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一、高分子材料的发展简介
二战期间——合成橡胶迅速发展 二战后——合成高分子进入迅速发展阶段 1947年 ——环氧树脂 1948年 ——ABS树脂 1950’s ——PAN基碳纤维、聚甲醛、聚碳酸酯、以丙
橡胶、聚酰亚胺、聚苯醚、PTFE、维尼纶、顺丁橡 胶….
一、高分子材料的发展简介
Robert Bruce Merrifield (USA, *15.7.1921) USA, Rockefeller University, New York, NY, “for his development of methodology for chemical synthesis on a solid matrix”.将功能化PS用于多 肽和蛋白质合成——1984年诺贝尔化学奖 。
结构单元
结构单元
重复单元
Xn= n =DP
Xn= 2n =2DP
Mn
五、聚合度和分子量
2. 分子量:
（1）数均分子量：M n
结构单元的平均分子量
Mn = Xn ×M0
（2）重均分子量：M w
Mw = Xw ×M0
Mn
五、聚合度和分子量
3. 分子量分布指数:
分子量分布指数
PDI = X w Xn
CH2 CH2 n
CH2 CH
CH2 O n
n
共聚物：含有两种或两种以上结构单元的聚合物。
二、合成高分子 2. 按结构单元的种类数和排列方式分类
共聚物的类型：（以二元共聚物为例） ¾无规共聚物：M1和M2两种结构单元无规排布。
¾交替共聚物：M1和M2两种结构单元严格交替相间。
PVC ：
CH2 CH Cl
Nylon-66 ：
O
O
HO C CH2 C OH
4
H2N CH2 NH2
6
三、单体、结构单元和单体单元
3. 单体单元：结构单元与单体只有电子结构不同，原 子种类和各原子个数完全相同的结构单元。
PVC ：
CH2 CH Cl
CH2 CH Cl
PVC的结构单元就是其单体单元！
二、合成高分子
2. 按主链结构分类
元素有机聚合物：主链无碳原子。Si、B、Al+O、N、S、 P，侧基为含碳有机基团。
CH3 Si O CH3 n
无机高分子：主链、侧基均无碳原子。
Cl PN
Cl n
二、合成高分子
3. 按结构单元的种类数和排列方式分类
均聚物：只含有一种结构单元的聚合物。
一、高分子材料的发展简介
1930’s ——大分子的概念被普遍接受 ，一大批合成高 分子相继涌现，尼龙、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基 丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯…… Paul J. Flory (美, 1910 1985) 从事高分子化学的理论、 实验两方面的基础研究。提出等 活性理论、聚酯动力学和连锁聚 合机理
=
771
M n = 467 ×100 = 46700
M w = 771×100 = 77100 PDI = 771 = 1.65
467
五、聚合度和分子量
强
度
C
B
A 聚合度
A 点是初具强度的最低聚合度，A点以上强度随分子量迅速增加 B 点是临界点，强度增加逐 渐减慢 C 点以后强度不再明显增加
五、聚合度和分子量
很显然： Xw ≥ Xn
五、聚合度和分子量
1. 聚合度: （1）数均聚合度 z 平均每个大分子所含结构单元的数量（ Xn） z 平均每个大分子所含重复单元的数目（ DP ）
本课程不用此概念！！！
∑ X n =
Nx ⋅ x N
式中：N为大分子总数，Nx为聚合度为x的大分子数量
CH2CH n Cl
NH(CH2)6NH.CO(CH2)4CO n
白川英树（日）、艾伦·黑格、艾伦·马克 迪尔米德等因发现了导电高分子。—— 2000年诺贝尔化学奖 。
二、高分子材料的优点
品种多，功能齐全，能适合多种需求； 加工容易，适宜自动化生产 原料来源易得，价格便宜
因此，高分子材料在服装、电子、工农业、国防等领域有广泛 的应用，占全部材料需求量的60%。在20世纪80年代初，合成 高分子材料的产量已达1亿吨，体积上已超过了金属材料的总和。 从日常用品到最尖端的高科技产品，都有高分子产品，有人将 20世纪下半叶称为高分子时代。
O
O
Nylon-66 ： HO C CH2 C OH 4
O
O
C CH2 C
4
H2N CH2 NH2
6
NH CH2 NH
6
一个聚合物由几种单体合成，就有几种结构单元！
四、聚合反应
定义： ——将许多单体键合起来形成大分子的反应。
CH2 CH
Cl
O
O
CH2 CH Cl n
HO C CH2 C OH + H2N CH2 NH2
Cl
Cl
Cl
CH2 CH CH2 CH B
Cl
Cl
O
O
O
O
HO C CH2 C NH CH2 NH C CH2 C
4
6
4
NH CH2 NH2
6
PVC ：
CH2 CH Cl n
Nylon-66 ：
O
O
C CH2 C NH CH2 NH
4
6
n
三、单体、结构单元和单体单元
1. 单体：能通过相互的反应生成高分子的化合物。
CH2 CH2 n
CH2 CH
：主链由碳原子和杂原子（O、N、S… ）组成
O
O
CH2 O n
C
CH2 C
4
NH
CH2
NH
6
n
O
O
O CH2CH2 O C
C
n
二、合成高分子
1. 按材料的性能和用途分类
橡胶：在外力作用下产生较大可逆形变。 丁苯橡胶、顺丁橡胶……
四、高分子化学的任务
高分子物理
最终实现：高分子设计
三、高分子科学的组成
高分子化学：研究高分子化合物合成和反应。 ； 高分子物理：高分子的表征、结构和性能的关系 高分子工程：高分子的生产工艺和高分子产品的加工工艺
高分子化学 高分子工程
聚合物
高分子物理
单体
结构
高分子设计
高分子物理
应用
高分子工程
Cl
Cl
尼龙-66 （Nylon-66 or PA-66） 聚己二酰己二胺（polyhexamethylene adipamide）
O
O
O
O
HO
C
CH2 C
4
NH
CH2
NH
6
C
CH2
C
4
NH CH2 NH2
6
二、重复单元
定义——聚合物中组成和结构均可重复的最小单位， 又称链节。
A CH2 CH CH2 CH CH2 CH
高聚物
一般高分子的分子量在 104 ～106 超高分子量的聚合物的分子量高达106 以上
例：
某聚合物样品，含聚合度为200的分子2mol，聚合度为 1000的分子1mol，其结构单元的分子量为100，求各平 均聚合度和平均分子量。
Xn
=
2 × 200 + 1×1000 2 +1
=
467
Xw
=
400 × 200 + 1000×1000 400 +1000
第一个人工合成高分子材料诞生了！
第一章 绪论
1.1 高分子的基本概念 1.2 高分子材料与高分子科学
一、高分子材料的发展简介
1920年， Hermann Staudinger （德，1881-1965）发表了“论聚合”的 论文，首次提出了高分子的概念，并 预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲 酯等聚合物的结构。 1953年获诺贝尔化学奖。
显然： PDI≥1
PDI越小，分子量分布越窄，PDI=1时，该聚合物中 所有大分子的聚合度都相同。
五、聚合度和分子量
4. 分子量多大才能算高分子？
没有明显的界限。
- - - - - < 1000 < - - - - - - - - - - - - < 10000 < - - - - -
低分子
过渡区（齐聚物）
高分子化学
龙军 高分子科学与工程系
第 1 章 绪论
1.1 高分子的基本概念
什么是高分子？
高高分分子子是是指指由由许许多多原原子子由由共共价价键键链链接接而而成成的的分分子子量量 很很大大的的（（110044~~110066））的的化化合合物物，，由由许许多多相相同同的的简简单单 的的结结构构单单元元重重复复连连接接而而成成的的。。
Cl
CH2 CH CH2 CH B
Cl
Cl
Nylon-66
O
O
O
O
HO
C
CH2 C
4
NH
CH2
NH
6
C
CH2
C
4
NH CH2 NH2
6
端基仅占很小部分，对聚合物性能影响小，可忽略
例如：
聚氯乙烯 (polyvinyl chloride，PVC)
A CH2 CH CH2 CH CH2 CH
Cl
Cl
Cl
CH2 CH CH2 CH B
性能
第一章 绪论
1.1 高分子的基本概念 1.2 高分子材料与高分子科学 1.3 高分子的分类
一、天然高分子
天然无机高分子： 石棉、石墨、金刚石……
天然有机高分子 生物体内制造的蛋白质、淀粉、纤维素……
二、合成高分子
2. 按主链结构分类
碳链聚合物：主链完全由碳原子组成
5. 高分子的分子量是不是越大越好？ 不是 在考虑高分子力学性能的同时，必须同时考虑其加工性能 过高的分子量的会使聚合物的熔体粘度过大，加工困难， 甚至无法加工
在在满满足足材材料料的的机机械械性性能能的的前前提提下下，，高高分分子子的的 分分子子量量应应尽尽可可能能小小一一些些，，以以有有利利于于材材料料的的加加工工。。
1974年获诺贝尔化学奖。
一、高分子材料的发展简介
Karl Ziegler (Germany, 26.11.1898 - 11.8.1973) Germany, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (Max-Planck-Institute for Carbon Research), Mülheim/Ruhr
我我们们周周围围的的高高分分子子有有哪哪些些？？
教材及参考书目
《高分子化学》（第四版），潘祖仁编，化学工业出 版社，2008
《高分子化学》，复旦大学高分子材料教研室，复旦 大学出版社，1995
《高分子化学》，潘才源编，中国科技大学出版社， 1996
《高分子化学教程》，王三槐、寇晓康编，科学出版 社，2001
1953年，两人发现了配位聚合催 化剂，可以引发HDPE和PP的聚 合。
1963年获诺贝尔化学奖。
Giulio Natta (Italy, 26.2.1903 - 2.5.1979) Italy, Institute of Technology, Milan, “for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers".
纤维：具有高抗拉强度和小形变。 尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET） ……
塑料：力学性能介于橡胶和纤维之间。 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯……
涂料：在一定条件下成膜，对基材有装饰和保护作用 聚丙烯酸酯、醇酸树脂、聚氨酯……
胶粘剂：对基材有很好的粘合作用 环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯……
功能高分子：具有特殊功能的高分子 导电性、导光性、高吸水性、医用……
O
O
Nylon-66 ： HO C CH2 C OH 4
O
O
C CH2 C
4
H2N CH2 NH2
6
NH CH2 NH
6
Nylon-66没有单体单元！！！
三、单体、结构单元和单体单元
2. 结构单元：由一种单体分子通过聚合反应进入聚合 物重复单元的那一部分结构。
PVC ：
CH2 CH Cl
CH2 CH Cl
4
6
O
O
C CH2 C NH CH2 NH
4
6
+ H2O
n
四、聚合反应
聚合反应的特点： a. 产率高 ； b. 分子量不均一
五、聚合度和分子量
1. 聚合度: （2）重均聚合度 z 按照聚合物的重量进行统计平均的分子量（ Xw）
∑ X w =
Wx ⋅ x W
式中：W为大分子总重，Wx为聚合度为x的大分子的重量
高分子化学龙军高分子科学与工程系教材及参考书目高分子化学第四版潘祖仁编化学工业出版社2008高分子化学复旦大学高分子材料教研室复旦大学出版社1995高分子化学潘才源编中国科技大学出版社1996高分子化学教程王三槐寇晓康编科学出版社2001高分子化学习题及解答焦书科编化学工业出版社2004第1章绪论1
《高分子化学习题及解答》，焦书科编，化学工业出 版社，2004
1.1 高分子的基本概念
生物体的蛋白质、核酸、淀粉、纤维素 穿的棉、麻、丝、毛、合成纤维 用的杯、盆、轮胎橡胶、油漆、胶粘剂、……
一、端基 定义——聚合物链末端的官能团。
PVC
A CH2 CH CH2 CH CH2 CH
Cl
Cl
一、高分子材料的发展简介
人类从很早就开始加工和利用天然高分子。如：棉麻 丝毛的加工、丝织、造纸、皮革制造等。
1838年 ——光化学引发氯乙烯的聚合 1838年 ——Goodyear发明天然橡胶的硫化 （固特异） 1839年 ——苯乙烯的聚合 1868年 ——硝基纤维素 （赛璐珞 塑料）（英） 1898年 ——粘胶纤维（法） 1907年 ——酚醛树脂（德）