高分子化学1

CH2CH Cl
以单体结构为基础 在聚合物链中重复出现
尼龙-66的重复单元
NH(CH 2 ) 6 NH CO(CH 2 ) 4 CO
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3）结构单元（Structure Unit）：单体分子通过聚合反应 进入大分子链的基本单元。结构单元的元素组成可以与 单体的元素组成相同，也可以不同。
4）单体单元（Monomer Unit）：单体分子通过聚合反应形 成的元素组成与单体完全相同的结构单元。
国家级精品课程──高分子化学
高分子化学
主 讲 人：李伯耿（bgli@zju.edu.cn） 陈雪萍（xpchen@zju.edu.cn）
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国家级精品课程──高分子化学
第一章 绪论 Prolegomenon
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高分子材料的创生虽只有90多年，但 其发展速度远远快于金属和无机材料。究 其原因，是合成高分子的结构具有几乎无 穷变化的可能性，赋予材料性能的潜力远 胜于其它物质。
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尼龙-66 己二胺（Hexanediamine）和己二酸（Adipic Acid） 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 己内酰胺（Caprolactam）或ω-氨基已酸的产物， 学名：聚己内酰胺。
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高分子？ Macromolecule（大分子）：包括天然大分子、合成大分子 天然大分子：
蛋白质 DNA、RNA 纤维素 淀粉 天然橡胶 ……
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合成大分子：在适当条件下人工 合成的大分子，称：
Macromolecular Compound（大分
子化合物）
High Polymer（高聚物） Polymer（聚合物）
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英文缩写
ABS：丙烯腈（Acrylonitrile）-丁二烯（Butadiene） -苯乙烯（Styrene）共聚物 SBR：丁苯橡胶（Styrene-Butadiene Rubber） EVA：乙烯（Ethylene）-乙酸乙烯酯（VinylAcetate）的共聚物
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常用聚合物的俗名及英文
无机高分子
主链和侧链均无碳原子，如：硅酸盐等。
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B. 命名（Nomenclature） 1）习惯命名法:
以单体名称为基础命名
均聚物：“聚（Poly）”＋单体名，如： 乙烯 聚乙烯 Polyethylene,PE 聚甲基丙烯酸甲酯 Polymethyl Methacrylate, PMMA
命名程序：
确定重复单元结构 排出重复单元中次级单元（Subunit）的次序，两个原则:
a. 对乙烯基聚合物，先写有取代基的部分 b. 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
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例：
先写有取代基的部分
CHCH2 Cl
聚（1-氯代乙烯） 聚氯乙烯 聚（1-苯基乙烯） 聚苯乙烯
高分子化学
聚合物化学（Polymer Chemistry）
研究聚合物合成与化学反应的一门科学。涉及到两大类反应：
聚合物的合成反应（聚合反应，Polymerization）
小分子
大分子
聚合物的化学反应（Polymer Reaction）
新的大分子 大分子 小分子 反应的影响因素 反应的来自百度文库施方法
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1.1 高分子的基本概念 一个大分子往往是由许多相同的、简单的重复结构 单元连接而成。 例如：聚苯乙烯
n CH2 CH
聚合
CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
缩写成
CH2 CH
n
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1）单体（Monomer）：合成聚合物的低分子量原料
CH2=CH
CH2=CH Cl
苯乙烯 尼龙-66的单体
名称
俗名
PC PAM PMA
英文
Polycarbonate Polyacrylamide Polymethyl acrylate
聚乙烯 聚丙烯 聚异丁烯 聚苯乙烯 聚氯乙烯 聚四氟乙烯 聚丙烯酸 聚酯
聚碳酸酯 聚丙烯酰胺 聚丙烯酸甲酯
聚甲基丙烯酯甲 PMMA Polymethylmetha crylate 酯 聚醋酸乙烯 聚乙烯醇 聚丁二烯 聚丙烯腈
DP = X n = n
M = DP ⋅ M 0 = X n ⋅ M 0
注意：式中，M0 是重复 单元（或结构单元）的“分 子量”，而不是单体的分子 量
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Case 4：聚合物由二种单体聚合而生成，但两种结构单元 的元素组成分别与两种单体的元素组成相同。如：
该聚合物（称共聚物， Copolymer）由丁二烯和苯乙 烯二种单体共聚而成，存在着 两种与各自单体元素组成完全 相同的结构单元。丁苯橡胶
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合成橡胶： 丁二烯（Butadiene）+ 苯乙烯（Styrene） 丁二烯（Butadiene）+ 丙烯腈（Acrylonitrile） 乙烯（Ethylene）+丙烯（Propylene）
以高分子链的结构特征命名
丁苯橡胶（SBR） 丁腈橡胶
乙丙橡胶（EPR）
O -C-NH聚酰胺
O -C-O聚酯
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化工产品十分广泛，迄今已达到 7 万种之多，主要包括：
无机酸、碱、盐和化肥为代表的无机化工； 烷烃、烯烃、芳烃、醇、醛、酸、酯、酮、胺等为代表的基本
有机化工；
合成树脂及塑料、合成橡胶、合成纤维为代表的高分子化工； 医药、农药、染料、涂料、日用化学品为代表的精细化工。
还有一些逐步形成了独立的工业部门，如炼油、冶金、医药、 造纸、建材、酿造、环保等。化学工业已经而且会在较长时期内 成为我国国民经济的重要支柱产业。
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Case 1：聚合物由二种单体缩聚而生成。如：
H 2 N (C H 2 ) 6 N H 2 + H O O C (C H 2 ) 4 C O O H
H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OH + (2n-1) H 2O
重复单元
结构单元 结构单元
n
本例特点：
因两种单体参与聚合，故两种结构单元构成了一个重复
氯乙烯
己二酸：HOOC(CH2)4COOH 己二胺：NH2(CH2)6NH2
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2）重复结构单元 （Repeating Structure Unit）：大分子链 上化学组成和结构均可重复出现的最小基本单元，可简称 重复单元，又可称链节（Chain Element） 聚氯乙烯的重复单元 重复单元的特点：
与之对应，由一 种单体聚合而成的聚 合物称均聚合物 （Homopolymer）
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注意到，式中x, y为任意值，故在分子链上结构单元的 排列是任意的，即 ∼M1M2M1M1M2M1M2M2M2 ∼ 这种由无规排列的结构单元组成的高分子，无法确定它 的重复单元，仅
结构单元＝单体单元
M = X n1 ⋅ M 10 + X n 2 M 20
结构单元。
重复单元（链节）≠ 结构单元
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因聚合反应为官能团间的缩合反应，单体分子进入大分
子后失去了一些元素，故结构单元不能称单体单元。
H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OH
n
5）聚合度（Degree of Polymerization）：聚合物分子量大 小的一个指标，在聚合物的分子结构式中以n 表示，也称 为链节数。有两种表示方法：
名称 俗名
PE PP PIB PS PVC PTFE PAA PET
英文
Polyethylene Polypropylene Polyisobutylene Polystyrene Polyvinyl Chloride Polytetrafluoroethylene Polyacrylic Acid Polyester
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
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本例中 ，因两种结构单元构成了一个重复结构单 元，所以
X
n
= 2 DP = 2 n
聚合物的分子量（Molecular Weight）：
M = DP ⋅ M 0 = X n1 ⋅ M 10 + X n 2 M 20
Xn = ⋅ ( M 10 + M 20 ) 2
式中，M0＝重复单元的“分子量”，M10、M20 分别为 两种结构单元的“分子量”，且
M 0 = M 10 + M 20
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Case 2：聚合物由一种单体聚合而生成，且重复结构单元 的元素组成与单体的元素组成完全相同。如：
n CH2 CH CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
2）根据高分子的主链结构分类
碳链聚合物
大分子主链完全由碳原子组成，绝大部分烯类、双烯类聚 合物属于这一类，如：PE，PP，PS，PVC等。
杂链聚合物
大分子主链中除碳原子外，还有O、N、S等杂原子，如：聚 酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚等。
元素有机聚合物
大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、 P 等原子组成，侧基则由有机基团组成，如：硅橡胶等。
PVAc PVA PB PAN Polyvinyl Acetate Polyvinyl Alcohol Polybutadiene Polyacrylnitrile
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2）结构系统命名法：
由（International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC）提出
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反应的机理 反应的动力学
什么是高分子？
由原子或原子团（结构单元）以共价键形式连结而成的 大分子量同系混合物
结构单元 共价键连结 大分子量（通常>104） 同系混合物（具有分子量的多分散性）
注：“分子量”一词国内有关标准规定称“相对分子质量”。但对 于高分子，国际上绝大多数专业书刊都称Molecular Weight， 且考虑到以后还将引入“平均分子量”、“分子量分布”等高分子 专有的概念，故我们仍坚持称“分子量”。
CHCH2
所连接的侧基元素最少的部分先写
—CH=CHCH2CH2— 聚（1-亚丁烯基） 聚丁二烯
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CH3 C CH2
n
聚[1-(甲氧基羰基)-1-甲基乙烯] Poly[1-(methoxycarbonyl)-1-methyl ethylene ]
COOCH3
聚（亚胺基六甲叉亚胺基己二酰） Poly(iminohexamethylene imino adipoyl)
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1.2 高分子化合物的分类和命名 A. 分类（Classification） 1）根据产品的性能和用途分 塑料（Plastics） 橡胶（Rubber） 纤维（Fiber） 涂料（Coating, Paint） 胶粘剂（Adhesive） 功能高分子（生物医用高分子、光电功能高分子、分离 功能高分子、……） 25 称为“三大合成材料”，产量大， 应用面广。
重复单元 (链节)＝结构单元＝单体单元
CH2 CH
n
DP = X n = n
M = DP ⋅ M 0 = X n ⋅ M 0
式中，M0 为重复单元 (或结 构单元)的分子量，也就是单体 的分子量。
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Case 3：聚合物由一种单体聚合而生成，但重复单元的元 素组成与单体的元素组成不同。如：
重复单元（链节）＝结构单元 ≠ 单体单元
NH(CH2)6NHCO(CH 2)4CO
n
CH3 O CO O C CH3
n
聚（氧羰基氧-1,4-苯撑－异丙叉1,4-苯撑） Poly(oxycarbonyloxy-1,4phenylene-isopropylidene-1,4phenylene)
[CH CH] n OH
甲基丙烯酸甲酯
也有以假想单体为基础命 名，如聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol) （Polyvinyl Acetate）的水解产物。
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乙烯醇为假想的单体，聚乙烯醇实际上是聚乙酸乙烯酯
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共聚物：取单体简名，在后面加“树脂（Resin）” 或 “橡胶（Rubber）” 合成树脂： 苯酚（Phenol）+甲醛（Formaldehyde) 酚醛树脂（PF Resin） 尿素+甲醛 甘油+ 邻苯二甲酸酐 脲醛树脂 醇酸树脂
O -NH-C-O聚氨酯
-O聚醚
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商品名（合成纤维最普遍，我国以“纶”作为后缀）如
涤纶 丙纶 锦纶
聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）纤维 聚丙烯纤维 聚酰胺纤维，常称尼龙（Nylon）
尼龙的品种很多，常以数字作后缀，以示区别。 其中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。