高分子化学与物理-1-高分子的基本概念

高分子化学与物理第一章高分子的基本概念,考一考,大家能想到，什么样的东西才是高分子吗？,如果你不知道，那你就out啦！,大家有木有用过或见过高分子材料？,住：水管、沙发、拖把、灯罩,食：淀粉、蛋白质、饮料瓶,高分子无处不在,衣：棉、涤纶、尼龙,行：轮胎、坐垫、气囊,1.什么是高分子-基本概念,高分子，也称为大分子或聚合物分子,英文名为macromolecule，或者polymermolecule,Macro-，大的，长的,poly-多的，多个的,特点：与小分子化合物相比，具有高的相对分子量。分子量在104106的称为高聚物分子，分子量小于104的称为低聚物分子,聚在一起而合成,高分子，由许多重复单元通过共价键有规律地连接而成的分子,重复结构单元，重复组成高分子分子结构的最小的结构单元,其重复单元既可看作-CH2CH(CH3)-，也可看作-CH2CH-(CH3)CH2CH(CH3)-，甚至更大，但重复结构单元就定义为其中最小的重复单元，即-CH2CH(CH3)-。,高分子结构式,想一想，它们的重复结构单元是什么？,(A),(C),(D),(B),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,想想看，下列高分子中哪些是链原子？,结构单元构成高分子主链结构组成的单个原子或原子团，可包含一个或多个链单元。,想一想，框内所示原子或原子团，哪些属于结构单元？,末端基团EndGroups,高分子链的末端结构单元,通常可忽略不写,聚合反应Polymerization,小分子,高分子,单体Monomer,单体：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。聚合反应：由小分子生成高分子的反应过程。,高分子，是由小分子物质，即单体，通过聚合反应而得到的。,单体单元与重复单元不同:单体单元是一个基于聚合反应过程的概念，而重复结构单元是基于高分子结构的概念。,其单体单元为-CH2CH2-，而其重复结构单元则为-CH2-。,说说聚乙烯的单体单元和重复结构单元各是什么？,单体单元与重复单元的区别,其重复结构单元是？,若是通过下列反应合成，其单体单元是？,对苯二甲酸二乙二酯,对苯二甲酸,乙二酯,(A),(B),聚合度,聚合度，DegreeofPolymerization，DP，即单个聚合物分子中所含单体单元的数目。注意：即使是同一聚合物，也可能因使用的单体不同而具有不同的聚合度。,想一想，它们的聚合度是多少？,DP=2n,DP=n,从聚合反应过程来考虑！,2.高分子如何形成-聚合反应的分类,根据单体分子聚合物分子在组成和结构上的变化，分为加聚反应和缩聚反应。根据聚合反应机理和动力学的不同，分为逐步聚合反应和链式聚合反应两大类。根据单体种类的多少及聚合物的分子结构的不同，可分为均聚反应和共聚反应。,2.1缩聚反应(condensationpolymerization),聚合产物的重复结构单元组成比单体分子少若干原子的聚合反应，在聚合反应过程中伴随有水、醇等小分子副产物生成。聚合产物称缩聚物。,Step-GrowthPolymerizationpolymerization：在聚合反应过程中，聚合物分子是由体系中的单体分子以及所有聚合度不同的中间产物分子之间通过缩合或加成反应生成的，聚合反应可在单体分子以及任何中间产物分子之间进行。,2.2逐步聚合反应,特征：1.单体分子及所有聚合度分子之间都能相互反应生成更高聚合度的聚合物分子。2.聚合产物重复结构单元的组成与单体分子相同。,2.3加聚反应(additionpolymerization),聚合产物重复结构单元的组成与单体分子相同的聚合反应，称为加聚反应。加聚反应的产物，称为加聚物。,(A),(C),(B),2.4链式聚合反应,Chain-Growthpolymerization在聚合反应过程中，单体分子之间不能发生聚合反应，聚合反应只能发生在单体分子和聚合反应活性中心之间，单体和聚合反应活性中心反应后生成聚合度更大的新的活性中心，如此反复生成聚合物分子。,与逐步聚合反应最明显的区别：单体分子之间不能够相互反应生成聚合物分子，而只能与聚合反应活性中心之间发生聚合反应,2.5聚合反应单体,能够进行聚合反应的单体分子都必须至少含有两个反应点，如对苯二甲酸与乙二醇的反应：,若是只有一个反应点的小分子，如苯甲酸和乙醇反应，则会如何？,2个反应点,0个反应点,反应点可以是功能团或者不饱和键（每个不饱和键都含有两个反应点）。主要有以下三大类：（a）含两个（或以上）末端功能基的单体，如：羟基酸：HO-R-COOH氨基酸：H2N-R-COOH二元胺：H2N-R-NH2二元羧酸：HOOC-R-COOH二元醇：HO-R-OH等这类单体的聚合反应通过单体功能基之间的反应进行，为逐步聚合反应。,（b）含多重键的单体，如：C=C双键：乙烯、丙烯、苯乙烯等CC三键：乙炔及取代乙炔C=O双键：甲醛等可通过多重键与聚合反应活性中心加成进行链式聚合反应。,（c）杂环单体，可进行开环链式聚合反应，如：,2.6均聚反应与共聚反应,由一种单体参与的聚合反应一定为均聚反应；由两种以上单体参与的聚合反应不一定是共聚反应，应结合重复结构单元来考虑；如果聚合物分子结构中只有一种重复结构单元、并且该重复结构单元可以只由一种（事实上的、隐含的或假想的）单体衍生而来，则该聚合物为均聚物，否则为共聚物。,何谓事实上的、隐含的或假设的单体？,氯乙烯单体（事实上的）,由对苯二甲酸和乙二醇反应生成的“隐含单体”,“假设单体”:乙烯醇（不存在）,3.聚合物分类,聚合物的种类繁多，其分类方法也可有多种角度。根据聚合物的来源可分为三类：（1）天然高分子化合物自然界天然存在的高分子化合物，如淀粉、蛋白质、纤维素等；（2）半天然高分子化合物经化学改性后的天然高分子化合物，如由纤维素和硝酸反应得到的硝化纤维素、由纤维素和乙酸反应得到的乙酸纤维素等；(3)合成高分子化合物由单体通过人工合成的高分子化合物，如由乙烯聚合得到聚乙烯等。,根据高分子主链的原子组成，可分为三类（1）碳链高分子链原子全部由碳原子组成，如聚乙烯、聚丙烯等（2）杂链高分子链原子除碳原子外，还含O、N、S等杂原子，如聚乙二醇的链原子包括C和O，尼龙-6的链原子包括C和N(3)元素有机高分子链原子由Si、B、Al、O、N、S、P等杂原子组成，不含C原子的，如聚二甲基硅氧烷的链原子只有Si和O。,试判断下面聚合物属于(A)碳链高分子、(B)杂链高分子还是(C)元素有机高分子？,(1),(3),(2),(4),(5),根据性质和用途,塑料,纤维,橡胶,涂料,胶粘剂,功能高分子,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的精细高分子材料,以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。,4.高分子的命名,（1）来源命名法根据单体进行命名，并不描述聚合物分子的实际结构。命名时可有几种情形：天然高分子一般已有与其来源、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）。合成高分子根据聚合单体进行命名，并不描述聚合物分子的实际结构。可分几种情形：,a.仅由一种单体合成的均聚物：通常是在实际或假想的单体名称前加前缀“聚”，如聚苯乙烯聚乙烯醇,b.链式聚合体系，由两种及以上的单体合成的高分子为共聚物，一般在两单体名称或简称之间加“-”，再加“共聚物”后缀，如乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物，叫“乙烯-乙酸乙烯酯共聚物”,对于逐步聚合反应a.逐步聚合体系,两种单体可生成一种“隐含单体”，命名时：“聚”+“隐含单体”名称如:对苯二甲酸和乙二醇的聚合产物叫“聚对苯二甲酸乙二酯”、己二酸和己二胺的聚合产物叫“聚己二酰己二胺”,b.若所得聚合物为共聚物，则其命名与链式聚合反应的共聚物命名方法相同,两单体名称或简称之间加“-”，再加“共聚物”后缀,c.所得产物非常复杂，常常是由多种结构不同的产物组成的混合物：两单体名称或简称加后缀“树脂”,d.“聚”+高分子中单体单元相互连接的特征功能团，如：,聚酰胺：,聚酯：,类似的有聚氨酯（-NH-CO-O-）、聚醚（-C-O-）等。该种命名指的是一类高分子。,（2）系统命名法系统命名法是以聚合物的分子结构为基础的命名法，根据IUPAC命名法则对聚合物分子的重复结构单元进行命名。命名时一般遵循以下次序：（）确定重复结构单元；（）按IUPAC命名法则排出重复结构单元中的二级单元次序，如主链上带取代基的碳原子排在前，含原子最少的基团先写等；（）给重复结构单