高分子化学电子教案

《高分子化学》教案教研室：高分子材料教研室教师：***第一章 绪论【课时安排】 4学时【掌握内容】1. 高分子基本概念2. 聚合反应；加成聚合与缩合聚合；连锁聚合与逐步聚合。

3. 从不同角度对聚合物进行分类。

4. 常用聚合物的命名、来源、结构特征。

5. 聚合物相对分子质量及其分布。

【了解内容】1. 高分子化学发展历史、创造工程研究。

2. 聚合物相对分子质量及其分布对聚合物性能的影响。

【教学难点】1. 结构单元、重复单元、单体单元、链节的辨析。

2. 加成聚合与缩合聚合的区别与联系；连锁聚合与逐步聚合的区别与联系。

【教学目标】1. 掌握高分子化学相关基本概念。

2. 能对几对重要概念进行辨析。

3. 能按规范写出正确的聚合物名称、分子式、聚合反应式。

4. 树立对高分子化学学科正确的认识观1.1 高分子的基本概念单体（Monomer ）：成聚合物的起始原料。

结构单元（Structure unit ）：大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团。

单体单元（Monomer unit ）：有与单体相同化学组成而不同电子结构的单元。

重复单元（Repeating unit)或链节（Chain element ）：聚合物中化学组成相同的最小单位。

聚合度：是衡量高分子大小的一个指标，有两种表示方法以大分子链中的结构单元数目表示，记作 以大分子链中的重复单元数目表示，记作 （1）对于由一种结构单元所组称的聚合物如PVC 、PS 、PE 等，以聚苯乙烯为例：缩写为此时结构单元＝单体单元＝重复单元＝链节。

M=Xn ×M 0= DP*M 0=n*M 0(2)由两种结构单元所组成的聚合物例如尼龙-66则具有另一特征：n x DPCH 2 CH CH 2-CH-CH 2-CH-CH 2-CH n CH 2 CH n此时两种结构单元构成一个重复单元，且这里的结构单元不宜再称作单体单元（因两者组成不同），则聚合度 是重复单元数的2倍：＝2n ＝2×DP例：求分子量为15000的尼龙－66的聚合度 ？＝2×（15000/226）＝132.74本节重点、难点：分子量、 和 之间的关系1.2 聚合物的分类和命名1.2.1 分类高分子的分类方法很多，常见的有以下几种：1、 根据所制材料的性能和用途分类，可分为六大类（1） 塑料（Plastics ）：常温下有一定形状，强度较大，受力后能发生一定形变的聚合物。

目前所常用的五大通用塑料(生产量大，价格便宜，综合性能优异，通用性强，能满足一般的使用要求)为PE 、PP 、PVC 、PS 、ABS 。

另外还有一些常用的工程塑料（可以作为结构材料使用的高强度塑料）如尼龙、PET 、POM 、PC （耐温性好，可反复消毒，可制奶瓶等）、改性PPO 等（2） 橡胶（Rubber ）：在室温下具有高弹性，拉伸时能伸到原来长度的几倍，外力消除后又能恢复到原来的尺寸。

常用的如天然橡胶（顺式聚异戊二烯）、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶（氯丁二烯聚合）等（3） 纤维（Fiber ）：在日常生活中，人们把长度比直径大上百倍的均匀的线条状或丝状材料称为纤维。

常见的有涤纶、氯纶、粘胶纤维等。

还有一些特种纤维如碳纤维（比头发还细，但强度比钢铁还高，刚性比金属钛还好，其制备过程是将聚丙稀腈在隔绝氧的条件下高温炭化。

目前主要用作导弹和火箭的烧饰材料，还可用在高级体育用品方面；另外它无毒，且与生物体的组织和血液的相容性好，可用来做人造骨骼等）（4） 涂料（Coating ）：是一种以液态或粉末状能均匀涂覆在物体表面并形成坚韧保护膜的材料。

常用的有酚醛树脂漆、环氧树脂漆、乳胶涂料（水性环保，有PV Ac 、丙烯酸酯类）等（5） 胶粘剂（Adhesive ）：凡能把同种的或不同种的固体材料表面连接在一起的媒介物质称为胶粘剂。

常用的有酚醛树脂胶粘剂等。

（6） 功能高分子（Functional polymer ）：具有某些特定的物理和化学性能、生物性能等。

如导电高分子、超虑膜等。

其中塑料、橡胶和纤维称为三大合成材料。

不过需要注意的是，这种以所制材料用途来分n x n x n x n x n x DP类的方法不是十分严格。

因为同一种高分子材料往往可以有多种用途。

以聚氨酯树脂为例，这种材料十分耐磨，可以做塑胶跑道、家具；也可以做成富有弹性的聚氨酯弹性体；把它拉成丝可以作为高弹性的莱卡纤维；也可用来作为涂料、胶粘剂使用。

较严格的分类方法是根据主链的结构进行分类2、根据主链的结构进行分类（1）碳链高分子：主链完全由碳原子所组成（2）杂链高分子：主链中除C原子外，还有O、N、S等杂原子（3）元素有机高分子：主链由Si、B、O、S、P、N等原子组成，但侧基为有机基团，如有机硅（4）无机高分子：主链和侧基均无碳原子，如聚氯化磷腈。

1.2.2 命名1.习惯命名法（1）按照单体结构特征来命名由一种单体聚合而成的高分子：“聚”＋单体名称。

如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等由两种不同单体聚合而成的高分子：取单体简名，在后面加“树脂”、“橡胶”、“共聚物”等后缀。

如苯酚甲醛酚醛树脂丁二烯苯乙烯丁苯橡胶乙烯－醋酸乙烯共聚物等（2）按高分子结构特征来命名（3）商品名几乎所有的纤维都称为“纶”。

如涤纶（聚酯纤维）、腈纶（聚丙稀腈纤维）、氯纶（PVC）、丙纶（PP）、维尼纶（聚乙烯醇缩甲醛）、锦纶（聚己内酰胺）、氨纶（聚氨基甲酸酯）等。

聚酰胺类称为尼龙，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（4）采用英文名称缩写聚乙烯Polyethylene PE聚丙稀Polypropylene PP聚氯乙烯Polyvinyl chloride PVC聚甲基丙烯酸甲酯Polymethyl methacrylate PMMA聚苯醚Polyphenylene oxide PPO2.IUPAC命名法命名程序为：确定重复单元结构排出次级单元（subunit）的次序，两个原则:对乙烯基聚合物，先写有取代基的部分连接元素最少的次级单元写在前面给重复单元命名，在前面加“ 聚”字该命名法虽然比较严谨，但繁琐冗长，未被普遍采用1.3 聚合反应1.4分子量分子量大是高分子的根本性质，也是其与小分子化合物的根本区别。

分子量只有达到一定的数值，聚合物才具有一定的强度，从而作为材料使用。

（那为什么大多数金属或无机材料的相对分子质量不大，但材料的机械性能却很好呢？这是因为金属材料大都能形成较完善的结晶或微晶结构。

即便是有些无机材料不会结晶，但他们的分子中含有极性很强的金属和非金属的原子或基团，分子间有很强的极性相互作用）。

而有机高分子则不同，这些分子是由C 、H 、O 、N 等元素组成，极性非常小，分子间的作用力也很弱，只有当分子量较大时，分子间的相互作用力较大，强度才较大。

由图可以很明显的看出，只有超过某一个临界值后，才能达到可以使用的强度。

需要说明的是，不同的聚合物的临界分子量值是不同的，这是因为分子间相互作用力的大小因聚合物组成和结构而异的。

例如分子间能形成氢键的尼龙只要相当于150个左右的分子聚合在一起就有较好的强度；而分子间作用力小的聚合物如乙烯基类，聚合度要达到400左右才行。

但是并不是分子量越大越好，因为分子量继续增加，强度的增加并不明显，但聚合物的熔融粘度却大幅度增加，使材料的加工变得困难。

所以应在加工工艺和强度之间追求一个合适的值。

1.4.1 多分散性1.平均分子量由于高聚物的分子量很大，一般的聚合反应很难制备分子长度完全一致的聚合物，所合成的聚合物实际上是不同分子量的混合物，这种高聚物的分子量的不均一性称为多分散性。

平常所侧的是平均分子量。

根据统计方法的不同，有以下几种常见的平均分子量：（1）数均分子量（Number-average molecular weight ）定义：某体系的总质量W 为分子总数所平均。

式中，Wi ，Ni ，Mi 分别为i-聚体的重量、分子数、分子量∑∑∑∑===i i i i i i n M N N M N N W M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）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。

（3）粘均分子量（Viscosity- average molecular weight ）一般， α值在0.5～0.9之间，故 （4）Z 均分子量（Z-average molecular weight ）按照Z 值统计平均的分子量，总结：B M z > M w > M v > M n ，M v 略低于M wB M n 靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分对M n 影响较大B M w 靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分对M w 影响较大B 一般用M w 来表征聚合物比M n 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2.分子量分布单独一种平均分子量往往不足以表征聚合物的性能，因为常常在一个聚合物中，最小的分子和最大的分子之间的分子量可能相差几十甚至上百倍，所以还需要了解分子量分布的情况。

有两种表示方法：（1）即重均分子量与数均分子量的比值，d ＝Mw / MnMw / Mn 分子量分布情况1 均一分布，所有的高分子都一样长短，理想情况 接近 1 (1.5 ~ 2） 分布较窄远离 1 (20 ~ 50) 分布较宽（2）分子量分布曲线以被分离的各级分的重量分率对平均分子量作图，得到分子量重量分率分布曲线。

可通过曲线形状，直观判断分子量分布的宽窄。

∑∑∑∑∑===i i ii i i i i i w M W M N M N W M W M 2αααα111⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∑∑∑∑+i i i i i i i v M N M N W M W M wv M M <ii i M W Z ≡∑∑∑∑∑∑===232i i i i i i i i i i i i M N M N M W M W Z M Z M1.5 高分子链形状1. 高分子链的几何形状大致有三种：线形、支链形、体形（1）线形高分子其长链可能比较伸展，也可能卷曲成团，取决于链的柔顺性和外部条件，一般为无规线团。

适当溶剂可溶解，加热可以熔融，即可溶可熔。

如果单体中存在三官能团或多官能团，或者由于反应过程太激烈，就有可能形成支链或网状的结构。

（2）支链高分子线形高分子上带有侧枝, 侧枝的长短和数量可不同，高分子上的支链，有的是聚合中自然形成的；有的则是人为的通过反应接枝上去的，可溶解在适当溶剂中, 加热可以熔融，即可溶可熔。