16高分子化合物

1、16 高分子化合物,有机化学,Polymers,返回,基本内容和重点要求,高分子化合物的定义、分类和命名 高分子化合物的特性 高分子及结构与性能的关系 高分子化合物的合成方法及化学性质 离子交换树脂、橡胶、有机高分子絮凝剂,重点要求掌握高分子化合物的特性、化学性质；高分子化合物的结构与性能的关系。,返回,16 高分子化合物,16.1 高分子化合物的定义、分类和命名 16.2 高分子化合物的结构与性能的关系 16.3 高分子化合物的特性 16.4 高分子化合物的合成方法 16.5 高分子化合物的化学反应 16.6 几类重要的高分子化合物,返回,16.1 高分子化合物的定义、分类和命名,一般把相对

2、分子质量低于1500的化合物称为低分子化合物；相对分子质量高于10000的称为高分子化合物。,16.1.1 高分子化合物的定义,返回,单体,链节,聚合度,氯乙烯的聚合,聚合度“链节”相对分子质量高聚物的相对分子质量,单体、链节和聚合度以及相对分子质量与聚合度之间的关系,返回,16.1.2 高分子化合物的分类,按来源分类: 天然高分子化合物和合成高分子化合物 按材料的性能分类: 塑料、橡胶和纤维 按用途分类： 通用高分子、工程材料高分子、功能高分子 按高分子主链结构分类： 碳链、杂链和元素有机高分子化合物,返回,16.1.3 高分子化合物的命名,天然高分子化合物习惯上都用俗名。如：纤维素、木质素

3、、淀粉、蛋白质等； 合成高分子化合物通常按制备方法及原料名称来命名。如：苯乙烯的聚合物称为聚苯乙烯。 用缩聚方法制得的高聚物，大多数在原料名称的后面加上“树脂”。如：酚醛树脂、脲醛树脂等。 商业上也常用商品名称，如聚丙烯腈称为腈纶，聚甲基丙烯酸甲酯称为有机玻璃。 有些也用英文名的缩写表示，如PVC为聚氯乙烯、ABS为丙稀腈丁二烯苯乙烯共聚物。,返回,16.2 高分子化合物的结构与性能的关系,线型结构：高分子化合物中有独立的大分子存在，具有弹性和可塑性，在溶剂中能溶解和熔融，硬度和脆性较小。 体型结构：高分子化合物中没有独立的大分子存在，没有弹性和可塑性，在溶剂中不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和

4、脆性较大。,16.2.1 高分子化合物的两种基本结构,返回,16.1.2 高分子化合物的聚集状态,晶相高聚物：分子排列很有规律，分子间作用力大，耐热性和机械强度比非晶相高，有一定的熔点，熔限较窄。 非晶相高聚物：没有一定的熔点，耐热性和机械强度都比晶相的低。 部分结晶高聚物的结晶性区域称为微晶,微晶的多少称为结晶度。 线型非晶相高聚物在不同的温度范围内存在着玻璃态、高弹态和粘流态三种不同的物理状态。,返回,线型非晶态高聚物的温度形变曲线,Tx,Tg,Tf,Td,形变(%),温度（）,玻璃态,过渡区,高弹态,粘流态,A,B,C,D,E,线型非晶态高聚物的温度形变曲线 Tx脆化点；Tg玻璃化温度；

5、Tf粘流温度；Td分解温度,back,返回,16.3 高分子化合物的特性,相对分子量大，具有多分散性 复杂的分子链形 高分子链的柔顺性与良好的机械强度 良好的绝缘性能,返回,16.3.1 相对分子量大，具有多分散性,高分子化合物是由许多具有相同链节结构、不同聚合度的同系混合物，这种特点称为相对分子质量的多分散性。高分子化合物的相对分子质量是指平均相对分子质量，聚合度也是平均聚合度。一般来说，分散性越大即相对分子质量分布较宽，低分子组分也越多，此聚合物的机械性能就越差。 高分子化合物除相对分子质量存在多分散性外，其结构和化学组分上也存在多分散性。,返回,聚氯乙烯分子链结构,（1）,（2）,（3）

6、,头尾相连,头头相连或 尾尾相连,支化,（3）,返回,16.3.2 复杂的分子链形,从结构上看，高分子化合物的分子链基本上只有两种：线型和体型。 线型特征：分子中的原子以共价键相互结合成一条很长的卷曲状态的“链”，长度一般是直径的几万倍。高分子的主链上带有支链称为支链型高分子，亦属线型结构范畴。 体型特征：分子链与分子链之间还有许多化学键交联起来，形成网络一样的结构。不同的分子结构表现出很不同的性能。,返回,16.3.3 高分子链的柔顺性与良好的机械强度,线型高分子的链很长，由于原子间的键可以自由旋转，使分子链也能够自由旋转，每个链节的相对位置可以不断变化，这种性能称为高分子链的柔顺性。柔顺性

7、越大，弹性越好。 由于高分子链很长，致使分子间的引力很大，尤其是链中包含有极性基团或存在氢键时，则分子间的引力就更大，具有一定的机械强度。,返回,16.3.4 良好的绝缘性能,高分子中化合物的原子彼此以共价键结合，一般不含有极性基团，不能电离，因而具有良好的绝缘性能。,返回,16.4 高分子化合物的合成方法,由相同或不同的单体，在一定的条件下(引发剂、催化剂等)，通过相互加成形成聚合物的反应。,16.4.1 加聚反应,16.4.2 缩聚反应,由低分子化合物(单体)相互作用形成高聚物过程中还有小分子(如水、氨、氯化氢等)生成的反应称为缩聚反应。,返回,16.4.1 加聚反应,只有一种单体参加的加

8、聚反应称为均聚反应，产物为均聚物。,均聚反应,(1)均聚反应,返回,共聚反应,由两种或两种以上单体参加的加聚反应称为共聚反应，产物为共聚物。,(2)共聚反应,返回,(3)加聚反应历程,自由基加聚反应 自由基加聚反应是在能产生自由基的引发剂作用下进行的，历程可分为3个阶段：链引发、链增长和链终止。 离子型加聚反应 离子型加聚反应是在催化剂的作用下，使单体形成活性离子中间体，然后再进行聚合。 配位聚合反应 单体在齐格勒纳塔催化剂的催化下所发生的聚合反应，称为配位聚合反应。,返回,离子型加聚反应,阳离子型加聚反应,阴离子型加聚反应,返回,配位聚合反应,反应过程:,返回,16.4.2 缩聚反应,由低分

9、子化合物(单体)相互作用形成高聚物过程中还有小分子(如水、氨、氯化氢等)生成的反应称为缩聚反应，产物为缩聚物。,尼龙66,例如：,单体,官能团,小分子产物,返回,16.5 高分子化合物的化学反应,16.5.1 聚合度不变的反应 16.5.2 聚合度增大的反应 16.5.3 聚合度减小的反应,返回,16.5.1 聚合度不变的反应,聚合物大分子链上除端基以外的原子或原子团所进行的不变聚合物的聚合度的化学反应称作侧基官能团反应，或简称侧基反应。,例如：,返回,16.5.2 聚合度增大的反应,(1)线型高分子化合物的大分子链，可以通过其侧链或主链上官能团的作用在分子链间形成化学键，发生交联成为体型聚合

10、物。这类反应的特点是只要少量官能团发生反应，相对分子质量便大大增加。,返回,环氧氯丙烷与双酚A在碱作用下，缩聚得到的环氧树脂,双酚A,环氧树脂,返回,环氧树脂与固化剂乙二胺作用时，乙二胺两端氨基中的4个氢原子便与环氧树脂中的环氧基作用，发生交联而使树脂固化。,固化剂,相对分子质量便大大增加,返回,(2)接枝方法,通过化学反应在聚合物的主链上接上结构、组成不同的支链，这一过程称做接枝，所形成的产物称为接枝共聚物。,接枝方法,聚合法,偶联法,将预先制好的支链偶联到主链高分子上去,单体在高分子主链的引发点上进行聚合，长出支链,返回,以聚合物为引发剂的聚合,聚合法,返回,16.5.3 聚合度减小的反应

11、,聚合度减小的反应是指大分子链发生断裂、相对分子质量降低的反应。也称裂解反应。此种反应可以在化学试剂(水、甲醇、酸、氧)或物理因素(热、光)的影响下发生。通常有水解、氧化裂解、热裂解、光化学裂解和老化等方式。,返回,(1)水解,水解是杂链高分子化合物的主要裂解反应，酸、碱都能加快水解速度。在杂链聚合物中，以聚缩醛、聚酯和聚酰胺容易发生水解。,返回,(2)氧化裂解 高分子化合物能被空气中的氧或其他氧化剂逐渐氧化，致使其物理机械性能下降，一般认为这种反应是按自由基历程进行的。 (3)热裂解 主要是指在热作用下高分子化合物主链断裂的过程。有两种断裂方式：解聚断裂(在热作用下逐步裂解成单体)；无规断裂

12、(裂解产物是烷烃和烯烃，单体的含量很低)。,返回,(4)光化学裂解 指在空气、湿气和氧的存在下高分子化合物由光激发的化学裂解过程。其中最重要的是光激发的氧化裂解。近红外区光波(300nm)能使大多数的共价键断裂。,返回,(5)老化 指随着时间的增长，在光、热、氧、水、微生物和机械力等环境因素的综合作用下，聚合物发生了交联和裂解反应。交联使大分子链形成体型结构，使聚合物失去弹性、变僵、发脆；裂解则使大分子链断裂、链长变短、相对分子质量降低，高分子化合物的各种性质发生变化，如僵硬性增加、出现脆性、强度降低、颜色变深等，从而使聚合物变软、发粘，并丧失机械强度。,返回,16.6 几类重要的高分子化合物

13、,16.6.1 离子交换树脂 16.6.2 橡胶 16.6.3 有机高分子絮凝剂,返回,16.1.1 离子交换树脂,阳离子交换树脂 阴离子交换树脂,离子交换树脂是能够进行离子交换的体型高分子化合物。其特点是骨架上具有能进行离子交换的活性基团，高分子骨架强度高，不溶于水，长期使用而不被破坏。其最主要的用途是作为分离溶液中混和物的手段，如水处理。,返回,离子交换树脂,(1)阳离子交换树脂,这种树脂具有活泼的酸性基团，如 SO3H, PO(OH)2， COOH等，,活泼的酸性基团,能够交换阳离子,返回,阳离子交换树脂的制备,简写,体型聚苯乙烯,交联体的合成,返回,由于交联体中含有苯环，通过磺化反应可

14、向交联体中的苯环上引入SO3H基团，形成强酸性阳离子交换树脂。,引入活性基团,返回,这种树脂具有活泼的碱性基团,能够交换阴离子,活泼的碱性基团,(2)阴离子交换树脂,返回,阴离子交换树脂的制备,返回,(3)离子交换树脂的交换反应,离子交换树脂制备去离子水的离子交换反应如下：,返回,16.6.2 橡胶,返回,(1)天然橡胶,从橡胶树上取得的乳状液叫做乳胶，内含3540的橡胶及6065的水；经少量醋酸处理，橡胶即凝固，把凝固体经压制后就得到生橡胶。 硫化橡胶是在生橡胶中加入少量的硫或有机硫化物，然后在140左右加热几个小时，使生橡胶的力学性能得到改善。,天然橡胶是异戊二烯的聚合物，硫化后的结构如下：,硫化聚异戊二烯,返回,(2)合成橡胶,顺丁橡胶：,优点是弹性好、耐磨、低温性能好、耐老化，可用于制造各种橡胶制品，主要用于制造轮胎。,返回,丁苯橡胶：,优点是具有良好的耐老化性、耐油性、耐热性和耐磨性，比天然橡胶质地均匀，价格低，并能与天然橡胶以任何比例混用。主用用于制造轮胎和其它橡胶制品。,返回,丁腈橡胶:,持点是耐油，主用用于耐油橡胶制品。,返回,氯丁橡胶:,特点是具有良好的耐老化性、耐油性和化学稳定 性，主用用于制造轮胎、运输皮带等。,返回,16.6.3 有机高分子絮凝剂,聚丙烯酰胺絮凝剂 水溶性阳离子型有机高分子絮