高分子化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第一章绪论Prolegomenon1国家级精品课程高分子化学第1页2高分子材料创生虽只有100多年,但其发展速度远远快于金属和无机材料。究其原因,是合成高分子结构含有几乎无穷改变可能性,赋予材料性能潜力远胜于其它物质。第2页3化工产品十分广泛,迄今已到达 7 万种之多,主要包含:无机酸、碱、盐和化肥为代表无机化工;烷烃、烯烃、芳烃、醇、醛、酸、酯、酮、胺等为代表基本有机化工;合成树脂及塑料、合成橡胶、合成纤维为代表高分子化工;医药、农药、染料、涂料、日用化学品为代表精细化工。还有一些逐步形成了独立工业部门,如炼油、冶金、医药、造纸、建材、酿造、环境保护等。化学工业已经而且会在较长时期内成为我国
2、国民经济主要支柱产业。第3页高分子?Macromolecule(大分子):包含天然大分子、合成大分子天然大分子:蛋白质DNA、RNA纤维素淀粉天然橡胶4合成大分子:在适当条件下人工合成大分子,称:Macromolecular Compound(大分子化合物)High Polymer(高聚物)Polymer(聚合物)第4页5高分子化学聚合物化学(Polymer Chemistry)研究聚合物合成与化学反应一门科学。包括到两大类反应:聚合物合成反应(聚合反应,Polymerization)小分子大分子聚合物化学反应(Polymer Reaction)新大分子大分子反应机理反应动力学小分子反应影响原
3、因反应实施方法第5页6什么是高分子?由原子或原子团(结构单元)以共价键形式连结而成大分子量同系混合物结构单元共价键连结大分子量(通常104)同系混合物(含有分子量多分散性)注:“分子量”一词国内相关标准要求称“相对分子质量”。但对于高分子,国际上绝大多数专业书刊都称Molecular Weight,且考虑到以后还将引入“平均分子量”、“分子量分布”等高分子专有概念,故我们仍坚持称“分子量”。第6页7聚合CH2-CH-CH2-CH-CH2-CHn CH2 CHCH2 CHn缩写成1.1 高分子基本概念一个大分子往往是由许多相同、简单重复结构单元连接而成。比如:聚苯乙烯第7页尼龙-66单体己二酸:
4、HOOC(CH2)4COOH己二胺:NH2(CH2)6NH28CH2=CHCl氯乙烯1)单体(Monomer):合成聚合物低分子量原料CH2=CH苯乙烯第8页CH2CH2)重复结构单元(Repeating Structure Unit):大分子链上化学组成和结构均可重复出现最小基本单元,可简称重复单元,又可称链节(Chain Element)聚氯乙烯重复单元重复单元特点:以单体结构为基础Cl在聚合物链中重复出现尼龙-66重复单元NH(CH 2)6 NH CO(CH 2)4 CO9第9页结构单元Case 1:聚合物由二种单体缩聚而生成。如:H 2 N(C H 2)6 N H 2 +H O O C
5、(C H 2)4 C O O HH-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OH+(2n-1)H 2On重复单元结构单元3)结构单元(Structure Unit):单体分子经过聚合反应进入大分子链基本单元。结构单元元素组成可以与单体元素组成相同,也可以不一样。10第10页11重复单元(链节)结构单元本例特点:因两种单体参加聚合,故两种结构单元组成了一个重复结构单元。4)单体单元(Monomer Unit):单体分子经过聚合反应形成元素组成与单体完全相同结构单元。因聚合反应为官能团间缩合反应,单体分子进入大分子后失去了一些元素,故结构单元不能称单体单元。第11页以大分子链中结构单元数目表示
6、,记作以大分子链中重复单元数目表示,记作 DP12H-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHn5)聚合度(Degree of Polymerization):聚合物分子量大小一个指标,在聚合物分子结构式中以n 表示,也称为链节数。有两种表示方法:X n第12页=(M 10 +M 20)Xn=2 DP =2 nX n2M=DP M 0=X n1 M 10 +X n 2 M 20本例中,因两种结构单元组成了一个重复结构单元,所以聚合物分子量(Molecular Weight):式中,M0重复单元“分子量”,M10、M20 分别为两种结构单元“分子量”,且M 0 =M 10 +M 2013
7、第13页14Case 2:聚合物由一个单体聚合而生成,且重复结构单元元素组成与单体元素组成完全相同。如:CH2-CH-CH2-CH-CH2-CHn CH2 CH重复单元(链节)结构单元单体单元式中,M0 为重复单元(或结构单元)分子量,也就是单体分子量。DP=X n =nM=DP M 0=X n M 0CH2 CHn第14页Case 3:聚合物由一个单体聚合而生成,但重复单元元素组成与单体元素组成不一样。如:重复单元(链节)结构单元 单体单元注意:式中,M0 是重复单元(或结构单元)“分子量”,而不是单体分子量15DP=X n =nM=DP M 0=X n M 0第15页Case 4:聚合物由
8、二种单体聚合而生成,但两种结构单元元素组成份别与两种单体元素组成相同。如:与之对应,由一种单体聚合而成聚合物称均聚合物(Homopolymer)该聚合物(称共聚物,Copolymer)由丁二烯和苯乙烯二种单体共聚而成,存在着两种与各自单体元素组成完全相同结构单元。16第16页注意到,式中x,y为任意值,故在分子链上结构单元排列是任意,即M1M2M1M1M2M1M2M2M2 这种由无规排列结构单元组成高分子,无法确定它重复单元,仅结构单元单体单元M =X n1 M 10 +X n 2 M 2017第17页18塑料(Plastics)橡胶(Rubber)称为“三大合成材料”,产量大,应用面广。纤维
9、(Fiber)涂料(Coating,Paint)胶粘剂(Adhesive)功效高分子(生物医用高分子、光电功效高分子、分离功效高分子、)1.2 高分子化合物分类和命名A.分类(Classification)1)依据产品性能和用途分第18页192)依据高分子主链结构分类碳链聚合物大分子主链完全由碳原子组成,绝大部分烯类、双烯类聚合物属于这一类,如:PE,PP,PS,PVC等。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、聚醚等。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:硅橡胶等。无机高分
10、子主链和侧链均无碳原子,如:硅酸盐等。第19页20均聚物:“聚(Poly)”单体名,如:乙烯聚乙烯Polyethylene,PE甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯Polymethyl Methacrylate,PMMAB.命名(Nomenclature)也有以假想单体为基础命名,如聚乙烯醇(PolyvinylAlcohol)CH2CH nOH乙烯醇为假想单体,聚乙烯醇实际上是聚乙酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate)水解产物。1)习惯命名法:以单体名称为基础命名第20页21尿素+甲醛甘油+邻苯二甲酸酐脲醛树脂醇酸树脂共聚物:取单体简名,在后面加“树脂(Resin)”或“橡胶(Rubber)
11、”合成树脂:苯酚(Phenol)+甲醛(Formaldehyde)酚醛树脂(PF Resin)第21页22丁二烯(Butadiene)+苯乙烯(Styrene)丁二烯(Butadiene)+丙烯腈(Acrylonitrile)丁苯橡胶(SBR)丁腈橡胶乙丙橡胶(EPR)乙烯(Ethylene)+丙烯(Propylene)以高分子链结构特征命名O-C-O-聚酯-NH-C-O-聚氨酯OO-C-NH-聚酰胺-O-聚醚合成橡胶:第22页商品名(合成纤维最普遍,我国以“纶”作为后缀)如涤纶丙纶锦纶聚对苯二甲酸乙二醇酯(聚酯)纤维聚丙烯纤维聚酰胺纤维,常称尼龙(Nylon)尼龙品种很多,常以数字作后缀,以
12、示区分。其中第一个数字表示二元胺碳原子数,第二个数字表示二元酸碳原子数,只附一个数字表示内酰胺或氨基酸碳原子数。23第23页24尼龙-66己二胺(Hexanediamine)和己二酸(Adipic Acid)合成产物,学名聚己二酰己二胺。尼龙-610己二胺(Hexanediamine)和癸二酸(Sebacic Acid)合成产物,学名聚癸二酰己二胺。尼龙-6己内酰胺(Caprolactam)或-氨基已酸产物,学名:聚己内酰胺。第24页25英文缩写ABS:丙烯腈(Acrylonitrile)-丁二烯(Butadiene)-苯乙烯(Styrene)共聚物SBR:丁苯橡胶(Styrene-Butad
13、iene Rubber)EVA:乙烯(Ethylene)-乙酸乙烯酯(VinylAcetate)共聚物第25页名称俗名英文名称俗名英文聚乙烯PEPolyethylene聚碳酸酯PCPolycarbonate聚丙烯PPPolypropylene聚丙烯酰胺PAMPolyacrylamide聚异丁烯PIBPolyisobutylene聚丙烯酸甲酯PMAPolymethylacrylate聚苯乙烯PSPolystyrene聚甲基丙烯酯甲酯PMMAPolymethylmethacrylate聚氯乙烯PVCPolyvinyl Chloride聚醋酸乙烯PVAcPolyvinyl Acetate聚四氟乙烯P
14、TFEPolytetra-fluoroethylene聚乙烯醇PVAPolyvinyl Alcohol聚丙烯酸PAAPolyacrylic Acid聚丁二烯PBPolybutadiene聚酯PETPolyester聚丙烯腈PANPolyacrylnitrile26惯用聚合物俗名及英文第26页272)结构系统命名法:由(International Union of Pure and Applied Chemistry,IUPAC)提出命名程序:确定重复单元结构排出重复单元中次级单元(Subunit)次序,两个标准:a.对乙烯基聚合物,先写有取代基部分b.连接元素最少次级单元写在前面给重复单元命名
15、,在前面加“聚”字第27页所连接侧基元素最少部分先写CH=CHCH2CH2聚(1-亚丁烯基)聚丁二烯28CHCH2Cl聚(1-氯代乙烯)聚氯乙烯例:先写有取代基部分CHCH2聚(1-苯基乙烯)聚苯乙烯第28页nPoly(oxycarbonyloxy-1,4-phenylene-isopropylidene-1,4-phenylene)29CH3NH(CH2)6NHCO(CH2)4COCH3OCOOCnCH3nC CH2聚1-(甲氧基羰基)-1-甲基乙烯Poly1-(methoxycarbonyl)-1-methyl ethylene COOCH3聚(亚胺基六甲叉亚胺基己二酰)Poly(imin
16、ohexamethylene iminoadipoyl)聚(氧羰基氧-1,4-苯撑异丙叉-1,4-苯撑)第29页按反应单体:均聚、共聚按反应类型:线形,开环,环化,转移,异构化按单体、聚合物组成和结构改变分类按聚合机理或动力学分类301.3 聚合反应(Polymerization)聚合反应单体聚合物第30页31n CH2=CHCl CH2CH nCl1)按单体和聚合物组成和结构改变分类A.加聚反应(Addition Polymerization):烯类单体因加成而聚合起来反应加聚反应生成物称加聚物(Addition Polymer)特点:聚合物结构单元与单体组成相同,分子量是单体分子量整数倍聚
17、合过程无副产物生成第31页32H NH(CH 2)6 NH CO(CH 2)4 CO n OH+(2n-1)H 2 O特点:官能团之间反应,缩聚物有特征结构官能团;有低分子副产物;缩聚物和单体分子量不成整数倍。B.缩聚反应(Polycondensation):单体经屡次缩合而聚合起来反应缩聚反应主产物为缩聚物(Condensation Polymer)。nH 2 N(CH 2)6 NH 2+nHO O C(CH 2)4 CO O H第32页Addition PolymerizationCondensation Polymerization烯类单体双键(Double Bond)加成官能团(Fun
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