09三大高分子合成材料

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Macromolecules, High Polymer, Polymer
高分子是指由众多原子以相同的、多次重复 的结构单元并主要由共价键连接起来的、通 常是相对分子量为104~106的化合物。
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高分子(大分子) (macromolecule) 高聚物 (high polymer) 聚合物 (polymer)
解:
M X == M == 50000~150000/62.5=800~2400 0
通过计算可知,聚氯乙烯的平均聚合度应在800~2400聚氯乙烯 分子约由800~2400个氯乙烯单元组成。
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(2)、高分子化合物的基本特点:
1)相对分子质量很大,而且具有多分散性。
2)合成高分子化合物的化学组成比较简单,分子结构 有规律性。 3)合成聚合物的分子形态是多种多样的。 4)一般高分子化合物实际上是由相对分子质量大小不 等的同系物组成,其相对分子质量只具有统计平均 的意义。
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高分子的特征:
A、相对分子质量很大
- - - - - < 103 < - - - - - - - - - - - - - - < 104 < - - - - - - - - - < 106 < - - - - - - - - - - - - - - 低分子 过渡区(齐聚物) 高聚物 超高分子量的聚合物
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高分子物理主要研究内容
结构与性能之间关系:高分子分子量 及分布的测定,聚集态结构及分子运 动、热、力、光、电、磁等性质,属 于高分子物理研究的范畴。
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成型加工主要研究内容
成型加工及应用理论:成型方法,流
变性能,塑、弹性理论,材料力学等。
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高分子设计主要研究内容
从合成出发,设计制备具有预期性能和用 途的新型高分子材料。但合成与应用之间 并无直接的内在联系,故高分子设计必须 以结构与性能、性能与应用的研究为依据, 在积累大量合成实验以及合成--结构--性 能--应用四方面数据的基础上,从中找出 内在的联系规律。高分子设计七十年代提 出,应用日益广泛。
高压聚乙烯
聚乙烯
低压聚乙烯
P106为什么高压聚乙烯比低压聚 乙烯的熔点低?密度低?
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耳机线为什么总缠在一起? 结构
聚乙烯分子链上的 碳原子完全由碳碳 单键相连,单键可 旋转,使它不可能 成一条直线,只能 成不规则的卷曲状 态。
当有外力时,可以被拉直,除去外力又恢复原状,所以有一定弹性。
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聚乙烯具有长链状的线型 结构。受热时,分子间作 用力减弱,融化成液体; 冷却时,相互引力增强, 会重新硬化,因此可以反 复加工,叫做热塑性塑料
大分子组成,即同一种聚合物是由一组不同聚合 度和不同结构形态的同系物的混合物所组成,因 此,聚合物的分子量或聚合度只是这种大小不一 的大分子的统计平均值,或者说分子量或聚合度 具有一定的分布范围。
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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。
树形高分子
dendrimer
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应用广泛的高分子材料
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三大合成材料
合 成 材 料
合成高分 塑料、合成纤维、合成橡胶、 子材料 粘合剂、涂料
功能高分 高分子分离膜、液晶高分 子材料 子、导电高分子、医用高 分子、高吸水性树脂
复合材料 两种或两种以上高分子材料组合 成的新型材料
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一、塑料
主要成分: 合成高分子化合物及加工 助剂
O nHOC O HO—C O 催化剂 COH+ nHOCH2CH2OH O COCH2CH2O—H + (2n-1)H2O n
CH2CH Cl
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聚合度(Degree of polymerization) 聚合度是衡量高分子大小的一个指标。
一种结构单元 组成的高分子
聚合度有两种表示法:
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
xn
DP
此时 xn DP n
说明:由于绝大多数高聚物都是由不同链长的
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高分子科学主要研究内容 合成
高 分 子 设 计
高分子化学
结构
高 分 子 物 理
高分子材料 科学与工程
应用
成型加工
性能
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高分子化学主要研究内容
高分子合成及反应:聚合反应理论, 新的合成方法及改性方法,高分子 基团反应,高分子降解,交联与老 化的研究等。主要解决的是合成方 法与结构之间的关系,属于高分子 化学研究范畴。
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在科学的整体发展中:高分子科学处于多种学科的交汇点上, 为其发展提供了良好的学科环境。
数学
电子学
物理学
高分子 科学 生命 科学 工程学
其它 学科
其它 化学
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1.1 高分子的基本概念
(1)定义及基本概念
什么是高分子?
又称高分子化合物、大分子化合物、高分 子、大分子、高聚物、聚合物。
(注:这些术语一般可以通用)
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为什么两种塑料的特性不同呢?
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二.合成纤维
天 然 纤 维 棉 麻 毛 丝
纤 维
理的纤维 化 学 合成纤维:用石油、天然气等不含天然 纤 纤维的物质为原料制得单体,经过聚合反应 维 制得的纤维(如:六大纶P109第二段 涤纶 锦纶 丙纶 腈纶 维纶 氯纶
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用木材等为原料,经化学加工处 人造纤维:
[NH(CH2)6NH CO(CH2)4CO] n
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单体 monomer
聚合反应 polymerization
聚合物 polymer
聚合反应:由单体变成聚合物的反应过程
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单体(monomer):合成聚合物的低分子的原料 。
• 聚氯乙烯的结构式为: [ CH2
CH ]n Cl
它是由小分子氯乙烯通过双键打开连接而成的。这里小分子 氯乙烯称为单体。 • 尼龙-66的结构式为: [NH(CH2)6NH CO(CH2)4CO] n • • 单体为: 己二酸:HOOC(CH2)4COOH 己二胺:NH2(CH2)6NH2
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结构单元 重复单元 单体单元;但, 重复单元=链节
xn 2DP 2n
M xn M 0 2DP M 0
注意:Mo为两种结构单元的平均分子量
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例1:以氯乙烯单体为原料,聚合得到的聚氯乙烯的分子量,根
据其用途不同可在5万至15万之间,其结构单元的分子量 为62.5,计算其聚合度。
另一种情况:
n H2N-(--CH 2-)-COOH
5
--NH-(--CH 2-)-CO-- + n H2O n 5
结构单元=重复单元=链节 单体单元
结构单元比其单体少了些原子(氢原子和氧原子),因为聚 合时有小分子生成,所以此时的结构单元不等于单体单元。
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2.由两种结构单元组成的高分子
合成尼龙-66的特征:
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á ¥ ª ½ ¹ µ Ô 2
结构单元?=单体单元?=?重复单元?=链节 比较
n H2N-(--CH 2-)-COOH
5
--NH-(--CH 2-)-CO-- + n H2O n 5
n
H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH
H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OH + (2n-1) H O 2
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结构单元(structural unit):单体在大分子链中形成的单元。 • 聚氯乙烯的结构单元: • 尼龙—66的结构单元:
CH2CH Cl
单体单元(monomer unit):
NH(CH )6NH 2
CO(CH )4CO 2
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:
一般高分子的分子量在104~106
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B、共价键连接
C、由相同的化学结构重复多次而成
[ CH2CH ] n Cl
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高分子可看作是由许多重复单元所组成的一条长链
支链
主链 侧基
链原子
构成高分子主链骨架的单个原子
H H H H H H C C O C C O C C O H H H H H H
H H H H H H C C C C C C H CH3 H CH3 H CH3
5)由于高分子化合物相对分子质量很大,因而具有与
低分子同系物完全不同的物理性能。尤其是黏弹性。
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线形高分子
linear
环状高分子
cyclic
支化高分子
hyperbranched
梳形高分子
comb
星形高分子
star-shaped
梯形高分子
ladder
网状高分子
crosslinking, network
M DP M 0, M X n M1
M0:重复单元数的分子量; M1:结构单元数的平均分子量; DP :重复单元数; O O X n : 结构单元数。 [ NH ( CH 2 ) NH C ( CH 2 )4 C ] n
6 á ¥ ª ½ ¹ µ Ô 1 Ø ´ ¥ ª Ö ¸ µ Ô
2000年 德国研制的手表电视
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功能高分子材料
8
9
♥ 天然高分 子
O O O
多糖类,多肽类,核酸
O O
O O
10
蛋白质Protein
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聚苯乙烯
我被高分子 包围了呀!
有机玻璃
聚氯乙烯
涤纶
酚醛Leabharlann Baidu料
聚四氟乙烯 塑料 聚丙烯
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高分子科学
是当代发展最迅速的学科之一;它既是一门 应用科学,又是一门基础科学。它是建立在 有机化学、物理化学、生物化学、物理学和 力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新 兴学科。目前,已经发展成四个主要分支。 高分子化学继“四大化学”之后被称为“第 五大化学”。
n
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高分子的三种组成情况 1.由一种结构单元组成的高分子
例如:聚苯乙烯
n CH2 CH 聚合
单体 此 时
CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
高分子结构 可以缩写成
CH2 CH
n
结构单元=单体单元=重复单元=链节
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由聚合度可计算出高分子的分子量:
M xn M0 DP M0
式中:M 是高分子的分子量 M0 是结构单元的分子量
聚丙烯
聚乙二醇
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聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)分子:(分子量5~15万)
CH2CH 2CH 2CH CH CH Cl Cl Cl
缩写为
CH2CH Cl
[ CH2CH ] n Cl
• 尼龙(nylon)-66 分子(2万)
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。
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高分子材料的应用
衣 食 行
住 科技

2
涤纶做基料的 风帆、热气球
通 用 高 分 子 材 料
塑料建材、 产品包装、 电缆护套
3
日用橡胶 制品
割胶
日化产品 外包装
4
工程塑料 制品
各种合成 橡胶制品
腈纶毛织品
5
各种合成 纤维制品 合成纤维纱腚
6
功能高分子材料
2001年 日本索尼公司研 制的显示器
H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH
其重复单元由 两种结构单元 组成,且结构 单元与单体的 组成不尽相同, 所以,不能称 为单体单元。
H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OH+ (2n-1) H O 2
n
结构单元 结构单元 重复结构单元
但单体在形成高 分子的过程中要 失掉一些原子
热固性塑料只能一次成型, 不能再受热融化。例如: 酚醛塑料
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酚醛塑料也叫酚醛树脂
单体:
苯酚、甲醛
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酚醛树脂的制取和性质
分组编号 Ⅰ Ⅱ
①苯酚+甲醛+浓盐酸 ①苯酚+甲醛+浓氨水
②水浴加热15min 实验步骤 ③洗净、 烘干 产品外观 米黄色中略带粉色 淡黄色 加热试验 熔化(热塑性) 不熔化(热固 性) 结构特点 线性结构 体型网状结构
合成纤维的强度高、 弹性好、耐磨和耐化学 腐蚀,但它的吸水性和 透气性较差。因此,合 成纤维常常与棉纤维或 羊毛纤维混合纺织,使 衣服穿起来既舒适又挺 括。
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维纶 吸湿性好,因其分子链上有羟基,又 称“人造棉花” 涤纶——聚酯纤维,合成 纤维中产量第一,如:聚对 苯二甲酸乙二醇酯
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对苯二甲酸与乙二醇
这些术语一般可以通用
现在的倾向:
1.一般称胰岛素等化学组成和结构非常复杂的生物高分子 化合物为大分子化合物,而称人工合成的塑料、橡胶和纤 维等为聚合物或高聚物。 2.聚合物包括低聚物(oligomer)和高聚物,但通常所称的聚 合物即指高聚物。 3.低聚物(Oligomer):分子量较小的高分子化合物,重复 单元数只有几个到十几个。线型或环状结构。如聚乙二醇。
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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)。 聚丙烯的重复单元:
H H C C H CH3 H H C C H CH3 H H C C H CH3
( CH2CH ) n CH3
n(chain element) 表示重复单元数,也称为链节数
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