高分子化学学习指南
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高分子化学学习指南
前言
一. 高分子化学的重要性
高分子化合物可以分为两类,即天然高分子和合成高分子。
天然高分子是自然界天然存在的,如棉、毛、丝、麻、淀粉、木材、天然橡胶等等。
合成高分子是人工合成的,是先从石油、煤、天然气或农副产品中获得小分子单体,再经聚合反应制得。如PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙稀)、PU、SBS、涤纶、尼龙、腈纶等等。
高分子化学是指导高分子化合物的合成以及材料改性的:
很显然,高分子化学是最重要的一门专业基础课,是随后的高分子物理(高分子化合物的结构与性能)、聚合物合成工艺学、材料改性、聚合反应设备、高分子设计等课程的基础。
二.高分子化学的任务
高分子化学是研究高分子化合物(简称高分子)合成和反应的一门科学。
高分子化学与其他学科的关系如下:高分子、高聚物、聚合物常代表相同意义。
三. 高分子化学的发展趋势
(1)强化生产工艺,提高设备利用率,降低成本
(2)开发特殊功能的新材料
(3)向高分子设计方向发展
(4)向生物高分子发展
(5)研究保护环境和防止污染的方法,开发绿色高分子
四. 怎样学好高分子化学
高分子化学是以有机化学、无机化学、物理化学、物理等为基础的一门学科。
(1)补充基础知识:有机、无机、物化等。
(2)在理解的基础上学,避免死记硬背。
(3)理论联系实际
第一章绪论
一、本章说明
本章是学习高分子化学的开端,必须首先建立高分子的基本概念,掌握高分子化合物的命名及分类,了解聚合反应的主要类型,初步了解聚合物的平均分子量、分子量分布、结构性能等基本概念,了解高分子材料学科及其工业发展概况。
二、内容和要求
1. 高分子的基本概念:高分子与低分子的对比;这些性质的差别是由高分子物的高分子量引起的;分子量很大或分子链很长为高分子(或高聚物)的根本特征。
掌握下列定义:单体-能形成高分子化合物中结构单元的低分子化合物;结构单元-构成高分子链并决定高分子结构以一定方式连接起来的原子组合;重复单元-聚合物中化学组成相同的最小单位称重复单元,又称重复结构单元或链节;单体单元-聚合物中具有与单体相同化学组成而不同电子结构的单元;聚合度-高分子链中重复单元的重复次数;聚合物-由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的相对
分子量很大的化合物。
2. 聚合物的分类和命名:掌握聚合物的分类(碳链聚合物、杂链聚合物、元素有机高分子)和聚合物的命名,重点掌握习惯命名法。
3. 聚合反应:
(1)按单体和聚合物组成结构变化分类分为:加聚反应和缩聚反应。加聚反应中,聚合物与单体的元素组成不变,聚合物分子量为单体的整数倍。如烯类单体的聚合。缩聚反应反应中有小分子(水)析出,产物结构单元比单体少若干原子,分子量不是单体的整数倍。单体有特征基团,聚合物中有对应特征结构。如PET合成。加聚反应和缩聚反应不足以涵盖所有的聚合反应。
(2)按聚合机理分类:连锁聚合和逐步聚合;连锁聚合有活性中心。整个聚合反应由链引发、链增长、链终止基元反应组成。瞬时有高分子量产物形成,整个体系只有大分子和单体。逐步聚合是官能团之间的反应,每一步反应活化能基本相同,每步存在平衡,体系中是分子量大大小小的分子的混合物,分子量逐步增加。
4. 分子量及其分布:掌握分子量的新概念-统计平均值;掌握分子量的表示:数均分子量、质均分子量(重均分子量)、粘均分子量;掌握最低分子量概念-开始呈现高分子特性的最低分子量;掌握分子量分布的表示:(1)分布指数(2)分布曲线
5. 大分子微结构:了解大分子微结构与结构单元变化有关,包括结构单元自身的结构;结构单元间连接次序;结构单元中取代基的空间位置不同的立体构型。
6. 大分子的几何形状:掌握大分子的几何形状分为线型、支链型和体型。
7. 聚集态结构:高分子化合物仅能以液体或固体存在,常温下大多为固体。所以不能用蒸馏法提纯。高分子化合物具有结晶和非结晶(无定形)结构。晶相聚合物中,往往是晶区和非晶区共存的两相结构,结晶度很少达到100%;而非结晶聚合物具有某种程度的有序排列。玻璃化温度是聚合物“链段”开始运动的温度,即链段“解冻”的温度。用作塑料时,玻璃化温度是无定形聚合物的使用上限温度;而用作橡胶时,玻璃化温度是其使用下限温度。结晶聚合物具有熔点,但熔点不敏锐,有一个熔限。熔点是结晶聚合物(塑料、纤维)的使用上限。某些高分子在一定条件(一定温度或一定溶剂)下可以形成液晶,即兼具液体的流动性和晶体的有序性。当形成液晶时,聚合物的性能发生很大变化。例如有些聚合物形成液晶时,分子仍保持高度有序,粘度比同样浓度的普通溶液要低很多,因此可以加工获得性能优异的产品。
8. 高分子材料和力学性能:了解聚合物应力应变曲线的基本类型和重要参数,了解橡胶、纤维和塑料的基本力学性能以及它们之间的主要区别。
第二章自由基聚合反应
一、本章说明:本章是高分子化学课程的重点章之一,学习本章可为随后有活性中心的聚合反应章节打下基础。
要求掌握自由基聚合反应机理及特征;主要引发剂类型及引发机理;自由基聚合低转化率动力学及影响聚合速度;分子量、分子量分布和微观结构的因素;高转化率下的自动加速现象极其产生原因、以及阻聚和缓聚等的基本概念。一般了解光、热、辐射等其他引发作用、分子量分布及聚合热力学,
二、内容和要求
1. 引言:连锁聚合的类型有自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合,它们的活性中心分别为自由基、阳离子和阴离子。在聚合反应中,活性中心为自由基的聚合反应称为自由基聚合。自由基聚合的产物占高分子材料的60%以上。
2. 连锁聚合的单体:连锁聚合的单体有单烯烃、共轭双烯、炔烃、羰基化合物、杂环化合物;掌握常用烯类单体对聚合机理的选择性。学会从单体取代基的诱导效应和共轭效应分析判断它们对聚合机理的选择性。一般含推电子基团的单体利于进行阳离子聚合;含吸电子基团的单体利于进行阴离子聚合;对于自由基聚合来说,由于带有独电子,有一定的亲核性,易于与有吸电子基团的、双键上电子云密度较低的单体