2022年高分子化学知识总结 .docx

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1、精品_精品资料_一、绪论1. 聚合物的分类及命名可按来源、合成方法、用途、热行为、结构等来分类,主要是按主链结构来分类,分为： （1）碳链聚合物,（2）杂链聚合物,（ 3）元素有机聚合物.2. 聚合物的命名（1） ）单体来源命名法烯类聚合物单体名前加“聚” .两种单体合成的,取二者简名加后缀“树脂” “橡胶”. 杂链聚合物按其特点结构命名.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_* 有些聚合物按单体名来命名简洁引起混淆,例如OCH 2CH 2,可以从环氧乙可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_烷、乙二醇、氯丙醇或氯甲醚来合成,由于环氧乙烷单体最常用,故通常称作聚环氧乙烷,按结

2、构该聚合物应称作聚氧乙烯.（2） ）系统命名法命名原就和程序： 先确定重复单元结构, 再排好其中次级单元次序, 给重复单元命名,最终冠以“聚”字,就成为聚合物的名称.写次级单元时候,先写侧基最 少的元素,再写有取代的亚甲基,然后写无取代的亚甲基.3. 聚合反应（1） ）按单体 -聚合物结构变化分类缩聚官能团单体多次缩合成聚合物的反应, 除形成缩聚物外, 仍有水、醇、氨或氯化氢等低分子产物产生加聚 烯类单体键断裂而后加成聚合起来的反应称作加聚, 产物称作加聚物.加聚物结构单元的元素组成与其单体相同, 仅仅是电子结构有所变化,因此加聚物的分子量是单体分子量的整数倍开环聚合 环状单体键断裂而后聚合成

3、线形聚合物的反应, 反应时无低分子副产物产生（2） ）按聚合物机理分类* 逐步聚合多数缩聚和聚加成反应属于逐步聚合,其特点是低分子转变成高分 子是缓慢逐步进行的,每步反应的速率和活化能大致相同,单体分 子第一聚合成二、三、四详细等低聚物（齐聚物） ,短期内单体转化率很高,随后,低聚物间相互缩聚分子量缓慢增加,直至集团反应 程度很高分子量才达到较高的数值* 连锁聚合 多数烯类单体的加聚反应属于连锁聚合.有自由基、阴离子或阳离子聚合,自由基聚合过程中,分子量变化不大,除微量引发剂外, 体系始终由单体和高分子量聚合物组成,没有分子量递增的中间产物,转化率随时间而增大,单体就相应削减.活性阴离子聚合的

4、特点是分子量随转化率的增大而线性增加.4. 分子量是影响强度的重要因素,聚合物强度随着分子量的增大而增加.5. 平均分子量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（1） ）数均分子量 M n（通常由渗透压,蒸汽压等依数性方法测定）定义：某体系的总质量 m 被分子总数所平均.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_M nmn i m imix i M i可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_nin im i / M i低分子量部分对数均分子量有较大奉献可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（2） ）质均分子量 M w（由光散射法测定）可编辑资料 - - - 欢

5、迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_M2mi M ini M iwmini miwi M i可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（3） ）粘均分子量 M v（略）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_三种分子量大小依次为：6. 分子量分布（1） ）分子量分布指数M w Mv M n ;可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_定义为：M w / Mn 的比值,可用来表征分布宽度.对于分子量均

6、一的体系,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_M w = Mn , Mw / Mn =1.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（2） ）分子量分布曲线数均分子量处于曲线分布曲线顶峰邻近7. 大分子微结构* 线形大分子内结构单元有头头键接合尾尾键接.* 大分子链上结构单元中的取代基在空间可能有不同的排布方式,形成手性构型和几何构型 两类.（1） ）手性构型又分为全同（等规）构型、间同（间规）构型、无规构型.（2） ）几何构型是由大分子链中的双键引起的,双键无法旋转因此会有顺式和反式聚合物.8. 线形或支链形大分子以物理力集合

7、成聚合物,可溶于适当溶剂中,加热时候可熔融塑化,冷却时后就固化成型,这类聚合物称作热塑性聚合物 .* 支链形聚合物不简洁结晶,高度支链甚至难溶解,只能溶胀.* 交联聚合物可以看作很多线形大分子由化学键连接而成的体型结构,交联程度浅的结构受热尚可软化但不再熔融, 适当溶剂可使其溶胀但不溶解, 交联程度深的体形结构不软化不溶解不溶胀形成了刚性固体.* 酚醛树脂、醇酸树脂等在树脂合成阶段,需要掌握原料配比和反应条件,使其停留在线形或少量支链的低分子预聚物阶段,成型时, 经加热, 在是其中潜在官能团连续反应成交联结构而固化,这类聚合物就称作热固性聚合物 .9. 集合态结构聚合物集合态可以粗分为非晶态（

8、无定形）态和晶态两种.* 液晶高分子,受热熔融（热致性）或被溶剂溶解溶致性后,失去了固体的刚性,转变成液体,但其中晶态分子仍保留着有序排列,呈各向异性,形成兼有 晶体和液体双重性质的过渡状态,称之为液晶态.10. 玻璃态温度： 无定形和结晶热塑性聚合物低温时都呈玻璃态,受热至某一可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_较窄（ 2-5 oC）温度,就转变成橡胶态或柔韧的可塑状态,这一转变温度称作玻可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_璃化温度 Tg ,代表链段能够运动或主链中价键能扭转的温度.* 晶态聚合物连续受热,就显现另一热转变温度- 熔点 Tm ,这代表整个大分子简洁运动

9、的温度.* 玻璃化温度是非晶态塑料的使用上限温度, 熔点就是晶态塑料的使用上限温度.11. 高分子的力学性能参数 ：a 弹性模量, b 抗张强度, c 断裂伸长率.二、缩聚和逐步聚合2.2 缩聚反应（缩聚反应是缩合聚合的简称,是多次缩合重复结果形成缩聚物的过程）（1） ） 缩合反应* 官能度：一分子中能参加反应的官能团数称作官能度（f ）.考虑官能度时需以参加的反应集团为基准.（2） ）缩合反应线形缩聚的首要条件是需要 2-2 或 2-官能度体系作原料,采纳 2-3 或 2-4 官能度体系是,除了按线形方向缩聚外,侧基也能缩聚,先形成支链,进一步形成体形 结构,这就称作体形缩聚.（3） ） 共

10、缩聚羟基酸或氨基酸一种单体的缩聚, 可称作均缩聚. 由二元酸和二元醇 2 种单体进行的缩聚是最一般的缩聚.从改进缩聚物结构性能角度考虑,将1 种二元酸和 2 种二元醇、 2 种二元酸和 2 种二元醇进行所谓“共缩聚” .2.3 线形缩聚反应的机理2.3.1 线形缩聚和成环倾向* 线形缩聚时,需考虑单体及其中间产物的成环倾向,一般情形下,五、六元环的结构比较稳固.* 成环是单分子反应,缩聚就是双分子反应,因此,低浓度有利于成环,高浓度有利于线形缩聚.2.3.2 线形缩聚机理 （特点有 2：逐步、可逆）（1） ）逐步特性缩聚反应无特定的活性种, 各步反应速率常数和活化能基本相等, 缩聚早期, 转化

11、率就很高, 因此用基团的反应程度来表述反应的程度更为准确,现已等摩尔二元酸和二元醇的缩聚反应为例来说明可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_* 反应程度 p 的定义为参加反应的基团数 N 0N 占起始基团数N 0 的分数,因此：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_pN0N1NN 0N0* 如将大分子的结构单元数定义为聚合度Xn ,就：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_X结构单元总数N0 n大分子数N进一步可得1X n1p .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（2） ） 可逆平稳聚酯化和低分子酯化反应相像, 都是可逆平稳反应, 正反应是酯化, 逆

12、反应是水解.* 平稳常数小,低分子副产物水的存在限制了分子量的提高,需在高度减压条件下脱除.* 平稳常数中等, 300400.水对分子量有所影响,聚合早期可在水中进行,只是后期,需要在肯定的减压条件下脱水,提高反应程度.* 平稳常数很大, K1000.可以看作不行逆.2.3.3 缩聚中的副反应（1） ）消去反应.影响产物的分子量（2） ）化学降解.合成缩聚物的单体往往就是缩聚物的降解药剂（3） ）链交换反应.链交换反应将使分子量分布变窄2.4 线形缩聚动力学2.4.1 官能团等活性概念在肯定聚合度范畴内,基团活性与分子量大小无关,形成官能团等活性概念.2.4.2 线形缩聚动力学2.4.2.1

13、不行逆的线形缩聚酯化和聚酯化是可逆平稳反应,如能准时排除副产物水,就符合不行逆的条件* 过程： 1 羧酸质子化, 2 质子化种和醇反应成酯.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_dCOOHk1k3COOHOHH可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_酸催化的酯化速率方程：（1）外加酸催化聚酯化动力学dtk 2 K HA可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_强无机酸常用作酯化的催化剂,聚合速率由酸催化和自催化两部分构成,在缩聚过程中, 外加酸或氢离子浓度几乎不变,而且远远大于低分子羧酸自催化的影响,因此, 可以忽视自催化的速率.（二级反应）可编辑资料 - - - 欢迎

14、下载精品_精品资料_1kc t1Xkc t1k 是将 COOH 、k1,k2,k3,KHA合并而成.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1p0n0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（3）自催化聚酯化动力学1 羧酸不电离聚合度随时间变化的关系式：2 羧酸部分电离聚合度随时间变化的关系式：2.5 线形缩聚物的聚合度X2kc2t1002nnX 2/32kc2/3 t1（三级反应）（二级半反应）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_两种基团数相等的 2-2 体系进行线形缩聚时：（1） ） 不排除副产物水Kp Xn =K1K1（2） 高度减压的条件下准时排除副产物水可

15、编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_X1KKn1ppnwnw可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2.5.2 基团数比对聚合度的影响二元酸（ aAa）和二元醇（ bBb）进行缩聚,设Na 、 Nb 为 a、b 的起始基团数,分别为两种可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_单体分子数的2 倍, r 为单体的基团数比或摩尔比,q 为过量摩尔百分比或摩尔分数.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_q NaNNb / 21rr1或a / 2rq1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_* 使两基团数相等的措施有三： （ 1）单体高度纯化和精确计量. （

16、2）两基团同在一单体分子上, 3 二元胺和二元酸成盐.* 两基团数目不等分三种情形：（1） 以 aAa 单体为标准, bBb 单体微过量,X NaNb / 21rn可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ NaNb2Na p / 21r2rp可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_有 2 种极限情形：11 r=1 或 q=1 .X n.1p1r2 p=1;Xn1r可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_假如 r=1, p=1,就聚合度为无穷大,成为一个大分子.（2） aAa 和 bBb 两单体等基团数比,另外加但官能团物质Cb（其基团数为N ）,就按下可编辑资料 - -

17、 - 欢迎下载精品_精品资料_b式运算 r,后代入（ 1）式.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_rNaNb2Nb式中分母中的2 表示 1 个分子 Cb 中的 1 个基团 b 相当于一个过量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_bBb 分子爽官能团的作用.（2） aRb如羟基酸 加少量单官能团物质Cb,rNaNb2 Nb2.6 线形缩聚物的分子量分布2.6.1 分子量分布函数* 忽视端基的质量,就x- 聚体的质量分数或质量分布函数为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_WxxN xxp x 11p 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_WN 02.

18、6.2 分子量分布宽度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_X.X11pnw.1p1PXw分子量分布指数：1p2 .Xn2.7.1 Carothers 法凝胶点的猜测（理论基础：凝胶点时候的数均聚合度等于无穷大）（1） 等基团数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_* 单体混合物的平均官能度定义为每一分子平均带有的基团数：fNi f i, Ni 是官能可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Ni度为 fi 的单体 i 的分子数.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_凝胶点时的临界反应程度2ppc 为：c.f可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（

19、2） 量基团数不相等1 两组分体系* 两基团数不相等时,平均官能度应以非过量基团数的2 倍除以分子总数来求取,由于反应程度和交联与否取决于含量少的组分,过量反应物质中的一部分并不参加反应.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2 多组分体系f2NA f AN ANB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_以 A,B,C 三组分体系为例, 三者分子数分别为N A 、NB、NC ,官能度分别为f A 、 f B 、 fC ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_A 和 C 的

20、基团相同, A 总基团数少于 B 基团数,即NA fANC fCNB fB ,就平均官能可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_度按下式运算 :f2 N A f ANC fC可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_NANBNC3Carothers 方程在线形缩聚中聚合度的运算X2n2p f2.7.2 Flory 统计法Flory 依据统计法推导出凝胶点时反应程度的表达式.推导时引入支化系数,其定义式大分子链末端支化单元上某一基团产生另一支化单元的概率.只有多官能团单体才是支化单元.（1） 简洁情形分析1 *3-3 体系pc =1/

21、2 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_*4-4 体系c =pc =1/3 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1c* 对于 A 、B 基团数相等的体系, 产生凝胶的临界化支化系数c 普遍关系为：f1 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_* 对于 3-2 体系, pc1/ 2c=0.707.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（2） 普遍情形分析体形缩聚通常采纳两种二官能度单体（A-A,B-B ）,另加多官能度单体Af （ f2 ）,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料

22、- - - 欢迎下载精品_精品资料_pA c1rrf1/ 22.为支化单元（Af ）中 A 基团数占混合物中A 总数的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_分率.1 两基团数相等,即r=1 ,并且 pApBp ,就可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_p1c1f21/ 2 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2 无 A-A 分子（=1）,但 rCH3C6H5RCH2R2CHCL3CR3CBr3C.RCHCORRCHCNRCHCOORCH2=CHCH2C6H52CHC

23、6H53C前两个过于活泼简洁引起爆聚, 后 5 个是稳固自由基, 无引发才能, 成为阻聚剂.3.4.2 自由基聚合机理（1） ）链引发第一步：引发剂 I 分解,形成初级自由基 R. . 其次步：初级自由基与单体加成,形成单体自由基.（2） ） 链增长链增长反应有两个特点：一是强放热.二是活化能低,增长极快.（3） ） 链终止* 偶合终止由两自由基的独电子相互结合成共价键的终止方式,结果,显现头-头链接,大分子的聚合聚合度是链自由基结构单元数的2 倍,大分子两端均为引可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_发剂残基 R.* 歧化终止由某自由基夺取另一自由基的氢原子或其他原子而终止的方式.

24、歧 化终止的结果, 大分子的聚合度与链自由基的结构单元数相同,每个大分子只有一端引发剂残基,另一端为饱和或不饱和,两者各半.（4） ）链转移链自由基仍有可能从单体、 引发剂、溶剂或大分子上夺取一个原子而终止, 将电子给失去原子的分子而成为新自由基,连续新联的增长.* 自由基向某些物质转移后,如形成稳固自由基,就不能再引发单体聚合,最终失活终止, 产生诱导期, 这一现象称作阻聚作用. 具有阻聚作用的化合物称作阻聚剂,如苯醌.3.4.3 自由基聚合微观机理特点（ p70）(1) 慢引发,快增长,速终止的动力学特点,链引发是掌握速率的关键步骤.（2） ）只有链增长反应才能使聚合度增加,增长极快,前后

25、生成的聚合物分子量变化不大.（3） ）随着聚合的进行,单体浓度逐步降低,聚合物浓度相应增加.（4） ）少量苯醌等阻聚剂足以使自由基聚合终止.3.5 引发剂（ p70-71）（1） ）偶氮类引发剂* 偶氮二异丁腈（ AIBN ）,分解反应呈一级反应,无诱导分解,只产生一种自由基,另一优点是比较稳固,储存安全.* 偶氮二异庚腈 ABVN（2） ）有机过氧类引发剂* 过氧化二苯甲酰（ BPO）（3） ）无机过氧类引发剂* 过硫酸盐,如过硫酸钾和过硫酸铵,是这类引发剂的代表,水溶性,多用于乳液聚合和水溶液聚合,其分解产物是离子自由基SO4或自由基离子.3.5.2 氧化仍原引发体系（1） ）水溶性氧化

26、-仍原引发体系.（2） ）油溶性氧化 -仍原引发体系.3.5.3 引发剂分解动力学在自由基聚合的三步主要机元反应中,链引发是最慢的一步, 掌握着总的聚合速率.引发剂用量是影响速率和分子量的关键因素.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_t1/ 2ln 20.693.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_kdkd可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_半衰期与温度关系也有类似的关联式：3.5.4 引发剂效率lg t1/ 2AB ;T可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_引发剂分解后, 往往只有一部分用来引发单体聚合,这部分引发剂占引发剂分解或消耗总量的分数称作引发剂效率（f） .(1) 诱导分解.(2) 笼蔽效应伴副反应.可编辑资料 - - - 欢迎下载