第十九章-合成高分子化合物.ppt

第六节合成纤维,教学内容：,第一节基本概念,第二节高分子的结构和性能的关系,第三节高分子的合成,第四节高分子的应用,第五节塑料,第七节橡胶,19-1基本概念,一、高分子化合物的涵义,1.分子量在5,000以上的大分子。2.高分子化合物有较好的强度和弹性,二、高分子化合物的组成,高分子化合物的化学组成一般都比较简单高分子的分子量=聚合度*链节数,1.从分子量和组成看，高分子的分子量很大，具有“多散性”。,2.从分子结构看有线型结构：分子中的原子由共价键相互结合成一条很长的蜷曲状态“链”。体型结构：分子链与分子链之间有许多化学链交联起来，形成网格一样的结构。,3.从性能上看，通常处于固体状态，有较好的机械强度，绝缘性能，耐腐蚀性能，可塑性，高弹性。,4.从用途上看，一般可作为结构材料，供各方面使用。,三、高分子化合物的特点,19-1基本概念,四、高分子化合物的分类,1.按来源分类：天然高分子（天然橡胶、纤维素、淀粉）合成高分子（合成橡胶、合成纤维、塑料）,2.按工艺性质和应用分类：塑料、橡胶、纤维,3.按高分子主链结构分类：碳链高分子化合物、杂链高分子化合物等。,4.按合成高分子化合物的反应类型分类：加聚物、缩聚物,5.按应用功能分类：,特殊高分子、功能高分子、仿生高分子、生物高分子、医药高分子、高分子试剂、高分子催化剂。,19-1基本概念,通用高分子用量最大，面也广。四烯：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯四纶：涤纶、锦纶、腈纶、维纶四胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶,1.高分子命名一般习惯上用俗名。纤维、淀粉2.在单体前加个“聚”字。聚氯乙烯3.缩聚反应制得的高聚物，在原料后加“树脂”二字。酚醛树脂、环氧树脂4.商品名称：腈纶、的确良（聚对苯二甲酸乙二酯纤维）、电木（酚醛树脂）,六、重要性,19-1基本概念,五、高分子化合物的命名,19-2高分子的结构和性能的关系,一、高聚物的特性,1不挥发性。2高分子链的柔顺性与良好的机械强度。3良好的绝缘性能。4结晶性。5溶解性和熔融性。6耐化学腐蚀。,二、高分子化合物的基本结构,1线型结构又称链状高聚物，是由许多链节相互联成一条长链的高聚物。,2体型结构一般是由多官能团单体相互作用，使主链与主链之间以共价键相连接，形成三维空间的立体结构。,19-2高分子的结构和性能的关系,特点：具有高弹性、可塑性、在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆度较小。有独立存在的分子。,特点：没有弹性和可塑性；不能溶解和熔融；只能溶胀，硬度和脆度较大。不能反复熔化，只能一次加工成型。,三、高分子化合物的物理状态,玻璃态：形变困难，硬度大。高弹态：形变很容易，具有高弹性。粘流态：形变能任意发生，具有流动性。,19-2高分子的结构和性能的关系,1晶相高聚物和非晶相高聚物,2线型非晶相高聚物的聚集状态,19-3高分子的合成,一、加聚反应,由许多相同或不同单体在一定条件下，通过互相加成形成的高分子化合物的反应叫加聚反应。,由一种单体发生的加聚反应称为均聚反应。由两种以上的单体共同聚合称为共聚反应。,1加聚反应的特点,单体是带有不饱和键的化合物。,反应过程中没有低分子化合物析出，生成高分子化合物的化学组成与单体相同，其分子量为单体分子量的整数倍。,是通过一连串单体分子间的相互加成反应来完成的。,2加聚反应的历程：,一般是放热的链锁反应。,属于不可逆的链锁反应。,游离基历程,19-3高分子的合成,链引发,链增长,链终止,19-3高分子的合成,离子历程,正离子聚合反应,负离子聚合反应,配位聚合是烯类单体在金属有机络合物催化下引起的聚合反应。,全同构型：所有的取代基都有规则的排在同一边的叫,间同构型：取代基交替排列在上下方，叫。,无规构型：取代基排列没有规则，叫。,特点：反应产物是没有支链的线型结构的高分子。能控制分子结构的空间构型，得到分子结构规整的聚合物。,19-3高分子的合成,二、缩聚反应,1缩聚反应的特点,所用单体至少有两个相互作用的官能团。缩聚反应是通过一连串的缩合反应来完成的。反应过程中有小分子析出，高聚物的化学组成与单体不同。缩聚一般是不可逆的。缩聚物的分子量不是很大（与加聚物比较）。反应不是瞬间完成的，高聚物的分子量随时间的增长而增加，链增长过程是逐步完成的。,19-3高分子的合成,由一种或两种以上的单体，通过缩合形成高分子化合物，同时脱去水、卤化氢或醇等小分子的反应叫。,19-3高分子的合成,2缩聚反应的历程,链的开始,链的增长,链终止,物理方面的原因,a随着缩聚反应的进行，单体浓度越来越小，官能团发生反应的机会减少。b缩聚物的粘度增加，整个分子链移动困难，碰撞机会减少。C粘度大，生成的低分子排不出去，发生可逆反应。,化学方面的原因(主要原因),a.官能团的分解，使增长的分子链失去活性。b.单体组分的非当量比,使分子链未端带的是相同的官能团,发生“链封闭”作用,而使增长着的分子链失去活性。c.原料中混有单官能团杂质也会发生“链端封闭”作用。d.分子链内部发生环化反应或分子间发生环化反应等都会发生链端封闭作用而使反应终止。,19-3高分子的合成,19-3高分子的合成,3体型缩聚：具有合成体型结构的缩聚物的反应。,所用单体起码要有一个组分是含有两个官能团以上的物质，链增长时才有可能向两个以上的方向增长，生成体型结构的缩聚物。,在反应过程中有一个粘度骤然变得很大，出现具有弹性的凝胶的现象凝胶化现象。,一、色层分离,19-4高分子的应用,1离子交换树脂,离子交换树脂的结构,离子交换树脂是一类具有离子交换作用的高聚物。,阳离子交换,19-4高分子的应用,阴离子交换,19-4高分子的应用,19-4高分子的应用,特点u可逆平衡反应。（是一动态平衡）u是非均相反应。u可连续或串连操作。u分离速度快，产品纯度高。设备简单，操作方便，成本低。,用途u分离混合物。u纯化水。u可作酸碱催化剂。,2螯合树脂,3亲和层析,二、高分子载体的反应,19-4高分子的应用,1高分子作为反应物载体,2高分子试剂的反应,3高分子催化剂,一、定义、分类和组成,2.分类,3.组成,1定义：是指具有可塑性能的高分子材料。,19-5塑料,19-5塑料,树脂:指尚未与各种添加剂混合的高聚物。填料:（又称添加剂）提高制品的强度和耐热性并可降低成本。2050%）。增塑剂:（又称软化剂）使制品具有韧性。增强可塑性，降低脆性和刚性。稳定剂：防止塑料老化，延长使用寿命。润滑剂：防止塑料在成型过程中粘附压模，造成脱落困难。固化剂：加速高聚物分子间发生交联、硬化。色料：使制品美观。,二、几种常见的塑料,1.聚氯乙烯(PVC)是线型结构热塑性高分子化合物,优点：机械强度好，耐腐蚀性，电绝缘性优良，易加工成型，成本低。缺点：软化点较低（6580），不耐寒，冬天硬脆易断裂，耐热耐光差。外观：白色、无臭，无味的无定形物。应用：轻工、化工、电器等方面。,19-5塑料,19-5塑料,2酚醛塑料（俗称电木）是酚醛树脂添加其他配料制成的产品。,制备：苯酚与甲醛在酸催化下进行缩聚反应,结构：,特点：加热不会熔化，不溶于水及有机溶剂。电绝缘性优良，耐许多化学药剂腐蚀。有良好物理机械性能，很坚硬。,应用：电气工业绝缘材料（开关、灯头）；化学工业防腐材料等。,19-6合成纤维,一、成纤的基本条件,1具有线型分子结构，分子链排列规整。,2分子量大小要适当，才有利于拉丝和保证足够的强度。(104)。,3分子链间要有较强的吸引力,4能溶解或溶融。,二、几种重要的合成纤维,1聚酰胺纤维,各链节以CONH相连结商品名称：锦纶（又称尼龙）、耐纶等优点：具有高强度，有一定的弹性、耐磨、耐油、耐腐蚀、耐细菌。缺点：耐光较差，长期光照下强度下降。例：,19-6合成纤维,2聚酯纤维,各链节以COO相连结商品名称：涤纶、的确良等优点：强度大、耐磨（仅次于聚胺纤维）、富有弹性、易皱、吸水性小、耐光、耐腐蚀、耐漂白剂、耐氧化剂、耐有机试剂及无机酸，绝缘性好。缺点：耐碱性稍差。例：的确良聚对苯二甲酸乙二酯纤维,19-6合成纤维,19-6合成纤维,3聚丙烯腈纤维,单体：是丙烯腈商品名称：腈纶（又称合成羊毛）优点：柔软蓬松，强度、保暧性及弹性比羊毛好，是优良的天然代用品。缺点：耐磨性能不及羊毛好。合成：,4聚乙烯醇缩甲醛纤维,商品名称：维纶特点：外观、手感、吸湿性均极似棉花，有“合成棉花”之称。其耐磨性、强度都比棉花好。,19-6合成纤维,单体：,一、天然橡胶,1来源：,填料：是为了减少生胶的用量，并提高制品的机械强度和耐磨性能。硫化：使橡胶分子链间发生交联，从而改善生胶易发生形变的缺点。防老剂：提高橡胶的抗老的性能，延长橡胶制品的使用寿命。,2化学组成：聚异戊二烯，线型高分子，分子量20-50万。,3顺式结构：有良好的高弹性，但耐磨性和机械强度差。,4反式结构：分子间引力大，结晶区较多，弹性很差，是硬质橡胶。,5填料和防老剂,19-7橡胶,二、合成橡胶,1.顺丁橡胶,合成：,优点：弹性好，耐磨性能、耐低温性能也较好。具有良好的物理机械性能。缺点：抗斯裂强度、加工性能较差。用途：一般制造三角皮带、耐热胶管、电绝缘制品等。,19-7橡胶,19-7橡胶,2.丁苯橡胶,合成：,优点：耐磨、耐自然老化、耐臭氧、与天然橡胶相似。缺点：弹性和机械强度较差粘合性也不好。用途：目前产量最高、用途最广的合成橡胶。制造轮胎、电缆等。,优点：由于氯原子的存在，赋予氯丁橡胶良好的耐油性和其他物理机械性能。耐老化特别好。耐热性、耐磨性、耐燃性、耐化学试剂、气密性、耐臭氧性均比天然橡胶优良。缺点：弹性和耐寒性比天然橡胶差。用途：广泛用作海底电线绝缘材料，化工防腐材料，耐油制品等。,3.氯丁橡胶,合成：,