高分子化学第一章绪论.ppt
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1、第第 一一 章章 绪绪 论论高高 分分 子子 化化 学学http:/http:/=/s_web/link参考书高聚物合成工艺学 赵德仁 化学工业出版社高分子化学 潘祖仁 化学工业出版社府寿宽等,高分子化学(M),复旦大学出版社,上海,1995冯新德.高分子合成化学(M),上册,科学出版社,北京,1981高分子化学教程王槐三主编科学出版社高分子化学潘祖仁主编化学工业出版社George Odian.Principle of Polymerization(M),2 nd ed.,New York:John Wiley&Sonc,Inc.,1981.Textbook of Polymer Scienc
2、e(M),3 nd ed.,New York:John Wiley&Sonc,Inc.,1984高高 分分 子子也叫也叫聚合物分子聚合物分子或或大分子大分子,具有,具有高的相对分子量高的相对分子量,其结,其结构必须是由多个构必须是由多个重复单元重复单元所组成,并且这些重复单元实所组成,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。际上或概念上是由相应的小分子衍生而来。Polymer molecule,Macromolecule根据根据IUPAC1996IUPAC1996年之建议:年之建议:Excerpt from Pure Appl.Chem.1996,68,2287-23111.1
3、 高高 分分 子子 基基 本本 概概 念念聚氯乙烯聚氯乙烯聚乙烯醇聚乙烯醇实际上概念上高高 分分 子子小小 分分 子子聚聚 合合 反反 应应Polymerization单单 体体能够进行聚合反应,并构成高分子基本结构组成单元能够进行聚合反应,并构成高分子基本结构组成单元的小分子。的小分子。高分子化合物高分子化合物Polymeric SubstanceMonomer或称或称聚合物聚合物,是由许多单个高分子(聚合物分子)组成的,是由许多单个高分子(聚合物分子)组成的物质。物质。1.1 高高 分分 子子 基基 本本 概概 念念链链 原原 子子Chain Atoms构成高分子构成高分子主链骨架主链骨架
4、的单个原子。的单个原子。链链 单单 元元Chain Units由链原子及其取代基组成的原子或原子团。由链原子及其取代基组成的原子或原子团。聚丙烯聚丙烯聚乙二醇聚乙二醇1.1 高高 分分 子子 基基 本本 概概 念念构成高分子构成高分子主链结构主链结构一部分的单个原子或原子团,可包含一一部分的单个原子或原子团,可包含一个或多个链单元。个或多个链单元。重复重复组成高分子分子结构的组成高分子分子结构的最小最小的结构单元。的结构单元。结结 构构 单单 元元Constitutional Unit重重 复复 结结 构构 单单 元元Constitutional Repeating Unit,CRU1.1 高
5、高 分分 子子 基基 本本 概概 念念单个聚合物单个聚合物分子所含单体单元的数目。分子所含单体单元的数目。聚聚 合合 度度Degree of Polymerization,DP聚合物分子结构中由聚合物分子结构中由单个单个单体分子生成的单体分子生成的最大最大的结构单元。的结构单元。单单 体体 单单 元元Monomer(ic)Unit,mer 聚合物聚合物 单单 体体 单体单元单体单元 聚合度聚合度2n聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸乙二酯,涤纶,涤纶,PETn1.1 高高 分分 子子 基基 本本 概概 念念含有含有反应性反应性末端基团、能进一步聚合的高分子。末端基团、能进一步聚合的高分子。遥遥
6、爪爪 高高 分分 子子Telechelic Polymers 高分子链的末端结构单元。高分子链的末端结构单元。末末 端端 基基 团团End GroupsCH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3聚乙烯:聚乙烯:涤纶:涤纶:1.1 高高 分分 子子 基基 本本 概概 念念由一种(真实的、隐含的或假设的)单体聚合而成的聚合物。由一种(真实的、隐含的或假设的)单体聚合而成的聚合物。如:如:均均 聚聚 物物Homopolymer氯乙烯单体氯乙烯单体由对苯二甲酸和乙二醇反应由对苯二甲酸和乙二醇反应生成的生成的“隐含单体隐含单体”:HOOC-Ph-COOCH2CH2OH“假设单体假设单体”:乙烯醇:乙
7、烯醇1.1 高高 分分 子子 基基 本本 概概 念念生成均聚物的聚合反应称生成均聚物的聚合反应称均聚反应均聚反应 (Homopolymerization)。由一种以上(真实的、隐含的或假设的)单体聚合而成的聚由一种以上(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。合物。生成共聚物的聚合反应称为共聚反应。共共 聚聚 物物Copolymer判别均聚物判别均聚物:聚合物分子有且只有一种聚合物分子有且只有一种CRUCRU,并且该,并且该CRUCRU可以只可以只由一种(真实的、隐含的或假设的)单体衍生而来。由一种(真实的、隐含的或假设的)单体衍生而来。1.1 高高 分
8、分 子子 基基 本本 概概 念念HOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-隐含单体隐含单体HOOC-Ph-COOCH2CH2OHHOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OHHO(CH2)3OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-(OC-Ph-COOCH2CH2CH2O)m-HO-(CH2)5COOHHOCH2COOH-O(CH2)5COm-OCH2COn-共聚物共聚物共聚物共聚物均聚物均聚物CH2=CH2CH2=CHCH3假设假设隐含单体隐含单体?交替共聚物交替共聚物1.1 高高 分分 子子 基基 本本 概概 念念所有单体必须至少是双功能化的,
9、即至少含有两个反应点,所有单体必须至少是双功能化的,即至少含有两个反应点,可概括为三大类:可概括为三大类:(1)含两个(或以上)末端功能基的单体)含两个(或以上)末端功能基的单体,如:,如:羟基酸:羟基酸:HO-Z-COOH 氨基酸:氨基酸:H2N-Z-COOH 二元二元 胺:胺:H2N-Z-NH2 二元羧酸:二元羧酸:HOOC-Z-COOH 二元醇:二元醇:HO-Z-OH等等 聚合反应:通过单体功能基之间的反应进行,为逐步聚合反应。聚合反应:通过单体功能基之间的反应进行,为逐步聚合反应。1.1.1 聚聚 合合 反反 应应 的的 单单 体体1.1.1 聚聚 合合 反反 应应 的的 单单 体体(
10、2)含多重键的单体,)含多重键的单体,如:如:C=C双键:乙烯、丙烯、苯乙烯等双键:乙烯、丙烯、苯乙烯等 CC三键:乙炔及取代乙炔三键:乙炔及取代乙炔 C=O双键:甲醛等双键:甲醛等 聚合反应:多通过单体中重键加成反应进行,为链式聚合反应。聚合反应:多通过单体中重键加成反应进行,为链式聚合反应。(3)杂环单体,)杂环单体,如:如:聚合反应:开环聚合,依条件不同可为逐步或为链式聚合反应。聚合反应:开环聚合,依条件不同可为逐步或为链式聚合反应。I.I.单体单元的结构排列单体单元的结构排列首首-尾连接尾连接首首-首连接首连接尾尾-尾连接尾连接如单体如单体CH2=CHX聚合时,所得单体单元结构如下:聚
11、合时,所得单体单元结构如下:首首尾尾单体单元连接方式可有如下三种:单体单元连接方式可有如下三种:1.1.2 高高 分分 子子 的的 化化 学学 结结 构构若高分子中含有手性若高分子中含有手性C原子原子,则其立体构型可有则其立体构型可有D型和型和L型,型,据其连接方式可分为如下三种:(以聚丙烯为例)据其连接方式可分为如下三种:(以聚丙烯为例)(1)全同立构高分子全同立构高分子(isotactic polymer):主链上的:主链上的C*的立体构型全部为的立体构型全部为D型或型或L 型型,即即DDDDDDDDDD或或LLLLLLLLLLL;II.II.高分子的立体异构高分子的立体异构1.1.2 高
12、高 分分 子子 的的 化化 学学 结结 构构(2)间同立构高分子间同立构高分子(syndiotactic polymer):主链上的:主链上的C*的的立体构型各不相同立体构型各不相同,即即D型与型与L型相间连接,型相间连接,LDLDLDLDLDLDLD;立构规整性高分子立构规整性高分子(tactic polymer):C*的立体构型有的立体构型有规则连接,简称规则连接,简称等规高分子等规高分子。1.1.2 高高 分分 子子 的的 化化 学学 结结 构构(3)无规立构高分子无规立构高分子(atactic polymer):主链上的:主链上的C*的立体构型紊乱无规则连接。的立体构型紊乱无规则连接。
13、1.1.2 高高 分分 子子 的的 化化 学学 结结 构构III.III.共轭双烯聚合物的结构共轭双烯聚合物的结构共轭双烯单体聚合时可形成结构不同的单体单元,如最简单共轭双烯单体聚合时可形成结构不同的单体单元,如最简单的共轭双烯丁二烯可形成三种不同的单体单元:的共轭双烯丁二烯可形成三种不同的单体单元:1,2-1,2-加成结构加成结构 反式反式1,4-1,4-加成结构加成结构 顺式顺式1,4-1,4-加成结构加成结构丁二烯:丁二烯:CHCH2 2=CHCCH=CH=CHCCH=CH2 21.1.2 高高 分分 子子 的的 化化 学学 结结 构构 3,4-3,4-加成加成 1,2-1,2-加成加成
14、 反式反式1,4-1,4-加成加成 顺式顺式1,4-1,4-加成加成而异戊二烯则可形成四种不同的单体单元:而异戊二烯则可形成四种不同的单体单元:异戊二烯异戊二烯:1.1.2 高高 分分 子子 的的 化化 学学 结结 构构来来 源源天然高分子天然高分子:自然界天然存在的高分子。:自然界天然存在的高分子。半天然高分子半天然高分子:经化学改性后的天然高分子。经化学改性后的天然高分子。主链元素主链元素(链原子)(链原子)组成组成碳链高分子碳链高分子:主链(链原子)完全由主链(链原子)完全由C C原子组成。原子组成。杂链高分子杂链高分子:链原子除链原子除C外,还含外,还含O,N,S等杂原子。等杂原子。元
15、素有机高分子元素有机高分子:链原子由链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组等杂原子组成。成。合成高分子合成高分子:由单体聚合人工合成的高分子。由单体聚合人工合成的高分子。1.2 高分子化合物的分类及命名高分子化合物的分类及命名碳链高分子碳链高分子杂链高分子杂链高分子元素有机高分子元素有机高分子聚乙烯聚乙烯聚丙烯聚丙烯聚乙二醇聚乙二醇尼龙尼龙6聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷1.2 高分子化合物的分类及命名高分子化合物的分类及命名性性 质质 和和 用用 途途塑塑 料料纤纤 维维橡橡 胶胶涂涂 料料胶粘剂胶粘剂功能高分子功能高分子以聚合物为基础,加入(或不加)各种助剂以聚合物为基础,加入(或
16、不加)各种助剂和填料,经加工形成的塑性材料或刚性材料。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。具有可逆形变的高弹性材料。纤细而柔软的丝状物,长度至少为直径的纤细而柔软的丝状物,长度至少为直径的100倍。倍。1.2 高分子化合物的分类及命名高分子化合物的分类及命名涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和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具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料高分子材料
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