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第一章 高分子的基本概念 11 高分子化合物 12 高分子材料的命名 13 高分子材料的分类 14 高分子的分子量 高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、 高聚物、聚合物高聚物、聚合物 这些术语一般可以通用这些术语一般可以通用 Polymer , Macromolecules 什么是高分子？什么是高分子？ 11 高分子化合物 高分子也叫高分子化合物， 是指分子量很高并由共价键 连接的一类化合物 分子量多大才算是高分子？分子量多大才算是高分子？ - - - - - 1000 - - - - - - - - - - - - 10000 - - - - - - - - - - 1000 - - - - - - - - - - - - 10000 - - - - - 低分子低分子 过渡区（低聚物）过渡区（低聚物） 高分子高分子 其实，并无明确界限 塑料塑料 分子量分子量 纤维纤维 分子量分子量 橡胶橡胶 分子量分子量 聚乙烯聚乙烯 6 630 30 涤纶涤纶 1.81.82.3 2.3 天然橡胶天然橡胶 20204040 聚氯乙烯聚氯乙烯 5 515 15 尼龙尼龙-66 1.2-66 1.21.8 1.8 丁苯橡胶丁苯橡胶 15152020 聚苯乙烯聚苯乙烯 101030 30 维呢纶维呢纶 6 67.5 7.5 顺丁烯胶顺丁烯胶 25253030 常用的聚合物的分子量（万）常用的聚合物的分子量（万） 一般高分子的分子量在一般高分子的分子量在 10104 4 10106 6 范围 范围 高分子可看作是由许多重复单元所组成的一条长链 支链 主链 侧基 链原子 构成高分子主链骨架的单个原子 聚丙烯 聚乙二醇 构成高分子骨架结 构，以化学键结合 的原子集合 侧链或侧基：连接在主链原子上的原子或原子集合，又称支 链。支链可以较小，称为侧基；可以较大，称为侧链。 高分子化合物的分子组成 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 2.由两种结构单元组成的高分子由两种结构单元组成的高分子 3.3.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 一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元 通过共价键重复连接而成。通过共价键重复连接而成。 例如：聚苯乙烯例如：聚苯乙烯 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 聚合 缩写成缩写成 （1）聚合反应与单体 由小分子生成高分子的反应过程 聚 合 反 应 小 分 子 Polymerization 高 分 子 单 体 Monomer p合成聚合物的起始原料 p定义：能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元 的小分子化合物。 有机化合物中的共价键 L:L 均裂 LL 乙烯分子的结构 乙烯分子中的键乙烯分子中的键 聚氯乙烯 聚乙烯醇 氯乙烯乙烯醇 举例 ： 聚 乙 烯 分 子 模 型 由于高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的， 所以也常被称为聚合物，如聚乙烯分子是由成千上 万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。 （2）结构单元（Structure unit）： 在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团 结构单元 （3）重复结构单元： 高分子链中重复出现的单元，即链节 ()n 结构单元重复结构单元链节 对于苯乙烯的聚合反应来说： (4)聚合度（Degree of polymerizationDegree of polymerization） ）： 聚合物分子中重复结构单元的数目，也称为链节数 n 聚合物的结构式： 聚合度是衡量高分子大小的一个指标。聚合度是衡量高分子大小的一个指标。 有两种表示法：有两种表示法： oo 以大分子链中的以大分子链中的结构单元结构单元数目表示，记作数目表示，记作 oo 以大分子链中的以大分子链中的重复结构单元重复结构单元数目表示，记作数目表示，记作 聚合度：小孩的数目 在这里，两种聚合度相等，都等于在这里，两种聚合度相等，都等于 n n MM：高分子的分子量高分子的分子量 MM0 0 ： ：结构单元的分子量结构单元的分子量 由聚合度可计算出高分子的分子量：由聚合度可计算出高分子的分子量： 此时 ，两种结构单元构成一个重复结构单元 重复结构单元 结构单元结构单元 结构单元结构单元 2.由两种结构单元组成的高分子由两种结构单元组成的高分子 合成尼龙合成尼龙-66-66则具有另一特征：则具有另一特征：举例1 ： 注意：注意：MM o o 两种结构单元的平均分子量两种结构单元的平均分子量 对苯二甲酸 + 乙二醇 聚对苯二甲酸乙二酯 举例2 ： x, 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 排列是任意的：排列是任意的： M1M2M1M1M2M1M2M2M2 例如：丁苯橡胶例如：丁苯橡胶 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 均聚物:由一种单体聚合而成的高分子 共聚物:由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子 在这种情况下，无法确定它的重复在这种情况下，无法确定它的重复结构结构单元单元 无规共聚物-A-B-B-A-B-A-A-A-B-A-A-B-A- 交替共聚物-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A- 嵌段共聚物-A-A-A-A-B-B-B-B-B-A-A-A-A- 接枝共聚物-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A B B B B 共聚物的几种类型 聚乙烯的结构式为 聚甲基丙烯酸甲酯的结构式为 课堂练习 OCH2CH2O C C OO n 聚对苯二甲酸乙二醇酯的结构式为 涤纶树脂的结构式为 12 高分子化合物的命名高分子化合物的命名 一、习惯命名法一、习惯命名法 （1）以单体名称为基础，在前面加“聚”字 乙烯 丙烯 氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 （2）取单体简名，在后面加取单体简名，在后面加“树脂树脂” ” 、“橡胶橡胶 ”二字二字 如 苯酚 甲醛 酚醛树脂 尿素 甲醛 脲醛树脂 甘油 邻苯二甲酸酐 醇酸树脂 丁二烯 苯乙烯 丁苯橡胶 （3）以高分子链的结构特征命名 聚酰胺聚酰胺 聚酯聚酯 聚氨酯聚氨酯 聚醚聚醚 聚酰胺 如己二酸和己二胺为单体合成的聚合物称为聚己二酰 己二胺；由氨基己酸为单体的聚合物称为聚聚己酰胺酰胺。 聚酯 聚聚对苯二甲酸乙二(醇)酯酯；由己醇酸为单体合成的聚 合物称为聚己酯。 聚氨酯 如甲苯-2,4-二异氰酸酯和乙二醇为单体合成的聚合物 称为聚聚甲苯基-2,4-二氨 氨基甲酸乙二醇酯酯。 聚醚 合成纤维最普遍，我国以“纶”作为合成纤维的后缀 涤纶 聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯） 丙纶 聚丙烯 锦纶 聚酰胺（尼龙），后面加数字区别 二、商业命名法 尼龙尼龙6666 尼龙尼龙6 6 NH ( CH2 )5 CO n NH(CH2)6NHCO(CH2)8COn 尼龙610 尼龙1010 NH(CH2)10NHCO(CH2)8COn 第一个数字表示二元胺的碳原子数 第二个数字表示二元酸的碳原子数 只附一个数字表示内酰胺或氨基酸的碳原子数 数字含义 聚合物的商业名称 一般名称商业名称一般名称商业名称 聚对苯二甲酸乙二 (醇)酯 涤 纶聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃 聚己二酰己二胺尼龙-66酚醛树脂电 木 聚乙烯醇缩甲醛维尼纶脲醛树脂电 玉 聚丙烯腈腈 纶聚异戊二烯 合成天然 橡胶 三、系统命名法（IUPAC命名 ） 聚 (1苯基乙烯 ) Poly(1-phenylethylene) 例子例子: : 1) 确定重复结构单元； 2) 按规定排出重复结构单元中的二级单元顺序：规定主链 上带取代基的C原子写在前，含原子最少的基团先写； 3) 给重复结构单元命名：按小分子有机化合物的IUPAC命名 规则给重复结构单元命名； 4) 给重复结构单元的命名加括弧，并冠以前缀“聚”。 q系统命名法较严谨，但比较烦琐，往往名称很长 ，使用不太方便。 q一般命名法容易掌握,但不严格,有时会造成混乱 IUPAC不反对在一般场合使用习惯命名法和其 能反映聚合物特征的命名法，但在学术性较强的 论文中鼓励使用系统命名法。 IUPAC不提倡采用商品名和俗称。 当聚合物结构较复杂时，聚合物名称往往较 长，使用不方便，因此常用英文缩写表示。 例如： PE：polyethylene； PP：polypropylene PVC：poly（vinyl chloride）； PS：polystyrene； PVA：poly（vinyl alcohol）； PC：polycarbonate PMMA：poly（methyl methacrylate） PET：poly（ethylene terephthalate） PA：polyamide；PUR： polyurethane 四、英文缩写命名法 常用聚合物英文缩写符号 PA-66聚己二酰己二胺PAN聚丙烯腈 PET聚对苯二甲酸乙二酯PVAc聚醋酸乙烯 EP环氧树脂PMMA聚甲基丙烯酸甲酯 PC聚碳酸酯PS聚苯乙烯 PVFo聚乙烯醇缩甲醛PP聚丙烯 PIP聚异戊二烯PE聚乙烯 PB聚丁二烯PVC聚氯乙烯 英文缩写聚合物名称英文缩写聚合物名称 按 性 质 和 用 途 分 塑 料 纤 维 橡 胶 涂 料 胶粘剂 功能高 分子 以聚合物为基础，加入（或不加）各种 助剂和填料，经加工形成的材料 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100倍 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 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 具有特殊功能与用途但用量不大的精 细高分子材料 13 高分子材料的分类高分子材料的分类 1.3.1 p天然高分子：自然界天然存在的高分子 如淀粉、蛋白质 、纤维素、核酸和各种生物大分子等 p半天然高分子：经化学改性后的天然高分子 如硝酸纤维素、硫化橡胶等 p合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子 如合成橡胶、聚烯烃、树脂和合成纤维等 1.3.2 按高分子的来源分为： 纤维素 (cellulose) u植物是纤维素最主要的来源 u棉花是自然界中纤维素含量最高的纤维 u木材是纤维素化学工业的主要原料 硝酸纤维或纤维素三硝酸酯 纤维素 甲壳素 O CH2OH OH NH-C=O CH3 O n 脱去乙醛基 O CH2OH OH NH2 O n 壳聚糖 壳聚糖（Chitosan） 自然界中仅次于纤维素的第二大生物多糖，同时 也是自然界唯一大量存在的聚氨基的碱性多糖。 它是由甲壳素经过脱乙酰作用得到的，具有良好 的生物相容性、生物可降解性及抗菌、防腐、止 血和促进伤口愈合等优良的特性。 硫酸软骨素 （Chondroitin Sulphate） 一种重要的酸性糖胺多糖，由动物喉骨、鼻软 骨、气管等软骨组织提取，在免疫抑制、调 脂、抑制结石形成等方面有广泛的用途 割胶季节海南从每年3月 25日至12月25日，云南 从每年的4月至11月25日 天然橡胶 天然橡胶是由人工栽培的三叶橡胶树分泌的 乳汁，经凝固、加工而制得的，它是以聚异戊 二烯为主要成分的不饱和状态的天然高分子化 合物，其结构式为： 主链（链原子）完全由C原子组成 链原子除C外，还含O,N,S等杂原子 链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组成 聚乙烯聚丙烯 聚乙二醇 尼龙6 聚二甲基硅氧烷 p碳链高分子： p杂链高分子： p元素有机高分子： 1.3.3 按主链元素（链原子）组成来分： 高分子链的三种基本形状：线形、支链形、体形 线形 支链形 体形 按高分子链几何形状分类 其它新型结构的高分子，如星形聚合物、梯形聚合物等 。 星形梯形 14 高聚物的分子量 1.4.1 高聚物分子量的多分散性 什么是分子量的多分散性什么是分子量的多分散性（PolydispersityPolydispersity ） 低分子化合物和高分子化合物的低分子化合物和高分子化合物的“纯物质纯物质 ”概念的区别：概念的区别： CH3OH CH3CH2OH 低分子化合物低分子化合物高分子化合物高分子化合物 天然橡胶 n 约为10000左右，分子量分布在10-180万 之间，平均分子量70万左右。实际天然橡 胶是多种不同分子量的聚异戊二烯的混合 体，橡胶烃含量约91%94%，其余为少量的 蛋白质、脂肪酸、糖分、灰分等，含杂质 的天然橡胶透明而略带黄色。 分子量分布 Molecular weight distribution Monodispersity polydispersity 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 高分子的分子量不均一(即分子量大小不一、参差 不齐）的特性，称为分子量的多分散性 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，的高分子，也是由化学组也是由化学组 成相同、分子量不等、结构成相同、分子量不等、结构相似相似的的同系聚合物同系聚合物的的 混合物所组成混合物所组成 高分子样品中所有分子的总重量除以其分子高分子样品中所有分子的总重量除以其分子( (摩尔摩尔) )总数总数 1.4.2 1.4.2 高聚物平均分子量的表示方法高聚物平均分子量的表示方法 数均相对分子质量Mn (number average molecular weight) N N i i ，MM i i 分别为分别为i- i-聚体的分子数和分子量聚体的分子数和分子量， i i = 1 = 1 按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量 若有一高聚物试样 分子量： 分子数： 每种链的重量： 按照聚合物的重量进行统计平均的分子量按照聚合物的重量进行统计平均的分子量 重均相对分子质量Mw (weight average molecular weight) WW i i 为为i- i-聚体的重量聚体的重量 假若有一块高聚物的试样 分子量 ： 重 量 ： 粘均相对分子质量Mv (viscosityaverage molecular weight) 对于一定的聚合物溶剂体系，其对于一定的聚合物溶剂体系，其特性粘数特性粘数 和分子量的关系如下：和分子量的关系如下： Mark-Houwink方程 K, 是与聚合物、溶剂有关的常数，M: 粘均分子量 举例：设一聚合物样品，其中分子量为104的分子 有10 mol, 分子量为105的分子有5 mol, 求分子量。 （ 设 =0.6） 1.4.3 1.4.3 高聚物分子量分布高聚物分子量分布 单独一种平均分子量不足以表征聚合物的性能，单独一种平均分子量不足以表征聚合物的性能， 还需要了解分子量多分散性的程度还需要了解分子量多分散性的程度 （1） 以分子量分布指数表示以分子量分布指数表示 即重均分子量与数均分子量的比值，即重均分子量与数均分子量的