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Part 1 高分子化学研究生学位课——纺织应用化学一、高分子化合物的涵义一、高分子化合物的涵义1、官能团、官能团–有机化合物中具有化学反应能力的基团，称有机化合物中具有化学反应能力的基团，称有机化合物中具有化学反应能力的基团，称有机化合物中具有化学反应能力的基团，称为官能团为官能团为官能团为官能团2、官能度、官能度–化学反应时，能生成新键（共价键）的数目，化学反应时，能生成新键（共价键）的数目，化学反应时，能生成新键（共价键）的数目，化学反应时，能生成新键（共价键）的数目，叫官能度叫官能度叫官能度叫官能度–乙二醇乙二醇乙二醇乙二醇HOCHHOCH2 2CHCH2 2OHOH具有两个羟基，具有具有两个羟基，具有具有两个羟基，具有具有两个羟基，具有两个官能团，是二官能度的化合物；两个官能团，是二官能度的化合物；两个官能团，是二官能度的化合物；两个官能团，是二官能度的化合物；–乙烯乙烯乙烯乙烯CHCH2 2==CHCH2 2，只有一个官能团，却是二，只有一个官能团，却是二，只有一个官能团，却是二，只有一个官能团，却是二官能度的化合物官能度的化合物官能度的化合物官能度的化合物一、基本概念一、基本概念3、高分子化合物：、高分子化合物：简称高分子或高聚物简称高分子或高聚物–是由含有两个或两个以上官能团的低分子化是由含有两个或两个以上官能团的低分子化是由含有两个或两个以上官能团的低分子化是由含有两个或两个以上官能团的低分子化合物通过共价键的形式连接而成的产物。

合物通过共价键的形式连接而成的产物合物通过共价键的形式连接而成的产物合物通过共价键的形式连接而成的产物4、单体、单体–以低分子物为原料合成高分子物时，能够形以低分子物为原料合成高分子物时，能够形以低分子物为原料合成高分子物时，能够形以低分子物为原料合成高分子物时，能够形成高分子结构单元的相应低分子物称为单体成高分子结构单元的相应低分子物称为单体成高分子结构单元的相应低分子物称为单体成高分子结构单元的相应低分子物称为单体二、高分子化合物的基本特性二、高分子化合物的基本特性1、、高分子物具有很高的分子量高分子物具有很高的分子量2、、高分子化合物大分子是以共价键连接的高分子化合物大分子是以共价键连接的3、、高分子物具有多分散性高分子物具有多分散性1、高分子物具有很高的分子量、高分子物具有很高的分子量几万至几百万几万至几百万几万至几百万几万至几百万低分子化合物低分子化合物低分子化合物低分子化合物高分子化合物高分子化合物高分子化合物高分子化合物物质物质物质物质分子量分子量分子量分子量物质物质物质物质分子量分子量分子量分子量水水水水1818淀粉淀粉淀粉淀粉10000~8000010000~80000乙醇乙醇乙醇乙醇4646天然纤维素天然纤维素天然纤维素天然纤维素20000002000000葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖198198锦纶锦纶锦纶锦纶15000~2300015000~23000丙烯丙烯丙烯丙烯4242聚丙烯聚丙烯聚丙烯聚丙烯6000~2000006000~200000对苯二甲酸对苯二甲酸对苯二甲酸对苯二甲酸乙二醇酯乙二醇酯乙二醇酯乙二醇酯211211涤纶涤纶涤纶涤纶12000~2000012000~200002、高分子大分子以共价键连接、高分子大分子以共价键连接n n一般高分子物的分子由许多结构相同或相似的一般高分子物的分子由许多结构相同或相似的一般高分子物的分子由许多结构相同或相似的一般高分子物的分子由许多结构相同或相似的结构单元通过共价键相互结合而成，可用结构单元通过共价键相互结合而成，可用结构单元通过共价键相互结合而成，可用结构单元通过共价键相互结合而成，可用A'-A-A'-A-A……-A"A……-A"或或或或A'-(A)A'-(A)n-2n-2-A"-A"表示。

表示n n基本链节：基本链节：基本链节：基本链节：式中式中式中式中-(A)--(A)-为重复结构单元，称为基为重复结构单元，称为基为重复结构单元，称为基为重复结构单元，称为基本链节A' A' 和和和和A"A"表示端基，与表示端基，与表示端基，与表示端基，与A A的组成可以相的组成可以相的组成可以相的组成可以相同，也可以不同同，也可以不同同，也可以不同同，也可以不同n n聚合度：聚合度：聚合度：聚合度：式中式中式中式中n n为组成大分子的基本链节数目，为组成大分子的基本链节数目，为组成大分子的基本链节数目，为组成大分子的基本链节数目，称为聚合度，以称为聚合度，以称为聚合度，以称为聚合度，以DPDP表示n n分子量分子量分子量分子量MM：：：：是基本链节原子量的总和，即是基本链节原子量的总和，即是基本链节原子量的总和，即是基本链节原子量的总和，即M=MA·DPM=MA·DPn n聚合度和分子量都可以用来表示高分子物分子聚合度和分子量都可以用来表示高分子物分子聚合度和分子量都可以用来表示高分子物分子聚合度和分子量都可以用来表示高分子物分子的大小3、高分子物具有多分散性、高分子物具有多分散性n n同一种高分子物的大分子，它们的化学同一种高分子物的大分子，它们的化学组成基本相同，但其分子量和分子结构组成基本相同，但其分子量和分子结构可以在一定范围内变化而不影响其物理可以在一定范围内变化而不影响其物理化学性质，这一特性称为高分子物的多化学性质，这一特性称为高分子物的多分散性。

分散性n n分子量多分散性：分子量多分散性：分子量大小的差异，分子量大小的差异，其程度用分子量分布表示通常所说的其程度用分子量分布表示通常所说的高分子物的分子量只是个平均值高分子物的分子量只是个平均值n n结构多分散性：结构多分散性：分子结构的差异如：分子结构的差异如：聚乙烯醇聚乙烯醇三、高分子化合物大分子的几何三、高分子化合物大分子的几何形状形状n n1 、、线形大分子线形大分子n n2 、、支链型大分子支链型大分子n n3 、、体型大分子体型大分子1、线形大分子、线形大分子n n线形长链、比较卷曲、没有或只线形长链、比较卷曲、没有或只线形长链、比较卷曲、没有或只线形长链、比较卷曲、没有或只有很少侧链有很少侧链有很少侧链有很少侧链– –由线形大分子组成的高分子物称为由线形大分子组成的高分子物称为由线形大分子组成的高分子物称为由线形大分子组成的高分子物称为线型高分子物线型高分子物线型高分子物线型高分子物– –一般二官能度的单体只能形成线型一般二官能度的单体只能形成线型一般二官能度的单体只能形成线型一般二官能度的单体只能形成线型高分子物高分子物高分子物高分子物 ……-A-A-A-A-A-A-…………-A-A-A-A-A-A-……2、支链形大分子、支链形大分子n n主链上有相当数量的支链，支链主链上有相当数量的支链，支链主链上有相当数量的支链，支链主链上有相当数量的支链，支链长短和数量各不相同。

长短和数量各不相同长短和数量各不相同长短和数量各不相同– –由支链形大分子组成的高分子物称由支链形大分子组成的高分子物称由支链形大分子组成的高分子物称由支链形大分子组成的高分子物称为支链型高分子物如为支链型高分子物如为支链型高分子物如为支链型高分子物如高压聚乙烯高压聚乙烯高压聚乙烯高压聚乙烯 A-A-A…… A-A-A…… A-A-AA-A-A…… …… ……-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A…………-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A…… A-A-A…… A-A-A……3、体型大分子、体型大分子n n形长链之间以共价键联结起来，形长链之间以共价键联结起来，形长链之间以共价键联结起来，形长链之间以共价键联结起来，便形成三度空间网状结构大分子便形成三度空间网状结构大分子便形成三度空间网状结构大分子便形成三度空间网状结构大分子n n由它组成的高分子物称为体型高分由它组成的高分子物称为体型高分由它组成的高分子物称为体型高分由它组成的高分子物称为体型高分子物。

如子物如酚醛树脂酚醛树脂酚醛树脂酚醛树脂等……-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A…………-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A…………-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A…………-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A…………-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A…………-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A……– –二官能度以上的单体能形成体型高分二官能度以上的单体能形成体型高分二官能度以上的单体能形成体型高分二官能度以上的单体能形成体型高分子物四、高分子化合物的分子间力四、高分子化合物的分子间力n n主价键力主价键力n n次价键力次价键力–氢键氢键氢键氢键–范德华力范德华力范德华力范德华力n n次价键力次价键力》》主价键力主价键力–次价键总和大于主链上每个单键，拉伸时主次价键总和大于主链上每个单键，拉伸时主次价键总和大于主链上每个单键，拉伸时主次价键总和大于主链上每个单键，拉伸时主链先断n n现象：无气态现象：无气态1、范德华力、范德华力n n色散力：色散力：0.8~8kJ/moln n取向力：取向力：12~21kJ/moln n诱导力：诱导力：6.3~12kJ/moln n分子间距离在分子间距离在0.28~5nm时，才会产生时，才会产生范德华力，其作用力大小与距离的范德华力，其作用力大小与距离的6次方次方成反比成反比色散力色散力 原子中电子负电中心与原子核的正电中心瞬间不重合而产生的瞬时偶极间的相互作用力。

能量：0.2~2千卡/mole， 与距离的六次方成反比，与温度无关 在非极性分子中占分子间力的80~100%诱导力诱导力 指非极性分子能在极性分子的作用下产生诱导偶极 诱导偶极与永久偶极间的相互作用力称为诱导力能量：1.5~3千卡/mole, 与距离的六次方成反比2、氢键、氢键n n指氢原子与电负性较大而半径较小的原指氢原子与电负性较大而半径较小的原子（如子（如F、、O、、N）相结合形成的一种次）相结合形成的一种次价键价键X—H··········Yn n键能：键能：5~10千卡千卡/moln n分子间距离小于分子间距离小于0.26nm时，才能产生氢时，才能产生氢键键n n氢键氢键=1/10共价键共价键3、内聚能和内聚能密度、内聚能和内聚能密度n n内聚能内聚能ΔE：：指指1mol分子聚集在一起的总分子聚集在一起的总能量，它等于同样数量的分子分离时的总能量，它等于同样数量的分子分离时的总能量 ΔE=ΔHV-RT 式中式中式中式中——ΔH——ΔHV V是摩尔蒸发热是摩尔蒸发热是摩尔蒸发热是摩尔蒸发热 RT RT是转化为气体时所做的膨胀功。

是转化为气体时所做的膨胀功是转化为气体时所做的膨胀功是转化为气体时所做的膨胀功3、内聚能和内聚能密度、内聚能和内聚能密度n n内聚能密度（内聚能密度（CED））:是单位体积的内聚能是单位体积的内聚能 CED=ΔE/Vm 式中式中式中式中————V Vmm为摩尔体积为摩尔体积为摩尔体积为摩尔体积–内聚能密度内聚能密度内聚能密度内聚能密度<292 J/mol<292 J/mol：分子间力小，柔顺，：分子间力小，柔顺，：分子间力小，柔顺，：分子间力小，柔顺，易变形，有弹性易变形，有弹性易变形，有弹性易变形，有弹性————橡胶橡胶橡胶橡胶–内聚能密度内聚能密度内聚能密度内聚能密度>418 J/mol >418 J/mol ：分子间力大，有较：分子间力大，有较：分子间力大，有较：分子间力大，有较高的机械强度和耐热性高的机械强度和耐热性高的机械强度和耐热性高的机械强度和耐热性————纤维纤维纤维纤维–292 J/mol <292 J/mol <内聚能密度内聚能密度内聚能密度内聚能密度<418 J/mol <418 J/mol ：分子：分子：分子：分子间力居中间力居中间力居中间力居中————塑料塑料塑料塑料五、高分子化合物的合成反应五、高分子化合物的合成反应n n根据单体官能团的性质，制备高分子物根据单体官能团的性质，制备高分子物的方法大致有：的方法大致有：一、缩聚反应：一、缩聚反应：聚酯、尼龙聚酯、尼龙66二、加聚反应：二、加聚反应：腈纶、维纶腈纶、维纶1、缩聚反应、缩聚反应n n概念：概念：–由含有两个或两个以上官能团的单体之间，通过由含有两个或两个以上官能团的单体之间，通过由含有两个或两个以上官能团的单体之间，通过由含有两个或两个以上官能团的单体之间，通过官能团的缩全作用形成大分子且有低分子物生成官能团的缩全作用形成大分子且有低分子物生成官能团的缩全作用形成大分子且有低分子物生成官能团的缩全作用形成大分子且有低分子物生成的过程。

的过程n n特点：特点：–析出某些低分子物析出某些低分子物，如水、醇、氨、氯化，如水、醇、氨、氯化氢等–缩聚物的化学组成与单体的化学组成不同缩聚物的化学组成与单体的化学组成不同1、缩聚反应、缩聚反应n n分类：分类： 均缩聚均缩聚–按参加缩聚按参加缩聚反应的单体反应的单体组分组分 混缩聚混缩聚 共缩聚共缩聚 线型缩聚线型缩聚–按反应按反应产物的结构产物的结构分分 体型缩聚体型缩聚 1、缩聚反应、缩聚反应n n缩聚反应常用的官能团缩聚反应常用的官能团n n—OH、、—COOH、、—NH2、、—COX（酰（酰卤）、卤）、—COOR（酯基）、（酯基）、—OCOCO—（酸酐）、（酸酐）、—H、、—X、、—SO3H、、 —SO2Cl等。

等2、加聚反应、加聚反应n n概念：概念：–由许多相同或不相同的由许多相同或不相同的由许多相同或不相同的由许多相同或不相同的不饱合单体不饱合单体不饱合单体不饱合单体，通过，通过，通过，通过加加加加成反应成反应成反应成反应生成高分子化合物的过程生成高分子化合物的过程生成高分子化合物的过程生成高分子化合物的过程n n特点：特点：–反应过程中没有低分子物析出反应过程中没有低分子物析出反应过程中没有低分子物析出反应过程中没有低分子物析出–聚合物的基本链节与单体具有相同的化学组聚合物的基本链节与单体具有相同的化学组聚合物的基本链节与单体具有相同的化学组聚合物的基本链节与单体具有相同的化学组成2、加聚反应、加聚反应n n分类：分类： 均聚合均聚合–按参加反应的组分按参加反应的组分按参加反应的组分按参加反应的组分 （参加反应的组分不同）（参加反应的组分不同）（参加反应的组分不同）（参加反应的组分不同） 共聚合共聚合 游离基型聚合游离基型聚合–按反应机理按反应机理按反应机理按反应机理 （活性中心不同）（活性中心不同）（活性中心不同）（活性中心不同） 离子型聚合离子型聚合六、高分子化合物的分类和命名六、高分子化合物的分类和命名1、、高分子化合物的命名高分子化合物的命名2、、高分子化合物的分类高分子化合物的分类1、高分子化合物的命名、高分子化合物的命名n n天然高分子物天然高分子物天然高分子物天然高分子物– –按其来源或性质而有的俗称，如按其来源或性质而有的俗称，如按其来源或性质而有的俗称，如按其来源或性质而有的俗称，如纤维素、淀粉、蛋纤维素、淀粉、蛋纤维素、淀粉、蛋纤维素、淀粉、蛋白质白质白质白质等，不能反映该物质的结构。

等，不能反映该物质的结构等，不能反映该物质的结构等，不能反映该物质的结构n n合成高分子物合成高分子物合成高分子物合成高分子物– –结构清楚的结构清楚的结构清楚的结构清楚的，在其重复单元前，在其重复单元前，在其重复单元前，在其重复单元前+“+“聚聚聚聚” ”，如聚乙烯、，如聚乙烯、，如聚乙烯、，如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等；聚对苯二甲酸乙二酯等；聚对苯二甲酸乙二酯等；聚对苯二甲酸乙二酯等；– –结构不清楚的结构不清楚的结构不清楚的结构不清楚的，在其原料名称后，在其原料名称后，在其原料名称后，在其原料名称后+“+“树脂树脂树脂树脂” ”，如酚醛，如酚醛，如酚醛，如酚醛树脂、脲醛树脂等树脂、脲醛树脂等树脂、脲醛树脂等树脂、脲醛树脂等n n商品名称商品名称商品名称商品名称– –不反映高分子物结构，但名称简单，应用广泛，如不反映高分子物结构，但名称简单，应用广泛，如不反映高分子物结构，但名称简单，应用广泛，如不反映高分子物结构，但名称简单，应用广泛，如腈纶、维尼纶、涤纶、丙纶、锦纶、氯纶腈纶、维尼纶、涤纶、丙纶、锦纶、氯纶腈纶、维尼纶、涤纶、丙纶、锦纶、氯纶腈纶、维尼纶、涤纶、丙纶、锦纶、氯纶等等等等 1、高分子化合物的命名、高分子化合物的命名2、高分子化合物的分类、高分子化合物的分类 天然高分子天然高分子：棉、麻、毛、：棉、麻、毛、 丝、淀粉、天然龙胶等丝、淀粉、天然龙胶等n n按其按其来源来源 合成高分子合成高分子：涤纶、锦纶、：涤纶、锦纶、 聚乙烯、聚氯乙烯等聚乙烯、聚氯乙烯等 塑料塑料n n按其按其用途用途 橡胶橡胶 纤维纤维 2、高分子化合物的分类、高分子化合物的分类 热塑性热塑性热塑性热塑性：：：：受热可软化或变形受热可软化或变形受热可软化或变形受热可软化或变形，能，能，能，能 多次反复加热模压，如多次反复加热模压，如多次反复加热模压，如多次反复加热模压，如 聚氯乙烯、聚酰胺等，聚氯乙烯、聚酰胺等，聚氯乙烯、聚酰胺等，聚氯乙烯、聚酰胺等， 属于属于属于属于线形高分子物线形高分子物线形高分子物线形高分子物。

n n按按按按受热性能受热性能受热性能受热性能 热固性热固性热固性热固性：：：：模压成型后，再受热不模压成型后，再受热不模压成型后，再受热不模压成型后，再受热不 能软化能软化能软化能软化，不能多次加热，不能多次加热，不能多次加热，不能多次加热 模压，如酚醛树脂、脲模压，如酚醛树脂、脲模压，如酚醛树脂、脲模压，如酚醛树脂、脲 醛树脂，属于醛树脂，属于醛树脂，属于醛树脂，属于体形高分体形高分体形高分体形高分 子物。

子物 2、高分子化合物的分类、高分子化合物的分类 碳链高分子物碳链高分子物碳链高分子物碳链高分子物：主链均由：主链均由：主链均由：主链均由C C组成，如聚乙组成，如聚乙组成，如聚乙组成，如聚乙 烯、聚氯乙烯等，不易水解烯、聚氯乙烯等，不易水解烯、聚氯乙烯等，不易水解烯、聚氯乙烯等，不易水解 杂链高分子物杂链高分子物杂链高分子物杂链高分子物：主链除含：主链除含：主链除含：主链除含C C外，还含有外，还含有外，还含有外，还含有n n按按按按主链结构主链结构主链结构主链结构 O O、、、、 N N、、、、S S等原子，如聚酯、聚酰胺、等原子，如聚酯、聚酰胺、等原子，如聚酯、聚酰胺、等原子，如聚酯、聚酰胺、 纤维素等，易水解纤维素等，易水解纤维素等，易水解纤维素等，易水解 元素高分子物元素高分子物元素高分子物元素高分子物：主链含有：主链含有：主链含有：主链含有SiSi、、、、TiTi、、、、 AlAl、、、、 As As、、、、B B等原子，如聚硅氧烷等，等原子，如聚硅氧烷等，等原子，如聚硅氧烷等，等原子，如聚硅氧烷等， 兼有有机和无机高分子的特性兼有有机和无机高分子的特性兼有有机和无机高分子的特性兼有有机和无机高分子的特性。