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1、高分子化学与物理 佛山科学技术学院 叶秀芳 E-mail: . 绪 论 高分子科学的建立和发展 高分子化合物的基本概念 高分子的命名和分类 高分子合成反应的分类 高分子链的结构形态 1 高分子科学主要包括 三个主要分支 高分子化学 高分子物理 高分子材料 本章内容 1.1.1 高分子科学是一门应用科学 主要经历五个阶段： 天然高分子的直接利用 天然高分子的改性 高分子科学的建立 高分子材料工业的大发展 高分子的分子设计 1.2 高分子的基本概念 高分子化合物也叫 大分子化合物 或 聚合物 ，是指相对分子质量很高（通常为 104 106 ）的一类化合物 高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子
2、、高聚物、聚合物 这些术语一般可以通用 对分子量特大或较小的聚合物分别采用 超高分子化合物 和 低聚物 来加以区别 合成聚合物的起始原料称为 单体 （ Monomer） 在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为 结构单元 （ Structure unit） 聚合 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 CH 2 C H CH 2 - C H - C H 2 - C H - C H 2 - C HnCH 2 C Hn缩写成 幻灯片4 n 表示 重复单元 数 ， 也称为 链节数 , 在此等于 聚合度 聚合度（ Deg
3、ree of polymerization） 聚合度是衡量高分子大小的一个指标。 有两种表示法： 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单元数目表示，记作 结构单元单体单元重复单元链节 nxDP结构单元有时也称为 单体单元 （ Monomer unit） 重复单元 (Repeating unit） , 链节 (Chain element） 在这里 ,两种聚合度相等，都等于 n 另一种情况 ： 00n MDPMxM 式中 : M 是高分子的分子量 M0 是结构单元的分子量 由聚合度可计算出高分子的分子量： nDPx n 结构单元重复单元链节 单体单元 n H 2 N -( -
4、CH 2 -) -CO O H - N H -( - CH 2 -) -CO - n n H 2 O+5 5H - - N H ( C H 2 ) 6 N H - - C O ( C H 2 ) 4 C O - - O Hn此时 ， 两种结构单元构成一个重复结构单元 结构单元 结构单元 重复结构单元 H 2 N ( C H 2 ) 6 N H 2 + H O O C ( C H 2 ) 4 C O O H2.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： ( 2 n - 1 ) H 2 O+单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子 nDPx n 22 00 2 MDPMxM n 结
5、构单元 重复单元 单体单元 但 , 重复单元链节 注意： Mo两种结构单元的平均分子量 由一种单体聚合而成的高分子称为 均聚物 由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为 共聚物 x, y为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任意的： M1M2M1M1M2M1M2M2M2 在这种情况下，无法确定它的重复单元，仅 结构单元单体单元 例如：丁苯橡胶 - - - - ( C H 2 - - C H = C H - - C H 2 - ) - - ( - C H 2 - - C H - ) - - - -x yn平均分子量的表示方法 数均分子量 （ Number-average molecular
6、weight） iiiiiiiiin MN)MW(WNMNNWM按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量 高分子样品中所有分子的总重量除以其分子 (摩尔 )总数 式中， Wi， Ni， Mi分别为 i-聚体的重量、分子数、分子量 i = 1 式中符号意义同前 iiiiiiiiiw MWMNMNWWM2M重均分子量 （ Weight-average molecular weight） 是按照聚合物的重量进行统计平均的分子量 i-聚体的分子量乘以其重量分数的加和 Z均分子量 （ Z-average molecular weight ） 按照 Z值统计平均的分子量 iii MWZ 232iiiiii
7、iiiiiiMNMNMWMWZMZM 1qqiiiiMNMNM 3q2q1qZwnMMM三种分子量可用通式表示： 举例 ：设一聚合物样品，其中分子量为 104的分子有 10 mol, 分子量为 105的分子有 5 mol, 求分子量 400005101051010 54 NiNi M iMn850001051010)10(5)10(105425242Ni M iNi M iMw1.4.2 分子量具有多分散性 什么是分子量的多分散性（ Polydispersity）？ 高分子不是由单一分子量的化合物所组成 这种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 ，就称为 分子量的多分散
8、性 高分子分子量多分散性的表示方法 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 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 / Mn Mw / 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 分子量分布是影响聚合物性能的因素之一 分子量过高的部分使聚合物强度增加，但加工成型时塑化困难 低分子量部分使聚合物强度降低，但易于加工 不同用途的聚合物应有其合适的分子量分布 : 合成纤维 分子量分布易窄 塑料薄膜 橡胶 分子量分布可较宽 高分子化学命名原则 1.4 高分子化合物的命名和分类 来
9、源基础命名法（单体） 结构基础命名法 有机 /无机单位的命名遵循相应化合物命名原则 前缀、后缀，中介连接词 1 2 3 1.4 高分子化合物的命名和分类 1 命名 以单体名称为基础，在前面加 “ 聚 ” 字 来源基础命名法 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 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 结构基础命名法 命名重复单元 （按有机化合物命名） 再在前面冠以“聚”字 C H C H 2 n聚（ 1
10、-苯基亚乙基） 常见高分子的命名 ABS： Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer 丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物 PA： Polyamide 聚酰胺 PC： Polycarbonate 聚碳酸酯 PE： Polyethylene 聚乙烯 PET / PETP： Poly（ ethylene terephthalate） 聚对苯二甲酸乙二 (醇 )酯 PMMA： Poly(methyl methacrylate) 聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃） PP： Polypropylene 聚丙烯 PS / PSt： Polystyrene 聚苯乙烯 PVA
11、/ PVAL： Poly(vinyl alcohol) 聚乙烯醇 PVC： Poly (vinyl chloride) 聚氯乙烯 商品名 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 聚酰胺 聚酯 聚氨酯 聚醚 以高分子链的结构特征命名 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 O- C - O - - N H - C - O -O O - C - N H - - O -数字含义 IUPAC命名 命名程序： 确定重复单元结构 排出次级
12、单元（ subunit） 的次序，两个原则 : 对乙烯基聚合物，先写有取代基的部分 连接元素最少的次级 单元 写在前面 给重复单元命名，在前面加 “ 聚 ” 字 例子 : C H C H 2 n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 (亚胺基六次甲基亚胺基己二酰） Poly(iminohexamethylene imino adipoyl) N H ( CH 2 ) 6 N H CO ( CH 2 ) 4 CO nC O O C H 3CH
13、 3nC C H 2CH 3CH 3O C O O C n聚 (氧羰基氧 -1,4-苯撑异丙基 -1,4-苯撑 ) Poly(oxycarbonyloxy-1,4-phenylene-isopropylidene-1,4-phenylene) 高分子合成反应的分类 1、按元素组成和结构变化的关系 加聚反应 缩聚反应 2、 按反应机理 逐步聚合加聚反应 连锁聚合反应 3、按聚合物的化学转化 一级聚合物 二级聚合物 、 3. 高分子的结构、物理状态及其性能特点 高分子的结构特点 长链的分子结构 结构不均匀 分子链的柔性 凝聚态 晶态 非晶态 高分子的结构层次 高分子结构 分子链结构 聚集态结构 近程结构 远程结构 三次结构 高次链结构 序列结构 高分子链的近程结构 C H 2 - C H - C H 2 - C HC l C lC H 2 - C H - C H - C H 2 - C H 2 - C HC l C l C l头 -尾结构 头 -头、尾 -尾结构 有取代基的碳原子为头，无取代基的碳原子为尾 立体异构 当高分子链中含有不对称碳原子
