高分子化合物的合成第1章 高分子基本概念
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4) 给重复结构单元的命名加括弧，并冠以前缀“聚”。 例子:
CH CH2
n
聚 (1－苯基乙烯 ) Poly(1-phenylethylene)
（4）英文缩写
二、分类
塑料
纤 维 性 质 和 用 途 橡 胶 涂 料 以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂 和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。 纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100 倍。 具有可逆形变的高弹性材料。 涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和 保护作用的聚合物材料 能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在 一起的聚合物材料
CH 3 CH 3 CH 3 Si O Si Si O CH 3 CH 3 CH 3
• §1－3 高聚物分子量
一. 分子量具有多分散性
• 什么是分子量的多分散性（Polydispersity）？ 高分子不是由单一分子量的化合物所组成。 高聚物分子量的多分散性：人工合成 高聚物分子量的单分散性：天然生物 即使是一种“纯粹”的高分子，也是由化学组成相 同、分子量不等、结构相似的同系聚合物的混合物所组 成.
胶粘剂
功能高分子
具有特殊功能与用途但用量不大的精细 高分子材料
⒈热塑性塑料——加热软化，冷却硬化，再加热可再次软化，可
热行为
反复操作，如：PE、PP、PS 等。
⒉热固性塑料——加热软化，随即发生固化反应，固化后，再
次加热不再软化，如：酚醛树脂（C阶段）等。
天然高分子：自然界天然存在的高分子。
来 源
结构单元＝单体单元
§1－2 高分子化合物的命名和分类
一、命名 （1）习惯命名法
• 以单体名称为基础，在前面加“聚”字 乙烯 丙烯 氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 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
H H C C H CH 3 H H C C H CH 3 H H C C H CH 3
聚乙烯
聚丙烯
杂链高分子 聚乙二醇
H H H H H H C C O C C O C C O H H H H H H
尼龙—6
H H H H H H O N C C C C C C H H H H H
元素有机高分子 聚二甲基硅氧烷
二.高聚物分子量分布
以分子量分布指数表示
多分散指数：Hi＝Mw/Mn（不小于1） 即重均分子量与数均分子量的比值，Mw / Mn
Mw / Mn 1 接近 1 (1.5 ~ 2） 远离 1 (20 ~ 50)
分子量分布情况 均一分布 分布较窄 分布较宽
以分子量分布曲线表示
可通过曲线形状， 直观判断分子量分布 的宽窄。
Zi WiMi Z M W M N M M Z W M NM
按照Z值统计平均的分子量
i i i Z
2
3
i
i
i i
i
2
i
i
i
i
测定方法：超离心法 三种分子量可用通式表示：
MZ 粘均分子量（Viscosity- average molecular weight）
NM M＝ NM
10 10 4 5 10 5 Mn 40000 10 5 Ni
10 (10 4 ) 2 5 (10 5 ) 2 Mw 85000 4 5 10 10 5 10 NiMi NiMi2
NiMi
10 (10 ) 5 (10 ) Mv 4 5 10 10 5 10
1.由一种结构单元组成的高分子 2.由两种结构单元组成的高分子 3.由无规排列的结构单元组成的高分子
1.由一种结构单元组成的高分子
一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元 通过共价键重复连接而成。
例如：聚苯乙烯
n CH2 CH
聚合
CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
缩写成
CH2 CH
n
合成聚合物的起始原料称为单体（Monomer） 在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为结 构单元（Structure unit）
n
NH(CH 2)6NHCO(CH 2)4CO
尼龙66 尼龙6
--NH-(--CH 2-)-CO--n 5
（3）系统命名法（IUPAC命名）
1) 确定重复结构单元；
2) 按规定排出重复结构单元中的二级单元循序：规定主链 上带取代基的C原子写在前，含原子最少的基团先写；
3) 给重复结构单元命名：按小分子有机化合物的IUPAC命名 规则给重复结构单元命名；
以高分子链的结构特征命名
£
O -C-NH聚酰胺
O -C-O聚酯
O -NH-C-O聚氨酯
-O聚醚
（2）商品命名法
合成纤维最普遍，我国以“纶”作为合成纤维的后缀 涤纶 聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯） 丙纶 聚丙烯 锦纶 聚酰胺（尼龙），后面加数字区别 数字含义
第一个数字表示二元胺的碳原子数 第二个数字表示二元酸的碳原子数 只附一个数字表示内酰胺或氨基酸的碳原子数
n CH2 CH
CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
CH2 CH n
结构单元有时也称为单体单元（Monomer unit）、 重复结 构单元（structural repeat unit）。重复结构单元是高分 子链中重复出现的单元，即链节（chain element）。
? 结构单元＝单体单元＝重复结构单元＝链节
重 量 分 率
平均分子量
高聚物的分子量分布曲线
三.分子量大小及分布对力学性能的影响
半天然高分子：经化学改性后的天然高分子。 合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子。
碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。 主链元素 （链原子） 组成
杂链高分子：链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。
元素有机高分子：链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组 成。
碳链高分子
H H H H H H C C C C C C H H H H H H
高分子也叫 高分子化合 物，是指分 子量很高并 由共价键连 接的一类化 合物
常用的聚合物的分子量（万）
塑料
聚乙烯
分子量
6～30
纤维
涤纶
分子量
1.8～2.3
橡胶
分子量
天然橡胶 20～40 丁苯橡胶 15～20 顺丁烯胶 25～30
聚氯乙烯 5～15 聚苯乙烯 10～30
尼龙-66 1.2～1.8 维呢纶 6～7.5
n 表示重复结构单元数，也称为链节数, 在此等于聚合度。 聚合度（Degree of polymerization） 聚合度是衡量高分子大小的一个指标。 有两种表示法：
以大分子链中的结构单元数目表示，记作
xn
以大分子链中的重复结构单元数目表示，记作 DP
n CH2 CH
CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
2.性质特点： 随分子量增大，聚合物性质由量变到质变。
有一定强度和弹性。 1) 不能气化， 低分子: 气、液、固 高分子：液、固
2) 难溶，先溶胀 3) 溶液粘度大 4) 物理力学性能，加工性能较好 有较高的强度、弹性， 可做材料使用，可抽丝，或制成薄膜。
二、高分子化合物分子组成
化合物组成并不复杂 由简单结构单元重复连接而成。
4 0.61
5 0.6 1
1
0.6
80000
Mz
NiMi 3 NiMi 2
10 (10 4 )3 5 (10 5 )3 98000 4 2 5 2 10 (10 ) 5 (10 )
讨论：
Mz > Mw > Mv > Mn，Mv略低于Mw Mn靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分对Mn 影响较大。 Mw靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分对Mw 影响较大。 一般用Mw来表征聚合物比Mn更恰当，因为聚合物的性能 如强度、熔体粘度更多地依赖于样品中较大的分子。 单独一种平均分子量不足以表征聚合物的性能，还需 要了解分子量多分散性的程度。
结构单元＝重复结构单元＝链节 单体单元
2.由两种结构单元组成的高分子
合成尼龙-66则具有另一特征：
H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH
H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OH + (2n-1) H2O
n
结构单元 结构单元
重复结构单元
此时 ，两种结构单元构成一个重复结构单元
重均分子量（ Weight-average molecular weight）
是按照聚合物的重量进行统计平均的分子量。
i-聚体的分子量乘以其重量分数的加和。
W M N M W M M W NM
2
i
i
i
i
w
i
i
i
i
i
式中符号意义同前 测定方法：光散射法
Z均分子量（Z-average molecular weight ）
按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量
高分子样品中所有分子的总重量除以其分子(摩尔)总数
W Mn Ni
NM N
i i
i
(W
W
i
i
Mi )
NiMi
式中，Wi，Ni，Mi分别为i-聚体的重量、分子数、分子量 i = 1－∞
数均分子量是通过依数性方法(冰点降低法、沸点升高法、 渗透压法、蒸汽压法) 和端基滴定法测定
2.可能性
这种高分子的分子量不均一(即分子量大小不一、参差 不齐）的特性，就称为分子量的多分散性. 因此应注意： 一般测得的高分子的分子量都是平均分子量； 聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同。
• 平均分子量的表示方法 数均分子量（Number-average molecular weight）
CHBaidu NhomakorabeaOH
低分子化合物和高分子化合物的“纯物质”概念的区别：
低分子化合物 高分子化合物 CH3CH2OH
CH2 CH
n
由于在聚合反应中，受各种 因素的影响，无法使各大分 子链增长到同一长度。
因此，一种“纯粹”的高分子，是由化学组 成相同、结构相似，但分子量大小不等的同系聚 合物的混合物所组成.
在高聚物中，可把同系物看作一种高聚物的纯物质 有两个原因： 1.合理性
i i i
q 1 q 2 q 3
Mn Mw
q
i
q 1
WiMi Mv Wi
1
NiMi NiMi
1
1
一般， α值在0.5～0.9之间，故
Mv Mw
高聚物的平均分子量：
举例：设一聚合物样品，其中分子量为104的分子有10 mol, 分子量为105的分子有5 mol, 求分子量。 （ 设α =0.6）
H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH
H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OH + (2n-1) H2O
n
• 单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子 结构单元 重复结构单元 单体单元
但, 重复结构单元＝链节
x n 2 DP 2n
M x n M 0 2 DP M 0
CH2 CH
n
在这里,两种聚合度相等，都等于 n
x n DP n
由聚合度可计算出高分子的分子量：
M xn M0 DP M0
• 另一种情况：
n H2N-(--CH2-)-COOH
5
式中: M 是高分子的分子量 M0 是结构单元的分子量
--NH-(--CH2-)-CO-- + n H2O n 5
注意：Mo两种结构单元的平均分子量。
3. 由无规排列的结构单元组成的高分子
由一种单体聚合而成的高分子称为均聚物。
由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为共 聚物。 例如：丁苯橡胶
----( CH 2--CH=CH--CH 2 -)--(-CH 2--CH-)---y x
n
x, y为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任 意的： M1M2M1M1M2M1M2M2M2 在这种情况下，无法确定它的重复结构单元，仅
第一章
• §1－1 • §1－2 • §1－3
高分子基本概念
高分子化合物 高分子化合物命名与分类 高聚物分子量
• §1－1
高分子化合物
一、高分子与低分子的区别 二、高分子化合物分子组成
一、高分子与低分子的区别： 什么是高分子？
1. 分子量：
<103 低分子 >103，104~106 高分子 高分子化合物、大分子化合物、高分子、 大分子、高聚物、聚合物 这些术语一般可以通用 Macromolecules, High Polymer, Polymer
CH CH2
n
聚 (1－苯基乙烯 ) Poly(1-phenylethylene)
（4）英文缩写
二、分类
塑料
纤 维 性 质 和 用 途 橡 胶 涂 料 以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂 和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。 纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100 倍。 具有可逆形变的高弹性材料。 涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和 保护作用的聚合物材料 能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在 一起的聚合物材料
CH 3 CH 3 CH 3 Si O Si Si O CH 3 CH 3 CH 3
• §1－3 高聚物分子量
一. 分子量具有多分散性
• 什么是分子量的多分散性（Polydispersity）？ 高分子不是由单一分子量的化合物所组成。 高聚物分子量的多分散性：人工合成 高聚物分子量的单分散性：天然生物 即使是一种“纯粹”的高分子，也是由化学组成相 同、分子量不等、结构相似的同系聚合物的混合物所组 成.
胶粘剂
功能高分子
具有特殊功能与用途但用量不大的精细 高分子材料
⒈热塑性塑料——加热软化，冷却硬化，再加热可再次软化，可
热行为
反复操作，如：PE、PP、PS 等。
⒉热固性塑料——加热软化，随即发生固化反应，固化后，再
次加热不再软化，如：酚醛树脂（C阶段）等。
天然高分子：自然界天然存在的高分子。
来 源
结构单元＝单体单元
§1－2 高分子化合物的命名和分类
一、命名 （1）习惯命名法
• 以单体名称为基础，在前面加“聚”字 乙烯 丙烯 氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 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
H H C C H CH 3 H H C C H CH 3 H H C C H CH 3
聚乙烯
聚丙烯
杂链高分子 聚乙二醇
H H H H H H C C O C C O C C O H H H H H H
尼龙—6
H H H H H H O N C C C C C C H H H H H
元素有机高分子 聚二甲基硅氧烷
二.高聚物分子量分布
以分子量分布指数表示
多分散指数：Hi＝Mw/Mn（不小于1） 即重均分子量与数均分子量的比值，Mw / Mn
Mw / Mn 1 接近 1 (1.5 ~ 2） 远离 1 (20 ~ 50)
分子量分布情况 均一分布 分布较窄 分布较宽
以分子量分布曲线表示
可通过曲线形状， 直观判断分子量分布 的宽窄。
Zi WiMi Z M W M N M M Z W M NM
按照Z值统计平均的分子量
i i i Z
2
3
i
i
i i
i
2
i
i
i
i
测定方法：超离心法 三种分子量可用通式表示：
MZ 粘均分子量（Viscosity- average molecular weight）
NM M＝ NM
10 10 4 5 10 5 Mn 40000 10 5 Ni
10 (10 4 ) 2 5 (10 5 ) 2 Mw 85000 4 5 10 10 5 10 NiMi NiMi2
NiMi
10 (10 ) 5 (10 ) Mv 4 5 10 10 5 10
1.由一种结构单元组成的高分子 2.由两种结构单元组成的高分子 3.由无规排列的结构单元组成的高分子
1.由一种结构单元组成的高分子
一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元 通过共价键重复连接而成。
例如：聚苯乙烯
n CH2 CH
聚合
CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
缩写成
CH2 CH
n
合成聚合物的起始原料称为单体（Monomer） 在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为结 构单元（Structure unit）
n
NH(CH 2)6NHCO(CH 2)4CO
尼龙66 尼龙6
--NH-(--CH 2-)-CO--n 5
（3）系统命名法（IUPAC命名）
1) 确定重复结构单元；
2) 按规定排出重复结构单元中的二级单元循序：规定主链 上带取代基的C原子写在前，含原子最少的基团先写；
3) 给重复结构单元命名：按小分子有机化合物的IUPAC命名 规则给重复结构单元命名；
以高分子链的结构特征命名
£
O -C-NH聚酰胺
O -C-O聚酯
O -NH-C-O聚氨酯
-O聚醚
（2）商品命名法
合成纤维最普遍，我国以“纶”作为合成纤维的后缀 涤纶 聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯） 丙纶 聚丙烯 锦纶 聚酰胺（尼龙），后面加数字区别 数字含义
第一个数字表示二元胺的碳原子数 第二个数字表示二元酸的碳原子数 只附一个数字表示内酰胺或氨基酸的碳原子数
n CH2 CH
CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
CH2 CH n
结构单元有时也称为单体单元（Monomer unit）、 重复结 构单元（structural repeat unit）。重复结构单元是高分 子链中重复出现的单元，即链节（chain element）。
? 结构单元＝单体单元＝重复结构单元＝链节
重 量 分 率
平均分子量
高聚物的分子量分布曲线
三.分子量大小及分布对力学性能的影响
半天然高分子：经化学改性后的天然高分子。 合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子。
碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。 主链元素 （链原子） 组成
杂链高分子：链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。
元素有机高分子：链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组 成。
碳链高分子
H H H H H H C C C C C C H H H H H H
高分子也叫 高分子化合 物，是指分 子量很高并 由共价键连 接的一类化 合物
常用的聚合物的分子量（万）
塑料
聚乙烯
分子量
6～30
纤维
涤纶
分子量
1.8～2.3
橡胶
分子量
天然橡胶 20～40 丁苯橡胶 15～20 顺丁烯胶 25～30
聚氯乙烯 5～15 聚苯乙烯 10～30
尼龙-66 1.2～1.8 维呢纶 6～7.5
n 表示重复结构单元数，也称为链节数, 在此等于聚合度。 聚合度（Degree of polymerization） 聚合度是衡量高分子大小的一个指标。 有两种表示法：
以大分子链中的结构单元数目表示，记作
xn
以大分子链中的重复结构单元数目表示，记作 DP
n CH2 CH
CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
2.性质特点： 随分子量增大，聚合物性质由量变到质变。
有一定强度和弹性。 1) 不能气化， 低分子: 气、液、固 高分子：液、固
2) 难溶，先溶胀 3) 溶液粘度大 4) 物理力学性能，加工性能较好 有较高的强度、弹性， 可做材料使用，可抽丝，或制成薄膜。
二、高分子化合物分子组成
化合物组成并不复杂 由简单结构单元重复连接而成。
4 0.61
5 0.6 1
1
0.6
80000
Mz
NiMi 3 NiMi 2
10 (10 4 )3 5 (10 5 )3 98000 4 2 5 2 10 (10 ) 5 (10 )
讨论：
Mz > Mw > Mv > Mn，Mv略低于Mw Mn靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分对Mn 影响较大。 Mw靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分对Mw 影响较大。 一般用Mw来表征聚合物比Mn更恰当，因为聚合物的性能 如强度、熔体粘度更多地依赖于样品中较大的分子。 单独一种平均分子量不足以表征聚合物的性能，还需 要了解分子量多分散性的程度。
结构单元＝重复结构单元＝链节 单体单元
2.由两种结构单元组成的高分子
合成尼龙-66则具有另一特征：
H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH
H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OH + (2n-1) H2O
n
结构单元 结构单元
重复结构单元
此时 ，两种结构单元构成一个重复结构单元
重均分子量（ Weight-average molecular weight）
是按照聚合物的重量进行统计平均的分子量。
i-聚体的分子量乘以其重量分数的加和。
W M N M W M M W NM
2
i
i
i
i
w
i
i
i
i
i
式中符号意义同前 测定方法：光散射法
Z均分子量（Z-average molecular weight ）
按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量
高分子样品中所有分子的总重量除以其分子(摩尔)总数
W Mn Ni
NM N
i i
i
(W
W
i
i
Mi )
NiMi
式中，Wi，Ni，Mi分别为i-聚体的重量、分子数、分子量 i = 1－∞
数均分子量是通过依数性方法(冰点降低法、沸点升高法、 渗透压法、蒸汽压法) 和端基滴定法测定
2.可能性
这种高分子的分子量不均一(即分子量大小不一、参差 不齐）的特性，就称为分子量的多分散性. 因此应注意： 一般测得的高分子的分子量都是平均分子量； 聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同。
• 平均分子量的表示方法 数均分子量（Number-average molecular weight）
CHBaidu NhomakorabeaOH
低分子化合物和高分子化合物的“纯物质”概念的区别：
低分子化合物 高分子化合物 CH3CH2OH
CH2 CH
n
由于在聚合反应中，受各种 因素的影响，无法使各大分 子链增长到同一长度。
因此，一种“纯粹”的高分子，是由化学组 成相同、结构相似，但分子量大小不等的同系聚 合物的混合物所组成.
在高聚物中，可把同系物看作一种高聚物的纯物质 有两个原因： 1.合理性
i i i
q 1 q 2 q 3
Mn Mw
q
i
q 1
WiMi Mv Wi
1
NiMi NiMi
1
1
一般， α值在0.5～0.9之间，故
Mv Mw
高聚物的平均分子量：
举例：设一聚合物样品，其中分子量为104的分子有10 mol, 分子量为105的分子有5 mol, 求分子量。 （ 设α =0.6）
H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH
H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OH + (2n-1) H2O
n
• 单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子 结构单元 重复结构单元 单体单元
但, 重复结构单元＝链节
x n 2 DP 2n
M x n M 0 2 DP M 0
CH2 CH
n
在这里,两种聚合度相等，都等于 n
x n DP n
由聚合度可计算出高分子的分子量：
M xn M0 DP M0
• 另一种情况：
n H2N-(--CH2-)-COOH
5
式中: M 是高分子的分子量 M0 是结构单元的分子量
--NH-(--CH2-)-CO-- + n H2O n 5
注意：Mo两种结构单元的平均分子量。
3. 由无规排列的结构单元组成的高分子
由一种单体聚合而成的高分子称为均聚物。
由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为共 聚物。 例如：丁苯橡胶
----( CH 2--CH=CH--CH 2 -)--(-CH 2--CH-)---y x
n
x, y为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任 意的： M1M2M1M1M2M1M2M2M2 在这种情况下，无法确定它的重复结构单元，仅
第一章
• §1－1 • §1－2 • §1－3
高分子基本概念
高分子化合物 高分子化合物命名与分类 高聚物分子量
• §1－1
高分子化合物
一、高分子与低分子的区别 二、高分子化合物分子组成
一、高分子与低分子的区别： 什么是高分子？
1. 分子量：
<103 低分子 >103，104~106 高分子 高分子化合物、大分子化合物、高分子、 大分子、高聚物、聚合物 这些术语一般可以通用 Macromolecules, High Polymer, Polymer