高分子化学第一章

DP
• 以结构单元数为基准： X n
Xn
聚合物是不同聚合度的同系物的混合物
统计平均聚合度
聚氯乙烯： DPXnn 尼龙-66： D PXn/2n
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进一步举例说明上述概念 • 聚苯乙烯(polystyrene, PS)
结构式: [ CH 2CH ] n 单体: CH 2 =CH
PVC、PS、聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA）等加聚物 的结构单 元 = 重复单元 = 单体单元。
[O2 C C 2 ]n H H
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1.2. 3 系统命名法(systematic nomenclature) (书P6) ——由IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) 提出，以结构为基础，与有机化 学系统命名相似，在其前加一“聚”字。
2）杂链(heterochain)聚合物：主链上除C外还有O、N、 S等杂原子。例如：聚酯(polyester)、聚醚 (polyether)、聚氨酯(polyurethane)、聚硫橡胶(thio rubber)等。
3）元素有机聚合物（半有机高分子）：主链上无碳原子， 主要由硅、硼、铝、氧、氮、硫等元素组成，但侧 基由有机基团组成，如烷基、芳基等。如：有机硅 橡胶。
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• 塑料(plastics) ——具有塑性行为的材料
特点：弹性模量介于橡胶和纤维之间；形变量中等。
根据受热行为分： 热塑性塑料(thermoplastics) 线形(linear)或支链形(branched) ——可熔可溶
塑性：受外力作用时， 发生形变，外力取消 后，仍能保持受力时 的状态的行为。
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系统命名法虽严谨，但烦琐，目前尚未普遍使用。 聚合物仍以习惯命名为主，但在学术交流中尽量少用俗名 在书写中常用英文缩写名，例如：
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• 聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)分子： C2 C HC H 2 C HC H 2 C HH C2 C HH Cl Cl Cl Cl
碳链骨架
缩写为
[ CH 2CH ] n Cl
• 尼龙(nylon)-66 分子：
方括号表示重复 连接的意思，方 括号内是重复连 接的单元，n代表 重复单元数。
如聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯(polypropylene)等
热固性塑料(thermoset)
交联结构——不溶不熔
如酚醛树脂(bakelite)、环氧树脂(epoxide resin)、脲醛树脂 (urea formaldehyde resin)等。
按使用性能可分为通用塑料和工程塑料
工程塑料：强度大、具有金属某些特点的聚合物，可作为机械 的零部件。如聚苯醚、聚碳酸酯等。
结构单元=重复单元=单体单元： CH 2CH
DPXn n
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• 涤纶聚酯
O
结构式：[OC2C HH 2OC
O C]n
尼龙、涤纶聚酯等两
种单体的缩聚物，结 构单元≠重复单元， 且无单体单元。
单体： HOC 2CHH 2OHHOOC COOH
O
O
结构单元： OC 2CH 2O H C
C
• 聚氯乙烯的结构单元： CH 2CH Cl
百度文库
• 尼龙—66的结构单元：
NH(2C )6NHH
CO(2)C 4CH O
单体单元(monomer unit)：
与单体相比，除电子结构改变外，原子种类及个数完全相 同的结构单元，如：
CH 2CH
Cl
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• 聚氯乙烯：重复单元=结构单元=单体单元 CH 2CH Cl
(nomenclature) (书P2)
1. 1聚合物的分类
1.1.1 按制成材料的性能与用途分 ——三大合成材料：橡胶、纤维、塑料。
橡胶(rubber)——具有可逆形变的高弹性聚合物材料 特点：高弹性；易形变且可逆；分子量大，几十万。 通用型橡胶：丁苯(butadiene styrene)橡胶、顺丁(cis 1.4
聚合物若按用途细分时，还应有：涂料(coating)、粘 结剂(adhensive)等
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1.1.2 按主链(main chain)结构分（ 表1-1，1-2）
(书P2~5)
1）碳链(carbon chain)聚合物：大分子主链由碳原子 组成。绝大多数烯类(olefin)和二烯(diolefin)类聚合 物都属于此类。
纤维可分：天然纤维（棉、毛、丝、麻等）和化学纤维。
化学纤维可分：人造纤维和合成纤维。
人造纤维(rayon) ：将天然高分子经化学处理再加工纺制而 成的纤维。如粘胶纤维(viscose fiber)、醋酸纤维(cellulose acetate)等。
合成纤维(synthetic fiber)：聚合物经加工纺制而成的纤维。 如涤纶(terylene)、锦纶(nylon)、腈纶(acrylon)、维尼纶 (vinylon)等。
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2）参照聚合物的结构特征命名
• 含酰胺键—CONH—：聚酰胺(polyamide)
• 含酯键—COO—： 聚酯(polyester)
• 含醚键—O—：
聚醚(polyether)
• 含砜键-SO2- ：
聚砜(polysulfone)
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3）商品命名法 含酰胺键—CONH—的聚酰胺类，统称尼龙 尼龙-66 ——己二胺(hexanediamine)和己二酸(adipic acid)
[N H ( C H 2 ) 6 N H C O ( C H 2 ) 4 C O ]n
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（2）基本概念(concept)
单体(monomer)：合成聚合物的低分子的原料 。
• 聚氯乙烯的单体：
CH2=CH Cl
• 尼龙-66的单体： 己二酸：HOOC(CH2)4COOH 己二胺：NH2(CH2)6NH2
合成的产物，学名聚己二酰己二胺。 尼龙-610——己二胺(hexanediamine)和癸二酸(sebacic acid)
合成的产物，学名聚癸二酰己二胺。 尼龙-6 ——是己内酰胺(caprolactam)或ω-氨基已酸的产
物，学名：聚己内酰胺。
第一个数字表示二元胺(diamine)的碳原子数， 第二个数字表示二元酸(diacid)的碳原子数， 前胺后酸
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高分子化学（Polymer Chemistry）
第一章 绪论 (Introduction)
目的： • 介绍高分子化学中一些重要的基本概念； • 了解学习本课程的目的意义。 要求： 掌握高分子化合物的基本概念、命名及分类，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，了解高分子科学及其工业发展概况。
重复单元(repeating unit)：大分子链上重复出现的、最 小基本单元 ——分子式中括号内的部分。
• 聚氯乙烯的重复单元： • 尼龙-66的重复单元：
CH 2CH Cl
NH 2 )6 ( N C C H H O 2 )4 C (C O H
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结构单元(structural unit)：单体在大分子链中形成的单元。
• 命名关键：选定最合适的结构重复单元（CRU） • 命名程序： a．确定重复单元结构； b．排好重复单元中次级单元(subunit)的次序； c．命名重复单元； d．聚+重复单元名。
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IUPAC命名原则
排列重复单元时，
• 先写有取代基(substituent) 的部分
CHCH2
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§ 1.1 基本概念 （1）定义 (definition)(书P1)
高分子化学：研究高分子合成和反应的学科。
高分子化合物（简称高分子）：分子量为104～ 107 、由许多相同的、结构简单的单元(unit)通过 共价键(covalent bond)重复键接而成的化合物。
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X n ：结构单元数。
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关于聚合物术语的基本定义可参考： Pure and Applied Chemistry,40,479(1974).
高分子 = 高分子化合物 ~ 聚合物 大分子（链）
macromolecule
polymer
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§1.2 聚合物的分类(classification)及命名
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[OC 2CH 2 H ]n
习惯上称为聚
开 环
环氧乙烷，若
C2 H C2 H
[
O
C 2CH 2 H ]n
按结构，它应 称为聚氧化乙
O
烯。
脱 水
HO 2 C C 2 O H H H
[O2 C C2 ]H H n
HCl C2 lC CH HOH[O 2 C C 2 ]n H H
HCl
Cl2 O C3 C HH
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塑料、橡胶、纤维——通过分子量大小、形变能力等 的不同区分，但并无严格的界限。
如聚氯乙烯：既是典型的塑料，又可纺丝（氯纶）制 成纤维。
聚丙烯(polypropylene)：是常见的塑料制品，也可制 成丙纶纤维。
聚酰胺(polyamide)：既可作工程塑料使用，又可作合 成纤维使用
• 尼龙—66：结构单元≠重复单元，无单体单元
[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]n 结构单元 结构单元 重复单元
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链节：结构单元类似大分子链中的一个环节，故又俗称链节。
聚合度(degree of polymerization)——高分子大小的度量。
• 以重复单元数为基准： DP
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我国常用“纶” 字作为合成纤 维商品名的后 缀
锦纶——尼龙-6 涤纶——聚酯（聚对苯二甲酸乙二醇酯） 维尼纶——聚乙烯醇缩甲醛 腈纶——聚丙烯腈 氯纶——聚氯乙烯 丙纶——聚丙烯
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习惯命名法：简明易记，普遍为人所使用；但科学上不 严格，不能充分反映聚合物的组成及结构特征， 有时 会引起混乱。如：
CHCH 2
Cl
聚（1-氯代乙烯）
聚（1-苯基乙烯）
聚氯乙烯（polyvinyl chloride）聚苯乙烯（polystyrene）
• 所连接的侧基元素最少的部分先写
—CH=CHCH2CH2—，而非—CH2CH=CHCH2— 聚（1-亚丁烯基） 聚丁二烯（polybutadiene）
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聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)
乙烯醇为假想的单体，聚乙烯醇是聚醋酸乙烯酯(polyvinyl
acetate)的水解产物。
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共聚物：共聚单体简名 + “树脂”或“橡胶”作词尾 合成树脂： 树脂——未加助剂(additive)的聚合物粉料粒料等。
苯酚(phenol) +甲醛(formaldehyde) ——酚醛树脂 尿素(urea)+甲醛——脲醛树脂 甘油(glycerin)+邻苯二甲酸酐(phthalic anhydride) ——醇酸树脂 合成橡胶： 丁二烯 + 苯乙烯——丁苯橡胶 丁二烯 + 丙烯腈——丁腈橡胶 乙烯 + 丙烯—— 乙丙橡胶
polybutadiene)橡胶、天然(natural)橡胶。 特种型橡胶：丁腈(butyronitrile)橡胶、硅(silicone)橡胶、氯丁
(chlorobutadine)橡胶。
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• 纤维(fiber)
特点：弹性模量(elastic modulus)大；形变小；强度高；分 子量小，一般为几万。
高分子化学参考书
1．高分子化学丛书 自由基聚合 共聚合原理 接枝、嵌段、交替共聚 合 离子型聚合 本体聚合 悬浮聚合 乳液聚合 开环聚合 定向聚合 缩合聚合
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2．聚合反应原理 [美] G.奥迪安著 科学出版社 Principles of Polymerization George Odian 2nd Ed.
O
O
重复单元： OC2CH2 H O C
C
无单体单元
D PXn/2n
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聚合物的分子量(molecular weight)：
重复单元的分子量与重复单元数的乘积或
结构单元分子量与结构单元数的乘积。
M DPM0, M Xn M1
M0：重复单元的分子量； M1：结构单元的分子量；
DP：重复单元数；
4）无机高分子：主链和侧基均无碳原子。
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1.2 聚合物的命名(P2)
1.2. 1 习惯命名法(customary nomenclature)
1）参照单体名称来命名
均聚物：聚+单体名
例： [ CH 2CH ] n
[ CH 2CH ] n
Cl 聚氯乙烯
聚苯乙烯
[CH2 CH]n
OH