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1、 高分子化學高分子化學 講授人講授人彭碧輝彭碧輝引言引言n1924年德國化學家年德國化學家H.Staudinger明確提出天明確提出天然橡膠分子是高分子量的大分子然橡膠分子是高分子量的大分子n1930年年H.Staudinger進一步提出高分子稀溶進一步提出高分子稀溶液的粘度與分子量的定量關系液的粘度與分子量的定量關系n1932年年H.Staudinger發(fā)表了第一部關于高分發(fā)表了第一部關于高分子有機化合物的總結性論著子有機化合物的總結性論著n二十世紀三十年代，高分子化學從有機化學中二十世紀三十年代，高分子化學從有機化學中獨立出來成為一門學科獨立出來成為一門學科高分子化學：高分子化學：研究高分

2、子化合物合成和反應的一研究高分子化合物合成和反應的一門學科。門學科。高分子化學的研究對象：高分子化學的研究對象：天然高分子和合成高分子天然高分子和合成高分子天然高分子：天然高分子：蛋白質、淀粉、棉、麻、毛、皮等蛋白質、淀粉、棉、麻、毛、皮等合成高分子：合成高分子：（1）通用高分子）通用高分子:塑料、橡膠、化纖、涂料、塑料、橡膠、化纖、涂料、粘合劑等粘合劑等（2）特殊高分子）特殊高分子:耐高溫、高強度、高模量耐高溫、高強度、高模量的高分子的高分子（3）功能高分子）功能高分子:具有光、電、磁等物理特具有光、電、磁等物理特性及催化、鰲合等化學性能性及催化、鰲合等化學性能（4）仿生高分子）仿生高分子:

3、具有模仿生物物理特性的具有模仿生物物理特性的高分子高分子（5）無機高分子）無機高分子（6）復合高分子）復合高分子高分子學科研究的內容高分子學科研究的內容（1）高分子的合成及應用方面（高分子化學）高分子的合成及應用方面（高分子化學）（2）高分子物理與物理化學方面）高分子物理與物理化學方面（3）高分子成型加工及應用理論方面的研究）高分子成型加工及應用理論方面的研究（4）高分子設計方面的研究）高分子設計方面的研究其相互關系如下：其相互關系如下：高分子科學發(fā)展的三階段高分子科學發(fā)展的三階段n第一階段第一階段:二十世紀二十年代二十世紀二十年代五十年代五十年代n第二階段第二階段:二十世紀五十年代二十世紀五

4、十年代六十年代六十年代n第三階段第三階段:二十世紀七十年代二十世紀七十年代至今至今主要參考書主要參考書n高分子化學高分子化學潘祖仁編潘祖仁編第四版（主教材）第四版（主教材）n高分子化學高分子化學盧江等主編，化學工業(yè)出版社，盧江等主編，化學工業(yè)出版社，2005n高分子化學高分子化學王久芬主編，哈爾濱工業(yè)大學出王久芬主編，哈爾濱工業(yè)大學出版社版社，2004n高分子化學高分子化學張興英主編張興英主編，化學工業(yè)出版社，化學工業(yè)出版社,2008n高分子化學高分子化學林尚安編林尚安編,第一版第一版,1982n高分子化學高分子化學肖超勃編肖超勃編,第一版第一版,1998n高分子化學高分子化學王槐三編王槐三編

5、,第一版第一版,1.1 高分子化合物的特征及基本概念高分子化合物的特征及基本概念高分子化合物高分子化合物(高聚物高聚物)：由成千上萬的原子，主要以共價鍵的形式相結合由成千上萬的原子，主要以共價鍵的形式相結合起來的大分子所組成的物質，其分子量高達的程度起來的大分子所組成的物質，其分子量高達的程度應在應在物理物理力學性能力學性能方面足以與低分子有顯著的差方面足以與低分子有顯著的差別。這類化合物稱為高分子化合物。別。這類化合物稱為高分子化合物。一、高分子化合物的特性一、高分子化合物的特性1高分子化合物和低分子化合物的明顯區(qū)別是分高分子化合物和低分子化合物的明顯區(qū)別是分子量的大小子量的大小例如例如2高

6、分子鏈的幾何形狀可分為高分子鏈的幾何形狀可分為:線型、支鏈型和線型、支鏈型和網(wǎng)狀結構。網(wǎng)狀結構。聚乙烯結構模型聚乙烯結構模型梳形高分子梳形高分子3高分子材料具有聚集態(tài)結構高分子材料具有聚集態(tài)結構聚集態(tài)結構：聚集態(tài)結構：由許多高分子鏈聚集而成，由許多高分子鏈聚集而成，聚集起來的鏈與鏈的形態(tài)和結構稱為聚集態(tài)結聚集起來的鏈與鏈的形態(tài)和結構稱為聚集態(tài)結構。構。4高分子鏈具有微結構高分子鏈具有微結構單單元元結結構：構：序列序列結結構：構：旋光異構旋光異構同規(guī)同規(guī)間規(guī)間規(guī)無規(guī)無規(guī)全同立構高分子全同立構高分子 幾何異構幾何異構(順反式順反式)5高分子化合物具有多分散性高分子化合物具有多分散性高分子化合物是具

7、有各種分子量的同系物的高分子化合物是具有各種分子量的同系物的混合物?；旌衔铩６?、高分子的基本概念二、高分子的基本概念1單體、低聚物、高聚物單體、低聚物、高聚物單體單體帶有某種官能團、并且具有聚合能力的低帶有某種官能團、并且具有聚合能力的低分子化合物，或能形成高分子化合物中結構單分子化合物，或能形成高分子化合物中結構單元的低分子化合物。元的低分子化合物。低聚物（齊聚物）低聚物（齊聚物）分子量介于高分子與低分子分子量介于高分子與低分子之間的這一類化合物（分子量在幾百到幾千以之間的這一類化合物（分子量在幾百到幾千以下，下，1003000）。許多熱固性樹脂固化前稱）。許多熱固性樹脂固化前稱為預聚物。為

8、預聚物。高聚物高聚物(見前見前)2結構單元、重復單元（鏈節(jié)）、單體單元、結構單元、重復單元（鏈節(jié)）、單體單元、聚合度、分子量聚合度、分子量重復單元重復單元(鏈節(jié)鏈節(jié))聚合物中化學組成相同的最小單位。聚合物中化學組成相同的最小單位。如：如：中的中的聚合度（鏈節(jié)數(shù)）聚合度（鏈節(jié)數(shù)）（DP）或（）或（n）高分子鏈中重復單元的重復次數(shù)高分子鏈中重復單元的重復次數(shù)若鏈節(jié)分子量為若鏈節(jié)分子量為M0，故高聚物的分子量為故高聚物的分子量為M=M0n或或M=M0DP平均聚合度平均聚合度指平均每一分子中的重復指平均每一分子中的重復單單元數(shù)元數(shù)。數(shù)均聚合度數(shù)均聚合度結構單元結構單元構成高分子鏈并決定高分子性質的構成

9、高分子鏈并決定高分子性質的最小結構單位最小結構單位。平均每一分子中的結構單元數(shù)平均每一分子中的結構單元數(shù)。在均在均縮縮聚中聚中在混在混縮縮聚（異聚（異縮縮聚）中聚）中單體單元單體單元聚合物中具有與單體的化學組成相同而聚合物中具有與單體的化學組成相同而鍵合的電子狀態(tài)不同的單元鍵合的電子狀態(tài)不同的單元。1.2 聚合物的分類和命名聚合物的分類和命名一、聚合物的分類一、聚合物的分類1按主鏈的結構分類按主鏈的結構分類a 碳鏈高分子碳鏈高分子 主鏈全由主鏈全由C原子構成，取代基可由原子構成，取代基可由C原子或其他原子或其他雜原子構成。雜原子構成。b 雜鏈聚合物雜鏈聚合物主鏈除主鏈除C原子外尚有原子外尚有O

10、.N.S等原子。等原子。NH(CH2)6NHCO(CH)4COnC元素有機聚合物元素有機聚合物主鏈上無主鏈上無C原子原子,側基為有機基團的聚合物。側基為有機基團的聚合物。d無機高分子無機高分子主鏈和側鏈上均無主鏈和側鏈上均無C原子的聚合物。原子的聚合物。聚聚氯氯化硅氧化硅氧烷烷2按性能和用途分類按性能和用途分類n纖維纖維彈性模數(shù)大，受力時形變小，一般只有彈性模數(shù)大，受力時形變小，一般只有百分之幾到二十。纖維大分子沿軸向作一定規(guī)百分之幾到二十。纖維大分子沿軸向作一定規(guī)則排列，長徑比大。則排列，長徑比大。n橡膠橡膠室溫下彈性高，即在很小的外力作用下，室溫下彈性高，即在很小的外力作用下，能產(chǎn)生很大的

11、形變（可達能產(chǎn)生很大的形變（可達1000）；外力除去）；外力除去后，能迅速恢復原狀，彈性模數(shù)小。后，能迅速恢復原狀，彈性模數(shù)小。n塑料塑料彈性模數(shù)介于橡膠和纖維之間。溫度稍彈性模數(shù)介于橡膠和纖維之間。溫度稍高時，受力形變可達百分之幾十，部分形變是高時，受力形變可達百分之幾十，部分形變是可逆的，部分形變則是永久的。粘度、延展性可逆的，部分形變則是永久的。粘度、延展性和彈性模數(shù)都與溫度有直接關系，反映出塑性和彈性模數(shù)都與溫度有直接關系，反映出塑性行為。行為。n涂料和粘合劑涂料和粘合劑涂料涂料高聚物用于建筑物的裝飾美化和保護作用。高聚物用于建筑物的裝飾美化和保護作用。粘合劑粘合劑高聚物用于物件之間的

12、粘接。高聚物用于物件之間的粘接。漆漆高聚物用于家具等物件的裝飾美化和保護作高聚物用于家具等物件的裝飾美化和保護作用。用。n功能高分子功能高分子高分子具有熱、聲、光、電、磁等功能性時，高分子具有熱、聲、光、電、磁等功能性時，則稱為功能高分子。則稱為功能高分子。3其它分類其它分類二、聚合物的命名二、聚合物的命名1習慣命名習慣命名:按單體或聚合物結構命名。按單體或聚合物結構命名。聚丙聚丙烯烯（PP）聚聚氯氯乙乙烯烯（PVC）聚乙聚乙烯烯醇（醇（PVA）例如：例如：2按聚合物的結構特征來命名按聚合物的結構特征來命名大分子主大分子主鏈鏈上含有特征基上含有特征基團團：聚酯聚酯 聚聚醚醚分子主分子主鏈鏈含有

13、含有特征基團特征基團 聚聚酰酰胺胺分子分子鏈鏈含含有特征基團有特征基團 其它其它結結構構聚聚脲脲：大分子：大分子鏈鏈上含有上含有特征基團特征基團的聚合物的聚合物聚砜：大分子鏈上含有特征基團聚砜：大分子鏈上含有特征基團聚聚砜砜聚聚脲脲尼龍尼龍66聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺尼龍尼龍6（卡普?。ㄆ章。┚奂簝弱０肪奂簝弱０窚炀]滌綸聚對苯二甲酸乙二醇酯聚對苯二甲酸乙二醇酯腈綸（奧綸）腈綸（奧綸）聚丙烯腈聚丙烯腈氯綸氯綸聚氯乙烯聚氯乙烯丁苯橡膠丁苯橡膠丁二烯丁二烯苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物丁腈橡膠丁腈橡膠丁二烯丁二烯丙烯腈共聚物丙烯腈共聚物ABS樹脂樹脂丁二烯丁二烯苯乙烯苯乙烯丙烯腈共聚物丙烯腈共聚物

14、3商品名稱商品名稱 把聚合物的重復結構單元按照有機化合物系把聚合物的重復結構單元按照有機化合物系統(tǒng)命名法命名，最后在前面冠以統(tǒng)命名法命名，最后在前面冠以“聚聚”字。字。聚（聚（1氯氯代乙代乙烯烯）例如例如4系統(tǒng)命名系統(tǒng)命名原則：原則：首先確定重復結構單元首先確定重復結構單元排好重復結構單元中次級單元的次序排好重復結構單元中次級單元的次序按小分子有機化合物國際純粹與應用化學聯(lián)合會按小分子有機化合物國際純粹與應用化學聯(lián)合會（IUPAC）命名規(guī)則，結合重復結構單元命名后并）命名規(guī)則，結合重復結構單元命名后并加括號。加括號。最后在重復單元前面冠以最后在重復單元前面冠以“聚聚”字字注意：注意：對乙烯基聚

15、合物，書寫重復結構單元時，應先寫取代基部對乙烯基聚合物，書寫重復結構單元時，應先寫取代基部分，而且所連側基最少的先寫。分，而且所連側基最少的先寫。各種類型次級單元優(yōu)先順序各種類型次級單元優(yōu)先順序雜環(huán)雜環(huán)雜原子或帶雜原子的無環(huán)次級單元雜原子或帶雜原子的無環(huán)次級單元碳環(huán)碳環(huán)只帶只帶C原子原子的無環(huán)次級單元的無環(huán)次級單元不是構成聚合物主鏈而是在結構單元取代基中的各類原子、不是構成聚合物主鏈而是在結構單元取代基中的各類原子、原子團或環(huán)不影響優(yōu)先次序。原子團或環(huán)不影響優(yōu)先次序。對于雜原子或帶雜原子的無環(huán)次級單元優(yōu)先順序遞減次序對于雜原子或帶雜原子的無環(huán)次級單元優(yōu)先順序遞減次序是：是：O、S、Se、Te、

16、N、P、As、Sb、Bi、Si、Ge、Sn、Pb、B、Hg其它雜原子的優(yōu)先順序取決于它們在周期表中的位置。任其它雜原子的優(yōu)先順序取決于它們在周期表中的位置。任何雜原子的優(yōu)先順序都比碳高。何雜原子的優(yōu)先順序都比碳高。優(yōu)先順序應保證使結構單元有盡可能小的化學價優(yōu)先順序應保證使結構單元有盡可能小的化學價若有幾種可能，次級單元應該使取代基或基團有最低的位若有幾種可能，次級單元應該使取代基或基團有最低的位次來確定。次來確定。1.3 聚合反應聚合反應1化學必要條件化學必要條件 聚合反應聚合反應：由低分子單體合成聚合物的反應稱為聚合：由低分子單體合成聚合物的反應稱為聚合反應。反應。一、形成高分子的必要條件一、形成高分子的必要條件官能度官能度:每一單體分子上帶有的能參與反應的每一單體分子上帶有的能參與反應的活性中活性中心心的數(shù)目。的數(shù)目。單體的官能度必須等于或大于單體的官能度必須等于或大于2。單單官能度的官能度的單單體體則則不能形成高聚物。不能形成高聚物。上述單體能形成高聚物。上述單體能形成高聚物。注意：注意：例如：例如：熱力學：熱力學：G0方向和限度方向和限度 解決可能性問題解決可能性問題 （T、P