北1.绪论-复习与拓展-2007

1、Introduction1、掌握高分子化学的基本概念。、掌握高分子化学的基本概念。2、对重要的相关概念进行辨析。、对重要的相关概念进行辨析。3、掌握聚合物的分类与命名。、掌握聚合物的分类与命名。4、正确写出常用聚合物的名称、正确写出常用聚合物的名称、 分子式、聚合反应式。分子式、聚合反应式。第一章第一章 诸论诸论总总 结结基本要求基本要求第一章第一章 诸论诸论总总 结结基本概念基本概念1、单体、高分子、大分子、聚合物、低聚物（齐聚物）、单体、高分子、大分子、聚合物、低聚物（齐聚物）2、结构单元、重复单元、单体单元、链节、结构单元、重复单元、单体单元、链节3、主链、侧链、端基、侧基、主链、侧链、

2、端基、侧基4、聚合度、相对分子质量、相对分子质量分布等、聚合度、相对分子质量、相对分子质量分布等5、加聚反应、缩聚反应、加聚物、缩聚物、加聚反应、缩聚反应、加聚物、缩聚物、 连锁聚合、逐步聚合连锁聚合、逐步聚合高分子化学是研究高分子化合物合成和反应的一门科学高分子化学是研究高分子化合物合成和反应的一门科学一、高分子化学一、高分子化学由小分子化合物经过聚合反应形成高分子化合物的过程由小分子化合物经过聚合反应形成高分子化合物的过程例例苯乙烯苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯合成合成以高分子化合物为反应物进行的化学反应以高分子化合物为反应物进行的化学反应聚乙烯醇聚乙烯醇聚乙烯醇缩甲醛聚乙烯醇缩甲醛例例反应反应第

3、一章第一章 诸论诸论总总 结结基本概念基本概念二、高分子化合物二、高分子化合物高分子、大分子（高分子、大分子（macromoleculemacromolecule）：）：聚合物、高聚物（聚合物、高聚物（polymerpolymer、high polymerhigh polymer）生物大分子（生物大分子（biological macromoleculebiological macromolecule）第一章第一章 诸论诸论总总 结结基本概念基本概念由许多结构相同的、简单的单元通过共价键重由许多结构相同的、简单的单元通过共价键重复连接而成的相对分子质量很大的化合物。复连接而成的相对分子质量很大的

4、化合物。聚合物聚合物n CH2=CH CN CH2 CH n CN结构单元结构单元单体单元单体单元重复单元重复单元链链 节节单体（单体（AN）聚合物分子式（聚合物分子式（PAN）聚合度聚合度Xn = DPMn = nMo= 53n三、单体、分子式、反应式三、单体、分子式、反应式第一章第一章 诸论诸论总总 结结基本概念基本概念n HOOC COOH + n HOCH2CH2OH HO OC COOCH2CH2O n H + (2n-1)H2O重复单元（链节）重复单元（链节）结构单元结构单元结构单元结构单元聚合度聚合度Xn = 2n = DPMn = nMo= 192n单体（对苯二甲酸单体（对苯二

5、甲酸 + 乙二醇）乙二醇）聚合物分子式（聚合物分子式（PET）第一章第一章 诸论诸论总总 结结基本概念基本概念四、大分子链四、大分子链主链主链-侧链侧链-端基端基-侧基侧基-第一章第一章 诸论诸论总总 结结基本概念基本概念第一章第一章 诸论诸论总总 结结基本概念基本概念高分子化学命名原则高分子化学命名原则中国国标：来源命名法和基础命名法中国国标：来源命名法和基础命名法系统命名法系统命名法国际标准：似基础命名法、有机命名国际标准：似基础命名法、有机命名聚合物结构特征命名聚合物结构特征命名习惯用法：简单，指某一大类聚合物习惯用法：简单，指某一大类聚合物商品名、俗名商品名、俗名习惯用法：使用广泛，通

6、俗，不规范习惯用法：使用广泛，通俗，不规范英文缩写命名英文缩写命名习惯用法：使用广泛，简捷，含糊习惯用法：使用广泛，简捷，含糊例例 HO OC COO(CH2)2O n H 聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯聚（氧亚乙基氧对苯二甲酸）聚（氧亚乙基氧对苯二甲酸）聚（氧化乙烯氧化对苯二甲酰）聚（氧化乙烯氧化对苯二甲酰）聚酯聚酯涤纶涤纶PET五、聚合物命名五、聚合物命名第一章第一章 诸论诸论总总 结结聚合反应聚合反应一、一、Carothers 法法借用有机化学加成和缩合反应概念借用有机化学加成和缩合反应概念n CH2=CH CONH2 CH2 CH n CONH2加聚（加成聚合）加聚（加成聚合）特

7、点：每一步均为加成反应特点：每一步均为加成反应无小分子析出无小分子析出n HOOC COOH + n HO(CH2)4OH HO OC COO(CH2)4O n H + (2n-1)H2O缩聚（缩合聚合）缩聚（缩合聚合）特点：每一步均为缩合反应特点：每一步均为缩合反应有小分子析出有小分子析出tC%C%Xn二、二、Flory 法法聚合场所聚合场所活性中心活性中心:单体单体:n CH2=CH CONH2 CH2 CH n CONH2连锁聚合连锁聚合第一章第一章 诸论诸论总总 结结聚合反应聚合反应以反应机理和动力学为依据以反应机理和动力学为依据C%tC%Xnn HOOC COOH + n HO(CH

8、2)4OH HO OC COO(CH2)4O n H + (2n-1)H2O聚合场所聚合场所单体单体:逐步聚合逐步聚合第一章第一章 诸论诸论总总 结结聚合反应聚合反应tC%C%Xnn CH2=CH CH= CH2 CH2 CH=CH CH2 n 聚合场所聚合场所活性中心活性中心:单体单体:活性聚合活性聚合第一章第一章 诸论诸论总总 结结聚合反应聚合反应高分子化学高分子化学北京市精品课程（北京市精品课程（2003）国家精品课程国家精品课程 （2005） Http:/ 教务处教务处精品课程精品课程高分子化学高分子化学参参 考考 书书高高 分分 子子 化化 学学有机化学有机化学物理化学物理化学化学工

9、程化学工程.聚合反应工程聚合反应工程高高 分分 子子 物物 理理小分子化合物小分子化合物石油、天燃气、煤石油、天燃气、煤高分子化合物高分子化合物制品制品聚合物成型加工聚合物成型加工材料力学材料力学流体力学流体力学.分分 子子 结结 构构形形 态态 形形 状状使使用用性性能能无机化学无机化学分析化学分析化学物物 理理循环利用循环利用高高 分分 子子 科科 学学高分子工程高分子工程油化工油化工煤化工煤化工仪器分析仪器分析知知 识识 框框 架架- 蛋白质、淀粉、棉、毛、丝、麻、造纸、油漆、虫胶等蛋白质、淀粉、棉、毛、丝、麻、造纸、油漆、虫胶等第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展历史发展历史二、十九世

10、纪中叶：天然高分子的化学改性二、十九世纪中叶：天然高分子的化学改性- 1838 C.N.Goodyear 天然橡胶硫化天然橡胶硫化- 1845 C.F.Schobein 硝化纤维硝化纤维- 1868 J.W.Hyatt 硝化纤维塑料硝化纤维塑料- 1889 建成最早的人造丝工厂建成最早的人造丝工厂- 1900 英国建成年产英国建成年产1000t粘胶纤维工厂粘胶纤维工厂三、二十世纪初叶：高分子工业和科学的创立的准备时期三、二十世纪初叶：高分子工业和科学的创立的准备时期- 1907 L.Backeland 酚醛树脂酚醛树脂- 1911 丁钠橡胶丁钠橡胶- 1914 醋酸纤维和塑料醋酸纤维和塑料-

11、1925 醋酸乙烯工业化醋酸乙烯工业化- 1928 聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯四、二十世纪四、二十世纪3040年代：高分子工业和科学的创立时期年代：高分子工业和科学的创立时期塑料：塑料：PVC(1931)、PS(1934)、LDPE(1939)、ABS (1948) 橡胶：氯丁胶橡胶：氯丁胶(1931)、丁基胶、丁基胶(1940)、丁苯胶、丁苯胶(1940)纤维：纤维：PVC(1931)、尼龙、尼龙-66(1938)、PET(1941)、维纶（、维纶（1948）一、十九世纪之前：天然高分子的加工利用一、十九世纪之前：天然高分子的加工利用第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展

12、发展历史发展历史五、二十世纪五、二十世纪50年代：现代高分子工业确立、高分子合成化学大发展时期年代：现代高分子工业确立、高分子合成化学大发展时期- HDPE （195355）、）、PP（195557）、）、BR（1959）、）、PC（1957）- 石油化工产品的石油化工产品的80%用于高分子工业用于高分子工业- 塑料以两倍于钢铁的速率增长（塑料以两倍于钢铁的速率增长（1215% / 年）年）六、二十世纪六、二十世纪60年代：高分子物理大发展时期年代：高分子物理大发展时期- 通用塑料：通用塑料：PE、PP、PVC、PS (80%)、PF、UF、PU、 UP（20%）- 工程塑料：工程塑料：ABS

13、、PA、PC、PPO、POM、PBT、- 合成橡胶：丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶、异戊胶、丁基胶、丁腈胶合成橡胶：丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶、异戊胶、丁基胶、丁腈胶- 合成纤维：合成纤维：PET、PAN、PP、PVA、nylon七、二十世纪七、二十世纪70年代：高分子工程科学大发展时期年代：高分子工程科学大发展时期- 生产的高效化、自动化、大型化：塑料生产的高效化、自动化、大型化：塑料6000万万t、橡胶、橡胶700万万t、化纤、化纤6000万万t- 高分子合金，如高分子合金，如HIPS- 高分子复合材料，如碳纤维增强复合材料高分子复合材料，如碳纤维增强复合材料八、二十世纪末期：高分子科学的扩展与深化八

14、、二十世纪末期：高分子科学的扩展与深化- 三大合成材料产量超过三大合成材料产量超过10亿亿t，其中塑料，其中塑料 8500万万t，以体积计超过钢铁的产量，以体积计超过钢铁的产量- 精细高分子、功能高分子、生物医学高分子精细高分子、功能高分子、生物医学高分子* 1833年，年，Berzius在对鲸油的热镏油的分镏产物时，首次提出在对鲸油的热镏油的分镏产物时，首次提出“要描述这种组成要描述这种组成 相同但性质相异的物质，建议称为相同但性质相异的物质，建议称为Polymer（聚合的）物质（聚合的）物质”* 1892年，年，Tilden对天然橡胶裂解成分进行分离、分析，确定了异戊二烯结构式对天然橡胶裂

15、解成分进行分离、分析，确定了异戊二烯结构式* 1904年，年，Green针对纤维素是由小分子堆集而成，还是由糖基通过共价键联结针对纤维素是由小分子堆集而成，还是由糖基通过共价键联结 而成的讨论，提出而成的讨论，提出“纤维的物理性质显示出纤维素是高分子量的物质纤维的物理性质显示出纤维素是高分子量的物质” * 1907年，年，Ostwald提出分子胶体概念，并于提出分子胶体概念，并于1920年出版年出版胶体化学胶体化学* 1920年，年，Staudinger发表发表论聚合论聚合，提出无论天然或合成高分子，其形态和，提出无论天然或合成高分子，其形态和 特性都可以由具有共价键连接的链式高分子结构来解释

16、特性都可以由具有共价键连接的链式高分子结构来解释* 1924年，年，Svedberg发明出超速离心机，用于血红蛋白分子量的测定发明出超速离心机，用于血红蛋白分子量的测定* 1932年，年， Staudinger发表发表高分子有机化合物高分子有机化合物，现代高分子概念获得公认，现代高分子概念获得公认高分子概念的确立高分子概念的确立第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因一、科学发现一、科学发现实例实例 瑞典人，物理化学家。瑞典人，物理化学家。研究胶体分子的提纯和分研究胶体分子的提纯和分离技术，特别是对蛋白质离技术，特别是对蛋白质的研究。的研究。1924年发明了超年发明了超速离心机，用于蛋

17、白质分速离心机，用于蛋白质分子测定，并从沉降常数和子测定，并从沉降常数和扩散系数获得血红蛋白的扩散系数获得血红蛋白的分子量。分子量。 Svedberg 的工作为高分的工作为高分子化学的建立创造了实验子化学的建立创造了实验条件。条件。T.Svedberg （ 18841971）19261926年因发明高速离心机并用于高分散胶体化学研究年因发明高速离心机并用于高分散胶体化学研究获诺贝尔化学奖获诺贝尔化学奖第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因 德国人，德国人，1903年在年在Halla大学完成博士论大学完成博士论文。文。 毕业后在多所大学毕业后在多所大学任教。任教。 早期研究有机化学，早

18、期研究有机化学，后转向对天然有机物后转向对天然有机物的结构研究。的结构研究。 1920年，在年，在德国化学会志德国化学会志上发表划时代的文章上发表划时代的文章论聚合论聚合,首次提出高分子的概念。首次提出高分子的概念。 1932年，发表专著年，发表专著高分子有机化合物高分子有机化合物，标志着高分子化学，标志着高分子化学的诞生。的诞生。H.Staudinger （ 18811965）19531953年因年因“链状大分子物质的发现链状大分子物质的发现”获诺贝尔化学奖获诺贝尔化学奖第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因伟人的足迹：伟人的足迹： 高分子化学发展展高分子化学发展展望望K.Zieg

19、ler 和和 G.NattaMacDiarmid/Heeger/白川英树白川英树维特里希维特里希/芬恩芬恩/田中田中耕一耕一第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因P.J.FloryP.G.de Geenes美国乳聚丁苯橡胶的开发美国乳聚丁苯橡胶的开发* 二次世界大战中珍珠港事件后，美国天然橡胶来源中断二次世界大战中珍珠港事件后，美国天然橡胶来源中断* 1942.8 罗斯福任命罗斯福任命 B.M.Baruch（金融家）（金融家）J.B.Conat（哈佛大学校长、化学家）（哈佛大学校长、化学家） K.T.Compton（麻省理工大学校长、物理学家）组成橡胶调查委员会（麻省理工大学校长、物

20、理学家）组成橡胶调查委员会* 1942.9 委员会提出报告：委员会提出报告：“如果不能保证迅速提供大量的橡胶，那么我们的战如果不能保证迅速提供大量的橡胶，那么我们的战 争力量和国内经济两者都会破产，因此，橡胶升级为最紧急的问题。争力量和国内经济两者都会破产，因此，橡胶升级为最紧急的问题。”* 美国政府投资美国政府投资7亿美元，利用德国技术，两年内建起亿美元，利用德国技术，两年内建起51个生产原料和橡胶的工厂，个生产原料和橡胶的工厂， 成为仅次于发展原子弹成为仅次于发展原子弹“曼哈顿工程曼哈顿工程”的第二大工程的第二大工程 实例实例第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因二、人类需求二、

21、人类需求高分子概念的形成和高分子科学的出现始高分子概念的形成和高分子科学的出现始于于20世纪世纪20年代，但高分子材料是近年代，但高分子材料是近50年年发展最快的材料发展最快的材料 高分子材料时代高分子材料时代壮志未酬身先死，一腔热血洒太空壮志未酬身先死，一腔热血洒太空例例第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因高分子材料为国民经济发展提供了广泛坚实的基础高分子材料为国民经济发展提供了广泛坚实的基础第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因石油分镏石油分镏石油石油常压分镏常压分镏加热加热汽提汽提减压分镏减压分镏石油气石油气柴油柴油汽油汽油煤油煤油柴油柴油重煤油重煤油粗柴油粗柴油渣

22、油渣油三、原料丰富三、原料丰富石油石油 路路 线线第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因石油裂解石油裂解生产烯烃生产烯烃液态烃液态烃（100%）裂解炉裂解炉水蒸气水蒸气急冷急冷脱脱H2、CH4、C2H6脱脱C3H8乙烯乙烯（25%）丙烯丙烯（17%）C4混合物混合物（12%）裂解汽油、塔底油裂解汽油、塔底油生产芳烃生产芳烃萃取塔萃取塔分镏塔分镏塔分镏塔分镏塔分镏塔分镏塔分镏塔分镏塔石脑油石脑油溶剂溶剂汽油汽油芳烃、溶剂芳烃、溶剂苯苯甲苯甲苯C8 混合物混合物芳烃芳烃溶剂溶剂第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因3C + CaO25003000 0CCaC2 + COCaC2

23、 + 2H2OCa(OH)2 + CHCH干干 镏镏煤气煤气煤炭煤炭苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯萘、蒽萘、蒽苯酚、甲苯酚苯酚、甲苯酚乙炔乙炔分离分离氨氨煤焦油煤焦油焦炭焦炭煤煤 炭炭 原原 料料 路路 线线第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因糠醛：糠醛： 可由稻草、米糠、棉籽壳等制得可由稻草、米糠、棉籽壳等制得纤维素：纤维素： 可由天然植物中制得可由天然植物中制得CH - CHCH C - CHOOHOHOOHHHOHO CH2OHCH2OH 天然原料天然原料第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因四、高分子的循环利用四、高分子的循环利用原料原料热、蒸汽、电热、蒸汽、电

24、废弃物废弃物应用应用加工加工合成合成化学循环化学循环能量回收能量回收物理循环物理循环 废旧高分子净化后，加入稳定剂，重新造粒，进行再次加工生产的过程废旧高分子净化后，加入稳定剂，重新造粒，进行再次加工生产的过程物理循环：物理循环： 利用光、热、辐射、化学试剂等使高分子降解成单体或低聚物的过程利用光、热、辐射、化学试剂等使高分子降解成单体或低聚物的过程化学循环：化学循环： 废旧高分子作燃料、取热、产生蒸汽等，注意二次污染废旧高分子作燃料、取热、产生蒸汽等，注意二次污染能量回收：能量回收：第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展发展原因发展原因世界石油储量世界石油储量 总储量约总储量约 78109 t（1

25、 t = 7.3桶）桶）一、原一、原 料料54%54%5%5%2%2%3%3%10%10%13%13%13%13%OPEC，中东OPEC，中东OPEC，其它OPEC，其它前苏联前苏联美国美国英国英国中国中国其它其它第一章第一章 诸论诸论拓拓 展展中国现状中国现状二、工业发展二、工业发展新中国成立时，合成树脂的总产量不到新中国成立时，合成树脂的总产量不到200t，合成橡胶，合成橡胶与合成纤维均为空白。与合成纤维均为空白。自主开发：自主开发： 50年代年代 大型聚氯乙烯树脂工厂大型聚氯乙烯树脂工厂 70年代年代 大型顺丁橡胶工厂大型顺丁橡胶工厂 80年代年代 适应于高速纺丝的聚丙烯适应于高速纺丝的聚丙烯 90年代年代 大型热塑性弹性体大型热塑性弹性体SBS工厂工厂引进技术（至