功能高分子材料2

1、 功能高分子材料功能高分子功能高分子1 教学目的及要求：教学目的及要求： 1.掌握：掌握：高分子化合物的基本概念、聚合反应的分类方高分子化合物的基本概念、聚合反应的分类方法法 ；掌握书写聚合物结构式的一般方法，掌握聚合物；掌握书写聚合物结构式的一般方法，掌握聚合物平均分子量、分子量分布的几种表示方法；平均分子量、分子量分布的几种表示方法； 2.熟悉熟悉：高分子的特点；高分子的特点； 线型、支链和体型大分子以及线型、支链和体型大分子以及高分子的微观结构高分子的微观结构 、聚合物的分类及几种命名方法、聚合物的分类及几种命名方法 ；3.了解：了解：高分子化学研究的主要问题，了解聚合物分子高分子化学研

2、究的主要问题，了解聚合物分子量、分子量分布对聚合物性能的影响，聚合物的物理量、分子量分布对聚合物性能的影响，聚合物的物理状态和主要性能、状态和主要性能、 高分子材料和机械强度、高分子化高分子材料和机械强度、高分子化学简史学简史 以及高分子科学及其工业发展历史和前景。以及高分子科学及其工业发展历史和前景。 由许多相同的、结构简单的单元由许多相同的、结构简单的单元(unit)通过共价键通过共价键(covalent bond)重复键接而成的相对分子质量很大的化合物。重复键接而成的相对分子质量很大的化合物。高分子高分子(大分子大分子) (macromolecule)高聚物高聚物 (high polym

3、er)聚合物聚合物 (polymer)1.一般称胰岛素等化学组成和结构非常复杂的生物高分子化合物为大一般称胰岛素等化学组成和结构非常复杂的生物高分子化合物为大分子化合物，而称人工合成的塑料、橡胶和纤维等为聚合物或高聚物。分子化合物，而称人工合成的塑料、橡胶和纤维等为聚合物或高聚物。2.聚合物包括低聚物聚合物包括低聚物(oligomer)和高聚物和高聚物,但通常所称的聚合物即指高但通常所称的聚合物即指高聚物。聚物。低聚物（低聚物（oligomer)：分子量较小的高分子化合物，重复单元数只有几个到十分子量较小的高分子化合物，重复单元数只有几个到十几个。线型或环状结构。如聚乙二醇。几个。线型或环状结

4、构。如聚乙二醇。现在的倾向：现在的倾向：高分子的特征：高分子的特征：a、相对分子质量很大、相对分子质量很大一般高分子的分子量在一般高分子的分子量在104106b、共价键连接、共价键连接c、由相同的化学结构重复多次而成、由相同的化学结构重复多次而成ch2chcln高分子可看作是由许多重复单元所组成的一条长链高分子可看作是由许多重复单元所组成的一条长链 c chhch3hchhcch3hchhcch3h支链支链主链主链侧基侧基链原子链原子 构成高分子主链骨架的单个原子构成高分子主链骨架的单个原子聚丙烯聚丙烯聚乙二醇聚乙二醇chhchho chhchho chhchho高高 分分 子子单单 体体聚合

5、反应聚合反应polymerization能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子。即成单元的小分子。即合成聚合物的合成聚合物的起始原料起始原料。单单 体体（monomer）聚合聚合ch2 chch2-ch-ch2-ch-ch2-chnch2 chn缩写成缩写成在大分子链中出现的以在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团单体结构为基础的原子团。即构成大分子链的基本结构单元。结构单元的元素即构成大分子链的基本结构单元。结构单元的元素组成可以与单体的元素组成相同，也可以不同。组成可以与单体的元素组成相同，也可以不同。 聚丙烯聚丙烯 尼龙尼龙66

6、结构单元结构单元structure unitcchhch3hchhcch3hchhcch3hn nh ( ch2 ) nh c ( ch2 ) c 64oo聚合物中化学组成和结构均可重复出现的最小基本聚合物中化学组成和结构均可重复出现的最小基本单元，又可称单元，又可称链节链节（chain element）。）。在聚合物链节中，与单体的元素组成相同，仅部在聚合物链节中，与单体的元素组成相同，仅部分电子状态稍有差别的（基本）结构单元。分电子状态稍有差别的（基本）结构单元。ch2chclclch2 ch和和聚氯乙烯的重复单元聚氯乙烯的重复单元尼龙尼龙-66-66的重复单元的重复单元monomer u

7、nit重复单元重复单元 repeating unit高分子的三种组成情况高分子的三种组成情况比比 较较n h2n-(-ch2-)-cooh-nh-(-ch2-)-co-nn h2o+55h2n(ch2)6nh2 + hooc(ch2)4coohh-nh(ch2)6nh-co(ch2)4co-ohn(2n-1) h2o+nch2 chch2-ch-ch2-ch-ch2-chn1.1.高分子的三种组成情况高分子的三种组成情况聚合聚合ch2 chch2-ch-ch2-ch-ch2-chnch2 chn结构单元单体单元重复单元链节结构单元单体单元重复单元链节此此时时重复单元的元素组成与单体的元素组成相

8、同重复单元的元素组成与单体的元素组成相同结构单元数目结构单元数目重复单元数目重复单元数目nxdp此时此时ndpxn说明说明：由于绝大多数高聚物都是由不同链长的大分子组成，即：由于绝大多数高聚物都是由不同链长的大分子组成，即同一种聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合同一种聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合物所组成，因此，聚合物的分子量或聚合度只是这种大小不一的大物所组成，因此，聚合物的分子量或聚合度只是这种大小不一的大分子的统计平均值，或者说分子的统计平均值，或者说分子量或聚合度具有一定的分布范围分子量或聚合度具有一定的分布范围。一种结构单元一种结构单元组成的高

9、分子组成的高分子聚合度（聚合度（degree of polymerization，缩写为缩写为dp）：n h2n-(-ch2-)-cooh-nh-(-ch2-)-co-nn h2o+55结构单元比其单体少了些原子（氢原子和氧原子），因为聚合时结构单元比其单体少了些原子（氢原子和氧原子），因为聚合时有小分子生成，所以此时的结构单元不等于单体单元。有小分子生成，所以此时的结构单元不等于单体单元。由聚合度可计算出高分子的分子量由聚合度可计算出高分子的分子量 00nmxmdp m重复单元的元素组成与单体的元素组成不同重复单元的元素组成与单体的元素组成不同h2n(ch2)6nh2 + hooc(ch2)

10、4coohh-nh(ch2)6nh-co(ch2)4co-ohn(2n-1) h2o+2.2.其重复单元由其重复单元由两种结构单元两种结构单元组成，且结构组成，且结构单元与单体的单元与单体的组成不尽相同，组成不尽相同，所以，不能称所以，不能称为单体单元。为单体单元。高分子的三种组成情况高分子的三种组成情况单个聚合物单个聚合物分子所含单体单元的数目。分子所含单体单元的数目。cocooch2ch2o()ncocohooh+hoch2ch2ohcocooch2ch2ohhococooch2ch2ococooch2ch2o 聚合物聚合物 单单 体体 单体单元单体单元 聚合度聚合度2n聚对苯二甲酸乙二酯

11、，聚对苯二甲酸乙二酯，涤纶，涤纶，petn例：ndpxn22002mdpmxmn结构单元结构单元 重复单元重复单元 单体单元；但单体单元；但, 重复单元链节重复单元链节 例例1：以氯乙烯单体为原料，聚合得到的聚氯乙烯的分子量，根以氯乙烯单体为原料，聚合得到的聚氯乙烯的分子量，根 据其用途不同可在据其用途不同可在5万至万至15万之间，其结构单元的分子量万之间，其结构单元的分子量 为为62.5，计算其聚合度。，计算其聚合度。clch2chch2 chclnn解：解： = = 50000-150000/62.5=800-2400= = 50000-150000/62.5=800-2400 通过计算可

12、知，通过计算可知，聚氯乙烯的平均聚合度应在聚氯乙烯的平均聚合度应在800-2400,800-2400,聚氯乙烯聚氯乙烯 分子约由分子约由800-2400800-2400个氯乙烯单元组成。个氯乙烯单元组成。x0mm例例2 2：以对苯二甲酸与乙二醇为原料，经缩聚制得聚对苯二甲酸以对苯二甲酸与乙二醇为原料，经缩聚制得聚对苯二甲酸 乙二醇酯，其分子量一般在乙二醇酯，其分子量一般在2 2万左右，计算万左右，计算 及及 。 dpnx解解：已知已知-o(ch-o(ch2 2) )2 2o-o-结构单元分子量为结构单元分子量为6060，-oc-c-oc-c6 6h h5 5-co-co- 结构单元分子量为结构

13、单元分子量为132132。 由由 = = （m + m ）/2/2得：得： 2000 = 2000 = （60+13260+132）/2/2 则则 =208=208 = /2=104 = /2=104nmnx0102nxnxdpnx3.3. 由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。聚合物分子有且只有一种聚合物分子有且只有一种重复结构单元，重复结构单元，并且该并且该重复重复结构单元可以只由一种（真实的、隐含的或假设的）结构单元可以只由一种（真实的、隐含的或假设的）单体衍生而来。单体衍生而来。判别均聚物判别均聚物高分子的三种组成情

14、况高分子的三种组成情况均聚物均聚物homopolymer)齐聚物齐聚物：由几个或十几个单元相互键连而成；不能称为聚合物。均聚物均聚物：由一种单体聚合而成的聚合物。共聚物共聚物：由两种或两种以上单体共聚而成的聚合物。 生成均聚物的聚合反应称生成均聚物的聚合反应称均聚反应均聚反应 （homopolymerization) )。氯乙烯单体氯乙烯单体由对苯二甲酸和乙二醇反应由对苯二甲酸和乙二醇反应生成的生成的“隐含单体隐含单体”：hooc-ph-cooch2ch2oh“假设单体假设单体”：乙烯醇：乙烯醇ch2chclcocooch2ch2och2choh例：例：说明：说明： m1m2m1m1m2m1m

15、2m2m2 -( ch2-ch=ch-ch2 -)-(-ch2-ch-)-xyn由由两种或两种以上两种或两种以上（真实的、隐含的或假设的）单体聚（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反应。共共 聚聚 物物 （copolymer）无规共聚物：无规共聚物：在高分子链中不同单体单元的序列分布无规则。在高分子链中不同单体单元的序列分布无规则。 两种单元在链中的排列顺序是不能预测的。两种单元在链中的排列顺序是不能预测的。在烯类单体自由基共聚合时在烯类单体自由基共聚合时, ,通常得到的是无规共通常得到的是无规共聚物，其性

16、质与相应的均聚物是大不相同的。聚物，其性质与相应的均聚物是大不相同的。-a-b-a-a-b-a-b-b-a-a-b-a-b-b-a-b-a-b-a-a-b-a-b-b-a-a-b-a-b-b-a-b-交替共聚物：交替共聚物：顾名思义，交替共聚物就是顾名思义，交替共聚物就是a a和和b b两种结构单元两种结构单元 在高分子链中交替排列。在高分子链中交替排列。通过特定的烯类聚合能得到交替共聚物，其性通过特定的烯类聚合能得到交替共聚物，其性 能与两类均聚物的性质也大不相同。能与两类均聚物的性质也大不相同。-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b

17、-a-b-a-b-a-b-a-b-嵌段共聚物：嵌段共聚物：高分子链中由一种结构单元链段和另一种结构高分子链中由一种结构单元链段和另一种结构 单元链段相接组成。兼具有两种均聚物的性质。单元链段相接组成。兼具有两种均聚物的性质。 -a-a-a-a-a-a-a-a-b-b-b-b-b-b-b-b-a-a-a-a-a-a-a-a-b-b-b-b-b-b-b-b-接技共聚物：接技共聚物： 共聚物的主链是一种均聚物，支链是另一种均聚物称接枝共聚物的主链是一种均聚物，支链是另一种均聚物称接枝共聚物。可用两类均聚物相互反应生成，也可由共聚物。可用两类均聚物相互反应生成，也可由a a种均聚种均聚物的主链上引人一

18、些可反应的基团，再接上由物的主链上引人一些可反应的基团，再接上由b b形成的支形成的支链构成接枝共聚物。接枝共聚物的性质是两类均聚物的加链构成接枝共聚物。接枝共聚物的性质是两类均聚物的加合。合。hooc-ph-coohhoch2ch2oh-(oc-ph-cooch2ch2o)n-隐含单体隐含单体hooc-ph-cooch2ch2ohhooc-ph-coohhoch2ch2ohho(ch2)3oh-(oc-ph-cooch2ch2o)n-(oc-ph-cooch2ch2ch2o)m-ho-(ch2)5coohhoch2cooh-o(ch2)5com-och2con-共聚物共聚物共聚物共聚物均聚物均聚物例：例：涤纶：涤纶： 高分子链的末端结构单元。高分子链的末端结构单元。末末 端端 基基 团团 （ end groups）ho cocooch2ch2ococooch2ch2oh聚乙烯：聚乙烯：ch3ch2-(ch2ch2)n-ch2ch3 由于通常聚合物的分子量很大，末端基团相对于整个高分子而言由于通常聚合物的分子量很大，末端基团相对于整个高分子而言是很小的组成单元，而且通常是未知的，因此若非需要特别指出末端是很小的组成单元