功能高分子材料2ppt課件

1、 功能高分子材料功能高分子功能高分子1 教學(xué)目的及要求：教學(xué)目的及要求： 1.掌握：掌握：高分子化合物的基本概念、聚合反應(yīng)的分類方高分子化合物的基本概念、聚合反應(yīng)的分類方法法 ；掌握書寫聚合物結(jié)構(gòu)式的一般方法，掌握聚合物；掌握書寫聚合物結(jié)構(gòu)式的一般方法，掌握聚合物平均分子量、分子量分布的幾種表示方法；平均分子量、分子量分布的幾種表示方法； 2.熟悉熟悉：高分子的特點(diǎn)；高分子的特點(diǎn)； 線型、支鏈和體型大分子以及線型、支鏈和體型大分子以及高分子的微觀結(jié)構(gòu)高分子的微觀結(jié)構(gòu) 、聚合物的分類及幾種命名方法、聚合物的分類及幾種命名方法 ；3.了解：了解：高分子化學(xué)研究的主要問題，了解聚合物分子高分子化學(xué)研

2、究的主要問題，了解聚合物分子量、分子量分布對(duì)聚合物性能的影響，聚合物的物理量、分子量分布對(duì)聚合物性能的影響，聚合物的物理狀態(tài)和主要性能、狀態(tài)和主要性能、 高分子材料和機(jī)械強(qiáng)度、高分子化高分子材料和機(jī)械強(qiáng)度、高分子化學(xué)簡(jiǎn)史學(xué)簡(jiǎn)史 以及高分子科學(xué)及其工業(yè)發(fā)展歷史和前景。以及高分子科學(xué)及其工業(yè)發(fā)展歷史和前景。 由許多相同的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單元由許多相同的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單元(unit)通過共價(jià)鍵通過共價(jià)鍵(covalent bond)重復(fù)鍵接而成的相對(duì)分子質(zhì)量很大的化合物。重復(fù)鍵接而成的相對(duì)分子質(zhì)量很大的化合物。高分子高分子(大分子大分子) (macromolecule)高聚物高聚物 (high polym

3、er)聚合物聚合物 (polymer)1.一般稱胰島素等化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的生物高分子化合物為大一般稱胰島素等化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的生物高分子化合物為大分子化合物，而稱人工合成的塑料、橡膠和纖維等為聚合物或高聚物。分子化合物，而稱人工合成的塑料、橡膠和纖維等為聚合物或高聚物。2.聚合物包括低聚物聚合物包括低聚物(oligomer)和高聚物和高聚物,但通常所稱的聚合物即指高但通常所稱的聚合物即指高聚物。聚物。低聚物（低聚物（oligomer)：分子量較小的高分子化合物，重復(fù)單元數(shù)只有幾個(gè)到十分子量較小的高分子化合物，重復(fù)單元數(shù)只有幾個(gè)到十幾個(gè)。線型或環(huán)狀結(jié)構(gòu)。如聚乙二醇。幾個(gè)。線型或環(huán)狀結(jié)

4、構(gòu)。如聚乙二醇?，F(xiàn)在的傾向：現(xiàn)在的傾向：高分子的特征：高分子的特征：a、相對(duì)分子質(zhì)量很大、相對(duì)分子質(zhì)量很大一般高分子的分子量在一般高分子的分子量在104106b、共價(jià)鍵連接、共價(jià)鍵連接c、由相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)重復(fù)多次而成、由相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)重復(fù)多次而成ch2chcln高分子可看作是由許多重復(fù)單元所組成的一條長鏈高分子可看作是由許多重復(fù)單元所組成的一條長鏈 c chhch3hchhcch3hchhcch3h支鏈支鏈主鏈主鏈側(cè)基側(cè)基鏈原子鏈原子 構(gòu)成高分子主鏈骨架的單個(gè)原子構(gòu)成高分子主鏈骨架的單個(gè)原子聚丙烯聚丙烯聚乙二醇聚乙二醇chhchho chhchho chhchho高高 分分 子子單單 體體聚合

5、反應(yīng)聚合反應(yīng)polymerization能夠進(jìn)行聚合反應(yīng)，并構(gòu)成高分子基本結(jié)構(gòu)組能夠進(jìn)行聚合反應(yīng)，并構(gòu)成高分子基本結(jié)構(gòu)組成單元的小分子。即成單元的小分子。即合成聚合物的合成聚合物的起始原料起始原料。單單 體體（monomer）聚合聚合ch2 chch2-ch-ch2-ch-ch2-chnch2 chn縮寫成縮寫成在大分子鏈中出現(xiàn)的以在大分子鏈中出現(xiàn)的以單體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的原子團(tuán)單體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的原子團(tuán)。即構(gòu)成大分子鏈的基本結(jié)構(gòu)單元。結(jié)構(gòu)單元的元素即構(gòu)成大分子鏈的基本結(jié)構(gòu)單元。結(jié)構(gòu)單元的元素組成可以與單體的元素組成相同，也可以不同。組成可以與單體的元素組成相同，也可以不同。 聚丙烯聚丙烯 尼龍尼龍66

6、結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元structure unitcchhch3hchhcch3hchhcch3hn nh ( ch2 ) nh c ( ch2 ) c 64oo聚合物中化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)均可重復(fù)出現(xiàn)的最小基本聚合物中化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)均可重復(fù)出現(xiàn)的最小基本單元，又可稱單元，又可稱鏈節(jié)鏈節(jié)（chain element）。）。在聚合物鏈節(jié)中，與單體的元素組成相同，僅部在聚合物鏈節(jié)中，與單體的元素組成相同，僅部分電子狀態(tài)稍有差別的（基本）結(jié)構(gòu)單元。分電子狀態(tài)稍有差別的（基本）結(jié)構(gòu)單元。ch2chclclch2 ch和和聚氯乙烯的重復(fù)單元聚氯乙烯的重復(fù)單元尼龍尼龍-66-66的重復(fù)單元的重復(fù)單元monomer u

7、nit重復(fù)單元重復(fù)單元 repeating unit高分子的三種組成情況高分子的三種組成情況比比 較較n h2n-(-ch2-)-cooh-nh-(-ch2-)-co-nn h2o+55h2n(ch2)6nh2 + hooc(ch2)4coohh-nh(ch2)6nh-co(ch2)4co-ohn(2n-1) h2o+nch2 chch2-ch-ch2-ch-ch2-chn1.1.高分子的三種組成情況高分子的三種組成情況聚合聚合ch2 chch2-ch-ch2-ch-ch2-chnch2 chn結(jié)構(gòu)單元單體單元重復(fù)單元鏈節(jié)結(jié)構(gòu)單元單體單元重復(fù)單元鏈節(jié)此此時(shí)時(shí)重復(fù)單元的元素組成與單體的元素組成相

8、同重復(fù)單元的元素組成與單體的元素組成相同結(jié)構(gòu)單元數(shù)目結(jié)構(gòu)單元數(shù)目重復(fù)單元數(shù)目重復(fù)單元數(shù)目nxdp此時(shí)此時(shí)ndpxn說明說明：由于絕大多數(shù)高聚物都是由不同鏈長的大分子組成，即：由于絕大多數(shù)高聚物都是由不同鏈長的大分子組成，即同一種聚合物是由一組不同聚合度和不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的同系物的混合同一種聚合物是由一組不同聚合度和不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的同系物的混合物所組成，因此，聚合物的分子量或聚合度只是這種大小不一的大物所組成，因此，聚合物的分子量或聚合度只是這種大小不一的大分子的統(tǒng)計(jì)平均值，或者說分子的統(tǒng)計(jì)平均值，或者說分子量或聚合度具有一定的分布范圍分子量或聚合度具有一定的分布范圍。一種結(jié)構(gòu)單元一種結(jié)構(gòu)單元組成的高

9、分子組成的高分子聚合度（聚合度（degree of polymerization，縮寫為縮寫為dp）：n h2n-(-ch2-)-cooh-nh-(-ch2-)-co-nn h2o+55結(jié)構(gòu)單元比其單體少了些原子（氫原子和氧原子），因?yàn)榫酆蠒r(shí)結(jié)構(gòu)單元比其單體少了些原子（氫原子和氧原子），因?yàn)榫酆蠒r(shí)有小分子生成，所以此時(shí)的結(jié)構(gòu)單元不等于單體單元。有小分子生成，所以此時(shí)的結(jié)構(gòu)單元不等于單體單元。由聚合度可計(jì)算出高分子的分子量由聚合度可計(jì)算出高分子的分子量 00nmxmdp m重復(fù)單元的元素組成與單體的元素組成不同重復(fù)單元的元素組成與單體的元素組成不同h2n(ch2)6nh2 + hooc(ch2)

10、4coohh-nh(ch2)6nh-co(ch2)4co-ohn(2n-1) h2o+2.2.其重復(fù)單元由其重復(fù)單元由兩種結(jié)構(gòu)單元兩種結(jié)構(gòu)單元組成，且結(jié)構(gòu)組成，且結(jié)構(gòu)單元與單體的單元與單體的組成不盡相同，組成不盡相同，所以，不能稱所以，不能稱為單體單元。為單體單元。高分子的三種組成情況高分子的三種組成情況單個(gè)聚合物分子所含單體單元的數(shù)目。單個(gè)聚合物分子所含單體單元的數(shù)目。cocooch2ch2o()ncocohooh+hoch2ch2ohcocooch2ch2ohhococooch2ch2ococooch2ch2o 聚合物聚合物 單單 體體 單體單元單體單元 聚合度聚合度2n聚對(duì)苯二甲酸乙二酯

11、，聚對(duì)苯二甲酸乙二酯，滌綸，滌綸，petn例：ndpxn22002mdpmxmn結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元重復(fù)單元 單體單元；但單體單元；但, 重復(fù)單元鏈節(jié)重復(fù)單元鏈節(jié) 例例1：以氯乙烯單體為原料，聚合得到的聚氯乙烯的分子量，根以氯乙烯單體為原料，聚合得到的聚氯乙烯的分子量，根 據(jù)其用途不同可在據(jù)其用途不同可在5萬至萬至15萬之間，其結(jié)構(gòu)單元的分子量萬之間，其結(jié)構(gòu)單元的分子量 為為62.5，計(jì)算其聚合度。，計(jì)算其聚合度。clch2chch2 chclnn解：解： = = 50000-150000/62.5=800-2400= = 50000-150000/62.5=800-2400 通過計(jì)算可

12、知，通過計(jì)算可知，聚氯乙烯的平均聚合度應(yīng)在聚氯乙烯的平均聚合度應(yīng)在800-2400,800-2400,聚氯乙烯聚氯乙烯 分子約由分子約由800-2400800-2400個(gè)氯乙烯單元組成。個(gè)氯乙烯單元組成。x0mm例例2 2：以對(duì)苯二甲酸與乙二醇為原料，經(jīng)縮聚制得聚對(duì)苯二甲酸以對(duì)苯二甲酸與乙二醇為原料，經(jīng)縮聚制得聚對(duì)苯二甲酸 乙二醇酯，其分子量一般在乙二醇酯，其分子量一般在2 2萬左右，計(jì)算萬左右，計(jì)算 及及 。 dpnx解解：已知已知-o(ch-o(ch2 2) )2 2o-o-結(jié)構(gòu)單元分子量為結(jié)構(gòu)單元分子量為6060，-oc-c-oc-c6 6h h5 5-co-co- 結(jié)構(gòu)單元分子量為結(jié)構(gòu)

13、單元分子量為132132。 由由 = = （m + m ）/2/2得：得： 2000 = 2000 = （60+13260+132）/2/2 則則 =208=208 = /2=104 = /2=104nmnx0102nxnxdpnx3.3. 由一種（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單體聚合而成的聚合物。由一種（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單體聚合而成的聚合物。聚合物分子有且只有一種重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，并且該重復(fù)聚合物分子有且只有一種重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，并且該重復(fù)結(jié)構(gòu)單元可以只由一種（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）結(jié)構(gòu)單元可以只由一種（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單體衍生而來。單體衍生而來。判別均聚物判別均聚物高分子的三種組成情

14、況高分子的三種組成情況均聚物均聚物homopolymer)齊聚物齊聚物：由幾個(gè)或十幾個(gè)單元相互鍵連而成；不能稱為聚合物。均聚物均聚物：由一種單體聚合而成的聚合物。共聚物共聚物：由兩種或兩種以上單體共聚而成的聚合物。 生成均聚物的聚合反應(yīng)稱生成均聚物的聚合反應(yīng)稱均聚反應(yīng)均聚反應(yīng) （homopolymerization) )。氯乙烯單體氯乙烯單體由對(duì)苯二甲酸和乙二醇反應(yīng)由對(duì)苯二甲酸和乙二醇反應(yīng)生成的生成的“隱含單體隱含單體”：hooc-ph-cooch2ch2oh“假設(shè)單體假設(shè)單體”：乙烯醇：乙烯醇ch2chclcocooch2ch2och2choh例：例：說明：說明： m1m2m1m1m2m1m

15、2m2m2 -( ch2-ch=ch-ch2 -)-(-ch2-ch-)-xyn由由兩種或兩種以上兩種或兩種以上（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單體聚（真實(shí)的、隱含的或假設(shè)的）單體聚合而成的聚合物。生成共聚物的聚合反應(yīng)稱為合而成的聚合物。生成共聚物的聚合反應(yīng)稱為共聚反應(yīng)共聚反應(yīng)。共共 聚聚 物物 （copolymer）無規(guī)共聚物：無規(guī)共聚物：在高分子鏈中不同單體單元的序列分布無規(guī)則。在高分子鏈中不同單體單元的序列分布無規(guī)則。 兩種單元在鏈中的排列順序是不能預(yù)測(cè)的。兩種單元在鏈中的排列順序是不能預(yù)測(cè)的。在烯類單體自由基共聚合時(shí)在烯類單體自由基共聚合時(shí), ,通常得到的是無規(guī)共通常得到的是無規(guī)共聚物，其性

16、質(zhì)與相應(yīng)的均聚物是大不相同的。聚物，其性質(zhì)與相應(yīng)的均聚物是大不相同的。-a-b-a-a-b-a-b-b-a-a-b-a-b-b-a-b-a-b-a-a-b-a-b-b-a-a-b-a-b-b-a-b-交替共聚物：交替共聚物：顧名思義，交替共聚物就是顧名思義，交替共聚物就是a a和和b b兩種結(jié)構(gòu)單元兩種結(jié)構(gòu)單元 在高分子鏈中交替排列。在高分子鏈中交替排列。通過特定的烯類聚合能得到交替共聚物，其性通過特定的烯類聚合能得到交替共聚物，其性 能與兩類均聚物的性質(zhì)也大不相同。能與兩類均聚物的性質(zhì)也大不相同。-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b-a-b

17、-a-b-a-b-a-b-a-b-嵌段共聚物：嵌段共聚物：高分子鏈中由一種結(jié)構(gòu)單元鏈段和另一種結(jié)構(gòu)高分子鏈中由一種結(jié)構(gòu)單元鏈段和另一種結(jié)構(gòu) 單元鏈段相接組成。兼具有兩種均聚物的性質(zhì)。單元鏈段相接組成。兼具有兩種均聚物的性質(zhì)。 -a-a-a-a-a-a-a-a-b-b-b-b-b-b-b-b-a-a-a-a-a-a-a-a-b-b-b-b-b-b-b-b-接技共聚物：接技共聚物： 共聚物的主鏈?zhǔn)且环N均聚物，支鏈?zhǔn)橇硪环N均聚物稱接枝共聚物的主鏈?zhǔn)且环N均聚物，支鏈?zhǔn)橇硪环N均聚物稱接枝共聚物。可用兩類均聚物相互反應(yīng)生成，也可由共聚物?？捎脙深惥畚锵嗷シ磻?yīng)生成，也可由a a種均聚種均聚物的主鏈上引人一

18、些可反應(yīng)的基團(tuán)，再接上由物的主鏈上引人一些可反應(yīng)的基團(tuán)，再接上由b b形成的支形成的支鏈構(gòu)成接枝共聚物。接枝共聚物的性質(zhì)是兩類均聚物的加鏈構(gòu)成接枝共聚物。接枝共聚物的性質(zhì)是兩類均聚物的加合。合。hooc-ph-coohhoch2ch2oh-(oc-ph-cooch2ch2o)n-隱含單體隱含單體hooc-ph-cooch2ch2ohhooc-ph-coohhoch2ch2ohho(ch2)3oh-(oc-ph-cooch2ch2o)n-(oc-ph-cooch2ch2ch2o)m-ho-(ch2)5coohhoch2cooh-o(ch2)5com-och2con-共聚物共聚物共聚物共聚物均聚物均聚物例：例：滌綸：滌綸： 高分子鏈的末端結(jié)構(gòu)單元。高分子鏈的末端結(jié)構(gòu)單元。末末 端端 基基 團(tuán)團(tuán) （ end groups）ho cocooch2ch2ococooch2ch2oh聚乙烯：聚乙烯：ch3ch2-(ch2ch2)n-ch2ch3 由于通常聚合物的分子量很大，末端基團(tuán)相對(duì)于整個(gè)高分子而言由于通常聚合物的分子量很大，末端基團(tuán)相對(duì)于整個(gè)高分子而言是很小的組成單元，而且通常是未知的，因此若非需要特別指出末端是很小的組成單元