1、第十九章 合成高分子化合物,目的要求：1、 掌握高分子化合物的基本概念；2、了解高分子的结构和性能的关系；3、掌握合成高分子化合物的基本反应；4、了解高分子化合物的应用。,沈玲 制作,第六节 合成纤维,教学内容：,第一节 基本概念,第二节 高分子的结构和性能的关系,第三节 高分子的合成,第四节 高分子的应用,第五节 塑料,第七节 橡胶,19-1 基本概念,一、 高分子化合物的涵义,1. 分子量在5,000以上的大分子。 2. 高分子化合物有较好的强度和弹性,二、高分子化合物的组成,高分子化合物的化学组成一般都比较简单 高分子的分子量 = 聚合度*链节数,1. 从分子量和组成看，高分子的分子量很
2、大，具有“多散性”。,2. 从分子结构看有 线型结构：分子中的原子由共价键相互结合成一条很长的蜷曲状态“链”。 体型结构：分子链与分子链之间有许多化学链交联起来，形成网格一样的结构。,3. 从性能上看，通常处于固体状态，有较好的机械强度，绝缘性能，耐腐蚀性能，可塑性，高弹性。,4.从用途上看，一般可作为结构材料，供各方面使用。,三、高分子化合物的特点,19-1 基本概念,四、高分子化合物的分类,1. 按来源分类：天然高分子（天然橡胶、纤维素、淀粉）合成高分子（合成橡胶、合成纤维、塑料）,2. 按工艺性质和应用分类：塑料、橡胶、纤维,3.按高分子主链结构分类 ：碳链高分子化合物、杂链高分子化合物
3、等。,4. 按合成高分子化合物的反应类型分类：加聚物、缩聚物,5. 按应用功能分类：,特殊高分子、功能高分子、仿生高分子、生物高分子、 医药高分子、高分子试剂、高分子催化剂。,19-1 基本概念,通用高分子用量最大，面也广。四烯：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯四纶：涤纶、锦纶、腈纶、维纶四胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶 、乙丙橡胶,1. 高分子命名一般习惯上用俗名。纤维、淀粉 2. 在单体前加个“聚”字。 聚氯乙烯 3. 缩聚反应制得的高聚物，在原料后加“树脂”二字。酚醛树脂、环氧树脂 4. 商品名称：腈纶、的确良（聚对苯二甲酸乙二酯纤维）、电木（酚醛树脂）,六、 重要性,19-1 基本
4、概念,五、高分子化合物的命名,19-2 高分子的结构和性能的关系,一、高聚物的特性,1 不挥发性。2 高分子链的柔顺性与良好的机械强度。3 良好的绝缘性能。 4 结晶性。5 溶解性和熔融性。 6 耐化学腐蚀。,二、高分子化合物的基本结构,1 线型结构 又称链状高聚物，是由许多链节相互联成一条长链的高聚物。,2 体型结构一般是由多官能团单体相互作用，使主链与主链之间以共价键相连接，形成三维空间的立体结构。,19-2 高分子的结构和性能的关系,特点：具有高弹性、可塑性、在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆度较小。有独立存在的分子。,特点：没有弹性和可塑性；不能溶解和熔融；只能溶胀，硬度和脆度较大。
5、不能反复熔化，只能一次加工成型。,三、高分子化合物的物理状态,玻璃态：形变困难，硬度大。高弹态：形变很容易，具有高弹性。粘流态：形变能任意发生，具有流动性。,19-2 高分子的结构和性能的关系,1晶相高聚物和非晶相高聚物,2线型非晶相高聚物的聚集状态,19-3 高分子的合成,一、加聚反应,由许多相同或不同单体在一定条件下，通过互 相加成形成的高 分子化合物的反应叫加聚反应。,由一种单体发生的加聚反应称为均聚反应。由两种以上的单体共同聚合称为共聚反应。,1加聚反应的特点, 单体是带有不饱和键的化合物。, 反应过程中没有低分子化合物析出，生成高分子化合物的化学组成与单体相同，其分子量为单体分子量的
6、整数倍。, 是通过一连串单体分子间的相互加成反应来完成的。,2加聚反应的历程：, 一般是放热的链锁反应。, 属于不可逆的链锁反应。, 游离基历程,19-3 高分子的合成,链引发,链增长,链终止,19-3 高分子的合成, 离子历程,正离子聚合反应,负离子聚合反应, 配位聚合 是烯类单体在金属有机络合物催化下引起的聚合反应。,全同构型：所有的取代基都有规则的排在同一边的叫,间同构型：取代基交替排列在上下方，叫。,无规构型：取代基排列没有规则，叫。,特点：反应产物是没有支链的线型结构的高分子。能控制分子结构的空间构型，得到分子结构规整的聚合物。,19-3 高分子的合成,二、缩聚反应,1 缩聚反应的特
7、点, 所用单体至少有两个相互作用的官能团。 缩聚反应是通过一连串的缩合反应来完成的。 反应过程中有小分子析出，高聚物的化学组成与单体不同。 缩聚一般是不可逆的。 缩聚物的分子量不是很大（与加聚物比较）。 反应不是瞬间完成的，高聚物的分子量随时间的增长而增加，链增长过程是逐步完成的。,19-3 高分子的合成,由一种或两种以上的单体，通过缩合形成高分子化合物，同时脱去水、卤化氢或醇等小分子的反应叫。,19-3 高分子的合成,2缩聚反应的历程, 链的开始, 链的增长, 链终止,物理方面的原因,a 随着缩聚反应的进行，单体浓度越来越小，官能团发生反应的机会减少。 b缩聚物的粘度增加，整个分子链移动困难
8、，碰撞机会减少。 C粘度大，生成的低分子排不出去，发生可逆反应。,化学方面的原因(主要原因),a. 官能团的分解，使增长的分子链失去活性。 b. 单体组分的非当量比,使分子链未端带的是相同的官能团,发生“链封闭”作用,而使增长着的分子链失去活性。 c. 原料中混有单官能团杂质也会发生“链端封闭”作用。 d. 分子链内部发生环化反应或分子间发生环化反应 等都会发生链端封闭作用而使反应终止。,19-3 高分子的合成,19-3 高分子的合成,3体型缩聚：具有合成体型结构的缩聚物的反应。, 所用单体起码要有一个组分是含有两个官能团以上的物质，链增长时才有可能向两个以上的方向增长，生成体型结构的缩聚物。
9、, 在反应过程中有一个粘度骤然变得很大，出现具有弹性的凝胶的现象凝胶化现象。,一、色层分离,19-4 高分子的应用,1离子交换树脂, 离子交换树脂的结构,离子交换树脂是一类具有离子交换作用的高聚物。,阳离子交换,19-4 高分子的应用,阴离子交换,19-4 高分子的应用,19-4 高分子的应用, 特点 u 可逆平衡反应。（是一动态平衡） u 是非均相反应。 u 可连续或串连操作。 u 分离速度快，产品纯度高。设备简单，操作方便，成本低。, 用途 u 分离混合物。u 纯化水。u 可作酸碱催化剂。,2螯合树脂,3亲和层析,二、高分子载体的反应,19-4 高分子的应用,1高分子作为反应物载体,2高分
10、子试剂的反应,3高分子催化剂,一、定义、分类和组成,2. 分类,3. 组成,1 定义：是指具有可塑性能的高分子材料。,19-5 塑料,19-5 塑料,树 脂: 指尚未与各种添加剂混合的高聚物。 填 料:（又称添加剂）提高制品的强度和耐热性并可降低成本。2050%）。 增塑剂:（又称软化剂）使制品具有韧性。增强可塑性，降低脆性和刚性。 稳定剂：防止塑料老化，延长使用寿命。 润滑剂：防止塑料在成型过程中粘附压模，造成脱落困难。 固化剂：加速高聚物分子间发生交联、硬化。 色 料： 使制品美观。,二、几种常见的塑料,1. 聚氯乙烯 (PVC) 是线型结构热塑性高分子化合物,优点：机械强度好，耐腐蚀性，
11、电绝缘性优良，易加工成型，成本低。缺点：软化点较低（6580），不耐寒，冬天硬脆易断裂，耐热耐光差。外观：白色、无臭，无味的无定形物。应用：轻工、化工、电器等方面。,19-5 塑料,19-5 塑料,2 酚醛塑料（俗称电木） 是酚醛树脂添加其他配料制成的产品。,制备：苯酚与甲醛在酸催化下进行缩聚反应,结构：,特点：加热不会熔化，不溶于水及有机溶剂。电绝缘性优良，耐许多化学药剂腐蚀。有良好物理机械性能，很坚硬。,应用：电气工业绝缘材料（开关、灯头）；化学工业防腐材料等。,19-6 合成纤维,一、成纤的基本条件,1具有线型分子结构，分子链排列规整。,2分子量大小要适当，才有利于拉丝和保证足够的强度。
12、(104)。,3分子链间要有较强的吸引力,4能溶解或溶融。,二、几种重要的合成纤维,1聚酰胺纤维, 各链节以 CONH 相连结 商品名称：锦纶（又称尼龙）、耐纶等优点：具有高强度，有一定的弹性、耐磨、耐油、耐腐蚀、耐细菌。 缺点：耐光较差，长期光照下强度下降。 例：,19-6 合成纤维,2 聚酯纤维, 各链节以COO相连结 商品名称：涤纶、的确良等 优点：强度大、耐磨（仅次于聚胺纤维）、富有弹性、易皱、吸水性小、耐光、耐腐蚀、耐漂白剂、耐氧化剂、耐有机试剂及无机酸，绝缘性好。 缺点：耐碱性稍差。 例：的确良聚对苯二甲酸乙二酯纤维,19-6 合成纤维,19-6 合成纤维,3 聚丙烯腈纤维, 单体
13、：是丙烯腈 商品名称：腈纶（又称合成羊毛） 优点：柔软蓬松，强度、保暧性及弹性比 羊毛好，是优良的天然代用品。 缺点：耐磨性能不及羊毛好。 合成：,4 聚乙烯醇缩甲醛纤维, 商品名称：维纶 特点：外观、手感、吸湿性均极似棉花，有“合成棉花”之称。其耐磨性、强度都比棉花好。,19-6 合成纤维, 单体：,一、天然橡胶,1来源：, 填料：是为了减少生胶的用量，并提高制品的机械强度和耐磨性能。 硫化：使橡胶分子链间发生交联，从而改善生胶易发生形变的缺点。 防老剂：提高橡胶的抗老的性能，延长橡胶制品的使用寿命。,2化学组成：聚异戊二烯，线型高分子，分子量20-50万。,3顺式结构：有良好的高弹性，但耐
14、磨性和机械强度差。,4反式结构：分子间引力大，结晶区较多，弹性很差，是硬质橡胶。,5 填料和防老剂,19-7 橡胶,二、合成橡胶,1.顺丁橡胶,合成：,优点：弹性好，耐磨性能、耐低温性能也较好。具有良好的物理机械性能。缺点：抗斯裂强度、加工性能较差。 用途：一般制造三角皮带、耐热胶管、电绝缘制品等。,19-7 橡胶,19-7 橡胶,2. 丁苯橡胶,合成：,优点：耐磨、耐自然老化、耐臭氧、与天然橡胶相似。缺点：弹性和机械强度较差粘合性也不好。用途：目前产量最高、用途最广的合成橡胶。制造轮胎、电缆等。,优点：由于氯原子的存在，赋予氯丁橡胶良好的耐油性和其他物理机械性能。耐老化特别好。耐热性、耐磨性
15、、耐燃性、耐化学试剂、气密性、耐臭氧性均比天然橡胶优良。缺点：弹性和耐寒性比天然橡胶差。用途：广泛用作海底电线绝缘材料，化工防腐材料，耐油制品等。,3. 氯丁橡胶,合成：,19-7 橡胶,4. 丁腈橡胶,合成：,优点：特别耐油，耐磨、耐热、耐老化性都比天然橡胶和氯丁橡胶好。缺点：弹性、耐臭氧能力及多次挠屈性能较差，耐寒性差。用途：用于耐油制品。,19-7 橡胶,19-7 橡胶,5. 硅橡胶,结构：,优点：既耐低温，又耐高温。在-65 250保持弹性。耐油防水，不易老化，绝缘性能也很好。缺点：机械性能较差，耐酸碱不及其它橡胶。用途：可作高温高压设备的衬垫，油管衬里，火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料。,
