1、第 一 章 绪 论,高 分 子 化 学,Introduction,高分子的历史,天然,合成,高分子的历史 （Nobel Prize）,施陶丁格（H. Staudinger ） 18811965(德),齐格勒（Karl Ziegler）,纳塔（Giulio Natta）,19031975 （意）,1898 1973（德）,19101985(美),弗洛里 （Paul J. Flory）,高分子的重要性,我们的衣食住行都离不开高分子高分子化学是重要的基础学科,衣,食,行,住,用,科技,高分子化学,合成塑料“四烯” 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯 合成纤维“六纶” 涤纶、 锦纶、腈纶、丙纶、维纶、
2、氯纶 合成橡胶“四胶” 顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶以及聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯、有机玻璃等都是经过聚合反应得到的高分子化合物。,我被高分子包围了呀！,涤纶,聚氯乙烯,有机玻璃,聚苯乙烯,塑料,在科学的整体发展中：高分子科学处于多种学科的交汇点上，为其发展提供了良好的学科环境。,高分子化学： 研究高分子化合物的合成和反应间的关系,高 分 子 化 学,绪论,配位聚合,离子聚合,自由基聚合,逐步聚合,聚合物化学反应,主要内容,1.1 高分子基本概念,绪论,1.2 高分子的组成与结构,1.3 高分子的分类,1.4 聚合反应的类别,1.5 聚合物的分子量及其分布,单体：氯乙烯,1.1 高分子基
3、本概念,单体能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子。,高分子指分子量很高并由多个重复单元以共价键连接的一类化合物，并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来,又称大分子、高聚物、聚合物 高分子的分子量范围在104106,高分子：聚氯乙烯,注意：聚乙烯醇（PVA）,概念上的单体，实际并不存在,重复单元,结构单元数,链节数,结构单元,单体单元,聚合物分子结构中出现的以单体结构 为基础的原子团,聚合物分子结构中由单个单体分子 生成的最大的结构单元,重复单元,重复组成高分子的最小的结构单元。,聚丙烯 丙烯,结构单元,结构单元,1.1 高分子基本概念,重复单元,聚合度 单个聚
4、合物分子所含单体单元的数目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,1.1 高分子基本概念,？=,聚乙烯 中：（A）CH2CH2叫聚乙烯的 （B）n表示每个高分子化合物中链节的重复次数，叫 ；n越大，相对分子质量越大； （C）合成小分子的物质叫 。如乙烯是聚乙烯的 。,结构单元（或链节）,聚合度,单体,单体,？,单体单元？ 结构单元？ 重复单元？,1.1 高分子基本概念,单体单元结构单元重复单元,（1）,单体单元结构单元重复单元,单体单元 结构单元重复单元,（2）,（3）,（4）尼龙66,结构单元,结构单元,重复单元
5、,单体单元 结构单元 重复单元,由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。如：,均聚物,1.1 高分子基本概念,共聚物,由一种以上（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。生成共聚物的聚合反应称为共聚反应,氯乙烯单体,由对苯二甲酸和乙二醇反应生成的“隐含单体”：HOOC-Ph-COOCH2CH2OH,“假设单体”：乙烯醇,对于均聚物，即使用一种单体聚合所得的高分子，其结构单元与重复单元是相同的对于共聚物，即使用两种或者两者以上的单体共同聚合所得的高分子，其结构单元与重复单元是不同的,1.1 高分子基本概念,结论,练 习,写出上述聚合物的 重复单元（ ） ， 数目（ ） 结构单
6、元（ ）， 数目（ ） 反应所用单体 （ ）,例：,来 源,天然高分子：自然界天然存在的高分子。,半天然高分子：经化学改性后的天然高分子。,主链元素（链原子）组成,碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。,杂链高分子：链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。,元素有机高分子：链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组成。,合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子。,1.2 高分子的组成与结构,线形高分子,环状高分子,支化高分子,梳形高分子,梯形高分子,网状高分子,星形高分子,树形高分子,高分子的链形态,1.2 高分子的组成与结构,性 质 和 用 途,塑 料,纤 维,橡 胶,涂 料,粘胶剂
7、,功能高分子,以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。,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。,1.3 高分子的分类与命名,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,I. 单体来源命名法,(1)由一种单体合成的高分子：“聚”+ 单体名称如聚氯乙烯、聚乙烯等,聚合物的命名方法有多种，故同一种聚合物往往有几个名称。,高分子化合物的命名,（2）由两种单体经缩聚反应合成的高分子 表明产物类型：“聚”+ 两单体生
8、成的产物名称，如对苯二甲酸和乙二醇的缩聚产物叫“聚对苯二甲酸乙二酯”己二酸和己二胺的缩聚产物叫“聚己二酸己二胺”不表明产物类型：单体名称或简称加后缀“树脂”或“橡胶”，如苯酚和甲醛的缩聚产物叫“酚醛树脂”尿素和甲醛的缩聚产物叫“脲醛树脂”丁二烯和苯乙烯产物叫“丁苯橡胶”,（3）由两种单体通过加成聚合反应合成的共聚物：两单体名称或简称之间 +“-”+“共聚物”：如乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物叫“乙烯-乙酸乙烯酯共聚物”（4）“聚”+高分子主链结构中的特征功能团：指的是一类高分子，而非单种高分子，如：,II. 商品名,“纶”来自英文后缀的音译字“lon”,合成纤维最普遍，我国以“纶”作为合成纤维的后
9、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。如尼龙-66，尼龙-6。腈纶 聚丙烯腈 有机玻璃 聚甲基丙烯酸甲酯电木 酚醛树脂,III. 英文缩写名,部分常见高分子化合物的英文缩写名称,IV. IUPAC系统命名法,几个步骤：（1）取重复单元（仍参考单体来源）（2）重复单元的排序（O、S、N等杂原子在前，有取代基的C在前，双键、三键在前，等）（3）重复单元看作两侧有游离键的基团 -R- ，对其命名，在最前面加上“聚” (poly) 特点：不用单体名称。,1.4 聚合反应的类别,根据单体与聚合物在分子组成与结构上的变化,聚加成,异构化聚合,开环聚合,加聚反
10、应,缩聚反应,聚合产物的分子组成比单体分子少若干原子，即在聚合反应过程中伴随有水等小分子副产物生成,聚合产物的重复结构单元的 组成与单体相同的聚合反应,是指在反应过程中，聚合物链是由体系中所有聚合度分子之间通过缩合或加成反应生成的。,1.4 聚合反应的类别,根据反应机理和动力学,连锁聚合,逐步聚合,是指在聚合反应过程中，聚合物链是仅由单体和聚合物链上的反应活性中心之间的反应生成，并且在新的聚合物链上再生反应活性点。,缩聚反应,加聚反应,通过缩合反应生成聚合物链,通过加成反应生成聚合物链,缩聚反应，反应中有小分子物质生成,加聚反应,逐步聚合反应,逐步聚合反应的单体,羟基酸：HO-Z-COOH氨基
11、酸：H2N-Z-COOH二元胺：H2N-Z-NH2二元羧酸：HOOC-Z-COOH二元醇：HO-Z-OH等,含两个（或以上）末端功能基的单体,连锁聚合反应,烯烃、二烯烃、炔烃类含不饱和碳碳双键或叁键的物质发生连锁聚合反应,连锁聚合历程,链引发,链增长,链终止,*,整个过程瞬间完成,连锁聚合反应的特征,1.4 聚合反应的类别,逐步聚合反应的特征,转化率/%,分子量,转化率/%,分子量,自由基连锁聚合 逐步聚合,不同机理的聚合反应中分子量与转化率的关系,两种聚合机理的区别：主要反映在平均每一个分子链 增长所需要的时间上,作 业,写出下列单体形成聚合物的反应式，指出形成聚合物的重复单元，结构单元，单
12、体单元和单体，并对聚合物命名，说明属于何类聚合反应,(3) (4),(1) (2),(6),(5),1.高分子化合物的基本特征之一分子量大,1.5 聚合物的分子量及其分布,- - - - - 1000 - - - - - - - - - - - - 10000 - - - - - 低分子 过渡区（齐聚物） 高聚物（104106）,2.高分子化合物的基本特征之二分子量具有多分散性,聚合物是由一系列分子量（或聚合度）不等的同系物高分子组成，这称为聚合物分子量的多分散性,例1：以氯乙烯单体为原料，聚合得到的聚氯乙烯的分子量，根据其用途不同可在5万至15万之间，计算其聚合度。,练 习,解： = = 5
13、0000-150000/62.5=800-2400通过计算可知，聚氯乙烯的平均聚合度应在800-2400聚氯乙烯分子约由800-2400个氯乙烯单元组成。,例2：以对苯二甲酸与乙二醇为原料，经缩聚制得聚对苯二甲酸乙二醇酯，其分子量一般在2万左右，计算 及 。,解：已知-O(CH2)2O-结构单元分子量为60，-OC-C6H5-CO-结构单元分子量为132。由 = （M + M ）/2得：2000 = （60+132）/2则 =208= /2=104,因此应注意：一般测得聚合物的分子量或聚合度是统计的，是一个平均值，叫平均分子量或平均聚合度。 聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同 平均分子
14、量的统计可有多种标准，其中最常见的是重均分子量和数均分子量,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，mi，ni，Mi分别为i-聚体的质量、分子数、分子量i = 1,1.5 聚合物的分子量及其分布,数均分子量,式中符号意义同前 测定方法：光散射法,重均分子量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,1.5 聚合物的分子量及其分布,高分子分子量多分散性的表示方法 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,1.5 聚合物的分子量及其分布,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,1.5 聚合物的分子量及其分布,1.解：数均分子量,质均分子量,分子量分布指数,/,=46876/38576 = 1.22,Chapter 1 is over,2.解：,本章重点回顾,1.单体，结构单元，重复单元， 单体单元，聚合度等概念,2.逐步聚合，连锁聚合各自特点,3.聚合物的分子量,
