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1、功能高分子材料,功能高分子,1 绪论,本 章 内 容,1.1 高分子的基本概念,1.2 聚合物的分类和命名,1.6 线形、支链形和交联,1.5 大分子微结构,1.4 分子量及其分布,1.3 聚合反应,（*）,（）,（*）,1.7 聚集态和热转变,1.8 高分子材料和力学性能,教学目的及要求：,掌握：高分子化合物的基本概念、聚合反应的分类方法 ；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； 熟悉：高分子的特点； 线型、支链和体型大分子以及高分子的微观结构 、聚合物的分类及几种命名方法 ； 了解：高分子化学研究的主要问题，了解聚合物分子量、分子量分布对聚合物性能
2、的影响，聚合物的物理状态和主要性能、 高分子材料和机械强度、高分子化学简史 以及高分子科学及其工业发展历史和前景。,1.1 高分子的基本概念,什么是高分子？,由许多相同的、结构简单的单元(unit)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。,高分子(大分子) (macromolecule) 高聚物 (high polymer) 聚合物 (polymer),这些术语一般可以通用,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(oligomer)和高聚物,但通常
3、所称的聚合物即指高聚物。,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几个。线型或环状结构。如聚乙二醇。,现在的倾向：,高分子的特征：,A、相对分子质量很大,- - - - - 103 - - - - - - - - - - - - - - 104 - - - - - - - - - 106 - - - - - - - - - - - - - - - 低分子 过渡区（齐聚物） 高聚物 超高分子量的聚合物,一般高分子的分子量在104106,B、共价键连接,C、由相同的化学结构重复多次而成,高分子可看作是由许多重复单元所组成的一条长链,支链,主链,侧基,链原子 构成
4、高分子主链骨架的单个原子,聚丙烯,聚乙二醇,聚合,例如：聚苯乙烯,单体,聚合物,缩写成,在大分子链中出现的以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。结构单元的元素组成可以与单体的元素组成相同，也可以不同。,聚丙烯,尼龙66,结构单元（Structure unit）,聚合物中化学组成和结构均可重复出现的最小基本单元，又可称链节（Chain Element）。,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。,和,聚氯乙烯的重复单元,尼龙-66的重复单元,单体单元（ Monomer unit ）,重复单元 （Repeating unit）,高分子的三种
5、组成情况,比 较,1.由一种结构单元组成的高分子,高分子的三种组成情况,例如：聚苯乙烯,说明：n 表示重复单元数，也称为链节数, 在此等于聚合度。,重复单元的元素组成与单体的元素组成相同,聚合度有两种表示法： 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,此时,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。,一种结构单元组成的高分子,聚合度（Degree of polymerizati
6、on，缩写为DP）,聚合度是衡量高分子大小的一个指标。,另一种情况：,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。,重复单元的元素组成与单体的元素组成不同,2.由两种结构单元组成的高分子,其重复单元由两种结构单元组成，且结构单元与单体的组成不尽相同，所以，不能称为单体单元。,高分子的三种组成情况,合成尼龙-66的特征：,单个聚合物分子所含单体单元的数目。,聚合物 单 体 单体单元 聚合度,2n,聚对苯二甲酸乙二酯，涤纶，PET,n,例：,结构单元 重复单元 单体单元；但, 重复单元链节,注意：Mo为两种结构单元的平均分子量,例1：以氯
7、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5万至15万之间，其结构单元的分子量 为62.5，计算其聚合度。,解： = = 50000-150000/62.5=800-2400 通过计算可知，聚氯乙烯的平均聚合度应在800-2400,聚氯乙烯 分子约由800-2400个氯乙烯单元组成。,例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 乙二醇酯，其分子量一般在2万左右，计算 及 。,解：已知-O(CH2)2O-结构单元分子量为60，-OC-C6H5-CO- 结构单元分子量为132。 由 = （M + M ）/2得： 2000 = （60+132）/2 则 =208
8、= /2=104,3.由无规排列的结构单元组成的高分子,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重复结构单元，并且该重复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。,判别均聚物,高分子的三种组成情况,均聚物 (Homopolymer),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：由一种单体聚合而成的聚合物。 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均聚反应 （Homopolymerization)。,说明： x, y为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任意的： M1M2M1M1M2M1M
9、2M2M2 在这种情况下，无法确定它的重复单元，仅,例如：丁苯橡胶（由单体1,3-丁二烯和苯乙烯聚合而成）,由两种或两种以上（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共聚反应。,共 聚 物 （Copolymer）,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。 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,通常得到的是无规共聚物，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-,交替共聚物：,顾名思义，交替共聚物就是A和B两种结构单元 在高分子链中交替排列。 通过特定的烯类聚合能得
10、到交替共聚物，其性 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-,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 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-,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。可用两类均聚物相互反应生成，也可由A种均聚物的主链上引人一些可反应的基团，再接上由B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合。,涤纶：,高分子链的末端结构单元。,末 端 基 团 （ End Groups）,聚乙烯：,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基团，在书写高分子的结构式时，常忽略不写。 假如高分子的末端基团是反应性的，能进一步进行聚合反应，这样的高分子称为遥爪高分子或预聚物分子，其反应性末端基团常常是有目的地引入的。,第一讲课后作业,