聚合物简介

Configuration 构型
Architecture 构造 Sequential structure 共聚物的序列结 构
Morphology 高分子的形态
Size 分子大小
Shape 分子形态
1.1.2 高分子链的构型 构型（configuration）是指分子中由化 学键 所固定的原子在空间的排列。
1. 1 组成和构造
1.1.1 结构单元的化学组成
结构单元
主链 侧链基团 或 取代基
H2C
CH
n
Cl
聚合度
e.g. Polyvinyl Chloride - PVC
Table 1-1 The Chemical Structures of some Polymers
聚丙烯 PP Polypropylene 聚异丁烯 PIB Polyisobutylene 聚丙烯酸 Polyacrylic acid 聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA
C C
CH3 O
n
CH3
Polyethylene
O CH2 CH2 O
n
聚碳酸酯 PC Polycarbonate
CH3 O C CH3 O
O C
n
聚醚醚酮 PEEK Polyether ether Ketone
对苯二甲酰对苯二胺 PPTA Kevlar
O C
O C O O
n
O H C N
H N
n
CH2
CH3 CH2 CH
n
CH3 CH2 C CH3
n
O C CH2 C H
O C C CH3 O CH3
n
OH
n
Polymethyl methacrylate
O
聚醋酸乙烯酯 PVAc Polyvinyl acetate 聚乙烯基甲基醚 PVME Polyvinyl methyl ether
O CH2 C H
1.1.2.2 几何异构
教学思路：同 旋光异构，实 物举例为天然 橡胶和K树脂 （塑料）。
主链上有双键
Poly(1,4-butadiene)
Cis-顺式
maleinoid
Trans-反式
trans-isomerism
In Latin, trans means "on the other side“; and cis in Latin means "on the same side"
杂链高分子
Heterochain polymer
元素高分子
Elementary chain polymer
元素有机高分子 Elementary Organic polymer
无机高分子 Elementary Inorganic polymer
端基 End group
高分子的化学组成不同，其性能也不相同。
3
Low density Polyethylene 0.91~0.94 60%~70% 105 7~15 80~100
High density Polyethylene 0.95~0.97 95% 135 20~37 120
Crosslinked Polyethylene 0.95~1.04
12~21 135
一、二次结构 – 组成、构型和构象
Polymer chain structure 高分子链结构 The microstructure and morphology of single polymer chain. 单个高分子链的结构和形态。
Chemical composition 化学组成
Microstructure 高分子的结构
2
n
H
O C
O
CH2 6
N
CH2 4
C n
聚己内酰胺 Poly(caprolactam) or caprone
i.e Nylon 6 聚-甲基苯乙烯 Poly(methyl) styrene
O C
H
CH2 5
N n
H2 C
CH3 C
n
聚苯醚 PPO Polyphenylene oxide, or Polyphenylene ether 聚对苯二甲酸乙二酯 PET terephthlate O O
1.1.2.3 键接异构
R CH2
CH
1,2 addition
1,1 addition
head-to-tail structure head-to-head or tail-to-tail structure
Experimental methods to observe the configuration of polymer
CH3 Si CH3 O
n
CH3 Si CH3
CH3 Si CH3 O
n
注：在介绍上述聚合物结构同时，简单介绍 各种聚合物的基 本性能，使同学了解当化学组成不同时，性能不同（有实物的 给同学看一下）。
Composition of Polymer Chain（只看主链） 碳链高分子
Carbon chain polym
嵌段共聚物
Poly(A-block-B)
— A—A — A—A—B — B—B—A—A — A—
接枝共聚物 Poly(A-g-B)
ABS
Acrylonitrile-Butadiene-Styrene
-CH2-CH=CH-CH2Chemical resistance, high tensile strength and hardness Rubberlike elasticity. High impact resistance
本讲内容
第一节 • 高分子链的组成和构造 2学时 结构单元的化学组成
•
• •
高分子链的构型
分子构造 共聚物的连接序列
重点及要求：掌握单个高分子链的基本化学结构及构造， 高分子链的构型等；了解当分子链的组成、构型、构造 不同时，高分子材料的性能会有很大差别。
高 分 子 结 构 层 次
高分子 链结构 （一根 高分子） 高分子聚 集态结构 （一群高 分子）
第一章 高分子链的结构
教学内容： 一根高分子链的化学组成、结构单元（重复单 元）之间的键合方式（构型）、形状（构造）、形态（构象） 教学目的： 通过本章的学习全面掌握高分子的组成、结合方 式、形状及形态，建立起长链大分子的概念、无规线团概念 和链段的概念，初步了解高分子链的结构与性能之间关系。
第二讲 高分子链的组成和构造
SBS
本讲小结
Ultra-high molecular weight polyethylene – UHMWPE 超高分子量聚乙烯
Hip and knee total joint replacements are shown as illustrations on this skeleton.
1.1.4 共聚物的序列结构
统计(无规）共聚物 Statistical (Random) copolymer，Poly(A-ran-B)
— A—B—A—A—B—A—A —A—B—B—A— B—
交替共聚物 Alternating copolymer, Poly(A-alt-B)
— A—B—A—B—A—B—A —B—A—B—A— B—
chiral center 手性中心.
Wrong
旋光异构高分子是否必定有旋光性？ Right
Internal and external compensation (内、外消旋作用），所以无旋光性
注：对高分子来说，关心不是具体构型（左旋或右旋），而是构型在分 子链中的异同，即全同（等规）、间同或无规。
O CH2 C H
C
n
CH3
CH3
n
聚丁二烯 PB Polybutadiene
聚异戊二烯 PIP Polyisoprene
CH2
CH
CH
CH3
n
CH2
C CH3
CH
CH3
n
聚氯乙烯
PVC
CH2
H C Cl
n
Polyvinyl Chloride
聚偏二氯乙烯 PVDC
CH2
Cl C Cl
n
Polyvinylidene Chloride 聚四氟乙烯 PTFE Polytetrafluoroethylene Teflon
Good formability
SBS
Styrene-But-
Hard
Soft
Hard
Application of SBS
Poly(styrene-butadiene-styrene), or SBS, is a hard rubber, which is used for things like the soles of shoes, tire treads, and other places where durability is important.
一次（近程）结构：是构成的最基本微观 结构，包括其组成和构型。 二次（远程）结构：大分子链的构象，即 空间结构，以及链的柔顺性等。 三次结构：高分子之间通过范德华力 和氢键形成具有一定规则排列的聚集 态结构（包括晶态、非晶态、液晶态 等。 高次结构：三次结构的再组合。
•在加工成型中，可以形成分子的取向和织态结构，从 而改变高聚物的原有性能。
旋光异构
H CH2 C R CH3 H C* X
The polymerization of a mono-substituted ethylene, such as a vinyl compound, leads to polymers in which Chiral centre every other carbon atoms is a
三种类型
Isotactic 全同立构 Syndiotactic 间同立构
高分子全部由 一种旋光异构 单元键接而成。 分子链结构规 整，可结晶。 两种旋光异构 单元交替键接 而成。分子链 结构规整，可 结晶。
Atactic 无规立构
前面两种聚丙烯一是等规聚丙烯，一是无规聚丙烯
两种旋光异构 单元无规键接 而成。分子链 结构不规整， 不能结晶。
polyvinylchloridechcl聚合度table11chemicalstructuressomepolymers聚丙烯pppolypropylenechchch聚异丁烯pibpolyisobutylene聚丙烯酸polyacrylicacid聚甲基丙烯酸甲酯pmmapolymethylmethacrylatech聚醋酸乙烯酯pvacpolyvinylacetate聚乙烯基甲基醚pvmepolyvinylmethyletherch聚丁二烯pbpolybutadienepippolyisoprenechchchchchch聚氯乙烯pvcpolyvinylchloridech聚偏二氯乙烯pvdcpolyvinylidenechloride聚四氟乙烯ptfepolytetrafluoroethyleneteflon聚丙烯腈panpolyacrylonitrile聚甲醛pompolyformaldehydechclcfpolyhexamethyleneadipamidenylon66聚氧化乙烯peopolyethyleneoxide聚己内酰胺polycaprolactamcaproneienylon聚甲基苯乙烯polymethylstyrene聚苯醚ppopolyphenyleneoxidepolyphenyleneether聚对苯二甲酸乙二酯petpolyethyleneterephthlate聚碳酸酯pcpolycarbonate聚醚醚酮peekpolyetheretherketone对苯二甲酰对苯二胺pptakevlarpolypphenyleneterephthalamide聚酰亚胺polyimidetmpspolytetramethylsilphenylenesiloxane聚二甲基硅氧烷polydimethylsilioxanesiliconrubbersichsichsich注
CF2
C C N
CF2
CH2
n
聚丙烯腈 PAN Polyacrylonitrile 聚甲醛 POM Polyformaldehyde
n
O
CH2
n
聚氧化乙烯 PEO Polyethyleneoxide
聚己二酰己二胺 Polyhexamethylene adipamide Nylon6-6
H N
O
CH2
Poly(p-phenyleneterephthalamide) 聚酰亚胺 Polyimide
O C N C O
O C N C O O
n
聚二甲基硅氧烷 Polydimethyl silioxane or ‘silicon rubber’ 聚四甲基对亚苯基 硅氧烷 TMPS Poly(tetramethyl psilphenylene) siloxane
高聚物不同的异构体
旋光异构
几何异构
键接异构
1.1.2.1 旋光异构
教学思路：
先给同学看两样性能截然不 同的聚合物，一是硬塑料， 一是弹性体，但告诉同学两 者均为聚丙烯（即化学组成 相同），为什么两者化学组 成相同性能却有如此大的差 异？让同学带着问题学习， 并在学习中解除心中的疑惑。
H CH2 C R CH3 H C* X Chiral centre
X-Ray Diffraction
Nuclear Magnetic Resonance
Infrared Spectrum
X-ray
NMR- Nuclear Magnetic Resonance
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
1.1.3 分子构造
线形高分子
支化高分子
交联或网状高分子
星形高分子
Table 1-2 Comparison of three types of Polyethylene
Properties Density (g/cm ) Crystallinity Melt point Tensile strength Maximum temperature