二十二章节合成高分子化合物.ppt

Honghe University Prof Guo Ya-li,第二十二章 合成高分子化合物,第一节、合成高分子的意义及分类 第二节、高分子的合成 第三节、高分子的结构及其性能特点 第四节、常见的高分子化合物,Honghe University Prof Guo Ya-li,第一节 合成高分子的意义及分类,一、合成高分子化合物 有机高分子化合物有天然与合成之分，如蛋白质，淀粉及纤维素是自然 界中生长的，故叫做天然高分子化合物；而塑料，合成纤维及合成橡胶则 属于人工合成的，所以叫做合成高分子材料。 三大合成材料：合成纤维 合成橡胶 塑料,公元一世纪：开始利用天然高分子（丝织、造纸等）； 19世纪：英、美加工利用天然橡胶（硫化）、纤维素改性（硝化）； 1907年：合成酚醛树脂； 1927年：合成聚乙烯； 3040年代：合成橡胶、合成纤维、合成塑料。,Honghe University Prof Guo Ya-li,高分子化合物与高分子材料是有区别的。我们常说的高分子材料实际上是由 高分子化合物经过加工和加入某些添加物而制成的。 高分子化合物是以其分子量很高而得名，一般在五千以上可达几万，几 十万，甚至上百万。但它的化学组成都比较简单，并以相同的结构单元组 成。如：,聚乙烯 写成,二、合成高分子的分类,合成纤维： 尼龙、涤纶 合成橡胶：丁苯橡胶、丁钠橡胶、丁腈橡胶； 塑料：热塑性塑料、热固性塑料。,Honghe University Prof Guo Ya-li,第二节、高分子的合成,一、加聚反应 1加聚反应 由一种或两种以上不饱和烃或环状化合物合成高聚物的反应，反应 过程中没有低分子物质生成。,乙烯 聚乙烯,环氧乙烷 聚环氧乙烷,Honghe University Prof Guo Ya-li,2、基本概念,3、加聚反应的分类 (1).均聚反应：仅由一种单体发生的加聚反应,单体：每个参加聚合的小分子； 链节：生成的高聚物中每个聚合单元； 聚合度：n值大小； 分散性：聚合物n值差异； 平均分子量：高聚物中不同大小聚合物分子的平均分子量。,Honghe University Prof Guo Ya-li,(2).共聚反应：由两种以上单体共同聚合 (3). 按历程分有：自由基 负离子 正离子和配位聚合反应,Honghe University Prof Guo Ya-li,4、加聚反应历程,一般加聚反应的历程有三种：自由基聚合、离子聚合、配位聚合 自由基聚合 该类聚合为加聚反应的主要类型，一般多以过氧化物为自由基引发剂，通过自由基反应历程进行聚合。 引发剂：过氧化二苯甲酰 偶氮二异丁睛,Honghe University Prof Guo Ya-li,自由基聚合反应就是牧体征引发剂或在允、执、辐别婶物以能量激发下转化成自由基而引起的聚合反应。 链的引发 链的引发是自由基聚合反应的)f姑阶段。单体分子在外界因素激发下转变为自由基。 白由基 单体 单体自由基 链的增长 单体白由基(RMl或M)生成后，继续与单体分子作用，直至生成大分子链自由基的过程。这个过程是迅速而重复多次地进行比可以来示如下：,单体 单体 二聚体 三聚体 n聚体 自由基 自由基 自由基 自由基,Honghe University Prof Guo Ya-li,例如：,链的终止,Honghe University Prof Guo Ya-li,离子聚合反应历程,通过酸、金属卤化物产生正离子或通过碱金属或其它亲核试剂产生负离子而产生加聚反应。,Honghe University Prof Guo Ya-li,配位聚合反应历程,在齐格勒那塔催化剂（如Al（C2H5)3TiCl4等）的控制下，单体间只能按照一定的方向进行聚合，产生有规结构的大分子聚合物。（也称定向聚合）。,Honghe University Prof Guo Ya-li,1、缩聚反应 由一种或两种以上单体化合成高聚物，同时有低分子物质 产生。 特点：（1）所用单体是带有两个或两个以上-OH, -COOH, -NH2等 反应基团的化合物。 （2）是通过一连串的缩合反应来完成的。和低分子的缩合 反应一样。都是可逆反应。相对分子量随反应时间增 加而逐渐增大，但单体的转化率却几乎与反应时间无 关。,二、缩聚反应,Honghe University Prof Guo Ya-li,Honghe University Prof Guo Ya-li,有些单体缩聚成高聚物时，并不析出低分子物质。但在反应过程 中，也是相对分子量随反应时间而逐渐增大，单体转化率与反应时 间无关。这种反应也属缩聚反应。 如： 尼龙-6,Honghe University Prof Guo Ya-li,聚氨酯,Honghe University Prof Guo Ya-li,除酚醛树脂外，脲醛树脂与三聚氰胺甲醛树脂有也都可形成热固性树脂。,在这些缩合反应中，尿素相当于四个官能团的单体。（每个-NH2相当 于两个官能团）,Honghe University Prof Guo Ya-li,2、缩聚反应历程,一般是在两种分子或两种基团间，以酸、碱等催化下进行，与简单化合物的反应历程相同。 3、缩聚反应分类 （1）线型缩聚 单体分子以两个官能团向大分子的两个方向增长，得到线型结构的产物。,（2）体型缩聚 单体分子以两个以上的官能团向大分子的两个方向增长，得到体型结构的产物。,Honghe University Prof Guo Ya-li,第三节、高分子的基本结构及其性能特点,1. 分子的分子结构分为两种基本类型：线型结构，体型结构。 2性能 线形结构（包括带有支链的）高分子，有独立的大分子存在（在溶 剂中或在加热熔融状态下，大分子可以彼此分离开来）。具有弹性， 可塑性，在溶剂中能溶解，加热熔融，硬度和脆性较小。 体型结构（分子链间大量是交联的）高分子，没有独立的大分子存 在，没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较 大。,Honghe University Prof Guo Ya-li,3、高分子化合物的集聚状态,1、晶相高聚物和非晶相高聚物 线型结构的高聚物有晶相的和非晶相。晶相高聚物由于其内部分子排列很有规律，分子间的作用力较大，故其耐热性和机械强度都比非晶相的高，熔限较窄。非晶相高聚物没有一定的熔点，耐热性能和机械强度都比晶相的低。 体型结构的高聚物，由于分子链间有大量的交联，分子链不可能产生有序排列，因而都是非晶相的，对于少量交联的网状高聚物，因其交联少，链段间也可能产生局部的有序排列，但这种局部的有序排列，其分子间的吸引力不足以保持在这种状态，而容易恢复到原来的无序状态。所以橡胶硫化(少量交联)后，仍能保持良好弹性。,Honghe University Prof Guo Ya-li,2线型非晶相高聚物的聚集状态,线型非晶相高聚物具有三种不同的物理状态： 玻璃态、高弹态、粘流态 塑料所处的状态是玻璃态，橡胶所处的状态是高弹态。 把高聚物加热到熔融时所处的状态就是粘流态。玻璃态的特征是形变很困难，硬度大；高弹态的特征是形变很容易，具有高弹性；粘流态的特征是形变能任意发生，具有流动性。这三种物理状态，随着温度的变化可以互相转化：,Honghe University Prof Guo Ya-li,第四节、 常见高分子化合物,1塑料 具有可塑性能的高分子材料。（以高分子树脂为基本成分的高分子物质）。 组成：树脂：高分子物质。40100。 助剂：填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂。 分类：热塑性塑料、热固性塑料。 普通塑料、工程塑料。 热塑性塑料：一般为线型高分子，可反复加热熔化。 如：聚乙烯、聚氯乙烯等等。 热固性塑料：受热发生交联，固化，冷却后不能再熔化。 如：酚醛塑料、环氧树脂等等。,Honghe University Prof Guo Ya-li,塑料中的“四烯”,英文缩写 系统命名 聚乙烯 PE 聚次乙基 聚丙烯 PP 聚1-甲基乙烯 聚氯乙烯 PVC 聚1-氯乙烯 聚苯乙烯,Honghe University Prof Guo Ya-li,2、合成纤维,以合成高分子为原料制得的纤维。 分类： 无机纤维 ：玻璃纤维、陶瓷纤维 合成纤维 有机纤维：人造纤维：人造纤维素、人造Pr纤维 合成纤维：尼龙、涤纶 碳链纤维：聚丙烯纤维、聚丙烯腈。 杂链纤维：聚酰胺、聚酯。 特点：有一定线性、易加工、强度大； 有合适的分子量； 有一定的极性基团，易着色、印染等； 有一定的物理特性，便于加工，产品性能好。,Honghe University Prof Guo Ya-li,纤维中的“四纶” 锦纶（尼龙）： 尼龙-6 聚已内酰胺 “6”表示已内酰胺的碳原子数尼龙-66聚已二 酰已二胺 前面数字表示二元胺的碳原子数，后面的数字表示二元 酸的碳原子数。,聚已内酰胺（尼龙-6） 聚已二酰已二胺（尼龙-66）,Honghe University Prof Guo Ya-li,聚对苯二甲酸乙二酯 PETP 聚丙烯腈 PAN 聚乙烯醇,Honghe University Prof Guo Ya-li,3合成橡胶,（1）、天然橡胶 天然橡胶的来源； 天然橡胶的成分； 橡胶加工：配炼添加碳黑、油脂、改性剂、抗老化剂等。 硫化使产品定型、增加强度、耐磨等。,（2）合成橡胶 天然橡胶的限制； 人工合成橡胶的发展。,Honghe University Prof Guo