13 定义概念分类与命名

(3) Z均分子量以NiMi2为统计单元

(4)另有粘均分子量定义为 :

一般线形高分子的a介于0.5~1.0之间

作业：
例设一种高聚物有3000个大分子，其中：


1000个的分子量为105 1000个的分子量为106 1000个的分子量为107



计算各种平均分子量？
1.5 高分子结构的一般特点
1.3 高分子的定义、基本 概念、分类和命名
1.3.1 定义

分子量：
＜
小分子
oligomer



103 ~
104
＞
高分子（polymer)


104
~ 106 ＞
一般高聚物 超高分子量聚合物

Polymer or Macromolecule ？

1) 前者又可译作聚合物或高聚物；后者又 可译作大分子。 2) 这两个词虽然常混用，但仍有一定区别?

小知识: 直接观察DNA双螺旋结构

1982年出现了扫描隧道显微镜（STM），它的问 世使人类第一次能观察到原子在物质表面的排列 状态。将极细的针与试样接近时，针尖的原子与 试样的原子之间有微弱的电流通过，这种现象称 为隧道效应。隧道电流强度对它们之间的距离非 常敏感，从而可得到高分辨的表面形貌照片。 1990年R.J.Driscoll等在“Nature”杂志上报道了用 STM观察到的DNA双螺旋结构照片（图2-20a）， 而图2-20b是用于对照的DNA双螺旋结构模型。这 是自从1953年沃森（Watson）和克里克（Crick） 提出DNA的双螺旋结构(他们因此获得了诺贝尔奖) 以来，人们首次直接观察到它的图像。
4) 舍恩拜因的偶然发现已经引起了19世纪 后半叶欧洲和美洲化学工业的巨大发展。


小故事二: 橡胶硫化方法的发现

1) 从生物学的角度看，橡胶在天然高分子中无疑 是最不重要的，因为不仅只有少数植物才产生橡胶， 而且也很难说橡胶在生命过程中起什么重要作用。 但是从高分子科学的历史来看，橡胶的研究对高分 子科学的发展所起的推动作用比天然多糖和蛋白质 都大。这不仅以为橡胶的独特的弹性使它成为工业 上非常重要的材料，而且还在于天然高分子中惟独 橡胶能裂解成已知结构的简单分子(即异戊二烯)， 并且还能从这些单体再生成橡胶。这一特性使人们 认识到不必完全按照天然物质的精细结构就能制备 对人类有用的材料。




2. 通俗命名法，没有统一规定，以沿用为习，大致有：
(1) 以单体或假想的单体名称前加一个“聚”字
如：聚苯乙烯


(2) 单独或两种不同单体聚合常取单体名或简称， 后缀为“树脂”二字或“橡胶”二字。
如：酚醛树脂、丁苯橡胶、醇酸树脂、氯丁橡胶、乙丙橡胶、 丁基橡胶等


(3)
以高分子的特征结构命名
由于统计平均方法的不同，可以有四种不同的平均分子量，即数均分子 量，重均分子量，Z均分子量和粘均分子量。



数均分子量是以高分子的分子数为统计单元，可 由下式计算：
(1)

体系中分子量为M1，M2，M3，……Mn同系物的分 子数为N1，N2，N3，……Nn，

(2) 如果以高分子的重量作为统计单元，可 以得到另一种平均值，称为重均分子量，计 算式如下：

1.3.2 基本概念




1．主链 2．侧链或侧基 3．单体 4．单体单元 5．结构重复单元 6．聚合度

要特别注意: 单体单元和重复单元的异同?
1) 如果高分子是由一种单体聚合而成的，其重复单元就是 单体单元


2) 如果高分子是由两种或两种以上单体缩聚而成的，其重
复单元由不同的单体单元组成
高分子溶解的第一步是溶胀，由于高分子难以摆 脱分子间相互作用而在溶剂中扩散，所以第一步 总是体积较小的溶剂分子先扩散入高分子中使之 胀大。 如果是线形高分子，由溶胀会逐渐变为溶解；如 果是交联高分子，只能达到溶胀平衡而不溶解。 因此一般来说，高分子有较好的抗化学性，即抗Βιβλιοθήκη 酸、抗碱和抗有机溶剂的侵蚀。
1.6.2 热性质

低分子有明确的沸点和熔点，可成为固相、液相 和气相；高分子没有气相。 高分子分热塑性和热固性两类 热塑性高分子加热时在某个温度下软化(或融解)、 流动，冷却后成形；而热固性高分子加热时固化 成网状结构而成形。





1.6.3溶解性 低分子溶解很快，但高分子都很慢，通常要过夜， 甚至数天才能观察到溶解。

2) 舍恩拜因深知这个发现的重要商业价值，他在 杂志上只发表了新炸药的化学式，却没有公布反应 式，而把反应式卖给了商人。但由于生产太不安全， 到1862年奥地利的最后两家火棉厂被炸毁后就停 止了生产。可是化学家们对硝酸纤维素的研究并没 有中止。英国冶金学家、化学家帕克斯发现硝酸纤 维素能溶解在乙醚和酒精中，这种溶液在空气中蒸 发了溶剂可得到一种角质状的物质。美国印刷工人 海厄特发现在这种物质中加入樟脑会提高韧性，而 且具有加热时软化，冷却时变硬的可塑性，很易加 工。这种用樟脑增塑的硝酸纤维素就是历史上第一 种塑料，称为赛璐珞(Celluloid)。它广泛被用于制 作乒乓球、照相胶卷、梳子、眼睛架、衬衫衣领和 指甲油等。
3) 1845年汤姆森发明了气胎，橡胶从此就与汽车 工业结下了不解之缘，成为现代人生活中不可缺 少的一种




1.7 合成高分子的方法

1.7.1 链式聚合反应
自由基链式聚合反应与阴或阳离子聚 合反应


1.7.2 逐步聚合反应


小故事一：第一种塑料的诞生
1) 1864年的一天，瑞士巴塞尔大学的化学教授舍 恩拜因在自家的厨房里做实验，一不小心把正在蒸 馏硝酸和硫酸的烧瓶打破在地板上。因为找不到抹 布，他顺手用他妻子的布围裙把地擦干，然后把洗 过的布围裙挂在火炉旁烘干。就在围裙快要烘干时， 突然出现一道闪光，整个围裙消失了。为了揭开布 围裙自燃的秘密，舍恩拜因找来了一些棉花把它们 浸泡在硝酸和硫酸的混合液中，然后用水洗净，很 小心地烘干，最后得到一种淡黄色的棉花。现在人 们知道，这就是硝酸纤维素，它很易燃烧，甚至爆 炸。被称为火棉，可用于制造炸药。这是人类制备 的第一种高分子合成物。虽然远在这之前，中国人 就知道利用纤维素造纸，但是改变纤维素的成分， 使它称为一种新的高分子的化合物，这还是第一次。

3) 如果两种或两种以上单体无规共聚

1.3.3

分 类
1．按高分子主链结构分 2. 按用途分


3. 按来源分
4. 按分子的形状分 5.按单体组成可分为 : homopolymer、copolymer 、 polyblend


1.3.4 命 名

1. 系统命名法
1973年国际纯粹化学与应用化学协会(IUPAC) 提出以结构 重复单元(CRU, constitutional repeating unit)为基础的系 统命名法，首先确定重复单元结构，再排好重复单元中次 级单元的顺序，再给重复单元命名，最后在重复单元前加 一聚字。 如：聚(1-氯代乙烯) 缺点：往往显得冗长繁琐，一般用于新聚合物的命名和在 学术交流中使用。

2) 橡胶树原来是亚马逊河流域的一种植物，哥伦布最早 报道说海地居民用一种树上流出的弹性树脂所做的球进行 比赛。乳胶是从这种“三叶树”的切口里流出的，将这种 乳胶涂在织物上硬化后可做成简陋的风雨衣。当地居民甚 至把胶乳倒在他们的脚上和腿上，干后便成了雨靴。但是 在发明橡胶的硫化方法之前，生胶的用途还很有限，因为 它的强度很差，弹性难以恢复。 3) 古德伊尔(Goodyear)研究消除橡胶发粘的方法10多年 未取得成功。1838年他将硫磺掺进胶乳，然后放在阳光下 曝晒，但这种粘性消除的改进只限于制品的表面。1839年 1月，他不小心把胶乳和硫磺的混合物泼洒在热火炉上。 把它刮起来冷却后，发现这东西已没有粘性，拉长或扭曲 时还有弹性，能恢复原状，原来能溶解生胶的溶剂对它不 再起作用了。

由于高分子的分子链很庞大且组成可能不 均一，所以高分子的结构很复杂的。 整个高分子结构是由四个不同层次组成， 分别称为一级结构和高级结构(包括二级、 三级和四级结构)。


小知识:分子病

镰刀形细胞贫血症是一种遗传性的分子病，因为患者血液 中的血红蛋白分子不像正常人那样是球形的，而是象镰刀 形。1949年美国的板野、辛格和韦尔斯研究发现，患此病 的人基团发生突变，合成血红蛋白时分子的第146个氨基 酸出现了差错，正常人的组氨酸被酪氨酸所代替。由于后 者的分子基团、分子形状和大小都与前者不同，所以血红 蛋白中各个氨基酸的位置和原子之间的相互作用等都发生 了变化，从而导致血红蛋白分子由圆球形变为长条形，于 是抱合氧分子的能力降低，使患者输氧不足，出现贫血症 状。类似的分子病还有血友病。这是因为控制血小板的基 团发生了畸变，以致血小板数目急剧减少，导致凝血功能 不足，一旦有外伤便出血不止。19世纪英国维多利亚女王 的家族就有这种病，后来又通过出嫁的公主带到荷兰王室， 故有人称此病为“王室病”。到目前为止，已发现的分子 病有两千多种之多。
1.6 高分子性质的一般特点

其力学性质、热性质、溶解性等与小分子化合物 大为不同 1.6.1 力学性质 低分子一般没有强度，是结晶性的硬固体。而高 分子的性质变化范围很大，从软的橡胶状到硬的 金属状。有很好的强度、断裂伸长率、弹性、硬 度、耐磨性等力学性质。高分子的比重小(0.91 ~ 2.3)，因而其比强度可与金属匹敌
如：聚酰胺，聚碳酸酯
(4)
译名、商品名或俗称
如：涤纶，腈纶，维纶，尼龙；特氟隆、赛璐珞；有机玻璃、 电木、电玉。