高分子化学1-绪论

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1.2 高分子化合物的分类和命名
2、结构系统命名法：由国际理论化学与应用化学联合会 （international Union of Pure and Applied Chemistey, IUPAC）提出 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
聚合反应（聚合物合成）（Polymerization） 聚合物的反应（Polymer Reaction）
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1.1高分子的基本概念
高（大）分子？ 大分子化合物?
什么是
高聚物？ 聚合物？
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
共价键：非金属原子间通过共用 电子对（电子云的重叠）所形成的化学键。
有低分子析出， 不宜称单体单元
结构单元 ≠ 重复单元 ≠ 单体单元
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作业： 写出下列聚合物的化学式，按性能和用途分类，并根据 给出的分子量计算平均聚合度，分别以重复单元数和结 构单元数表示：
项目 分子量/ 万 M（单 体） 聚苯乙烯 15 104 有机玻璃 10 100 涤纶 2.5 尼龙－ 610 3 聚异戊二 烯 40 68
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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。 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。
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1. 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。
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1.2 高分子化合物的分类和命名
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，侧基由有机基团组成， 如甲基、乙基、乙烯基、苯基等。如：聚硅氧烷 即硅橡胶等。 无机高分子 主链和侧链均无碳原子，如：硅酸盐等。
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1.2 高分子化合物的分类和命名
B.命名
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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1.1 高分子的基本概念
什么是高分子？
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20世纪20～40年代是高分子科学建立和发展 的时期；30～50年代是高分子材料工业蓬勃发展 的时期；60年代以来则是高分子材料大规模工业 化、特种化、高性能化和功能化的时期。 作为新兴材料科学的一个分支，高分子材料 目前已经渗透到工业、农业、国防、商业、医药 以及人们的衣、食、住、行的各个方面，正如一 篇科普文章所述，“在大街上你曾见过一个绝对不 与合成高分子材料打交道的人吗？”答案肯定是 NO。
结构单元 结构单元
n
重复结构单元
此时 ，两种结构单元构成一个重复结构单元
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本例特点： 因两种单体参与聚合，故两种结构单元构成了 一个重复结构单元。 重复单元（链节）≠结构单元 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
结构单元 ≠ 重复单元 ≠ 单体单元
功能高分子是指在高分子主链 和侧枝上带有反应性功能基团， 并具有可逆或不可逆的物理功能 或化学活性的一类高分子
胶粘剂是指具有良好的粘 合性能，可将两种相同或 不相同的物体粘接在一起 的连接材料
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高分子化合物的分类
2）按照来源分：天然高分子、合成高分子、 改性高分子； 3）按照热行为分：热塑性聚合物、热固性聚 合物； 4）按照聚集态分：橡胶态、玻璃态、部分结 晶态。
缩聚反应的主要产物为缩聚物（condensation polymer）
特点： 官能团之间反应，缩聚物有特征结构官能团； 有低分子副产物，如水、乙醇、氨、氯化氢； 缩聚物和单体分子量不成整数倍
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3)开环聚合：环状单体键断裂而后聚合成线形聚 合物的反应
选用水和酸为引发剂或用碱作催化剂时，反应特点及规律完全不同
——由活性中心（active center）引发单体，迅速连锁增长
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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在这里,两种聚合度相等，都等于 n
由聚合度可计算出高分子的分子量：
式中: M 是高分子的分子量 M0 是结构单元的分子量，也 就是单体的分子量
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2、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。
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锦纶，聚酰胺，常称尼龙（Nylon），在其后加数字区别， 第一个数字表示二元胺的碳原子数，第二数字表示二元酸的 碳原子数，只附一个数字表示内酰胺或氨基酸的碳原子数。
P4表1-2
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1.2 高分子化合物的分类和命名
4）英文缩写
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P4表1-2
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工业上习惯用简化名称，如： 聚氯——聚氯乙烯 聚乙——聚乙烯 聚苯——聚苯乙烯 聚碳——聚碳酸酯 有机玻璃——聚甲基丙烯酸酯 亚克力——丙烯酸类塑料（acrylic的音译） 塑料王——聚四氟乙烯 电木——酚醛塑料 电玉——脲醛塑料
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5）按照高分子的主链结构分：
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。表1－1 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、聚醚等缩聚物和杂环开环聚 合物，天然高分子多属于这一类。这类聚合物的特征基 团，如醚键（-O-）、酯键（-OCO-)、酰胺键（-NHCO）等。表1－2
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高分子材料的创生只有80-90年，但其发展 速度远远快于金属和无机材料。究其原因，是合 成高分子结构具有的几乎无穷变化的可能性，其 赋予材料性能的潜力远胜于其它物质。
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1. 绪
论
高分子科学是当代发展最迅速的学科之一 高分子科学既是一门应用科学，又是一门 基础科学 高分子科学已经发展成高分子化学和高分 子物理两个主要分支 高分子化学是研究高分子化合物合成 （聚合）和化学反应的一门科学。
n H2N-(--CH2-)-COOH
氨基己酸
5
--NH-(--CH2-)-CO-- + n H2O n 5
尼龙-6
结构单元＝重复单元＝链节≠ 单体单元
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3.聚合物由两种单体缩聚而生成
合成尼龙-66：
H2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH
H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OH + (2n-1) H2O
聚醋酸乙烯酯
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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：
P3表1-1
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1.2 高分子化合物的分类和命名
杂链聚合物此种命名较多
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1.2 高分子化合物的分类和命名
3）商品名（合成纤维最普通，我国以“纶”作为合成纤 维的后缀），如 涤纶——聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯） 丙纶——聚丙烯 腈纶——聚丙烯腈 维尼纶——聚乙烯醇 氯纶——聚氯乙烯 锦纶——聚酰胺，常称尼龙（Nylon）
从组成和结构变化来看，上述反应应 归属于加聚反应；但从产物中官能团结构 特征看，类似于缩聚反应。
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除以上三大类之外，还有多种聚合反应，如：
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一些消去反应（elimination reaction），如：
有低分子副产物析出，类似于缩聚反应； 但产物却与烯类单体加聚物类似。
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2、按聚合机理（mechanism）或动力学（kinetics）分类 连锁聚合（chain polymerization）
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一个大分子往往是由许多相同的、简单 的结构单元通过共价键重复连接而成。 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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定义： 单体(Monomer)：合成聚合物的低分子量原料
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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)
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1.2 高分子化合物的分类和命名
A.分类 1）按照产品的性能和用途分：
塑料（Plastics） 称为“三大合成材料”，产量 橡胶（Rubber） 大，应用面广。 纤维（Fiber） 涂料（Coating Paint） 涂料是涂布于物体表面能结 成坚韧保护膜的涂装材料 胶黏剂（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、......）
n
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。
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----( CH 2--CH=CH--CH 2 -)--(-CH 2--CH-)---y x
nHale Waihona Puke Baidu
x, y为任意值，故在分子链上结构单元 的排列是任意的： ∼ ∼M1M2M1M1M2M1M2M2M2 ∼ ∼ 在这种情况下，无法确定它的重复单元， 仅 结构单元＝单体单元
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在本例中，因两种结构单元构成了一个重复单元， 所以
聚合物的分子量（Moleculer Weight）:
式中， M0 =重复单元的“分子量”， M10 M20 分别为 结构单元的“分子量”，且
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4.聚合物由两种单体聚合而生成，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
丁苯橡胶
----( CH2--CH=CH--CH2 -)--(-CH2--CH-)--y x
结构单元 共价键结合
大分子量同系混合物（分子量的多分散性）
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1.1 高分子的基本概念
高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、 高聚物、聚合物 这些术语一般可以通用 Macromolecules, High Polymer, Polymer 最常用的高分子的分子量一般高达几万、几十 万，甚至上百万，范围在104～107
n CH2 CH CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
CH2 CH
n
结构单元＝单体单元＝重复单元＝链节 由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物 （Homopolymer）
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聚合度 （Degree of polymerization）
CH2 CH
n
衡量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, 有两种表示法：
教材：潘祖仁主编《高分子化学》
高分子化学
主讲人：陈 莉、刘冬青
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1. 绪
论
化学工业产品十分广泛，迄今为止已达到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、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
62（醇） 116 （胺） 166 202 （酸） （酸）
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1.3 聚合反应
聚合反应
单体
聚合物
由低分子单体合成聚合物的反应总称作聚合。 按反应单体：均聚、共聚 按反应类型：线形、开环、环化、转移、异构化 按单体、聚合物的组成和结构变化分类 按聚合机理或动力学分类
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1、按单体、聚合物的组成和结构变化分类
1、习惯命名法：
1）以单体名称为基础命名 均聚物："聚（Poly）"+单体名，如：
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1.2 高分子化合物的分类和命名
乙烯醇为假想的单体，聚乙烯醇实际上是聚醋酸乙烯 （polyvinyl acetate）的水解产物。
nCH2=CH(COOCH3) [-CH2CH(COOCH3)-]n
聚乙烯醇
醋酸乙烯酯
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1.2 高分子化合物的分类和命名
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举例 41
例题：尼龙－610是什么聚合物？其单体是什么？名称中6 和10分别代表什么含义？写出该聚合物、单体单元、结构单 元、重复单元的结构。 学名：聚葵二酰己二胺 单体：己二胺、葵二酸 6：二元胺碳原子数 10：二元酸碳原子数 -[NH(CH2)6NH-CO(CH2)8CO]n结构单元 重复单元 结构单元
1)加聚反应（addition polymerization）：烯 类单体加成而聚合起来的反应
加聚反应的生成物称加聚物（addition polymer）
特点： 聚合物的结构单元组成相同，分子量是单体分子量的整数倍 聚合过程无副产物生成
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2）缩聚反应（polycondensation）：单体经过 多次缩合而聚合成大分子的反应