高分子的基本概念高分子化学.ppt

第第ⅠⅠ部分部分 高分子化学高分子化学高分子化学的定义高分子化学的定义 合成：合成： 由小分子化合物经过聚合反应形成高分由小分子化合物经过聚合反应形成高分子化合物的过程子化合物的过程 反应：以高分子为反应物进行的化学反应反应：以高分子为反应物进行的化学反应例例苯乙烯　苯乙烯　→　聚苯乙烯　聚苯乙烯聚乙烯醇　聚乙烯醇　→　聚乙烯醇缩甲醛　聚乙烯醇缩甲醛例例高分子化学高分子化学是研究高分子化合物合成和反应的一门是研究高分子化合物合成和反应的一门科学科学第第1 1章章 绪 论高分子的基本概念高分子的基本概念高分子化合物的基本特征高分子化合物的基本特征高分子化合物的命名和分类高分子化合物的命名和分类聚合反应聚合反应1本本章章内内容容学习要点学习要点1. 1. 高分子化合物的定义及其特点；高分子化合物的定义及其特点；2 2．七种分类和五种命名方法；．七种分类和五种命名方法；3 3．大分子结构式和聚合反应方程式的书写规范；．大分子结构式和聚合反应方程式的书写规范； 4 4．相对分子质量及其多分散性．相对分子质量及其多分散性 一、高分子化合物定义一、高分子化合物定义(macromolecule compound ) 一种由许多相同的、简单的结构单元通过共价键一种由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的相对分子质量很重复连接而成的相对分子质量很大大（ 104~106 ）的化的化合物。

合物第第第第1.11.1节节节节 高分子的基本概念高分子的基本概念高分子的基本概念高分子的基本概念高分子 高聚物 聚合物 Macromolecule high polymer polymer二、高分子化合物的相关概念二、高分子化合物的相关概念 1 单体单体单体单体——合成聚合物的起始原料合成聚合物的起始原料合成聚合物的起始原料合成聚合物的起始原料▓▓实例分析实例分析　　以氯乙烯（以氯乙烯（VCVC）为单体，通过聚合生成聚氯乙）为单体，通过聚合生成聚氯乙烯（烯（PVCPVC）聚丙烯腈聚丙烯腈聚对苯二甲酸聚对苯二甲酸乙二醇酯，乙二醇酯，PETPET 以对苯二甲酸、乙二醇为单体，通过聚合以对苯二甲酸、乙二醇为单体，通过聚合生成聚对苯二甲酸乙二醇酯（的确良）生成聚对苯二甲酸乙二醇酯（的确良）注意：聚乙烯醇（PVA）l l在大分子链中出现的在大分子链中出现的在大分子链中出现的在大分子链中出现的以单体结构为基础以单体结构为基础以单体结构为基础以单体结构为基础的原子团的原子团的原子团的原子团称为称为称为称为结构单元结构单元结构单元结构单元（（（（Structure unitStructure unitStructure unitStructure unit））））l l结构单元有时也称为结构单元有时也称为结构单元有时也称为结构单元有时也称为单体单元单体单元单体单元单体单元（（（（Monomer unitMonomer unitMonomer unitMonomer unit）。

2 2 结构单元结构单元结构单元结构单元、单体单元、重复单元、聚合度、单体单元、重复单元、聚合度结构单元、重复单元、单体单元结构单元、重复单元、单体单元单体单体聚氯乙烯聚氯乙烯 （（PVC））2.1 2.1 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结构单元＝单体单元＝重复单元结构单元＝单体单元＝重复单元结构单元＝单体单元＝重复单元结构单元＝单体单元＝重复单元l l n n n n表示重复单元数，表示重复单元数，表示重复单元数，表示重复单元数，聚合度聚合度聚合度聚合度DP=nDP=nDP=nDP=n聚合聚合缩写成缩写成聚苯乙聚苯乙烯烯 (PS)(PS)l l聚合度聚合度聚合度聚合度（（（（Degree of polymerization Degree of polymerization Degree of polymerization Degree of polymerization ，，，，DP ）））） 聚合度聚合度聚合度聚合度：：是是是是分子链中重复单元的平均数目分子链中重复单元的平均数目 衡量高分子大小的一个指标。

有衡量高分子大小的一个指标有衡量高分子大小的一个指标有衡量高分子大小的一个指标有2 2 2 2种表示法：种表示法：种表示法：种表示法：例如：例如：例如：例如：DP = noo 由由由由1 1 1 1种结构单元组成的高分子种结构单元组成的高分子种结构单元组成的高分子种结构单元组成的高分子, , , ,以大分子链中以大分子链中以大分子链中以大分子链中的的的的结构单元数目结构单元数目结构单元数目结构单元数目表示聚合度，记作表示聚合度，记作表示聚合度，记作表示聚合度，记作DPDPDPDP 聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯 PS PS PS PS、、、、聚氯乙烯聚氯乙烯PVC等，等，聚合度聚合度聚合度聚合度= = = =重复单元重复单元重复单元重复单元数即数即数即数即式中式中式中式中: : : : M —— M —— M —— M ——高分子的分子量高分子的分子量高分子的分子量高分子的分子量 M M M M0 0 0 0 ————————结构单元的分子量结构单元的分子量结构单元的分子量结构单元的分子量l l由由由由1 1 1 1种结构单元组成的高分子种结构单元组成的高分子种结构单元组成的高分子种结构单元组成的高分子, , , ,高分子的分子量高分子的分子量高分子的分子量高分子的分子量是结是结是结是结构单元的分子量与聚合度构单元的分子量与聚合度构单元的分子量与聚合度构单元的分子量与聚合度DPDPDPDP或重复单元数或重复单元数或重复单元数或重复单元数n n n n的乘积。

的乘积l l 高分子的分子量高分子的分子量高分子的分子量高分子的分子量（数均分子量）（数均分子量）：：：： 单体单体单体单体结构单元结构单元结构单元结构单元重复单元重复单元聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，PETPET2.2 2.2 由由由由2 2 2 2种结构单元构成种结构单元构成种结构单元构成种结构单元构成1 1 1 1个重复结构单元的高分子个重复结构单元的高分子个重复结构单元的高分子个重复结构单元的高分子尼龙尼龙尼龙尼龙-66-66-66-66结构单元结构单元结构单元结构单元 结构单元结构单元结构单元结构单元重复单元重复单元重复单元重复单元结构单元结构单元结构单元结构单元     重复单元重复单元重复单元重复单元     单体单元单体单元单体单元单体单元l例如尼龙例如尼龙-66-66，单体在形成高分子的过程中要失掉，单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子，上述一些原子，上述2 2种结构单元与其单体己二胺、和种结构单元与其单体己二胺、和己二酸不同己二酸不同oo 由由由由2 2 2 2种结构单元构成种结构单元构成种结构单元构成种结构单元构成1 1 1 1个重复结构单元的高分个重复结构单元的高分个重复结构单元的高分个重复结构单元的高分子，子，子，子，以大分子链中的以大分子链中的以大分子链中的以大分子链中的重复单元数目重复单元数目重复单元数目重复单元数目表示，记作表示，记作表示，记作表示，记作l l聚合度聚合度聚合度聚合度（（（（Degree of polymerization Degree of polymerization Degree of polymerization Degree of polymerization ，，，，DP ））））l象尼龙象尼龙-66-66、涤纶树脂，这类聚合物的、涤纶树脂，这类聚合物的2 2种结构单种结构单元总数叫做元总数叫做聚合度聚合度，用，用 表示。

而且聚合度是表示而且聚合度是重复单元数的重复单元数的2 2倍即注意：注意：注意：注意：一定要正确书写重复单元，确保一定要正确书写重复单元，确保一定要正确书写重复单元，确保一定要正确书写重复单元，确保M M M Mo o o o正确正确正确正确计算l l 高分子的分子量高分子的分子量高分子的分子量高分子的分子量（数均分子量）（数均分子量）：：：： l l由由由由2 2 2 2种结构单元构成种结构单元构成种结构单元构成种结构单元构成1 1 1 1个重复结构单元的高分子，个重复结构单元的高分子，个重复结构单元的高分子，个重复结构单元的高分子，高高高高分子的分子量分子的分子量分子的分子量分子的分子量是重复单元的分子量是重复单元的分子量是重复单元的分子量是重复单元的分子量M M M Mo o o o与聚合度与聚合度与聚合度与聚合度 的乘的乘的乘的乘积2.3 2.3 由无规排列的结构单元组成的高分子由无规排列的结构单元组成的高分子由无规排列的结构单元组成的高分子由无规排列的结构单元组成的高分子 由一种单体聚合而成的高分子称为由一种单体聚合而成的高分子称为由一种单体聚合而成的高分子称为由一种单体聚合而成的高分子称为均聚物均聚物均聚物均聚物。

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)Homopolymerization)例如：聚氯乙烯、聚乙烯、例如：聚氯乙烯、聚乙烯、例如：聚氯乙烯、聚乙烯、例如：聚氯乙烯、聚乙烯、 ( (涤纶涤纶涤纶涤纶) )树脂氯乙烯单体氯乙烯单体由对苯二甲酸和乙二醇反应生成的由对苯二甲酸和乙二醇反应生成的““隐隐含单体含单体”——”——对苯二甲酸双对苯二甲酸双-β--β-羟乙酯：羟乙酯：HOOC-Ph-COOCHHOOC-Ph-COOCH2 2CHCH2 2OHOH 由由由由2 2 2 2种或种或种或种或2 2 2 2种以上的单体聚合而成的高分子则称种以上的单体聚合而成的高分子则称种以上的单体聚合而成的高分子则称种以上的单体聚合而成的高分子则称为为为为共聚物共聚物共聚物共聚物例如：丁苯橡胶例如：丁苯橡胶例如：丁苯橡胶例如：丁苯橡胶 x, yx, yx, yx, y为任意值，故在分子链上结构单元的为任意值，故在分子链上结构单元的为任意值，故在分子链上结构单元的为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任意的：排列是任意的：排列是任意的：排列是任意的：    M M1 1M M2 2M M1 1M M1 1M M2 2M M1 1M M2 2M M2 2M M2 2     在这种情况下，无法确定它的重复单元，仅在这种情况下，无法确定它的重复单元，仅在这种情况下，无法确定它的重复单元，仅在这种情况下，无法确定它的重复单元，仅结构单元＝单体单元结构单元＝单体单元结构单元＝单体单元结构单元＝单体单元三、高分子化合物的基本特征三、高分子化合物的基本特征三、高分子化合物的基本特征三、高分子化合物的基本特征l l分子量大是高分子的根本性质分子量大是高分子的根本性质分子量大是高分子的根本性质分子量大是高分子的根本性质 高分子的许多特殊性质都与分子量大有关，如：高分子的许多特殊性质都与分子量大有关，如： 高分子的溶液性质：高分子的溶液性质： 难溶，甚至不溶，溶解过程往往要经过溶胀阶段难溶，甚至不溶，溶解过程往往要经过溶胀阶段 溶液粘度比同浓度的小分子高得多溶液粘度比同浓度的小分子高得多 分子之间的作用力大分子之间的作用力大, ,只有液态和固态只有液态和固态, ,不能汽化不能汽化 固体聚合物具有一定的力学强度固体聚合物具有一定的力学强度, ,可抽丝、能制膜可抽丝、能制膜1.1.1.1.相对分子质量足够大相对分子质量足够大l l分子量多大才算是高分子？其实，并无明确界分子量多大才算是高分子？其实，并无明确界分子量多大才算是高分子？其实，并无明确界分子量多大才算是高分子？其实，并无明确界限，一般限，一般限，一般限，一般分子量划分分子量划分 - - - - - < 1000 < - - - - - - - - - - - - < 10000 < - - - - - - - - - - < 1000 < - - - - - - - - - - - - < 10000 < - - - - - 低分子低分子低分子低分子 过渡区（齐聚物）过渡区（齐聚物）过渡区（齐聚物）过渡区（齐聚物） 高聚物高聚物高聚物高聚物＜＜ 1000 1000～～ 低分子量化合物低分子量化合物 10103 3 ～～ 10 104 4 中等分子量化合物（齐聚物）中等分子量化合物（齐聚物） 10104 4 ～～ 10 106 6 高分子化合物高分子化合物 >10>106 6 超高分子量化合物超高分子量化合物l l高分子的强度与分子量密切相关高分子的强度与分子量密切相关高分子的强度与分子量密切相关高分子的强度与分子量密切相关AC强强度度聚合度聚合度BA A 点是初具强度的最低聚合度，点是初具强度的最低聚合度，点是初具强度的最低聚合度，点是初具强度的最低聚合度，A A A A点以上强度随分子链迅速增点以上强度随分子链迅速增点以上强度随分子链迅速增点以上强度随分子链迅速增加；加；加；加；B B B B 点是临界点，强度增点是临界点，强度增点是临界点，强度增点是临界点，强度增加逐渐减慢；加逐渐减慢；加逐渐减慢；加逐渐减慢；C C C C 点以后强度点以后强度点以后强度点以后强度不再明显增加不再明显增加不再明显增加不再明显增加 A B尼龙尼龙 40 150 40 150纤维素纤维素 60 250 60 250乙烯基乙烯基 100 400100 400聚合物聚合物 不同高分子初具强不同高分子初具强不同高分子初具强不同高分子初具强度的聚合度和临界点的度的聚合度和临界点的度的聚合度和临界点的度的聚合度和临界点的聚合度不同，如聚合度不同，如聚合度不同，如聚合度不同，如 分子量过大分子量过大分子量过大分子量过大, , , , 聚合物熔体粘度过高聚合物熔体粘度过高聚合物熔体粘度过高聚合物熔体粘度过高, , , , 难以成难以成难以成难以成型加工达到一定分子量，保证使用强度后，不必型加工达到一定分子量，保证使用强度后，不必型加工达到一定分子量，保证使用强度后，不必型加工达到一定分子量，保证使用强度后，不必追求过高的分子量追求过高的分子量追求过高的分子量追求过高的分子量l l高分子的加工性能与分子量有关高分子的加工性能与分子量有关高分子的加工性能与分子量有关高分子的加工性能与分子量有关常用的聚合物的分子量（万）常用的聚合物的分子量（万）常用的聚合物的分子量（万）常用的聚合物的分子量（万） p8 p8 p8 p8塑料塑料塑料塑料 分子量分子量分子量分子量 纤维纤维纤维纤维 分子量分子量分子量分子量 橡胶橡胶橡胶橡胶 分子量分子量分子量分子量聚乙烯聚乙烯聚乙烯聚乙烯 6 6～～～～30 30 涤纶涤纶涤纶涤纶 1.8 1.8～～～～2.3 2.3 天然橡胶天然橡胶天然橡胶天然橡胶 20 20～～～～4040聚氯乙烯聚氯乙烯聚氯乙烯聚氯乙烯 5 5～～～～15 15 尼龙尼龙尼龙尼龙-66 1.2-66 1.2～～～～1.8 1.8 丁苯橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶 15 15～～～～2020聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯 10 10～～～～30 30 维尼纶维尼纶维尼纶维尼纶 6 6～～～～7.5 7.5 顺丁烯胶顺丁烯胶顺丁烯胶顺丁烯胶 25 25～～～～30302 以共价键结合的大分子以共价键结合的大分子 聚氯乙烯聚氯乙烯 （（PVC））～～～～ CH2━━ CH ━━ CH2━━ CH ━━ CH2━━ CH ～～～～ 　　　　　　　　 　　│ 　　　　　　 │ │　　 Cl Cl Cl聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯，PETPET3 合成高分子化合物的分子结构比较简单，由相 同的化学结构重复多次而成。

聚丙烯结构式聚丙烯结构式n: 重复单元重复的次数说明：端基相对于长链的大分子，所占比例很小，一 般情况下，不影响高分子的性能，因此，略去不写4. 4. 4. 4. 分子量具有多分散性分子量具有多分散性分子量具有多分散性分子量具有多分散性l什么是分子量的多分散性（什么是分子量的多分散性（Polydispersity） ？？ 高分子不是由单一分子量的化合物所组成，高分子不是由单一分子量的化合物所组成，即使是一种即使是一种““纯粹纯粹””的高分子，也是由的高分子，也是由化学组成化学组成相同、分子量不等、结构不同的同系聚合物相同、分子量不等、结构不同的同系聚合物的混的混合物所组成合物所组成 这种高分子的分子量不均一这种高分子的分子量不均一( (即分子量大小即分子量大小不一、参差不齐）的特性，就称为不一、参差不齐）的特性，就称为分子量的多分分子量的多分散性注意：注意：B一般测得的高分子的分子量都是平均分子量一般测得的高分子的分子量都是平均分子量B聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同相同5. 5. 5. 5. 高分子的结构复杂高分子的结构复杂高分子的结构复杂高分子的结构复杂 大分子是由许多相同的结构单元重复连接而大分子是由许多相同的结构单元重复连接而成的。

最简单的连接方式呈线型，形成线型大分成的最简单的连接方式呈线型，形成线型大分子结构单元也可能连接成支链型和体型大分子结构单元也可能连接成支链型和体型大分子高分子链的几何形状大致高分子链的几何形状大致线形线形、、支链形支链形、、体形体形三三种高分子链的微结构也相当复杂高分子链的微结构也相当复杂高高 分分 子子 化化 学学有机化学有机化学物理化学物理化学化学工程化学工程…...聚合反应工程聚合反应工程高高 分分 子子 物物 理理小分子化合物小分子化合物高分子化合物高分子化合物制品制品聚合物成型加工聚合物成型加工材料力学材料力学流体力学流体力学…...分分 子子 结结 构构形形 态态 形形 状状使使用用性性能能无机化学无机化学分析化学分析化学物物 理理循环利用循环利用石油天燃气煤其它高分子科学高分子科学高分子工程高分子工程高分子化学及相关学科高分子化学及相关学科　　　　▲▲单体（单体（monomer））　　　　能够形成结构单元的分子所组成的化合物，即聚合时的小分子原料　　　　能够形成结构单元的分子所组成的化合物，即聚合时的小分子原料　　　　▲▲结构单元（结构单元（structural unit））　　　　组成高聚物重复结构单元的基本单元。

　　　　组成高聚物重复结构单元的基本单元　　　　▲▲重复结构单元（重复结构单元（structural repeat unit））　　　　高分子链中重复出现的单元，即链节（　　　　高分子链中重复出现的单元，即链节（chain element）　　　　▲▲聚合度（聚合度（degree of polymerization））　　　　重复结构单元数目，即链节数单独提出用　　　　重复结构单元数目，即链节数单独提出用DP或或Xn表示，在结构式中表示，在结构式中用用n表示　　　　●●三个关系的处理三个关系的处理　　　　▲▲结构单元与重复结构单元的关系结构单元与重复结构单元的关系　　　　▲▲单一单一高分子的相对分子质量与聚合度、重复结构单元相对分子质量的关系高分子的相对分子质量与聚合度、重复结构单元相对分子质量的关系重复结构单元重复结构单元≥≥结构单元结构单元小小 结结　　▲▲单一相对分子质量与平均相对分子质量的关系单一相对分子质量与平均相对分子质量的关系　　　　 单一相对分子质量只对个体高分子，平均相对分子质量是体单一相对分子质量只对个体高分子，平均相对分子质量是体系内所有个体相对分子质量的平均值。

个体高分子的相对分子质系内所有个体相对分子质量的平均值个体高分子的相对分子质量没有实用价值，真正有价值的是量没有实用价值，真正有价值的是平均相对分子质量的大小平均相对分子质量的大小　　　　 原因：原因：高聚物是由相对分子质量不等的同系聚合物组成的混高聚物是由相对分子质量不等的同系聚合物组成的混合物，即高聚物的相对分子质量具有多分散性合物，即高聚物的相对分子质量具有多分散性　　　　 多分散性的描述多分散性的描述：分布曲线法、分散系数：分布曲线法、分散系数HI法　　　　▲▲常见三大合成材料的相对分子质量范围常见三大合成材料的相对分子质量范围塑　　料塑　　料相对分子质量相对分子质量橡　　胶橡　　胶相对分子质量相对分子质量纤　　维纤　　维相对分子质量相对分子质量高密度聚乙烯高密度聚乙烯聚氯乙烯聚氯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯聚碳酸酯聚碳酸酯6～～30万万5～～15万万10～～30万万2～～6万万天然橡胶天然橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶氯丁橡胶20～～40万万16～～20万万25～～30万万10～～12万万锦纶锦纶-66涤纶涤纶维尼纶维尼纶腈纶腈纶1.2～～1.8万万1.8～～2.3万万6～～7.5万万5～～8万万。