第二讲 高聚物-课件.ppt

1、第二讲 高分子材料基础,本节主要内容,高分子材料的合成 高分子的分类 高分子材料的命名 高分子材料的性能特点 高分子材料的结构,1 高分子材料的合成,高聚物的合成反应（synthesis reaction of polymer） 指由低分子单体形成高聚物的化学反应。广义上应包括利用高聚物的化学变化转化为另一种高聚物的反应。 高聚物合成反应的类型,1 高分子材料的合成-加聚反应,加聚反应 ：一种或者多种单体相互加成而连接成聚合物的反应。 一些烯类，炔类，醛类等化合物具有不饱和键的单体，能进行加成反应生成加聚物。可以用下面的反应通式来说明：,1 高分子材料的合成-加聚反应,侧基X-不同，聚合物的性

2、质也非常不同 当 X 为 H、Cl、C6H5、CH3、CH3OCO、CN时，则制得非常有用的大品种聚合物聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯腈等等。 加聚反应是高分子合成的基础，约80%的高分子材料利用加聚反应产生。,1 高分子材料的合成-加聚反应,均加聚 加聚反应的单体只有一种。 如顺丁橡胶 共加聚 参与加聚反应的单体两种或者两种以上时 如丁苯橡胶 两者的区别？,1 高分子材料的合成-缩聚反应,缩聚反应 ：一种或者多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出某种低分子物质的反应。 用这类反应能制备很多品种的高分子材料例如尼龙，聚酯，酚醛树脂，醇酸树脂等。 尼龙是二元胺和二元酸

3、的缩聚物，其中尼龙一66则是己二胺和己二酸的缩聚产物： 可以分为均缩聚，混缩聚，共缩聚等,1高分子材料的合成-缩聚反应,第一个人工合成的高分子材料-酚醛塑料 20世纪初，人随着电力和电器工业的发展，人们需要大量的绝缘材料。 当时使用的是虫胶，紫胶虫体内淡黄色天然树脂 1937年，贝克兰德（美国）发现了德国人拜尔把苯酚和甲醛合成的得到一种坚固、难溶性材料。通过改进的得到酚醛树脂A、B、C。 至今，仍被防范应用于制备电器和仪表零配件，被称为电木粉。,1 高分子材料的合成,适用于连锁聚合反应的工业实施方法 适用于逐步聚合反应的工业实施方法,1 高分子材料的合成,机理的一般表达式： 链引发：M1M1

4、单体借助于光、热、辐射、引发剂等的作用，形成单体自由基活性种的反应，应用最普遍的是引发剂。 链增长：M1 M M2 M2 M M3 Mn-1 M Mn 自由基反复与烯烃单体加成使聚合度增大的过程 链终止：Mn Mm Mn+m Mn Mm Mn+Mm 是链自由基相互作用而形成稳定大分子的过程，主要有偶合终止和歧化终止。 链转移：MnXY MnYX 长链自由基夺取稳定高分子链上的某个氢原子而终止，并在原稳定高分子主链上形成新的自由基，当单体分子继续进行链增长反应时，则可形成较长的支链。,2 高分子的分类,3 高分子的命名,通俗命名法 “聚”单体名称 实例 聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基

5、丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚异丁烯、聚偏二氯乙烯等。 注意：取代基的位置用文字代替。 原料名称简字“树脂” 实例 酚醛树脂、脲醛树脂（聚合单体简字） 扩充：聚氯乙烯树脂、聚乙烯树脂等（成型加工原料）,3 高分子的命名,单体简字“橡胶” 实例 丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶 结构特征命名 具有“酯COO结构”的高聚物称为聚酯；具有“酰胺基CONH结构”的高聚物称为聚酰胺；具有“醚键O结构”的高聚物称为聚醚。 习惯名称与商品名称,3 高分子的命名-常见的商业化命名,: 聚甲基丙烯酸甲酯-有机玻璃 纤维类：聚对苯二甲酸乙二酯-涤纶， 聚一已内酰胺-锦纶， 聚乙烯醇缩醛-维尼纶， 聚氯乙烯-氯纶

6、， 聚丙烯腈-腈纶， 聚丙烯-丙纶 橡胶类：丁二烯和苯乙烯共聚物-丁苯橡胶， 丁二烯和丙烯腈共聚物-丁腈橡胶， 乙烯和丙烯共聚物-乙丙橡胶等等。,4 高分子材料的性能特点,优点： 密度小 绝缘性能好 优良的耐腐蚀性能 高弹性,缺点： 易燃 易老化 耐热性能差,5 高聚物的结构,聚乙烯塑料，柔软的塑料 聚苯乙烯 ，硬脆的塑料 尼龙 韧性好，耐磨性好 组织结构对高分子材料性能有重要的影响,分子内结构：近程结构（化学组成、连接方式、立体构型等）和远程结构（分子大小，构象等） 分子间结构：聚集态结构，如晶态，非晶态，取向结构，织态结构等,5 高聚物的结构-大分子链的结构,化学组成 组成高分子的原子数目

7、虽然成千上万，但所涉及的元素种类却十分有限，以C、H、O、N四种非金属元素最为普遍，S、Cl、F、Si也存在于一些高分子中。 化学组成简单： 结构单元高分子的主链多由重复结构单元以共价键形式相连接 键能和键长不同，不同结合力，因此带来不同的性能,5 高聚物的结构-大分子链的结构,5 高聚物的结构-大分子链的结构,几何异构；存在双烯类单体的聚合物中，碳碳双键具有平面结构。 例子：异戊二烯,顺式-天然橡胶 弹性好,反式-古塔波胶 弹性差,5高聚物的结构-大分子链的结构,链的空间构型-立体异构,全同立构（Isotactic）,间同立构（Syndiotactic）,无规立构（Atactic）,5高聚物

8、的结构-大分子链的结构,不同空间异构的性能特点 例子：聚丙烯,Ziegler-Natta，在20世纪50年代发明新型络合物催化剂,高聚物的结构-大分子链的结构,PMMA的密度 PP的密度,5高聚物的结构-大分子链的结构,大分子链的几何形状线型，支链型，体型 线型 linear 其长链可能比较伸展，也可能卷曲成团，取决于链的柔顺性和外部条件，一般为无规线团； 适当溶剂可溶解，加热可以熔融，即可溶可体、环状单体）聚合而成。,5高聚物的结构-大分子链的结构,支链高分子 (Branched) 支链的长短和数量可不同； 适当溶剂可溶解，加热可以熔融，即可溶可熔; 有的是在线型高分子形成后人为地通过反应接

9、枝(Grafting)上去的；有的则是在聚合过程中自然形成的.,5高聚物的结构-大分子链的结构,体型高分子(Crosslinked network) 整个高分子已键合成一个整体，已无单个大分子而言； 可以看成是线型或支链高分子以化学键交联（Crosslinking）而成； 交联程度浅的, 受热可软化，适当溶剂可溶胀；交联程度深的, 既不溶解, 又不熔融，即不溶不熔。,5高聚物的结构-大分子链的结构,5 高聚物的结构-大分子链的柔顺性,C-C单键内旋构成不同的构象,5 高聚物的结构-大分子链的柔顺性,5 高聚物的结构-大分子链的柔顺性,影响柔顺性的因素： 主链的结构 键长越长，内旋的势垒小，柔性

10、大 试分析聚乙烯和聚乙炔的柔顺性。主链有无共轭结构。 杂链C-N，C-O和C-C链比较柔顺性 取代基的性质 取代基的极性越强，体积越大，位垒大，柔性小 分析：聚丙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈等柔性。 此外：分子链的规整性，交联等,5 高聚物的聚集态结构,分子通过次价键力聚集在一起，形成了特定聚集态结构：固态、液态和气态。 高分子的聚集态结构，是指高聚物材料整体的内部结构，即高分子链与链之间的排列和堆砌结构。 高分子分子量大，分子间的作用力也大，因此只有固态和液态两种。,5 高聚物的聚集态结构,1 大分子链之间的相互作用力,主价力 ：大分子链中原子的相互作用力：取决于大分子链的化学组成；对熔点强度有重要影响,此价力：范德华力、氢键，对熔点、粘度、溶解度、弹性等有一定影响。决定了物质状态和性质。,5 高聚物的聚集态结构,固态聚合物 结晶态聚合物及无定型态（即非晶态