高分子化学与黏合剂公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx
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1、第一章第一章 高分子概论高分子概论本本本本章章章章内内内内容容容容高分子基本概念高分子基本概念高分子基本概念高分子基本概念聚合物平均相对分子质量及其分布聚合物平均相对分子质量及其分布聚合物平均相对分子质量及其分布聚合物平均相对分子质量及其分布聚合物性能与应用聚合物性能与应用聚合物性能与应用聚合物性能与应用高分子链结构高分子链结构高分子链结构高分子链结构聚合反应分类聚合反应分类聚合反应分类聚合反应分类高分子化学与黏合剂高分子化学与黏合剂高分子汇集态结构高分子汇集态结构高分子汇集态结构高分子汇集态结构1第1页第1页第一节第一节 高分子基本概念高分子基本概念又称高分子化合物、大分子化合物、高分又称高
2、分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物。子、大分子、高聚物、聚合物。Macromolecules,High Polymer,Polymer什么是高分子什么是高分子?高分子高分子是指是指由由各种原子各种原子以相同、多次重复以相同、多次重复结构单元结构单元并主要由并主要由共价键连接共价键连接起来、通起来、通常是相对常是相对相对分子质量为相对分子质量为10104 410106 6化合物化合物。一、高分子化合物与单体一、高分子化合物与单体2第2页第2页第一节第一节 高分子基本概念高分子基本概念 聚合物分子结构必须是由多个重复单元所构成,并且这聚合物分子结构必须是由多个重复单元所构成,
3、并且这些重复单元是由相应小分子衍生而来。些重复单元是由相应小分子衍生而来。聚氯乙烯聚氯乙烯结构单元结构单元结构单元结构单元单体单体单体单体聚乙烯醇聚乙烯醇乙烯醇乙烯醇又又:如高分子化学与黏合剂高分子化学与黏合剂3第3页第3页第一节第一节 高分子高分子基本概念基本概念高高 分分 子子小小 分分 子子聚合反应聚合反应Polymerization单单 体体能够进行聚合反应,并构成高分子基本结构构能够进行聚合反应,并构成高分子基本结构构成单元小分子。成单元小分子。即即合成聚合物合成聚合物起始原料起始原料。单单单单 体体体体(Monomer)在大分子链中出现在大分子链中出现以单体结构为基础原子团以单体结
4、构为基础原子团。即即构成大分子链基本结构单元。构成大分子链基本结构单元。结构单元(结构单元(结构单元(结构单元(Structure unit)4第4页第4页第一节高分子基本概念第一节高分子基本概念重复单元重复单元重复单元重复单元 (Repeating unit)聚合物中聚合物中化学构成相同化学构成相同最小单位。最小单位。链节链节链节链节(Chain element)即一个重复结构单元。即一个重复结构单元。单体单元(单体单元(单体单元(单体单元(Monomer unit )聚合物中含有与单体相同化学组成而不同电子结构单元。和和结构单元结构单元结构单元结构单元重复单元重复单元重复单元重复单元单体单
5、元单体单元单体单元单体单元链链链链 节节节节单体单体单体单体高分子化学与黏合剂高分子化学与黏合剂二、结构单元与重复单元二、结构单元与重复单元5第5页第5页第一节第一节 高分子基本概念高分子基本概念结构单元结构单元结构单元结构单元 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由两种结构单元构成高分子由两种结构单元构成高分子由两种结构单元构成高分子由两种结构单元构成高分子 合成尼龙合成尼龙合成尼龙合成尼龙-66-66-66-66特性:特性:特性:特性:其重复单元由其重复单元由两种结构单元两种结构单元构成,且结构构成,且结构单元与单体构单元与单体构成不尽相同,成不
6、尽相同,因此,不能称因此,不能称为单体单元。为单体单元。但单体在形成高但单体在形成高但单体在形成高但单体在形成高分子过程中要失分子过程中要失分子过程中要失分子过程中要失掉一些原子掉一些原子掉一些原子掉一些原子高分子化学与黏合剂高分子化学与黏合剂6第6页第6页CH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3聚乙烯:聚乙烯:涤纶:涤纶:高分子链末端结构单元。高分子链末端结构单元。末末 端端 基基 团团 End Groups第一节第一节 高分子高分子基本概念基本概念7第7页第7页第一节第一节 高分子基本概念高分子基本概念 高分子三种构成情况高分子三种构成情况比比 较较n高分子化学与黏合剂高分子化学与黏
7、合剂8第8页第8页第一节第一节 高分子基本概念高分子基本概念 聚合度是衡量高分子大小一个指标。聚合度是衡量高分子大小一个指标。聚合度有两种表示法:聚合度有两种表示法:聚合度有两种表示法:聚合度有两种表示法:以大分子链中以大分子链中结构单元数目结构单元数目表示,记作表示,记作以大分子链中以大分子链中重复单元数目重复单元数目表示,记作表示,记作此时此时聚合度(聚合度(Degree of polymerization,缩写为缩写为DP,)说明:因为绝大多数高聚物都是由不同链长大分子组成,即同一个聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态同系物混合物所组成,因此,聚合物相对分子质量或聚合度只是这种大小不一
8、大分子统计平均值,或者说相对分子质量或聚合度含有一定分布范围。一个结构单元一个结构单元构成高分子构成高分子三、聚合度、相对分子质量及分布三、聚合度、相对分子质量及分布9第9页第9页第一节第一节 高分子基本概念高分子基本概念w另一个情况:结构单元重复单元链节结构单元重复单元链节结构单元重复单元链节结构单元重复单元链节 单体单元单体单元单体单元单体单元结构单元比其单体少了些原子(氢原子和氧原子),由于聚结构单元比其单体少了些原子(氢原子和氧原子),由于聚合时有小分子生成,因此此时结构单元不等于单体单元。合时有小分子生成,因此此时结构单元不等于单体单元。式中式中式中式中:M M 是高分子相对分子质是
9、高分子相对分子质是高分子相对分子质是高分子相对分子质量量量量 M M0 0 是结构单元相对分子是结构单元相对分子是结构单元相对分子是结构单元相对分子质量质量质量质量 由聚合度可计算出高分子相对分子质量由聚合度可计算出高分子相对分子质量:10第10页第10页单个聚合物单个聚合物分子所含单体单元数目。分子所含单体单元数目。聚合物聚合物 单单 体体 单体单元单体单元 聚聚合度合度2n聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸乙二酯,涤纶,涤纶,PETn例:第一节第一节 高分子高分子基本概念基本概念结构单元结构单元结构单元结构单元 重复单元重复单元重复单元重复单元 单体单元;单体单元;单体单元;单体单元;但但,
10、重复单元链节重复单元链节重复单元链节重复单元链节 注意:注意:M Mo o为两种结构单元平均相对分子为两种结构单元平均相对分子质量质量高分子化学与黏合剂高分子化学与黏合剂11第11页第11页第一节第一节 高分子基本概念高分子基本概念例1:以氯乙烯单体为原料,聚合得到聚氯乙烯相对分子质量,依据其用途不同可在5万至15万之间,其结构单元相对分子质量为62.5,计算其聚合度。解:解:=50000-150000/62.5=800-2400 =50000-150000/62.5=800-2400 通过计算可知,通过计算可知,聚氯乙烯平均聚合度应在聚氯乙烯平均聚合度应在800-2400800-2400聚氯
11、乙烯聚氯乙烯 分子约由分子约由800-2400800-2400个氯乙烯单元构成。个氯乙烯单元构成。12第12页第12页第一节第一节 高分子基本概念高分子基本概念例例2 2:以以对对苯苯二二甲甲酸酸与与乙乙二二醇醇为为原原料料,经经缩缩聚聚制制得得聚聚对对苯苯二二甲甲酸酸乙二醇酯,其相对分子质量普通在乙二醇酯,其相对分子质量普通在2 2万左右,计算万左右,计算 及及 。解解:已已知知-O(CH-O(CH2 2)2 2O-O-结结构构单单元元相相对对分分子子质质量量为为6060,-OC-OC-C C6 6H H5 5-CO-CO-结构单元相对分子质量为结构单元相对分子质量为132132。由 =(M
12、 +M)/2得:0=(60+132)/2 则 =208 =/2=104高分子化学与黏合剂高分子化学与黏合剂13第13页第13页 聚合物平均相对分子质量及其分布聚合物平均相对分子质量及其分布聚合物多分散性聚合物多分散性聚合物是由一系列相对分子质量(或聚合度)不等同系物高分子聚合物是由一系列相对分子质量(或聚合度)不等同系物高分子构成,这些同系物高分子之间相对分子质量差为重复结构单元相构成,这些同系物高分子之间相对分子质量差为重复结构单元相对分子质量倍数,这种同种聚合物分子长短不一特性称为对分子质量倍数,这种同种聚合物分子长短不一特性称为聚合物聚合物多分散性。多分散性。平平 均均 分分 子质子质
13、量量聚合物相对分子质量或聚合度是聚合物相对分子质量或聚合度是统计统计,是一个平均值,叫,是一个平均值,叫平均相平均相对分子质量对分子质量或或平均聚合度平均聚合度。平均相对分子质量统计可有各种原则,其中最常见是平均相对分子质量统计可有各种原则,其中最常见是重均相对分重均相对分子质量和数均相对分子质量子质量和数均相对分子质量。高分子化学与黏合剂高分子化学与黏合剂14第14页第14页聚合物平均相对分子质量及其分布聚合物平均相对分子质量及其分布数均分子质量数均分子质量(Number-average molecular weight)平均分子质量表示办法平均分子质量表示办法按聚合物中含有按聚合物中含有分
14、子数目分子数目统计平均相对分子质量统计平均相对分子质量.高分子样品总质量被聚合物分子总数所平均。高分子样品总质量被聚合物分子总数所平均。式中,式中,i-聚合物聚合度,聚合度为聚合物聚合度,聚合度为i-聚合物为聚合物为i-聚体聚体;Wi,Ni,Mi分别为分别为i-聚体质量、分子数、相对分子质量聚体质量、分子数、相对分子质量。通过依数性办法通过依数性办法(冰点减少冰点减少法、沸点升高法、渗入压法、蒸汽压法法、沸点升高法、渗入压法、蒸汽压法)和和端基滴定法测定聚合物相对分子质量称为数均分子质量端基滴定法测定聚合物相对分子质量称为数均分子质量.高分子化学与黏合剂高分子化学与黏合剂15第15页第15页聚
15、合物平均相对分子质量及其分布聚合物平均相对分子质量及其分布重均分子质量重均分子质量(Weight-average molecular weight)是按照是按照聚合物质量聚合物质量进行统计平均相对分子质量进行统计平均相对分子质量.i i-聚体相对分子质量乘以其质量分数加和聚体相对分子质量乘以其质量分数加和.注意:注意:1.式中符号意义同前;式中符号意义同前;2.测定办法:光散射法测定办法:光散射法高分子化学与黏合剂高分子化学与黏合剂16第16页第16页 聚合物平均相对分子质量及其分布聚合物平均相对分子质量及其分布粘均分子质量粘均分子质量(Viscosity-average molecular
16、weight)对于一定聚合物对于一定聚合物-溶剂体系,其特性粘数溶剂体系,其特性粘数和相对分子和相对分子质量关系下列:质量关系下列:普通,普通,值在值在0.50.9之间,故之间,故Mark-Houwink方程方程其中,其中,为聚合物特性黏度,由试验测得;为聚合物特性黏度,由试验测得;K,是与聚合物、溶剂相关常数是与聚合物、溶剂相关常数高分子化学与黏合剂高分子化学与黏合剂17第17页第17页聚合物平均相对分子质量及其分布聚合物平均相对分子质量及其分布阐明:阐明:1.1.粘均分子质量用粘度法测得。粘度法测定聚合物粘均分子质量用粘度法测得。粘度法测定聚合物 相对分子质量是试验室和工业上惯用办法。相对
17、分子质量是试验室和工业上惯用办法。2.2.对于相对分子质量均一聚合物,对于相对分子质量均一聚合物,数均分子质量数均分子质量=重均重均 分子质量;分子质量;而对于相对分子质量不均一聚合物,普通,而对于相对分子质量不均一聚合物,普通,重均分子质量重均分子质量数均分子质量,粘均分子质量介于两者之间,更靠近于质均数均分子质量,粘均分子质量介于两者之间,更靠近于质均分子质量。分子质量。高分子化学与黏合剂高分子化学与黏合剂18第18页第18页多分散系数多分散系数Q QQ1:Q=1:单分散Q越大:相对分子质量分布宽19第19页第19页来来 源源天然高分子天然高分子:自然界天然存在高分子。自然界天然存在高分子
18、。半天然高分子半天然高分子:经化学改性后天然高分子。经化学改性后天然高分子。合成高分子合成高分子:由单体聚合人工合成高分子。由单体聚合人工合成高分子。(一)分类(一)分类四、高分子化合物分类和命名四、高分子化合物分类和命名20第20页第20页四、高分子化合物分类和命名四、高分子化合物分类和命名性性质质和和用用途途塑料塑料纤维纤维橡胶橡胶涂料涂料胶粘剂胶粘剂功效高分子功效高分子以聚合物为基体材料,添加其它助剂(增塑剂、润滑剂、填料、抗以聚合物为基体材料,添加其它助剂(增塑剂、润滑剂、填料、抗氧剂等),经加工形成可进行塑性加工高分子材料氧剂等),经加工形成可进行塑性加工高分子材料。“四烯四烯”以聚
19、合物为基体材料加入适当种类和适当数量助剂(如硫化剂、硫以聚合物为基体材料加入适当种类和适当数量助剂(如硫化剂、硫化增进剂、防老剂、填料等),通过塑练,使其含有可塑性,加热化增进剂、防老剂、填料等),通过塑练,使其含有可塑性,加热加压交联后成为含有高弹性材料。如:加压交联后成为含有高弹性材料。如:“四胶四胶”以聚合物为基体材料加入适当助剂(溶剂、防静电剂、柔顺剂和燃以聚合物为基体材料加入适当助剂(溶剂、防静电剂、柔顺剂和燃料等)配制成能够进行抽丝加工高分子材料。料等)配制成能够进行抽丝加工高分子材料。如:如:“四纶四纶”涂于物体表面能成坚韧薄膜、起装饰和保护作用聚合物材料。涂于物体表面能成坚韧薄
20、膜、起装饰和保护作用聚合物材料。指含有良好粘合性能,可将两种相同或不相同物体粘接在一起指含有良好粘合性能,可将两种相同或不相同物体粘接在一起连接连接聚合物聚合物材料材料指高分子主链和侧链上带有反应性功效基团,并含有可逆或指高分子主链和侧链上带有反应性功效基团,并含有可逆或不可逆物理功效或化学活性一类高分子。不可逆物理功效或化学活性一类高分子。含有特殊功效与用含有特殊功效与用途但用量不大精细高分子材料。途但用量不大精细高分子材料。三大合成材料三大合成材料三大合成材料三大合成材料21第21页第21页四、高分子化合物分类和命名四、高分子化合物分类和命名主链元素主链元素(链原子)(链原子)构成构成碳链
21、高分子碳链高分子:主链(链原子)完全由主链(链原子)完全由C C原子构成。原子构成。杂链高分子杂链高分子:链原子除链原子除C外,还含外,还含O,N,S等杂原子。等杂原子。元素有机高分子元素有机高分子:链原子均为杂原子,侧链为有机基团链原子均为杂原子,侧链为有机基团。22第22页第22页杂链高分子杂链高分子聚乙二醇聚乙二醇尼龙尼龙6元素有机高分子元素有机高分子聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷碳链高分子碳链高分子聚乙烯聚乙烯聚丙烯聚丙烯例:例:四、高分子化合物分类和命名四、高分子化合物分类和命名23第23页第23页四、高分子化合物分类和命名四、高分子化合物分类和命名聚合物结构形态聚合物结构形态线型聚合
22、物线型聚合物体型聚合物体型聚合物支链型聚合物支链型聚合物24第24页第24页w按生成聚合物化学反应分类:加聚物,缩聚物,w按聚合物化学结构特性分类:聚酯、聚酰胺、聚烯烃四、高分子化合物分类和命名四、高分子化合物分类和命名25第25页第25页(二二)命名命名I.习惯命名法习惯命名法天然高分子天然高分子普通有与其起源、化学性能、作用、主要用途相关专用名称。如纤维普通有与其起源、化学性能、作用、主要用途相关专用名称。如纤维素(起源)、核酸(起源与性能)、酶(化学作用)。素(起源)、核酸(起源与性能)、酶(化学作用)。合成高分子合成高分子 (1)由一个单体合成高分子由一个单体合成高分子:“聚聚”+”+
23、单体名称单体名称 如聚氯乙烯、聚乙烯等如聚氯乙烯、聚乙烯等遵循两个原则:既要表明其结构特遵循两个原则:既要表明其结构特性,也要反应其与原单体联系。性,也要反应其与原单体联系。聚合物命名办法有各种,故同一个聚合物往往有几种名称。四、高分子化合物分类和命名四、高分子化合物分类和命名26第26页第26页(2)由两种单体经缩聚反应合成高分子由两种单体经缩聚反应合成高分子(表明或不表明产物类型表明或不表明产物类型)表明产物类型表明产物类型:“聚聚”+”+两单体生成产物名称两单体生成产物名称,如,如 对苯二甲酸和乙二醇缩聚产物对苯二甲酸和乙二醇缩聚产物-“-“聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯”己二酸和
24、己二胺缩聚产物己二酸和己二胺缩聚产物-“-“聚己二酸己二胺聚己二酸己二胺”不表明产物类型不表明产物类型:单体名称或简称加后缀:单体名称或简称加后缀“树脂树脂”或或“橡胶橡胶”,如,如 苯苯酚酚和甲和甲醛醛缩聚产物缩聚产物-“-“酚醛树脂酚醛树脂”;”;尿素和甲醛缩聚产物尿素和甲醛缩聚产物-“-“脲醛树脂脲醛树脂”;”;甘油(丙三醇)和邻苯二甲酸酐产物甘油(丙三醇)和邻苯二甲酸酐产物-“-“醇酸树脂醇酸树脂”;”;丁二烯和苯乙烯产物丁二烯和苯乙烯产物-“-“丁苯橡胶丁苯橡胶”四、高分子化合物分类和命名四、高分子化合物分类和命名27第27页第27页(3 3)由两种单体通过链式聚合反应合成共聚物:)
25、由两种单体通过链式聚合反应合成共聚物:两单体名称或简称之间两单体名称或简称之间+“-”+“+“-”+“共聚物共聚物”:如:如 乙烯和乙酸乙烯酯共聚产物乙烯和乙酸乙烯酯共聚产物-“-“乙烯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物乙酸乙烯酯共聚物”(4 4)“聚聚”+”+高分子主链结构中特性功效团:高分子主链结构中特性功效团:指是一类高分子,而非单种高分子,如指是一类高分子,而非单种高分子,如:聚酰胺聚酰胺:聚酯聚酯:另外,尚有另外,尚有聚氨酯聚氨酯-HN-CO-O-和和聚醚聚醚-O-等。等。四、四、高分子化合物分类和命名高分子化合物分类和命名28第28页第28页四、高分子化合物分类和命名四、高分子化合物分类和命名
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