高分子科学基础(全套533页PPT课件)
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高分子科学基础
绪论
1.1 高 分 子 科 学 简 史
天然高分子 的直接利用
天然高分子 的化学改性
高分子 合成
高分子 时代
淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等 天然橡胶的硫化, 硝化纤维的合成等 缩聚反应，自由基、配位、离子聚合等
1.1 高 分 子 科 学 简 史
Hermann Staudinger : 把“高分子”这个概念引进科学领域， 并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺 贝尔奖）。 Carothers : 建立缩聚反应理论。 Karl Ziegler, Giulio Natta : 乙烯、丙烯配位聚合 （1963年诺 贝尔奖） Paul J. Flory : 聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系 （1974年诺贝尔奖）。 Hideki Shirakawa, Alan G. MacDiarmid, Alan J. Heeger ：对 导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖）。
HH HH HH CCOCCOCCO HH HH HH
链 单 元 Chain Units
由链原子及其取代基组成的原子或原子团。
HH HH HH CC CC CC H CH 3 H CH 3 H CH 3
HH HH HH CCOCCOCCO HH HH HH
1.2 高 分 子 基 本 概 念
结构单元
由一种以上（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。生成共聚物 的聚合反应称为共聚反应。
判别均聚物：聚合物分子有且只有一种CRU，并且该CRU可以 只由一种（真实的、隐含的或假设的）单体衍生而来。
1.2 高 分 子 基 本 概 念
HOOC-Ph-COOH HOCH2CH2OH HOOC-Ph-COOH
1.1 高 分 子 科 学 简 史
高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，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。
高分子化学
研究聚合反应和高分子化学反应原理， 选择原料、确定路线、寻找催化剂、制 订合成工艺等。
高分子科学
高分子物理
研究聚合物的结构与性能的关系，为设 计合成预定性能的聚合物提供理论指导， 是沟通合成与应用的桥梁。
O
C OCH 2CH2O C
聚乙烯： CH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3
遥 爪 高 分 子 Telechelic Polymers
含有反应性末端基团、能进一步聚合的高分子。
O C OCH 2CH2 OH
1.2 高 分 子 基 本 概 念
均聚物
Homopolymer
由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。如：
CH 2CH
氯乙烯单体
Cl
O
O
由对苯二甲酸和乙二醇反应
C
C OCH 2CH2O
生成的“隐含单体”：
CH 2CH OH
HOOC-Ph-COOCH2CH2OH “假设单体”：乙烯醇
生成均聚物的聚合反应称均聚反应 （Homopolymerization)。
1.2 高 分 子 基 本 概 念
共聚物
Copolymer
-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n均聚物
隐含单体
HOOC-Ph-COOCH2CH2OH
HOCH2CH2OH HO(CH2)3OH
-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-(OC-Ph-COOCH2CH2CH2O)m-
共聚物
HO-(CH2)5COOH
1.2 高 分 子 基 本 概 念
根据IUPAC1996年之建议：Excerpt from Pure Appl. Chem. 1996, 68, 2287 -
2高311分Байду номын сангаас子
Polymer molecule, Macromolecule
也叫聚合物分子或大分子，具有高的相对分子量，其结构必须是由多个重 复单元所组成，并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生 而来。
CH 2-CH CH 2-CH CH 2-CH
实际上 Cl
Cl
Cl
H2C CH 聚氯乙烯 Cl
CH2 CH OH 概念上
聚乙烯醇
CH2 CH OH
1.2 高 分 子 基 本 概 念
高分子化合物 Polymeric Substance
或称聚合物，是由许多单个高分子（聚合物分子）组成的 物质。
小分子
聚合反应
高 分 子 加 工 研究聚合物加工成型的原理与工艺。
1.1 高 分 子 科 学 简 史
“在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对 人类社会做出如此巨大的贡献.”
制 约 因 素 ：高分子制品废弃后对环境的污染
解决途径
（1）延长使用寿命：减少废弃 （2）回收利用：低性能应用；降解 （3）自然降解：自然分解回归自然
Constitutional Unit
构成高分子主链结构一部分的单个原子或原子团，可包含一个或多个链单元。
HH HH HH
CC CC CC
H CH 3 H CH 3 H CH3
重复结构单元
Constitutional Repeating Unit, CRU
重复组成高分子分子结构的最小的结构单元。
HH HH HH CC CC CC H CH 3 H CH 3 H CH 3
涤纶，PET
O C
HO
O
O
(C
C
OCH
2CH
2O
) n
O
C HO
O
C
+ HOCH 2CH 2OH
OH
O
O
C
C
OCH 2CH 2O
2n
O
O
C OCH 2CH 2OH
C
O
n
C OCH 2CH 2O
1.2 高 分 子 基 本 概 念
末端基团
End Groups
高分子链的末端结构单元。
涤纶：
O HO C
O
Polymerization
高分子
单体
Monomer
能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子。
1.2 高 分 子 基 本 概 念
链 原 子 Chain Atoms
构成高分子主链骨架的单个原子。
聚丙烯 HH HH HH CC CC CC H CH 3 H CH 3 H CH 3
聚乙二醇
(
CH2CH
) n
CH3
1.2 高 分 子 基 本 概 念
单 体 单 元 Monomer(ic) Unit, mer
聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元。
聚 合 度 Degree of Polymerization，DP
单个聚合物分子所含单体单元的数目。
聚合物
单体
单体单元
聚合度
聚对苯二甲酸乙二酯，
绪论
1.1 高 分 子 科 学 简 史
天然高分子 的直接利用
天然高分子 的化学改性
高分子 合成
高分子 时代
淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等 天然橡胶的硫化, 硝化纤维的合成等 缩聚反应，自由基、配位、离子聚合等
1.1 高 分 子 科 学 简 史
Hermann Staudinger : 把“高分子”这个概念引进科学领域， 并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺 贝尔奖）。 Carothers : 建立缩聚反应理论。 Karl Ziegler, Giulio Natta : 乙烯、丙烯配位聚合 （1963年诺 贝尔奖） Paul J. Flory : 聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系 （1974年诺贝尔奖）。 Hideki Shirakawa, Alan G. MacDiarmid, Alan J. Heeger ：对 导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖）。
HH HH HH CCOCCOCCO HH HH HH
链 单 元 Chain Units
由链原子及其取代基组成的原子或原子团。
HH HH HH CC CC CC H CH 3 H CH 3 H CH 3
HH HH HH CCOCCOCCO HH HH HH
1.2 高 分 子 基 本 概 念
结构单元
由一种以上（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。生成共聚物 的聚合反应称为共聚反应。
判别均聚物：聚合物分子有且只有一种CRU，并且该CRU可以 只由一种（真实的、隐含的或假设的）单体衍生而来。
1.2 高 分 子 基 本 概 念
HOOC-Ph-COOH HOCH2CH2OH HOOC-Ph-COOH
1.1 高 分 子 科 学 简 史
高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，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。
高分子化学
研究聚合反应和高分子化学反应原理， 选择原料、确定路线、寻找催化剂、制 订合成工艺等。
高分子科学
高分子物理
研究聚合物的结构与性能的关系，为设 计合成预定性能的聚合物提供理论指导， 是沟通合成与应用的桥梁。
O
C OCH 2CH2O C
聚乙烯： CH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3
遥 爪 高 分 子 Telechelic Polymers
含有反应性末端基团、能进一步聚合的高分子。
O C OCH 2CH2 OH
1.2 高 分 子 基 本 概 念
均聚物
Homopolymer
由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。如：
CH 2CH
氯乙烯单体
Cl
O
O
由对苯二甲酸和乙二醇反应
C
C OCH 2CH2O
生成的“隐含单体”：
CH 2CH OH
HOOC-Ph-COOCH2CH2OH “假设单体”：乙烯醇
生成均聚物的聚合反应称均聚反应 （Homopolymerization)。
1.2 高 分 子 基 本 概 念
共聚物
Copolymer
-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n均聚物
隐含单体
HOOC-Ph-COOCH2CH2OH
HOCH2CH2OH HO(CH2)3OH
-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-(OC-Ph-COOCH2CH2CH2O)m-
共聚物
HO-(CH2)5COOH
1.2 高 分 子 基 本 概 念
根据IUPAC1996年之建议：Excerpt from Pure Appl. Chem. 1996, 68, 2287 -
2高311分Байду номын сангаас子
Polymer molecule, Macromolecule
也叫聚合物分子或大分子，具有高的相对分子量，其结构必须是由多个重 复单元所组成，并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生 而来。
CH 2-CH CH 2-CH CH 2-CH
实际上 Cl
Cl
Cl
H2C CH 聚氯乙烯 Cl
CH2 CH OH 概念上
聚乙烯醇
CH2 CH OH
1.2 高 分 子 基 本 概 念
高分子化合物 Polymeric Substance
或称聚合物，是由许多单个高分子（聚合物分子）组成的 物质。
小分子
聚合反应
高 分 子 加 工 研究聚合物加工成型的原理与工艺。
1.1 高 分 子 科 学 简 史
“在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对 人类社会做出如此巨大的贡献.”
制 约 因 素 ：高分子制品废弃后对环境的污染
解决途径
（1）延长使用寿命：减少废弃 （2）回收利用：低性能应用；降解 （3）自然降解：自然分解回归自然
Constitutional Unit
构成高分子主链结构一部分的单个原子或原子团，可包含一个或多个链单元。
HH HH HH
CC CC CC
H CH 3 H CH 3 H CH3
重复结构单元
Constitutional Repeating Unit, CRU
重复组成高分子分子结构的最小的结构单元。
HH HH HH CC CC CC H CH 3 H CH 3 H CH 3
涤纶，PET
O C
HO
O
O
(C
C
OCH
2CH
2O
) n
O
C HO
O
C
+ HOCH 2CH 2OH
OH
O
O
C
C
OCH 2CH 2O
2n
O
O
C OCH 2CH 2OH
C
O
n
C OCH 2CH 2O
1.2 高 分 子 基 本 概 念
末端基团
End Groups
高分子链的末端结构单元。
涤纶：
O HO C
O
Polymerization
高分子
单体
Monomer
能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子。
1.2 高 分 子 基 本 概 念
链 原 子 Chain Atoms
构成高分子主链骨架的单个原子。
聚丙烯 HH HH HH CC CC CC H CH 3 H CH 3 H CH 3
聚乙二醇
(
CH2CH
) n
CH3
1.2 高 分 子 基 本 概 念
单 体 单 元 Monomer(ic) Unit, mer
聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元。
聚 合 度 Degree of Polymerization，DP
单个聚合物分子所含单体单元的数目。
聚合物
单体
单体单元
聚合度
聚对苯二甲酸乙二酯，