高分子的基本概念

第一章高分子的基本概念 1 1高分子化合物的基本特征 分子似 一条链 由许多相同的结构单元组成 以共价键的形式重复连接而成 分子量很大且具有分散性 一 高分子的含义 高分子 Macromolecule聚合物Polymer高聚物Highpolymer 通过不同的聚合反应 长径比 103 105 Polyamideimide 聚酰胺酰亚胺的立体示意图 分子似 一条长链 由许多相同的结构单元组成 以共价键的形式重复连接而成 小分子单体相互连接而成 nCH2 CH CH2 CH n CH2 CH n nCH2 CH 氯乙烯 聚氯乙烯 苯乙烯 聚苯乙烯 聚合物链很长 多到增加或减少几个单元不会影响本体性质 玻璃化温度 热容 密度 热胀系数 模量 拉伸强度 导热系数 折光指数 分子量大 烷烃性质随链长的变化 甲 分子之间的作用力大 只有液态和固态 不能汽化固体聚合物具有一定的力学强度可用作承力材料 能抽丝 能制膜高分子溶液 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 分子量多大才算是高分子 其实 并无明确界限 一般 1000 10000 1000000低分子过渡区 齐聚物 高聚物超高聚物 一般高分子的分子量在104 106范围超高分子量的聚合物的分子量高达106以上 高分子的强度与分子量密切相关 A点是初具强度的最低聚合度 A点以上强度随分子链迅速增加B点是临界点 强度增加逐渐减慢C点以后强度不再明显增加不同高分子初具强度的聚合度和临界点的聚合度不同 如 AB尼龙40150纤维素60250乙烯基100400聚合物 常用的聚合物的分子量 万 塑料分子量纤维分子量橡胶分子量聚乙烯6 30涤纶1 8 2 3天然橡胶20 40聚氯乙烯5 15尼龙 661 3 1 8丁苯橡胶15 20聚苯乙烯10 30维尼纶6 7 5顺丁烯胶25 30 分子量具有多分散性 Polydispersity 即使是一种 纯粹 的高分子 也是由化学组成相同 分子量不等 结构不同的同系聚合物的混合物所组成这种高分子的分子量不均一 即分子量参差不齐 的特性 就称为分子量的多分散性因此应注意 一般测得的高分子的分子量都是平均分子量聚合物的平均分子量相同 但分散性不一定相同 二 分子结构的多样性 结构 长链 柔性 缠结 链段运动 分子结构的多样性 性能的多样性 不同原子组成的聚合物 性能不同相同分子式 因构造不同而性能不同同一聚合物 因环境不同而性能不同 因加工方法不同而性能不同 1 2高分子基本概念 高分子 具有高的相对分子量 其结构必须是由多个重复单元所组成 并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来 Polymer Macromolecule 根据IUPAC1996年之建议 InternationalUnionofPureandAppliedChemistry1996 68 2287 2311 聚氯乙烯 聚乙烯醇 实际上 概念上 水解 高分子 小分子 聚合反应 Polymerization 单体 Monomer Polymer 链原子 ChainAtoms 构成高分子主链骨架的单个原子 聚丙烯 聚乙二醇 重复组成高分子分子结构的最小的单元 重复 结构单元 ConstitutionalRepeatingUnit CRU 单个聚合物分子所含单体单元的数目 聚合度 DegreeofPolymerization DP 聚合物单体聚合度 聚对苯二甲酸乙二酯 涤纶 PET n n 由一种 真实的 隐含的或假设的 单体聚合而成的聚合物 如 均聚物 Homopolymer 氯乙烯单体 由对苯二甲酸和乙二醇反应生成的 隐含单体 HOOC Ph COOCH2CH2OH 假设单体 乙烯醇 生成均聚物的聚合反应称均聚反应 Homopolymerization 由一种以上 真实的 隐含的或假设的 单体聚合而成的聚合物 生成共聚物的聚合反应称为共聚反应 共聚物 Copolymer HOOC Ph COOHHOCH2CH2OH OC Ph COOCH2CH2O n 隐含单体HOOC Ph COOCH2CH2OH HOOC Ph COOHHOCH2CH2OHHO CH2 3OH OC Ph COOCH2CH2O n OC Ph COOCH2CH2CH2O m 共聚物 均聚物 CH2 CH2CH2 CHCH3 假设 均聚物 嵌段 接枝 交替 无规 1 3高分子的分类 来源 天然高分子 自然界天然存在的高分子 半天然高分子 经化学改性后的天然高分子 主链元素 链原子 组成 碳链高分子 主链 链原子 完全由C原子组成 杂链高分子 链原子除C外 还含O N S等杂原子 元素有机高分子 链原子由Si B Al O N S P等杂原子组成 合成高分子 由单体聚合人工合成的高分子 聚四氟乙烯 A 碳链高分子 尼龙 聚甲醛 B 杂链高分子 除C以外 还含N O S Si O O O O O O Si Si Si Si Si CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 聚二甲基硅氧烷 C 元素高分子 主链不含C 1 4高分子的命名 I 习惯命名法 天然高分子 一般有与其来源 化学性能与作用 主要用途相关的专用名称 如纤维素 来源 核酸 来源与化学性能 酶 化学作用 合成高分子 1 由一种单体合成的高分子 聚 单体名称如聚氯乙烯 聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 聚异丁烯 聚偏二氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯等 2 由两种单体通过缩聚反应合成的高分子 表明或不表明产物类型表明产物类型 聚 两单体生成的产物名称 如对苯二甲酸和乙二醇的缩聚产物叫 聚对苯二甲酸乙二酯 己二酸和己二胺的缩聚产物叫 聚己二酸己二胺 不表明产物类型 两单体名称或简称加后缀 树脂 如苯酚和甲醛的缩聚产物叫 酚醛树脂 尿素和甲醛的缩聚产物叫 脲醛树脂 扩充 聚氯乙烯树脂 聚乙烯树脂等 成型加工原料 3 由两种单体通过链式聚合反应合成的共聚物 两单体名称或简称之间 共聚物 如乙烯和醋酸乙烯酯的共聚产物叫 乙烯 醋酸乙烯酯共聚物 4 聚 高分子主链结构中的特征功能团 指的是一类的高分子 而非单种高分子 如 聚酯 聚酰胺 聚丙烯PPPolypropylene 聚乙烯PEPolyethylene 聚苯乙烯PSpolystyren 聚氯乙烯PVCPolyvinylChloride 聚偏二氯乙烯PVDCPolyvinylideneChloride 聚四氟乙烯PTFE 商品名Teflon Polytetrafluoroethylene 聚丙烯腈PANPolyacrylonitrile 聚醋酸乙烯酯PVAcPolyvinylacetate 聚甲基丙烯酸甲酯PMMAPoly methylmethacrylate 聚甲醛POMPolyformaldehyde 聚乙炔PApolyacetylene 聚氧化乙烯PEOPolyethyleneoxide 聚环氧乙烷 聚己内酰胺Nylon6Poly caprolactam orcaprone LDPE HDPE LLDPE 聚乙烯 PE 聚丙烯 PP 聚氯乙烯 PVC 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 塑料王 聚甲基丙烯酸甲酯 有机玻璃 聚丙烯腈纤维 腈纶 人造羊毛 聚丁二烯PBPolybutadiene 聚异戊二烯PIPPolyisoprene 聚异丁烯PIBPolyisobutylene 丁苯橡胶 SBR 顺丁橡胶 BR 丁基橡胶 IBR 丁腈橡胶 NBR 乙丙橡胶 EPM和EPDM SBS热塑弹体 OCH2CH2OOCPhCO n 对苯二甲酸乙二醇酯PETPolyethyleneterephthalate 对苯二甲酸丁二醇酯PBTPolybutyleneterephthalate OCH2CH2CH2CH2OOCPhCO n 聚酯 聚碳酸酯PCpolycarbonate 聚己二酰己二胺Nylon66Polyhexamethyleneadipamide 对苯二甲酰对苯二胺PPTA Kevlar Poly p phenylene terephthalamide 聚酰胺 酚醛树脂PFphenol formaldehyderesin phenolicresin nCl Si Cl nH2O Si O 2nHCl 聚硅氧烷Polydimethylsilioxaneor 硅橡胶 siliconrubber 其它 聚酰胺 尼龙