第一章概论.ppt

1、第一章 概论,要求：了解高分子的主要术语、 命名和链结构等基本知识。 高分子材料的基本概念 高分子链结构 高分子聚集态结构,一、高分子材料的基本概念,高分子链的构成 高分子的命名 高分子的分类,1.高分子链的构成,高分子化合物 由许多原子组成的化合物，其分子量很大。一般有机化合物的分子中所含原子的总数大约在100个以下，但淀粉、蛋白质、橡胶、塑料等化合物的分子却非常大，可能含数千个到数十万个原子，这种有巨大分子的化合物通常称为高分子化合物或聚合物。 分子量很高的一类化合物104106，又称聚合物(高聚物为主体，少量为低聚物)。,聚氯乙烯(PVC)树脂,聚合物分子结构示意图,聚氯乙烯加工方法,C

2、H2CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2CH Cl Cl Cl Cl Cl 聚氯乙烯PVC 结构式 -CH2CH-n- Cl 括号内是PVC的结构单元，也是其重复结构单元并简称重复单元(链节)， 由能够形成结构单元的小分子所组成的化合物称为单体，是合成聚合物的原料，也可称为单体单元。,在这里PVC类的结构单元、重复单元、单体单元是相同的。 聚合物的分子量 M=聚合度DP重复单元的分子量M0 聚乙烯：-CH2CH2-n 因与单体单元不同，故习惯上不写成 -CH2-n 以上是由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物，由二种以上单体共聚而成的聚合物则称为共聚物。,6,6-nylon,聚酰胺一类：尼龙

3、-66(聚己二酰己二胺) -NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO-n 结构单元 结构单元 重复单元 两种结构单位比其单体己二酰和己二胺要少一些原子，是聚合过程中失去水的结果。这种结构单元不宜再称为单体单元。,2.高分子的命名,往往按照习惯根据所用单体或聚合物结构来定名。还有用商品名称或俗名。 1972年IUPAC对线型有机聚合物提出结构系统命名法。 （一）习惯命名 一种单体经加聚制得的聚合物： “聚单体名” 例如: 聚氯乙烯，聚丙烯，聚乙烯醇,两种不同单体聚合： 两种单体简名“树脂” 例如: 酚醛树脂，醇酸树脂 “树脂”：指未加有助剂的聚合物粉料、粒料等物料。 以聚合物的结构特征命名： 聚

4、酰胺： -NHCO- 尼龙-66 尼龙-6 聚 酯： -OCO- 涤沦 聚碳酸酯 醇酸树脂 聚 砜： -SO2-,（二）商品名称 许多高分子材料都有它们的商品名称，如聚氯乙烯/聚氧丙烯共聚物的商品名为普流罗尼（Pluronic）,聚二甲基硅氧烷亦称硅油等。 “纶”合成纤维商品名后缀字 涤纶聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维 锦纶尼龙6 维尼纶聚乙烯醇缩醛 腈纶聚丙烯腈 氯纶聚氯乙烯 丙纶聚丙烯,合成橡胶是共聚物，从共聚单体中各取一字，后附“橡胶”二字来命名，如： 丁(二烯)苯(乙烯)橡胶 丁(二烯)(丙烯)腈橡胶 乙(烯)丙(烯)橡胶,（三）系统命名 IUPAC提出了以化学结构为基础的系统命名法，规则：

5、 确定重复单元结构； 排好重复单元中次级单元的次序； 根据化学结构命名重复单元； 在重复单元名称前加一个“聚”字即为聚合物名称。 用英文缩写符号表示，每一字母均应大写。 请见教材P14 表1-3常见高分子材料的结构和名称。,3.高分子的分类,从单体来源、合成方法、最终用途、加热行为、聚合物结构等多种分类。 主要用作材料，根据所制成材料的性能和用途分类 三大合成材料：塑料 橡胶 纤维 用途五大类：塑料 橡胶 纤维 涂料 粘合剂 新的一类： 功能高分子,塑料：在一定条件下，具有流动性和可塑性的高分子材料。 热塑性PVC，PE，PP 热固性酚醛树脂 塑料的发明堪称为20世纪人类的一大杰作。塑料无疑已

6、成为现代文明社会不可或缺的重要原料。目前塑料已广泛应用于航空、航天、通讯工程、计算机、军事以及农业、轻工业的食品工业等各行各业之中。 塑料，照字面上讲，是可以塑造的材料，也就是具有可塑性的材料。现今的塑料是用树脂在一定温度和压力下浇铸、挤压、吹塑或注射到模型中冷却成型的一类材料的专称。,19世纪60年代里，美国由于象牙供应不足，制造台球的原料缺乏。1869年最早的人工制造的塑料赛璐珞取得专利。赛璐珞虽是最早的人工制造的塑料，但它是人造塑料，而不是合成塑料。第一种合成塑料是将酚醛树脂加热模压制得，是在20世纪初，1910年美籍比利时化学家贝克兰德制成。,贝克兰（1863-1944)美国化学家。1

7、909年发明酚醛塑料 贝克兰德将酚醛树脂添加木屑加热、加压模塑成各种制品，以他的姓氏命名为贝克里特，我们称为电木。第一次世界大战后，无线电、收音机等电气工业迅猛发展，更增加了对电木的需求，一直被使用到今天。,化学工业中需要不被酸作用的器械，曾用特种钢制造，价格昂贵，用耐碱的电木取代，便宜多了。但是电木却不耐碱。它是制造纽扣、棋子很好的材料。拖拉机和汽车里的一些零件也是用它制造的。 1918年奥地利化学家约翰制得脲醛树脂，用它制成的塑料无色而有耐光性，并有很高的硬度和强度，更不易燃，能透过光线，又称电玉。20世纪20年代，曾在欧洲被用作玻璃代用品。到20世纪30年代，又出现了三聚氰胺甲醛树脂，是

8、以尿素为原料的。三聚氰胺甲醛树脂可以制造耐电弧的材料，它耐火、耐水、耐油。此后聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃等塑料陆续出现。这不能不说是由电木打开的门路。20世纪是塑料的世纪。回顾自从塑料出现至今百年的历史，展望21世纪，人类社会必定会随着高速运行计算机、信息和网络技术、新能源、航天技术、生命科学等尖端技术的出现和发展而进一步变化，人类上天入地下海的活动空间也必将进一步扩大，而纳米塑料、光纤、能导电的塑料、有磁性的塑料、会记忆的塑料，各种更新颖的塑料将为人类的技术进步做出新的贡献。相信经历了旧石器、新石器、陶器、青铜器、铁器时代的人类历史，因为有了塑料而加快了文明程度提高的速度。尽管在过

9、去的世纪中，人们已经惊呼塑料时代的到来，但是，或许新的世纪才是塑料时代真正到来的时代，而过去的世纪只不过是塑料时代的序幕。,纤维：具有一定张度的线状或丝状高分子材料。 天然：棉，麻，丝 化学纤维：致性纤维素纤维人造丝 合成纤维尼龙，腈纶，丙纶,耐火纤维 涤纶短纤维,橡胶：在室温下具有高弹性的高分子材料。 硅橡胶，顺丁橡胶,涂料涂料就是涂饰在物体表面，能够成膜起装饰、防护功能的物质。涂料种类繁多、用途极广。在国民经济和人民生活中起重要作用。人均年使用涂料量是一个国家生活水平的重要指标。 涂料分类：经过长期发展，目前涂料已有几千多种，过去对涂料分类命名很不统一。我国化工部门，现已对涂料的分类以其主

10、要成膜物质为基础，将涂料划分为18大类。在实际运用中，我们又常常习惯按某些特定的性能来分，对于建筑涂料我们通常分为： 一、按涂料的形态分类 固态涂料，即粉末涂料 液态涂料：溶剂型涂料、水溶性涂料、水乳型涂料 二、按涂料的光泽分类 高光型或有光型涂料、丝光型或半定型涂料、无光型或亚光型涂料 三、按涂刷部位分类 内墙涂料、外墙涂料、地坪涂料、屋顶涂料、顶棚涂料等四、按涂料涂层状态分类平涂涂料、砂壁状涂料、含石英砂的装饰涂料、仿石涂料等五、按涂料的特殊性能分类建筑涂料、防腐涂料、汽车涂料、防露涂料、防锈涂料、防水涂料、保湿涂料、弹性涂料等,常见涂料品种的应用范围品种主要用途 醇酸漆：一般金属、木器、

11、家庭装修、农机、汽车、建筑等 的涂装 丙烯酸乳胶漆：内外墙涂装、皮革涂装、木器家具涂装，地坪涂装 溶剂型丙烯酸漆：汽车、家具、电器、塑料、电子、建筑、地坪涂装 环氧漆：金属防腐、地坪、汽车底漆、化学防腐 聚氨酯漆：汽车、木器家具、装修、金属防腐、化学防腐、绝 缘涂料、仪器仪表的涂装 硝基漆：木器家具、装修、金属装饰 氨基漆：汽车、电器、仪器仪表、木器家具、金属防护 不饱和聚酯漆：木器家具、化学防腐、金属防护、地坪 酚醛漆：绝缘、金属防腐、化学防腐、一般装饰 乙烯基漆：化学防腐、金属防腐、绝缘、金属底漆、外用涂料,粘合剂 粘合剂又称胶粘剂、粘接剂及粘着剂等，凡有良好的粘合性能、可把两个相同的或不

12、相同的固体材料连接在一起的物质都可以称为粘合剂。它包括天然物、合成树脂和无机物中具有粘合性能的许多物质。,以有机化合物分类，根据主链结构（科学分类） 碳链：主链完全由碳原子组成 杂链：主链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子 元素有机：主链中没有碳原子，主要有硅，硼，铝和氧，氮，硫，磷等原子组成，但俱基却由有机基团组成，如甲基、乙基、乙烯基、芳基等 无机高分子：主链和侧链上均无碳原子,二、高分子链结构,高分子的结构特点 微观结构： 高分子链结构分子内结构近程结构化学主体 远程结构形态构象 聚集态结构分子间结构 宏观聚集态结构聚合物产品或2种及以上的聚合物，具 有特殊性能的高分子混合物 反应高分

13、子各种特性，如熔点、密度、溶解性、粘度、粘附性等的最主要结构层次：近程结构。,高分子材料的结构层次,大分子链结构,高分子结构,支化与交联,近程结构 (化学结构),结构单元的化学组成,结构单元的连接顺序,结构单元的立体构型,远程结构,分子链的大小 (分子量),分子链的形态 (构象),高分子聚集态结构,复合材料结构,晶态结构,非晶态结构,取向态结构,织态结构(共混物结构),一次结构,二次结构,三次结构,2.高分子链的近程结构 (一次结构或化学结构) (一)链结构单元的链接顺序 均聚物：头头 头尾 对性能有比较显著影响 P17 尾尾 共聚物：排列方式 无规 交规 影响极其显著 P18 嵌段 接枝,(

14、二)支链、交链和端基P19 韧性 高压PVC：具有较多支链 结晶、密度低 抗拉 差 耐溶剂 低压PVC：支链很少 线型 交联一体型(网状) 低度交联软化 溶胀 高度交联不软化 不易溶胀 互穿：互穿聚合物网络 端基：高分子链终端的化学基团，直接影响高分子的热稳定性，有些就需要封端。,(三)链的构型 旋光异构体：内消旋或非消旋作用使聚合物多数没有旋光性。 以聚丙烯为例: 等规(全同) 间规(间同) 无规 结构单元通过共价键重复连接成线型大分子，键能大(130630KJ/mol)，原子间距离短(1.110-101.610-10m), 两键间夹角基本一定。 几何异构：聚异戊二烯 1,4加成后可形成性能

15、优异的橡胶(顺式)和半结晶塑料(反式) CH3 H CH3 CH2 CC CC CH2 CH2 CH2 H 橡胶(顺式) 半结晶塑料(反式) 分子排列规整和易于结晶的性能提高了聚合物的硬度、密度和软化温度，降低了在溶剂中的溶解度。需要在合成中研究和控制。,3.高分子链的远程结构（二次结构） 链的长短(分子量大小及分布) 链的构象 柔性： 由于内旋转而使高分子链表现不同程度卷曲的特性。 主链结构： C-O，C-N，Si-O 内旋转容易，均为柔性链。 聚醚、聚氨酯、硅橡胶 含有双键：增大外键合原子间键，使内旋变得容易， 聚丁二烯、聚异戊二烯在室温下有良好的弹性。 共轭双键、苯环、杂环： 柔性减少

16、聚乙炔、聚苯，刚性链 耐高温。 侧基： 极性强，数量多，则柔性差 柔性 聚乙烯氯代聚乙烯PVC 体积大，空间位阻大，柔性差 聚丙烯聚苯乙烯 交联或氢键 则刚性增强 通常温度高 柔性好,C C C C C C C C C C C C C C N N N N N C C C C C C C C C C C C C C N N N N N 聚丙烯腈随温度的变化,C C C C C C C C C C C C C C N N N N N 结构相当于线型石墨,三、高分子聚集态结构（三次结构）,1.高分子间相互作用力 范德华力 定向力 诱导力 色散力 氢键 对材料的耐热性、溶解性、机械强度有很大影响。 常

17、用内聚能表示：将液态或固体中的分子转移到远离 其邻近分子所需要的总能量。(汽化 或溶解) 单位体积的内聚能内聚能密度 334.94J/cm3 418.68J/cm3 橡胶 通用塑料 纤维,2.聚合物的结晶态 结晶聚合物的主要特征： 结晶结构的基本单元是链段 只能部分结晶，结晶不完全 结晶比例受条件影响，熔点相应变化 溶点Tm是结晶聚合物的主要热转变温度。 玻璃化温度Tg主要是无定型聚合物的热转变温度。玻璃化温度Tg可由比容温度曲线斜率变化看出，也可用热机械曲线仪来测定。,比容,Tg Tm 温度 比容温度曲线,无定型玻璃态,半结晶固体,橡胶态,粘滞体,玻璃态,高弹态,粘流态,Tg 粘流温度 Tf 温度 热机械曲线,形变,Tg和Tm是聚合物使用时耐热性的重要指标，Tg是无定型聚合物的使用上限温度，Tm是结晶聚合物的使用上限温度。 对无定型塑料，一般要求Tg比室温大5075 对结晶塑料，Tg室温，Tm室温 橡胶处于高弹态，Tg为使用上限温度，一般Tg比室温低75以下。 大部分合成纤维是结晶性聚合物(尼龙、涤纶、维尼纶、丙纶)。Tm比室温增高150以上，便于熨烫。 无定型纤维(腈纶、