高分子化学资料全省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

高分子化学Polymer ChemistryPolymer Chemistry1第1页第一章绪论（一）2 2 2 2绪论绪论第2页1.1.高分子科学历史和发展2.2.高分子主要性和特点3.3.高分子化学在学科中地位4.4.高分子化学研究趋势5.5.高分子材料应用和未来3 3 3 3绪论绪论第3页何为高分子？分子量大分子量大（10,00010,000）由重复单元链接而成由重复单元链接而成长径比：103105Polyamideimide/聚酰胺酰亚胺立体示意图4 4 4 4绪论绪论第4页高分子/Polymer单体/Monomer合成高分子 由单体聚合而成由单体聚合而成由单体聚合而成由单体聚合而成经过不一样聚合反应5 5 5 5绪论绪论第5页COOCOHOCOHCHHHHC COHOHOOC COHOHOOCOHOHCHOHOHHHH+n带双官能团化合物带双官能团化合物逐步聚合带双键烯类化合物带双键烯类化合物带双键烯类化合物带双键烯类化合物CCHHHH连锁聚合CCHHHHn6 6 6 6绪论绪论第6页高分子科学成型、加工成型、加工聚聚 合合结结 构构性性 能能改性改性高分子高分子化学反应化学反应应应 用用合成合成天然高分子天然高分子分子运动分子运动高分子工程高分子工程高分子物理高分子物理高分子化学高分子化学7 7 7 7绪论绪论第7页学科：高分子科学高分子化合物合成结构性能高分子材料应用成型加工基础性学科基础性学科应用性学科应用性学科8 8 8 8绪论绪论第8页 人类发展历史证实，每一个主要材料发觉和利用，都会把人类支配和改造自然能力提升到一个新水平，给社会生产力和人类生活带来巨大改变，把人类物质文明和精神文明向前推深入 历史划分材料人类文明9 9 9 9绪论绪论第9页旧石器数百万年前新石器数十万年前青铜器数千年前铁器数千年前10101010绪论绪论第10页高分子时代高分子时代（20世纪下半叶）三大合成材料：塑料、橡胶、纤维三大合成材料：塑料、橡胶、纤维 其它合成材料：涂料、胶粘剂其它合成材料：涂料、胶粘剂 复合材料复合材料 功效高分子材料功效高分子材料 （2不到）在人类历史上，几乎没有什么科学技术象高分子科学这么对人类社会做出如此巨大贡献。在二十世纪初，可靠聚合方法发觉，加上相关高分子理论，物理和工程巨大进展，造成并推进了一场材料革命，这场材料革命至今仍在继续地进行着。O.Vogl,G.D.Jaycox,“Trends in Polymer Scinece”11111111绪论绪论第11页无处不在高分子服装、面料玩具、生活用具电气产品外壳、绝缘体包装、装饰材料涂料、粘合剂隐形眼镜 衣食住行，无处不在！12121212绪论绪论第12页价廉轻便强度高易于加工成型性能易于控制使用安全废弃物易于处理食品生产和储存健康、医疗建筑能源开发和利用娱乐、体育军事、航空、航天以塑代钢在一定程度上，工程塑料强度已经超出了钢铁可应用于各个领域可应用于各个领域13131313绪论绪论第13页 全世界高分子材料已超出2亿吨，即使重量不及钢铁，但因为 其 比 重 仅 为 钢 铁1/71/8，所以，世界高分子材料总体积远远超出钢铁。发达国家钢铁产量基本已经稳定了，但高分子材料产量还在增加高分子材料具备金属和陶瓷等材料性能特点，在几乎全部应用领域大量地取代它们，甚至综合性能更优良。高分子材料发展和应用，是20世纪改变人类生活、生产20项创造之一14141414绪论绪论第14页 每年全球生产超出2亿吨聚合物材料以满足全世界60亿人使用需要。在这一生产过程，只消耗了全球原油年产量4%4%。比较而言，全球每年采伐木材量所等效石油消耗却要比聚合物大一个数量级。与全球每年产生约500亿吨生物物质相比，聚合物产量是如此微不足道。然而，聚合物材料使用却对全球经济产生了巨大影响，它对美国GDP贡献到达4%。当全世界人口比现在翻一番时，聚合物生产规模可能是现在三倍甚至四倍。能源消耗量效比15151515绪论绪论第15页木材棉麻丝毛漆橡胶皮革各种树脂各种天然高分子材料皮革鞣制棉麻丝光处理改性日常生活和生产创建前蒙昧期蒙昧期(不知道其化学组成和结构)高分子科学历史(时间短却发展迅猛)16161616绪论绪论第16页合成树脂：德国开发出酚醛树脂（19）作为绝缘材料：俗称电木醋酸纤维和塑料、醇酸树脂、聚乙烯醇v学科创建：本阶段末期，高分子科学作为一个独立学科初步建成v天然高分子改性：橡胶硫化（1839年），使天然橡胶实用化硝基纤维素创造推进塑料工业发展（1868年）POH+HNO3 PONO2+H2O火药(N%:13%)赛璐珞塑料(11%)涂料(12%)胶片(12%)第一阶段高分子科学创建高分子科学创建(19世纪30年代-1930年)17171717绪论绪论第17页v高分子和聚合概念得到普遍接收第二阶段主要发展阶段主要发展阶段（1930-1960年）1936年，以纤维素乙酰化前后分子量改变极小试验事实再次证实“链式大分子”观点正确性，终于得到化学界普遍认可H.Staudinger(1881-1965)Germany1926年，依据测定聚茚氢化前后分子量改变极小试验事实，提出了“链式大分子”概念（茚：一个烃类液体 indene C9H8，很易聚合）高分子链式结构，最终被确立Nobel Prize,1953Staudinger十年间两次提出19，发表了他划时代意义文件论聚合,提出了大分子是由大量小分子聚合起来概念18181818绪论绪论第18页塑料和工程塑料：尼龙-66工业化生产（1938年）有机玻璃（合成聚甲基丙烯酸甲酯）聚苯乙烯工业化环氧树脂ABS树脂合成橡胶：丁二烯及其共聚类(如聚丁二烯、丁氰、丁苯、丁基等)聚氨酯v在材料开发及其应用方面都得到了很大发展聚酯纤维腈纶合成纤维：二次世界大战客观上刺激了科学技术和工业发展，所以，高分子科学全方面发展不但在基础研究方面，而且在应用方面19191919绪论绪论第19页Wallace H.Carothers(18961937),USA1935年2月28日 聚酰胺66(polyamide66),1938年10月27日 Nylon66,du Pont,第一个合成纤维聚氯乙烯聚苯乙烯聚醋酸乙烯酯聚甲基丙烯酸甲酯高压聚乙烯丁苯橡胶丁腈橡胶氯丁橡胶聚四氟乙烯 ABS树脂 v 科学研究科学研究 链式自由基聚合反应理论链式自由基聚合反应理论工业化 缩聚反应理论缩聚反应理论聚酰胺聚酯 缩聚反应理论缩聚反应理论链式自由基聚合反应理论链式自由基聚合反应理论30到40年代工业合成20202020绪论绪论第20页能够实现分子链立体构象控制制备出高密度线型PE和等规PPKarl Ziegler(1898-1973)Germany烯烃聚合中有机金属混合物催化剂高密度聚乙烯(High density Polyethylene,HDPE)Giulio Natta(1903-1979)Italy立构规整聚合物等规聚丙烯(Polypropylene,PP)NobelPrize,1974 Ziegler-NattaZiegler-Natta催化剂及其配位聚合催化剂及其配位聚合（1963）活性阴离子聚合活性阴离子聚合能够实现分子链结构和形状控制，开发了聚甲醛、聚氨酯等21212121绪论绪论第21页50年代，美国化学家P.J.Flory提出了高分子溶液格子模型，创建了高分子溶液统计热力学和高分子构象统计力学方面基础理论，大大促进了高分子物理以至整个高分子科学发展Paul J.Flory(1910-1985),USAPrinciples of Polymer Chemistry高分子化学原理,1953;Statistical Mechanics of Chain Molecules 长链分子统计力学,1979NobelPrize,1974 高分子物理高分子物理Pierre-Gilles de Gennes(1932-),FranceScaling Concepts in Polymer Physics高分子物理学标度概念,1985NobelPrize,199122222222绪论绪论第22页有机化学高分子化学物理化学物理学数学电子学各种工程学生物学医药学其它化学化工机械 高分子科学基础科学 技术科学交叉渗透融合高分子物理高分子工程链结构溶液性质聚集态结构性能成型加工合成、改性、分子设计23232323绪论绪论第23页第三阶段全方面发展阶段全方面发展阶段（20世纪60年代以后）v材料：新材料不停涌现，无法列举，得到全方面应用v科学研究：各种聚合理论趋于成熟，体系完善o 高性能化高性能化 聚甲醛、聚碳酸酯、聚醚、聚酰亚胺等工程塑料大批量投向市场，各种耐高温高强度聚合物材料层出不穷。各种通用高分子材料走向成熟、并不停涌现出新高分子材料 光敏性高分子、高分子半导体和导体、光导体、高分子分离膜、高分子试剂和催化剂、高分子药品等方面研究与应用都取得巨大进展。这是功效高分子和生物医用高分子理论和材料大发展时期o 多功效化多功效化24242424绪论绪论第24页结构物性合成与改性分子设计高分子科学更高、更新阶段高分子化学重担经过建立结构与性能、功效之间关系，合成含有指定结构及性能与功效聚合物，或者经过改性提升性能，经过修饰等伎俩赋予聚合物新功效。实实现现聚聚合合物物分分子子设计和材料设计目标设计和材料设计目标应用需求25252525绪论绪论第25页研究趋势和前沿新新型型、有有用用高高分分子子化化合合物物分分子子设计设计新聚合反应研究新聚合反应研究新聚合方法研究新聚合方法研究26262626绪论绪论第26页可可控控制制反反应应物物空空间间立立构构、聚聚合合物物相相对对分分子子质质量及相对分子质量分布所谓可控聚合量及相对分子质量分布所谓可控聚合活性聚合、酶催化聚合、微生物催化聚合活性聚合、酶催化聚合、微生物催化聚合新型功效高分子材料设计及合成新型功效高分子材料设计及合成基基于于分分子子识识别别、分分子子有有序序组组装装分分子子设设计计、组组装化学和组装方法装化学和组装方法包包含含分分子子改改性性和和表表面面改改性性在在内内聚聚合合物物改改性性方方法和原理法和原理27272727绪论绪论第27页含含有有耐耐高高温温、高高强强度度、高高模模量量“三三高高”性性能聚合物分子设计及合成能聚合物分子设计及合成医医用用高高分分子子和和生生物物大大分分子子改改性性、结结构构及及功功效化研究效化研究纳米聚合物合成及应用纳米聚合物合成及应用各各种种有有机机无无机机分分子子内内杂杂化化高高分分子子材材料料分分子设计与合成子设计与合成环境问题环境问题28282828绪论绪论第28页高分子应用和未来为满足航天航空、电子信息、汽车工业、家用电器等多方面技术领域需要，在机械性能、耐热性、耐久性、耐腐蚀性等方面性能深入提升高性能化合成新高分子改性经过新聚合反应控制分子结构(如:阴离子活性聚合)经过聚合方法和聚合过程控制、提升性能(如:齐格勒纳塔聚合)多功效化除机械性能外，高分子还具特定功效：光导性导电性光敏性光致变色性磁性生物活性液体性催化性高度选择能力反应活性对特定金属离子螯合性透过特定气体 29292929绪论绪论第29页精细化电子技术改变日新月异，要求原材料向高纯化、超净化、精细化、功效化方向发展智能化使材料本身带有生物所含有高级功效，如预知预告性、自我诊疗、自我修复、自我增殖、认识识别能力、刺激反应性、环境应答性等。材料智能化是一项带有挑战性未来重大课题复合化高性能结构复合材料是新材料革命一个主要方向。如，以玻璃纤维增强材料为主复合材料不但在当前已进入大规模生产和应用阶段，而且在未来仍会有所发展。30303030绪论绪论第30页支柱生物技术先进材料先进材料信息技术能源环境能源环境结构材料结构材料军事军事航空、航天航空、航天 三大材料金属陶瓷 高分子高分子高分子高分子材材材材料料料料是是是是人人人人类类类类进进进进化化化化史史史史里里里里程程程程碑碑碑碑，当当当当代代代代文文文文明明明明主主主主要要要要支支支支柱柱柱柱，发发发发展展展展高高高高新新新新技技技技术术术术基基基基础础础础和和和和先先先先导导导导。高高高高分分分分子子子子材材材材料料料料饰饰饰饰演演演演着着着着极极极极为为为为主主主主要要要要角色角色角色角色基础先导应用前景31313131绪论绪论第31页防热材料有机硅聚合物处理陶瓷纤维隔热层覆盖在神舟五号返回舱表面：有机硅聚合物良好耐高低温性能使之在高空低温和大气层再入时高温环境中得以延长器件寿命外表面温度超出1000C,内部温度约30C 高比强、高比模结构材料高比强、高比模结构材料 超低温，超高温防护材料超低温，超高温防护材料 吸收电磁波、声波隐身材料 减震、降噪阻尼材料航天器用高分子材料32323232绪论绪论第32页高比强、高比模结构材料火箭整流罩、卫星接口支架、液氢/液氧发动机共底、固体火箭发动机壳体等：碳纤维/环氧树脂复合材料33333333绪论绪论第33页F-22材料组成钛合金：41%；铝合金：15%；钢：5%树脂基复合材料:24%环氧树脂、聚双马来酰亚胺。用于雷达罩、进气道、机翼(含整体油箱等)、襟翼、副翼、垂尾、平尾、减速板及机身蒙皮等。34343434绪论绪论第34页F-22动力：F-119发动机 F119发动机正在执行用树脂基复合材料取代钛合金制造风扇送气机区计划，可节约结构重量6.7千克，并正在考虑用树脂基复合材料风扇叶片取代现在钛合金空心风扇叶片，以期减轻结构重量30。35353535绪论绪论第35页防弹玻璃 由数层玻璃和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)胶片粘结而成特种夹层玻璃。56式7.62mm冲锋枪，56式7.62mm普通弹(钢芯)，15米距离射击三发，弹速约750m/s，弹着点10010mm呈正三角形，防弹玻璃背部没有飞溅物，背部玻璃表面光滑，弹伤深度5mm。玻璃和高分子复合材料36363636绪论绪论第36页带有特异功效特种合成纤维调调温温纤纤维维能够调整本身环境温度。环境温度上升时，有储热作用；温度下降时，放出热量保温纤维保温纤维能隔绝外界雨、雪、风、霜侵入到人体皮肤，同时也能将皮肤上汗水排放到大气中去，具备天然纤维（棉、麻、丝等）功效呼吸纤维呼吸纤维含有防水透气性，能透过人体汗液蒸发水蒸气，但却透不过雨水，即含有两种相逆功效防暑纤维防暑纤维含有亲水性，可防出汗、防闷热，穿着舒适记忆纤维记忆纤维可永远保持形状不变弹性纤维弹性纤维弹性纤维适宜动作和身体伸展。使用聚氨酯纤维，其弹性可靠近橡胶37373737绪论绪论第37页高强纤维代表:Kevlar抗拉强度3.4GPa3.4GPa模量（5959190190）GPaGPa断裂伸长5%5%蜘蛛丝强度优于优于KevlarKevlar断裂伸长达30%30%复合材料生物医学降落伞绳索头盔、防弹背心芳纶，全芳香族聚酰胺38383838绪论绪论第38页和体育结缘 最初台台球球是用象牙制成，量稀而贵，有些人悬赏1万美元征求制造台球替换材料。1869年，美国人海厄特把硝化纤维、樟脑和乙醇混合物在高压下共热，然后在常压下硬化成型制出了廉价台球，赢得了这笔奖金。这种由纤维素制得材料就是赛璐珞赛璐珞39393939绪论绪论第39页撑竿跳 器械胜利材质：木、竹、合金、玻纤复合材料、碳纤复合材料40404040绪论绪论第40页不论是遗传现象，或是酶活动，都与高分子物质有亲密关系。在人体中，最主要高分子物质莫如蛋白质和核酸。高分子科学家已经开始探索怎样去合成或模拟天然高分子也就是含有生物活性高分子，因为天然动、植物本身就是由高分子所组成。一旦能够合成生物高分子，就能够合成部分生生物物组组织织或器器官官，在解救人生命旅程中又可大大地向前迈一步了高分子生命活动基本物质生命活动是各式各样：新陈代谢、肌肉收缩、神经传导以至于传种接代(遗传现象)等等。不论哪种活动，都需要有生物酶参加。遗传现象则更是十分神秘而复杂生命活动现象41414141绪论绪论第41页生物医用高分子材料生命科学和材料科学交叉生物材料是指与体液接触异体材料，除少数金属、陶瓷和碳素外，绝大部分是橡胶、纤维、模制塑料等合成高分子材料。全世界在医学上应用高高分分子子材材料料就有90多个品种、1800余种制品。西方国家在医学上消耗高分子材料每年以10%-20%速度增加人体替换和修复材料 医疗器械、医护用具药用高分子 智能型复合型功效型42424242绪论绪论第42页生物相容性好，不引发刺激、炎症、致癌和过敏等反应生物活性优异生物降解性好化学稳定性和化学惰性无毒无副作用轻易制备、纯化、加工和消毒有所需物理性能(尺寸、强度、弹性、渗透性等)，并能在使用期间保持其不变，抗老化、耐疲劳 伴随当代科学技术发展，尤其是生物技术重大突破，生物材料研究不停取得进展，其应用空间也更为广泛。人工脏器含有部分或全部代替人体某一器官功效器件，有只需在体内短期使用，如插入器件(导液管等)，有则需在体内停留较长时间，甚至整个生命期。所以对这类材料有严格要求严格要求对生物医用高分子材料要求43434343绪论绪论第43页CHEMTECH,1983,13,542-55Silicone medical devices and the Body人造胰脏人造胰脏形同钮扣，2.5x0.5cm,在两两层层高高分分子子膜膜之间夹装从猪胰脏中取出可分泌胰岛素细胞。外部用硅包封装，减轻排异反应人工器官 人人工工心心脏脏：聚酯、聚氨酯、环氧树脂 人工肺人工肺：硅橡胶半透膜 关节关节(肩、髋、膝):聚四氟乙烯 人工肾人工肾：透析膜 人工血管人工血管、人造血液人造血液 人工皮肤人工皮肤 当前，从天灵盖到脚趾骨，从人体内脏到皮肤，从血液到五官，除了脑以及大多数内分泌器官外，大都有了代用人工器官44444444绪论绪论第44页人造心脏聚醚型聚氨酯聚酯编织管环氧树脂聚酯硅油45454545绪论绪论第45页人工骨聚酯类人工骨聚酯类人工骨生物相容性可选择强度、降解吸收时间无需二次手术取出纳米复合生物活性材料纳米复合生物活性材料将纳米类骨晶体与聚酰胺复合，该材料在生物活性、柔韧性和强度方面均与人体组织靠近，可用于颅骨、关节及喉管支架、穿皮器件与修复领域Resomer Resorbable Polyester：Polylactide,Polyglycolide or the copolymers Boehringer Ingelheim KG46464646绪论绪论第46页如：以乳酸为主要成份可降解聚合物和促进骨骼生长磷酸三钙制成薄片，敷贴在骨骼受损伤部位，周围骨骼细胞很快就会再生出新骨。而薄片中可降解物质可自然分解，乳酸和磷酸三钙则在体内进行新陈代谢 乳酸是乳酸杆菌产生一个碳水化合物，是生物体中常见天然化合物。经过乳酸环化二聚物化学聚合或乳酸直接聚合能够得到高分子量聚乳酸。聚乳酸(PLA)(PLA)性性能能：制品含有良好生物相容性和生物可吸收性，以及很好生物降解性，而且在可降解热塑性高分子材料中PLA含有最好抗热性原原料料：可从谷物中取得，其制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时不会散发毒气，不会造成污染47474747绪论绪论第47页再生骨 所用高分子材料含有良好力学性能而作为承力替换物，同时含有良好生物相容性和骨传导性，新生骨组织在其上以爬行方式生长，一定程度上可使骨缺损尺寸降低到可本身修复程度。依据缺损骨头形状，用高分子材料作成支架，在上面“种”上成骨细胞，再植入体内。材料为细胞提供养份，当骨头渐渐长成后，支撑材料随之降解、吸收而消失48484848绪论绪论第48页药用高分子(药品控制释放)控制释放速度在需要时间范围内以一定速度在体内迟缓释放控制释放地点靶向控制释放体系，使药品在预定部位按设计剂量富集于病灶处缓释胶囊体系不但能提升药效，简化给药方式，大大降低了药品毒副作用49494949绪论绪论第49页硅橡胶医疗制品用硅橡胶制造医疗器械Dow Corning 医用硅橡胶是最早也是最成功商品化医用高分子材料之一50505050绪论绪论第50页物理掺混型物理掺混型：将各种导电性无机材料如炭黑、金属粉末、金属丝和碳纤维等物理掺混进各种聚合物中结构型结构型：在电场作用下产生电流载流子(电子、离子等)，如：大共轭结构高分子Polyimide/聚酰亚胺102(cm)-1电导率470Wh/L重量能量密度190Wh/kg将太阳能转换为机械能、热能聚合物61616161绪论绪论第61页高分子与环境保护和生态平衡62626262绪论绪论第62页塑料垃圾情况重量体积分类白色污染！？63636363绪论绪论第63页 塑料不会腐烂也不会生锈，原本是相对于金属材料而言一个优点。不过，这一性质也给人类带来一个严重问题：因为塑料不易腐烂，大量塑料废弃无法被自然界吸收、分解，从而造成一定程度环境污染废弃物处理不腐烂、不生锈不腐烂、不生锈随着科学技术进步，人类生活水平提高，特别是因为世界人口迅速增加，资源加速枯竭，生态环境不停恶化，二十一世纪对材料科学技术提出更高要求资源问题逐步枯竭逐步枯竭64646464绪论绪论第64页天然材料 应用废 弃 物 再生加工微生物降解微生物降解基质自然界生态大循环合成高分子生物技术 65656565绪论绪论第65页合成便于降解、生物降解而可循环使用或再生利用材料v原料方面利用植物和微生物进行高分子合成，可生物降解，实现环境同化v合成过程生物合成方法，如酶促合成法。或在环境友好水或二氧化碳等化学介质中进行合成，如，采取乳液聚合、悬浮聚合v材料降解v用于环境保护利用高分子材料处理污水和毒物等，如吸油性树脂、絮凝剂相关研究方向66666666绪论绪论第66页 英国教授最近培育成功了一个能生产塑料油菜。利用基因遗传技术成功地把各种能产生聚合物生物基因移植到油菜籽中，用这种油菜籽长出油菜，其种子和叶片中都含有大量聚合物。可生产塑料油菜可生产塑料油菜基因遗传技术把这种聚合物提炼后，就可用来加工成各种家用塑料制品以及塑料管道等。这种天然塑料特点是不会对生态环境产生污染，将其埋在地下，6个月后就可分解为水和二氧化碳创造新天然高分子67676767绪论绪论第67页第一章绪论（二）68686868绪论绪论第68页1.1.单体及高分子聚合反应2.2.高分子一些基本概念3.3.高分子化合物基本特征4.4.高分子化合物命名和分类69696969绪论绪论第69页1.1.单体及高分子聚合反应70707070绪论绪论第70页1.11.1 高分子合成反应低分子低分子高分子高分子合成反应合成反应 人工合成高分子含有天然高分子所没有新性质，其合成不受自然条件限制，怎样最合理、最便利地制备出含有所需特征高分子是高分子科学主要内容高分子高分子高分子化学反应高分子化学反应71717171绪论绪论第71页C2H4 EthylenePolyethylene,PE聚合/Polymerization（1）经过键打开CCHHHH连锁聚合自由基聚合CCHHHHn阴离子聚合阳离子聚合带双键烯类化合物带双键烯类化合物带双键烯类化合物带双键烯类化合物72727272绪论绪论第72页H2CCH2OM+A-CH2 CH2Onn(CH2)mCONHH+NH(CH2)mCOnn开环聚合成环状化合物成环状化合物成环状化合物成环状化合物73737373绪论绪论第73页逐步聚合COOCOHOCOHCHHHHn聚酯化反应聚酯化反应聚酯化反应聚酯化反应（2）经过官能团间反应C COHOHOOC COHOHOOCOHOHCHOHOHHHH+带双官能团化合物带双官能团化合物带双官能团化合物带双官能团化合物逐步聚合74747474绪论绪论第74页2.2.高分子一些基本概念75757575绪论绪论第75页高分子化合物分子量大分子量大（10,00010,000）由重复单元链接而成由重复单元链接而成高分子化合物、大分子化高分子化合物、大分子化高分子化合物、大分子化高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、合物、高分子、大分子、合物、高分子、大分子、合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物高聚物、聚合物高聚物、聚合物高聚物、聚合物 Macromolecules,HighMacromolecules,HighPolymer,PolymerPolymer,Polymer这些术语普通能够通用76767676绪论绪论第76页高分子Polymer单体MonomerPolymerizationCCHHHHCCHHHHn聚合结构单元Structureunit聚合度Degreeofpolymerization烯类单体77777777绪论绪论第77页 n表示重复单元数，也称为链节数，在此等于聚合度结构单元单体单元重复单元链节结构单元单体单元重复单元链节结构单元单体单元重复单元链节结构单元单体单元重复单元链节 结构单元有时也称为单体单元(MonomerunitMonomerunit)、重复单元(RepeatingunitRepeatingunit)、链节(ChainelementChainelement)聚合度聚合度（DegreeofpolymerizationDegreeofpolymerization）是衡量高分子）是衡量高分子大小一个指标大小一个指标有两种表示法：有两种表示法：以大分子链中结构单元数目表示，记作以大分子链中结构单元数目表示，记作以大分子链中重复单元数目表示，记作以大分子链中重复单元数目表示，记作DPXn78787878绪论绪论第78页 对对于于烯烯类类单单体体聚聚合合，结结构构单单元元和和重重复复单单元元一一致致，两种聚合度相等，都等于两种聚合度相等，都等于 n n结构单元分子量结构单元分子量结构单元分子量结构单元分子量由聚合度可计算出高分子分子量：高分子平均分子量高分子平均分子量M=Xn M0=DP M0 nDPXn=79797979绪论绪论第79页两种由单体衍生而来结构单两种由单体衍生而来结构单两种由单体衍生而来结构单两种由单体衍生而来结构单元组成一个重复结构单元元组成一个重复结构单元元组成一个重复结构单元元组成一个重复结构单元结构单元结构单元结构单元结构单元重复结构单元重复结构单元重复结构单元重复结构单元双官能团类单体NH2(CH2)6NH2+HOOC(CH2)4COOH H HN(CH2)6 NH2OC(CH2)4CO nOH+(2n-1)H2O结构单元结构单元结构单元结构单元80808080绪论绪论第80页注意注意注意注意：MMo o为为两种结构单元平均分子量两种结构单元平均分子量此时，Xn和DP意义并不一致结构单元结构单元 重复单元重复单元=链节链节 单体单元单体单元 通常情况下由多于一个单体聚合而成通常情况下由多于一个单体聚合而成 形成高分子过程中要失掉一些原子形成高分子过程中要失掉一些原子81818181绪论绪论第81页3.3.高分子化合物基本特征82828282绪论绪论第82页(1)(1)分子量大-1000 -10000 Mv Mn，Mv略低于MwMn靠近聚合物中低分子量部分，即低分子量部分对Mn影响较大Mw靠近聚合物中高分子量部分，即高分子量部分对Mw影响较大普通用Mw来表征聚合物比Mn更恰当，因为聚合物性能如强度、熔体粘度更多地依赖于样品中较大分子平均分子量各自特点91919191绪论绪论第91页 单独一个平均分子量不足以表征聚合物性能，还单独一个平均分子量不足以表征聚合物性能，还需要了解分子量多分散性程度需要了解分子量多分散性程度以以分子量分布指数分子量分布指数D D表示表示高分子分子量多分散性表示方法D D分子量分布情况分子量分布情况 11均一分布均一分布靠近靠近1(1.52)1(1.52)分布较窄分布较窄远离远离1(2050)1(2050)分布较宽分布较宽高聚物分子量分布曲线高聚物分子量分布曲线高聚物分子量分布曲线高聚物分子量分布曲线重量分率重量分率平均分子量平均分子量D =Mw/Mn因为Mw总是大于Mn，所以D总是大于1；D越靠近于1，分子量分布越窄92929292绪论绪论第92页分子量过高部分使聚合物强度增加，但加工成型时分子量过高部分使聚合物强度增加，但加工成型时塑化困难塑化困难低分子量部分使聚合物强度降低，但易于加工低分子量部分使聚合物强度降低，但易于加工分子量分布是影响聚合物性能原因之一聚合物不一样用途对分子量分布要求不一样聚合物不一样用途对分子量分布要求不一样:合成纤维 分子量分布易窄分子量分布易窄 塑料薄膜 橡 胶分子量分布可较宽分子量分布可较宽93939393绪论绪论第93页（3 3）高分子结构复杂结构聚合方法聚合反应高分子化学反应链结构近程结构(化学结构)远程结构结构构型取代基空间排列大小构象柔顺性原子种类和排列取代基和端基种类单体单元排列支链类型和长度交联非晶态结构晶态结构取向态结构液晶态结构织态结构（高分子合金）分子运动规律聚集态结构高强度高弹性高粘度力学状态多重性结构多样性94949494绪论绪论第94页链形态高分子链几何形状大致有三种：高分子链几何形状大致有三种：序列结构 含有取代基乙烯基单体可能存在头尾或头含有取代基乙烯基单体可能存在头尾或头头或尾尾连接头或尾尾连接(设设有取代基碳原子为头，无取代基有取代基碳原子为头，无取代基碳原子为尾碳原子为尾)头头-尾结构尾结构头头-头、尾头、尾-尾结构尾结构结构线形线形支链形支链形体形体形CH2CH-CH2CHY Y CH2CH-CHCH2CH2-CHY Y Y 95959595绪论绪论第95页全同立构全同立构全同立构全同立构IsotacticIsotactic间同立构间同立构间同立构间同立构SyndiotacticSyndiotactic高分子链立构规整性高分子链立构规整性无规立构无规立构无规立构无规立构AtacticAtactic 连有四个不连有四个不相同原子或基团相同原子或基团碳原子称为不对碳原子称为不对称碳原子。称碳原子。当高当高分子链中含有不分子链中含有不对称碳原子时，对称碳原子时，则会形成立体异则会形成立体异构体构体立体异构WCXZY构型96969696绪论绪论第96页分子运动规律微观结构特征要在材料宏观物理性质上表现出来，则必须经过材料内部分子运动结构复杂物性丰富高分子各种单元运动结构不一样所引发不一样运动规律同一结构在不一样条件下运动规律运动97979797绪论绪论第97页整个分子链能够运动。受外力作用时分子链相互间滑移，宏观表现为沿外力作用方向发生粘性流动，形变量很大，且为不可逆形变。粘流性为高分子提供了可塑特征。TgTf玻璃态玻璃态高弹态高弹态粘流态粘流态温度温度T T形变形变 虎克弹性（普弹性）高弹性键角、侧基、支链和小链节运动液态：链段固态：分子链液态：分子链无定型高分子力学三态分子链能够经过单键内旋转和链段构象改变来适应外力作用。受拉伸力作用，高分子链就从蜷曲状变为伸展状，宏观上展现很大形变。固态：分子链及链段98989898绪论绪论第98页4.4.高分子化合物命名和分类99999999绪论绪论第99页1.1.命名以单体名称为基础，在前面加“聚”字 乙烯乙烯 丙烯丙烯 氯乙烯氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯聚乙烯 聚丙烯聚丙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯取单体简名，在后面加“树脂”、“橡胶”二字 如 苯酚 甲醛 酚醛树脂 尿素 甲醛 脲醛树脂 甘油 邻苯二甲酸酐 醇酸树脂 丁二烯 苯乙烯 丁苯橡胶100100100100绪论绪论第100页商品名 合成纤维最普遍，我国以合成纤维最普遍，我国以“纶纶”作为合成纤维后作为合成纤维后缀缀 涤纶涤纶 聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）丙纶丙纶 聚丙烯聚丙烯 锦纶锦纶 聚酰胺（尼龙），后面加聚酰胺（尼龙），后面加数字数字区分区分聚酰胺聚酰胺 聚酯聚酯 聚氨酯聚氨酯 聚醚聚醚第一个数字表示二元胺碳原子数第二个数字表示二元酸碳原子数只附一个数字表示内酰胺或氨基酸碳原子数数字含义数字含义数字含义数字含义以高分子链结构特征命名C C-OOOO=OON N-C CHH-OO=N N-C COOHH-OO=101101101101绪论绪论第101页IUPAC（系统）（系统）命名法1 1)确定重复单元结构确定重复单元结构,排出次级单元排出次级单元(subunitsubunit)次次序，遵照两个标准序，遵照两个标准:2 2)给重复单元命名，并在前面加给重复单元命名，并在前面加“聚聚”字字 对乙烯基聚合物，先写有取代基部分对乙烯基聚合物，先写有取代基部分 连接元素最少次级单元写在前面连接元素最少次级单元写在前面命名程序：命名程序：命名程序：命名程序：取代基取代基取代基取代基X X、Y YCCY YX XHHCH2CY YX Xn102102102102绪论绪论第102页聚聚聚聚1-(1-(甲氧基羰基甲氧基羰基甲氧基羰基甲氧基羰基)-1-)-1-甲基乙烯甲基乙烯甲基乙烯甲基乙烯 Poly1-(methoxycarbonyl)-1-Poly1-(methoxycarbonyl)-1-methyl ethylene methyl ethylene 聚聚聚聚(亚胺基六次甲基亚胺基己二酰亚胺基六次甲基亚胺基己二酰亚胺基六次甲基亚胺基己二酰亚胺基六次甲基亚胺基己二酰)Poly(iminohexamethylene imino Poly(iminohexamethylene imino adipoyl)adipoyl)聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯/PMMA/PMMA尼龙尼龙-66-66聚聚聚聚(1(1苯基乙烯苯基乙烯苯基乙烯苯基乙烯)Poly(1-phenylethylene)Poly(1-phenylethylene)聚苯乙烯聚苯乙烯/PS/PS103103103103绪论绪论第103页2.2.分类 塑料塑料塑料塑料 橡胶橡胶橡胶橡胶 纤维纤维纤维纤维 涂料涂料涂料涂料 胶粘剂胶粘剂胶粘剂胶粘剂 功效高分子功效高分子功效高分子功效高分子产量最大，与国民经济、人民生活关系亲密，故产量最大，与国民经济、人民生活关系亲密，故产量最大，与国民经济、人民生活关系亲密，故产量最大，与国民经济、人民生活关系亲密，故称为称为称为称为“三大合成材料三大合成材料三大合成材料三大合成材料”涂料涂料涂料涂料是涂布于物体表面是涂布于物体表面能结成坚韧保护膜涂装能结成坚韧保护膜涂装材料材料胶粘剂胶粘剂胶粘剂胶粘剂是指含有良好粘是指含有良好粘合性能，可将两种相同合性能，可将两种相同或不相同物体粘接在一或不相同物体粘接在一起连接材料起连接材料 依据材料性能和用途分类功效高分子功效高分子功效高分子功效高分子是指在高分子主是指在高分子主链和侧枝上带有反应性功效链和侧枝上带有反应性功效基团，并含有可逆或不可逆基团，并含有可逆或不可逆物理功效或化学活性一类高物理功效或化学活性一类高分子分子104104104104绪论绪论第104页依据高分子主链结构分类 碳链聚合物 大分子主链完全由碳原子组成绝大部分烯类、二大分子主链完全由碳原子组成绝大部分烯类、二烯类聚合物属于这一类烯类聚合物属于这一类 如：如：PEPE，PPPP，PSPS，PVCPVC 杂链聚合物 大分子主链中除碳原子外，还有大分子主链中除碳原子外，还有OO、N N、S S等杂原等杂原子子 如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚 元素有机聚合物 大分子主链中没有碳原子，主要由大分子主链中没有碳原子，主要由SiSi、B B、AlAl、OO、N N、S S、PP等原子组成，侧基则由有机基团组成等原子组成，侧基则由有机基团组成 如：硅橡胶如：硅橡胶105105105105绪论绪论第105页第二章连锁聚合高分子化学之高分子化学之106106106106绪论绪论第106页1.1.引引 言言107107107107绪论绪论第107页1.1 连锁聚合（1 1）聚合过程聚合过程IR*CH2=CHXR-CH2-C*HXCH2=CHXR-CH2-C-CH2-C*HXHX CH2=CHXCH2-CHXHXRCH2-C*n nInitiatorInitiator引发剂引发剂引发剂引发剂活性中心活性中心活性中心活性中心由由适适当当反反应应使使活活性