高分子科学的基本概念

高分子科学的基本概念基本定义CH2CH2CH2CH2()nNH2(CH2)6NH2HOOC(CH2)4COOH+NH(CH2)6NH-OC(CH2)4CO()nmonomermonomerstructuralunitstructuralunitrepeatingunitStructure/repeatingunitmonomerMonomer（单体）可以通过化学反应形成聚合物的小分子化合物，称为单体。Structureunit（结构单元）

单体在大分子链中形成的单元。Repeatingunit（重复单元）聚合物中化学组成相同的最小单位称为重复单元。第2页,共27页，2024年2月25日，星期天高分子的命名简单命名法以单体名为基础，前面冠以聚字。例如丙烯的聚合物称为聚丙烯。对于两种单体的共聚产物，常摘取两种单体的简称，后缀“树脂”（塑料）或“橡胶”。例如苯酚和甲醛的缩聚产物被称为酚醛树脂；丁烯与苯乙烯的共聚物被称为丁苯橡胶。系统命名法IUPAC系统命名法：以聚合物的重复单元为基础，按有机物的标准命名法加以命名。第3页,共27页，2024年2月25日，星期天高分子的命名

Example1Polymermonomer简单命名法：聚乙烯醇，poly(vinylalcohol);PVA系统命名法：聚1-羟基乙烯第4页,共27页，2024年2月25日，星期天高分子的基本概念结构单元有时也称为单体单元（Monomerunit）重复单元（Repeatingunit）链节（Chainelement）n表示重复单元数，在此等于聚合度。聚合度（Degreeofpolymerization）聚合度是衡量高分子链大小的一个指标。有两种表示法：以大分子链中的结构单元数目表示，记作以大分子链中的重复单元数目表示，记作第5页,共27页，2024年2月25日，星期天高分子的分类按用途分类塑料（plastic）橡胶（rubber）纤维（fiber）涂料（coating）粘合剂（adhesive）功能高分子涂料是涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的涂装材料。功能高分子是指在高分子主链和侧枝上带有反应性功能基团，并具有可逆或不可逆的物理功能或化学活性的一类高分子。粘合剂是指具有良好的粘合性能，可将两种相同或不相同的物体粘接在一起的连接材料。第6页,共27页，2024年2月25日，星期天塑料制品第7页,共27页，2024年2月25日，星期天橡胶制品第8页,共27页，2024年2月25日，星期天纤维制品第9页,共27页，2024年2月25日，星期天涂料与粘合剂第10页,共27页，2024年2月25日，星期天与高分子相关的化学反应高分子的合成高分子的改性与功能化高分子的老化与降解

高分子化学是高分子科学的基础。高分子化学研究高分子化合物的分子设计、合成及改性，它担负着为高分子科学研究提供新化合物、为国民经济提供新材料及合成方法的任务。

高分子的反应按聚合机理连锁聚合活性中心引发单体，迅速连锁增长的聚合。根据活性中心的不同可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。逐步聚合逐步聚合反应通常是由单体所带的两种不同的官能团之间发生化学反应而进行按化学组成变化加成聚合缩合聚合新型聚合反应第11页,共27页，2024年2月25日，星期天连锁聚合链引发单体链增长聚合物第12页,共27页，2024年2月25日，星期天自由基聚合聚合时先由引发剂I形成自由基活性种，再进一步与单体加成，促使链增长。链引发（均裂）链增长链终止死聚合物常用的引发剂：偶氮类引发剂有机过氧类引发剂无机过氧类引发剂氧化还原引发体系引发方式：热引发聚合光引发聚合辐射引发聚合第13页,共27页，2024年2月25日，星期天逐步聚合HO―CH(CH3)―COOH+HO―CH(CH3)―COOHHO―CH(CH3)―COO―CH(CH3)―COOH+HO―CH(CH3)―COOHHO―CH(CH3)―COO―CH(CH3)―COOH[]n第14页,共27页，2024年2月25日，星期天高分子的分子设计LinearBranchedCross-linkedComb-likeStar-likeDendrimerPolycatenane第15页,共27页，2024年2月25日，星期天支化结构对性能的影响名称密度（g/ml）结晶度（%）拉伸强度（MPa）断裂伸长率（%）冲击强度（J/m）HDPE0.94-0.9780-9521-3820-13027-1068LDPE0.91-0.9350-704.1-1690-800NobreakLLDPE0.92-0.9350-5520-30100-1000Nobreak不同支化结构聚乙烯的基本性能参数第16页,共27页，2024年2月25日，星期天交联交联反应是指线型高分子链之间进行化学反应，由线型的聚合物转变成为体型的网状聚合物。交联的目的在于消除永久变形，交联后的体型聚合物不能熔融也不会溶解。常见的橡胶和热固性树脂制品均是交联聚合物。表征交联的几个参数交联点间分子量（molecularweightbetweencross-links）凝胶率（gelfraction）溶胀率（Swellingratio）SSSSSSSS+()nΔSnSnSnSnVulcanizationofnaturerubber第17页,共27页，2024年2月25日，星期天共聚含有两种或两种以上的重复单元的聚合物，称为Copolymer（共聚物）共聚（Copolymerization）是改变聚合物性能的一种有效方法。根据共聚物中结构单元的排列方式可分为以下几类：无规共聚物（random）：A、B两种结构单元无规排列，随机分布。交替共聚物（alternate）：A、B两种结构单元严格相间排列。嵌段共聚物（block）：由A聚合物链段和B聚合物链段交替构成。第18页,共27页，2024年2月25日，星期天接枝主链由单元A构成，而支链由另一种单元B构成。BackboneAGraftchainsB***MonomerBMacro-initiator******Pre-polymerBPre-polymerAMacro-monomerMonomerAGraftfromGraftontoGraftthrough第19页,共27页，2024年2月25日，星期天高分子合成的发展合成原料产品高能效、低能耗、绿色环保是高分子合成未来发展的重要方向。生物质转化温和的反应条件，不产生危险或有害物质。环境友好可降解、可回收。生物圈循环绿色高分子合成第20页,共27页，2024年2月25日，星期天白色污染第21页,共27页，2024年2月25日，星期天新型高分子合成方法——

活性聚合活性聚合的特点Mn的增长与单体转化率成线性关系；单体100%转化后加入新单体，聚合反应继续进行，Mn进一步增加，且仍与单体转化率成正比；所有聚合物分子都由引发剂分子所引发，并且其数目在整个聚合过程中保持恒定；分子量分布非常窄，接近单分散，Mw/Mn≈1.0活性聚合（LivingPolymerization）:

在适当的合成条件下，无链终止与链转移反应，链增长活性中心浓度保持恒定的时间要比完成合成反应所需的时间长数倍。（IUPAC，1996）活性聚合首先发现于阴离子聚合(1950)，近年来发展到自由基聚合和阳离子聚合。第22页,共27页，2024年2月25日，星期天新型高分子合成方法——

活性聚合活性聚合最典型的特征是引发速度远远大于增长速度，并且在特定条件下不存在链终止反应和链转移反应，亦即活性中心不会自己消失。这些特点导致了聚合产物的相对分子质量可控、相对分子质量分布很窄，并且可利用活性端基制备含有特殊官能团的高分子材料。基团转移聚合（GTP）原子自由基转移聚合（ARTP）活性开环聚合活性开环歧化聚合第23页,共27页，2024年2月25日，星期天酶催化聚合以被分离的酶为催化剂，通过体外非生物过程的聚合反应.优点

(与传统化学催化聚合的比较)

具有高的区域和立构选择性具有高的催化活性有效抑制副反应的发生可在较温和条件下反应非金属催化剂多聚糖Glycodidase、糖基转移酶、磷酸化酶、纤维素酶、CGTase多聚肽二肽酰转移酶（组织蛋白酶

C）、木瓜蛋白酶、α-胰凝乳蛋白酶、BPN（枯草杆菌蛋白酶）聚酯、

聚酰胺聚碳酸酯脂肪酶、蛋白酶、解聚酶芳香族聚合物山葵过氧化物酶（HRP）大豆过氧化物酶（SBP）第24页,共27页，2024年2月25日，星期天新型高分子合成方法——

微生物聚合可微生物合成的聚合物遗传物质：DNA、RNA蛋白质：多聚肽、酶多聚糖：淀粉、纤维素微生物聚酯（microbialpolyester）微生物通过生物活动合成聚合物作为自身的能量储备，通过特殊方法提纯即可得到相应的高分子材料第25页,共27页，2024年2月25日，星期天高分子的化学反应研究高分子化学反应的意义：扩大高分子的品种和应用范围在理论上研究和验证高分子的结构研究影响老化的因素和性能变化之间的关系研究高分子的降解，有利于废聚合物的处理高分子化学反应的分类：聚合度基本不变的反应：侧基和端基变化（官能化）聚合度增大的反应：交联、接枝、嵌段、扩链聚合度减小的反应：降解，解聚第26页,共27页，2024年2月25日，星期天高分子化学反应的特点高分子官能团可以起各种化学反应由于高分子存在链结构、