高分子化学与物理学PPT课件下载(共49页)

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高分子化学与物理学周国伟化学工程学院教材：《高分子科学简明教程》夏炎主编参考书：《高分子化学》潘祖仁主编《高分子化学与物理基础》魏无际等编《高分子物理》何曼君等编第一章绪论高分子科学主要研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集态的结构、性能，聚合物的成型加工等内容的一门综合性学科。高分子科学既是一门应用科学，又是一门基础科学。高分子科学已经发展成高分子化学、高分子物理和高分子工程几个领域。高分子化学及相关学科无机化学分析化学有机化学物理化学物理高分子化学高分子物理高分子科学高分子工程聚合反应工程聚合物成型加工化学工程材料力学流体力学第一节高分子化学的基本概念第二节聚合物的分类和命名第三节聚合物的分子量及其分布第四节高分子链的结构形态第一节高分子化学的基本概念1.1什么是高分子？由许多结构相同的、简单的单元通过共价键重复连接而成的相对分子质量很大的化合物。也称高分子化合物.其结构必须是由多个重复单元所组成，并且这些重复单元实际或假想(?)是由相应的小分子衍生而来。高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物高聚物、聚合物这些术语一般可以通用这些术语一般可以通用Macromolecule,Polymer聚氯乙烯聚乙烯醇真实单体CH2=CHOHnCH2=CHClnCH2-CHCl[]nCH2-CHOH[]n聚合聚合假想单体高分子化合物的特点相对分子质量很大：一般在104~106共价键连接由相同的化学结构重复多次而成CH2CHCH2-CH-CH2-CH-CH2-CHnCH2CHn聚苯乙烯聚苯乙烯PSPS1.21.2由一种结构单元组成的高分子由一种结构单元组成的高分子单体(Monomer)：形成聚合物结构单元的小分子化合物结构单元结构单元(Structureunit)(Structureunit)：在大分子链中：在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团。或出现的以单体结构为基础的原子团。或由一种单体分子通过聚合进入重复单元的部分。单体单元单体单元（（MonomerunitMonomerunit）：）：与单体组成相同,只是电子结构不同的重复单元。重复单元重复单元(Repeatingunit(Repeatingunit）：）：高分子链中可重复的最小单位。链节链节(Chainelement(Chainelement）：重复单元有时也称）：重复单元有时也称为链节为链节。。n表示重复单元数，也称为链节数。聚合度（Degreeofpolymerization）聚合物分子所含单体单元的数目，称为该聚合物的聚合度。有两种表示法：以大分子链中的结构单元数目表示，Xn以大分子链中的重复单元数目表示，DP或P两种聚合度相等，都等于两种聚合度相等，都等于nnXn=DP=nXn=DP=n高分子的分子量：：M=XnM0=DPM0式中式中::MM是高分子的分子量MM00是结构单元的分子量1.3由两种结构单元组成的高分子合成尼龙合成尼龙-66-66（聚酰胺）：（聚酰胺）：H2N(CH2)6NH2+HOOC(CH2)4COOHH--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OHn(2n-1)H2O+nn结构单元结构单元重复单元其聚合度Xn=2n聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET、涤纶）单体在形成高分子的过程中要失去一些原子，此时结构单元不宜再称为单体单元COOHHOOCCH2CH2OHOHCOOCH2CH2OHHOOCnOH2+nn+(2n-1)P10表1-5聚合物的重复单元和单体注意：聚乙烯醇均聚物：由一种由一种（真实的或假设的）单体单体聚合而成的高分子称为聚合而成的高分子称为均聚物。均聚物。共聚物共聚物：由两种或两种以上的单体聚：由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为合而成的高分子则称为共聚物。共聚物。----(CH2--CH=CH--CH2-)--(-CH2--CH-)----xyn例如：丁苯橡胶（丁二烯和苯乙烯共聚）第二节聚合物的分类与命名(1)按来源分类：天然高分子、半天然高分子和合成高分子(2)按用途分类：纤维、塑料、橡胶、粘合剂、涂料、功能高分子(3)按性能分类：结构材料和功能材料(4)按主链的元素组成分类：碳链、杂链、元素有机高分子(5)按聚合反应分类：加聚物和缩聚物(6)按聚合物主链结构分类：聚酯、聚醚、聚氨酯、聚烯烃(7)按聚合物分子链形状分类：线形、支化型、星型、梯形、体型(8)按聚合物受热时的不同行为分类：热塑性和热固性(9)按相对分子质量分类：高聚物、低聚物、齐聚物、预聚物(10)按聚合物中单体种类分类：均聚物、共聚物2.1分类(1)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。合成高分子：由单体聚合成的高分子。塑料塑料：：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。橡胶橡胶：：具有可逆形变的高弹性材料。纤维纤维：：纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100倍涂料、胶粘剂、功能高分子P17表1-7几种主要的三大合成材料(2)性质和用途称为“三大合成材料”(3)主链的元素组成碳链聚合物大分子主链完全由碳原子组成绝大部分烯类、二烯类聚合物属于这一类如：PE，PP，PS，PVC杂链聚合物大分子主链中除碳原子外，还有O、N、S等杂原子如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚元素有机聚合物大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P等原子组成，侧基则由有机基团组成如：硅橡胶NHCHHCHHCHHCHHCHHCOCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H碳链高分子聚丙烯杂链高分子尼龙—6元素有机高分子聚二甲基硅氧烷OSiCH3CH3OSiCH3CH3SiCH3CH3O加聚物：加聚物：单体加成聚合的反应称为加单体加成聚合的反应称为加聚反应，反应产物称为加聚物。聚反应，反应产物称为加聚物。缩聚物：缩聚物：单体缩合聚合反应形成的聚单体缩合聚合反应形成的聚合物。合物。2.2聚合物的命名(1)按单体来源命名：“聚”＋“单体名称”命名法适用于加聚物、不使用于缩聚物。特例：聚乙烯醇(2)按聚合物的结构特征命名：聚酯、聚醚、聚氨酯、聚脲、聚砜(3)按商品名称命名：单体简称＋聚合物用途或物性类别三大合成材料分别以“树脂”、“橡胶”、“纶”来作为后缀习惯命名法IUPAC命名法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取单体简名，在后面加“树脂”、“橡胶”如苯酚甲醛酚醛树脂丁二烯苯乙烯丁苯橡胶商品名商品名合成纤维最普遍，我国以合成纤维最普遍，我国以““纶纶””作为合成纤维的后缀作为合成纤维的后缀涤纶聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）涤纶聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）丙纶聚丙烯丙纶聚丙烯锦纶聚酰胺（尼龙），后面加数字区别锦纶聚酰胺（尼龙），后面加数字区别尼龙后的数字：尼龙后的数字：第一个数字表示二元胺的碳原子数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只附一个数字表示内酰胺或氨基酸的碳原子数问题：尼龙-66，尼龙-6的单体?以高分子链的结构特征命名：“聚”+高分子主链结构中的特征功能团。O-C-O--NH-C-O-OO�-C-NH--O-聚酰胺聚酯聚氨酯聚醚聚酰胺聚酯聚氨酯聚醚由两种单体通过链式聚合反应合成的共聚物：两单体名称或简称之间加“-”加“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”IUPAC系统命名法（不常用,了解）(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”。CHHCClH重复结构单元为：聚（1-氯代撑乙基）Poly(1-chloroethylene)CHHCClHCHHCClHCHHCClH第三节聚合物的分子量及其分布平均分子量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。数均分子量、重均分子量、Z均分子量、粘均分子量。聚合物的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，这些同系物高分子之间的分子量差为重复结构单元分子量的倍数，这种同种聚合物分子长短不一（即分子量大小不一）的特征称为聚合物的多分散性。因此应注意：因此应注意：一般测得的高分子的分子量都是平均分子量聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同3.1平均分子量的表示方法(1)数均分子量（Number-averagemolecularweight）iiiiiiiiinMN)MW(WNMNNWM式中，式中，WWii，，NNii，，MMii分别为分别为i-i-聚体的重量、分子数、分聚体的重量、分子数、分子量子量ii=1=1－∞－∞通过通过依数性方法依数性方法((冰点降低法、沸点升高法、渗透压法、冰点降低法、沸点升高法、渗透压法、蒸汽压法蒸汽压法))和和端基滴定法端基滴定法测定测定Wi=NiMi(2)(2)重均分子量重均分子量（（Weight-averagemolecularweightWeight-averagemolecularweight））iiiiiiiiiwMWMNMNWWM2M式中符号意义同前式中符号意义同前测定方法：测定方法：光散射法光散射法iiiMWZ(3)Z(3)Z均分子量均分子量（（Z-averagemolecularweightZ-averagemolecularweight））232iiiiiiiiiiiiMNMNMWMWZMZM测定方法：测定方法：超离心法超离心法1qqiiiiMNMNM＝3q2q1q三种分子量可用通式表示：ZwnMMMMK][1iiii1iiivMNMNWMWM1(4)粘均分子量（Viscosity-averagemolecularweight)Mark-Houwink方程K,α方程K,α是与聚合物、溶剂有关的常数一般，α值在0.5～0.9之间，故wvMM由粘度法测得举例：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,求各种平均分子量。(假设40000510105101054NiNiMiMn850001051010)10(5)10(105425242NiMiNiMiMw800001051010)10(5)10(106.015416.0516.04vM98000)10(5)10(10)10(5)10(10MNMNM25243534iiiiz23MMz>z>MMw>w>MMv>v>MMnn，，MMvv略低于略低于MMwwMMn:n:低分子量部分对低分子量部分对MMnn影响较大影响较大MMw:w:高分子量部分对高分子量部分对MMww影响较大影响较大一般用一般用MMww来表征聚合物比来表征聚合物比MMnn更恰当更恰当3.2高分子的多分散性及分子量分布(1)多分散系数(d)：也叫不均匀指数、分子量分布指数（molecularweightdistribution,MWD)即重均分子量与数均分子量的比值，即重均分子量与数均分子量的比值，d=Mw/Mnd值越大，分子量分布越宽。(2)(2)分子量分布曲线分子量分布曲线::将高分子样品分成不同分子量的级分，这一实验操作称为将高分子样品分成不同分子量的级分，这一实验操作称为分分级级分级的实验方法：分级的实验方法：沉淀分级溶解分级GPC(凝胶渗透色谱〕分子量重量分率分布曲线分子量重量分率分布曲线。。可通过曲线形状，可通过曲线形状，直观判断分子量分布的宽窄。直观判断分子量分布的宽窄。重量分重量分数数平均分子量平均分子量高聚物的分子量分布曲线高聚物的分子量分布曲线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: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第四节高分子链的结构形态线形高分子环状高分子支链高分子梳形高分子梯形高分子星形高分子体形高分子常见的有线形线形、、支链形支链形、、体形体形线形高分子线形高分子一般为无规线团，适当溶剂可溶解，加热可以熔融，即一般为无规线团，适当溶剂可溶解，加热可以熔融，即可溶可熔可溶可熔支链高分子支链高分子可溶解在适当溶剂中可溶解在适当溶剂中,,加热可以熔融，即加热可以熔融，即可溶可熔可溶可熔体形高分子体形高分子可看成是线形或支链形大分子间以化学键交联而成，许多大分子键合成可看成是线形或支链形大分子间以化学键交联而成，许多大分子键合成一个整体，一个整体，已无单个大分子可言。已无单个大分子可言。交联程度浅的交联程度浅的,,受热可软化，适当溶剂可溶胀受热可软化，适当溶剂可溶胀交联程度深的交联程度深的,,既不溶解既不溶解,,又不熔融，即又不熔融，即不溶不熔不溶不熔乙烯在高压下聚合得支链形的低密度聚乙烯用配位引发剂在低压下聚合,可得到线形的高密度聚乙烯聚乙烯通过辐射处理,又可得到体形的交联聚乙烯重点内容：1、掌握基本概念结构单元、重复单元、单体单元、链节、聚合度等2、准确书写聚合物结构式、聚合反应式3、聚合物的分子量及其分布熟悉内容：高分子化学发展间史高分子链的结构形态作业：P231,2,4