤纶 聚酯（聚对苯二甲酸乙二醇酯） 维尼纶 聚乙烯醇缩甲醛 腈纶 聚丙烯腈 氯纶
