第一章高分子化合物的基本概念

非金属材料——

西南大学

工程技术学院

1.1 高分子化合物的基本概念

1.1.1 高分子化合物的含义

高分子也叫“大分子”，是指分子量很大的分子，分子量一般为几万、几十万甚至更多(见表1-1 )。

分子量＜500的称为低分子；

分子量＞5000的称为高分子；

500＜分子量＜5000的由其物理、化学性能决定。

由高分子组成的物质称为“高分子化合物”

高分子化合物包括：有机高分子化合物和无机高分子化合物两大类，其中有机高分子化合物又包括：天然和人工合成两类。

1.1.2 高分子化合物的组成

高分子化合物分子量虽巨大，但化学组成却简单：由C、H、O、N、S等组成，主要是碳氢化合物及其衍生物。

结构形式：由一种或几种简单低分子化合物中的成千上万个原子，以共价键形式重复连接而形成长链结构。连接方式：打开低分子化合物的双键或三键，由共价键连接成大分子。

1. 单体与聚合反应

单体：可以形成高分子的低分子化合物；

聚合反应：由单体变成高分子的过程，简称“聚合”

聚合物(高聚物)：即聚合反应的产物—高分子化合物。如聚乙烯就是由单体乙烯经聚合反应而成：

nCH2＝CH2→… —CH2—CH2—CH2—CH2 —…

2. 分子链与链节

注意：不是所有的低分子化合物都

可以作为单体，只有那些具有双键、

三键结构的，当键被打开才可以连

接成长链型的大分子。分子链：大分子中众多原子以共价键形式重复连接而成的长链型结构。例如：聚乙烯大分子链的结构式为… —CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH 2—… ，一般简单表达式为：CH 2－CH 2n

3. 聚合度与平均分子量

大分子分子量与聚合度的关系：

M ＝m ×n 式中：M 为大分子分子量；m 为链节分子量；n 为大分

子聚合度。

聚合度：高聚物内所含链节的数目，即上式中的n 。链节：构成大分子链的基本结构单元，与单体结构类似。高分子化合物即无数个链节重复连接的聚合物，故称为“高聚物”。常见单体、链节及高聚物见表1-2 。注意：链节和单体是完全不同的两个概念，

例如：n (CH 2 ＝CH 2) → CH 2－CH 2n 单体(乙烯) 链节(聚乙烯)

线型结构支链结构体型或网型结构

高分子化合物的结构示意图聚合度反映了大分子链的长

短和分子量大小。实际上同一种

高聚物中各个分子所含链节数是

不同的，即聚合度不同，大分子

链长短不同，分子量也不同。这就是高分子的多分散性，也是与低分子的区别之一。 1.1.3 高分子化合物的结构

高分子化合物

分子量巨大，但其

分子结构按几何形状分为线型结构和体型结构。

1. 线型结构(又称为链型结构)

2. 体型结构(又称为网型结构)

结构：蜷曲成不规则线团状，但受拉可伸展成直线。特点：可溶、可熔，具有较好的可塑性和高弹性，但强度较低。注意：热塑性材料都具有线型结构。有一些高聚物的主链上还带有小支链，也属于线型高聚物，但其可溶和可熔性能低于线型高聚物。结构：在线型(或支链型)大分子链之间，以化学键交联而成平面或立体的分子结构。

特点：不溶、不熔，具有较好的热稳定性和化学稳定性，强度较高，但脆性大，不能塑性加工。

注意：热固性材料都具有体型结构。

单体直链型结构支链型结构网状型结构分子

链

1.1.4 高分子化合物的分类和命名 1. 分类

2. 命名

高分子化合物的分类方法很多，但至今尚未得到统

一。表1-3为常见的几种分类方法。

按聚合物单体名称命名

加聚物单体名称前加“聚”，如聚乙烯、聚氯乙烯等；缩聚物单体名称后加“树脂”，如酚醛树脂、环氧树脂等。按商品名称命名：如有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、电木(酚醛树脂)、尼龙(聚酰胺)、丙纶(聚丙烯)、腈纶或人造羊毛(聚丙烯腈)、的确良(涤纶树脂)等。

按英文缩写字头表示：如PE(Polyethylene)代表聚乙烯、PS(Polystyrene)代表聚苯乙烯等。

1.2 高聚物合成的原理高聚物的合成过程，就是低分子化合物(单体)聚合而成高分子的过程，即“聚合反应”。

1.2.1 加聚反应

定义及其产物

加聚反应和加聚物

加聚反应是指由一种或几种不饱和的单体相互加成而聚合生成高聚物的反应；加聚反应的产物即是加聚物。

Stuart 模型Kekulé模型nCH 2 ＝CH 2

CH 2 —CH 2 n 过氧化物引发剂1000大气压，加热

均加聚与共加聚

均加聚反应：当仅由一种单体进行的加聚反应，简称均聚，其产物称为均聚物，如聚乙烯；

共加聚反应：由两种或两种以上单体进行的加聚反应，简称共聚，其产物称为共聚物，如ABS塑料。

…－A－B－B－A－B－A－A－B－B－B－…无规共聚物

…－A－B－A－B－A－B－A－B－A－B－…交替共聚物

…－A－A－A－A－B －B－B －B－A－A－…嵌段共聚物

B－B－B…

┃

…－A －A －A －A－A－A－A－A－A－A－…接枝共聚物┃┃

B－B－B… B－B－B…

注意：均聚物应用范围广、产量大，但受结构限制，性能开发较困难；共聚物可通过改变单体，改进聚合物性能，被称为“塑料合金”。 1.2.2 缩聚反应

特点

①反应进行得很快，中间不能停止，无中间产物产生；②产物中链节的化学组成和单体组成相同；

③反应中没有小分子副产物生成；④反应不可逆。定义及其产物

缩聚反应和缩聚物

缩聚反应是指一种或几种单体相互作用缩合而成高聚物，并同时有新的低分子物质析出的反应；缩聚反应的产物即是缩聚物。