大学教师有机化学.ppt

1、第二十二章 合成高分子化合物,1、 掌握高分子化合物的基本概念； 2、了解高分子的结构和性能的关系； 3、掌握合成高分子化合物的基本反应； 4、了解高分子化合物的应用,目的要求,第一节 基 本 概 念,由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的大分子化合物(高聚物,一、高分子化合物 (high molecular compound,单体,链节,聚合度,均聚物：由一种单体聚合而成的高聚物.聚乙烯,共聚物：由两种单体聚合而成的高聚物.苯乙烯+丙烯氰,二、高分子的相对分子质量,高分子的相对分子质量M链节质量(M0)聚合度(n,高分子相对分子质量的分散性(不均一性)：相对分子质量大小不等的现

2、象。分散性越大，性能越差,三、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. 按材料的性能分类：塑料、橡胶、纤维,3. 按用途分类：通用高分子(塑料、橡胶、纤维 )、工 程材料高分子、涂料、黏合剂和功能高分子,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,4. 按高分子主链结构分类：碳链高分子、杂链高分子、元素 有机高分子和无机高分子,碳链聚合物 主链完全由碳原子组成。如聚乙烯,杂链聚合物 主链除碳原子外，还含有氧、氮

3、、硫等杂原子。 如聚酰胺（尼龙-66,元素有机高分子 主链由硅、硼、铝与氧、氮、硫、 磷等组成，侧链是有机基团。如聚二甲基硅氧烷(硅橡胶,无机高分子 主链和侧链均由无机元素或基团组成。 如聚二氯磷腈(耐火橡胶,四、高分子化合物的命名,1、 按制备方法及原料名称命名,由一种单体获得的聚合物，在单体名称前面冠以 “聚”字： 聚氯乙烯、聚丙烯腈等,2) 由两种或两种以上单体获得的聚合物，在两种单体名称间 以短线连接，并冠以“聚”字：聚苯乙烯-丙烯腈等,3) 由两种单体缩聚而成的聚合物，在简化后的原料名称后加 “树脂”：酚醛树脂、环氧树脂等,2、商品名：见P342表22-3,第二节 高分子的结构和性能

4、的关系,一、高分子的基本结构及其性能特点,1、结构： 线形(linear)结构,有独立大分子存在，在受热及溶剂中，大分子可彼此分离,特点：有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解， 加热能 熔融， 硬度和脆性较小,支化(brach)结构,交联(crosslinking)结构,特点：没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融, 只能溶胀，硬度和脆性较大,没有独立大分子存在,二、高分子化合物的聚集状态及性能,从结晶状态来看，线型结构的高聚物分为晶态高聚物和非晶态高聚物，或者两者共存,高聚物中结晶性区域称为结晶区，非结晶区域称非结晶区，结晶的多少称结晶度（高聚物含晶体结构的质量百分数,高聚物的性能与高分子的相对分子质量

5、、分子链结构及聚集状态(分子链间的排列和堆砌状态)有关,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，因而都是非晶态的,结晶度增加，其熔点、相对密度、硬度增大，耐热性和耐溶剂性(溶解度)提高。例如:橡胶,少量结晶提高机械强度,三、高分子化合物的热运动及物理状态,1.高分子的热运动特点:高聚物所处状态与其运动 状态有关,整条链运动,链段运动,2.高分子的物理特点及性能,线形非晶相高聚物的三种物理状态： 玻璃态、高弹态、黏流态,玻璃态 一定温度下，分子链节或整个分子链无法产生运动，高聚物呈现如玻璃体状的固态。例如常温下的塑料,高弹态 链节可以较自由地旋转，但整个分子链不能移

6、动。例如常温下的橡胶。高弹态是高聚物所独有的罕见的一种物理形态，能产生很大形变，除去外力后恢复原状,粘流态 高聚物分子链节可以自由地旋转，整个分子链也能自由移动，从而成为能流动的粘液，比液态低分子化合物的粘度要大得多。例如胶粘剂或涂料,每种高聚物有三态，随着温度的变化，三种物态可相互转化,玻璃化温度 由高弹态向玻璃态转变的温度，用Tg 表示,粘流化温度 由高弹态向粘流态转变的温度，用Tf 表示,塑料与纤维 要求Tg 高， Tf 低（较耐热，加工成型温度不高,橡胶 要求Tg 低， Tf 高(耐寒又耐热,一些非晶态高聚物的Tg和Tf值： 聚氯乙烯 Tg =81 Tf =175 聚苯乙烯 Tg =1

7、00 Tf =135 尼龙-66 Tg=48 Tf=265 天然橡胶 Tg =-73 Tf =122,第三节 高分子的合成,聚合反应: 由小分子单体合成聚合物的化学反应,连锁聚合,逐步聚合,一、链式聚合 （加聚反应,由一种或多种单体聚合成聚合物的反应,仅由一种单体聚合而成的，分子链中只包含一种单体构成的链节的聚合反应,由两种或两种以上单体进行聚合，生成的聚合物含有多种单体构成的链节的聚合反应,加聚反应的特点,聚合反应发生在不饱和键上,单体中含双键或三键,通过一连串单体分子间的相互加成反应来完成的,反应过程没低分子化合物生成。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,加

8、聚反应的历程： 自由基聚合、离子型聚合、配位聚合,1. 自由基聚合,引发剂分解，生成初级自由基,活性很强的初级自由基立即与单体分子结合, 生成单体自由基,2) 链的增长,单体自由基生成后，继续与单体分子作用，直至生成大分子自由基的过程。(迅速重复多次的进行,3) 链的终止,双基结合终止,双基歧化终止,2. 离子型聚合,与自由基聚合相似，反应中心为离子(阳离子或阴离子,阳离子聚合过程,阴离子聚合过程,链引发,链增长,链终止,3. 配位聚合(定向聚合反应,烯类单体在金属有机络合物催化剂的催化下引起的聚合反应。金属有机络合物又称齐格勒-纳塔催化剂,二、逐步聚合(缩聚反应,两种或两种以上单体经官能团反

9、应生成低聚物，然后由低聚物转化为高聚合物的反应。典型反应为缩合聚合反应。的确良(涤纶)合成,缩聚反应特点,单体带有两个或两个以上反应基团-OH,-COOH,-NH2,-X (卤素)和活泼氢等。 H2N-R-NH2,缩聚,2) 反应过程有低分子物质(如H2O,HX,NH3,ROH)生成,尼龙-66(聚酰胺)的合成,三、开环聚合,环状单体在反应中环被打开，生成聚合物的反应,3) 缩聚反应是通过一连串的缩合来完成的。分子量随着反应时间的增加而增加，但转化率与反应时间无关,第四节 高分子的应用,一、离子交换树脂,离子交换树脂是一类具有离子交换作用的高聚物,阳离子交换树脂：当活性基团是酸性基团(A)，在溶液中能解离出H+，与溶液中的其他阳离子(K+,Na+,Ca2+,Mg2+等)进行交换