高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)(第二版) 第1章 緒論

1、 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)普通高等教育普通高等教育“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)第二版第二版魏無(wú)際 俞強(qiáng) 崔益華 主編 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化合物的基本概念2高分子科學(xué)的建立和發(fā)展1第1章緒論高分子合成反應(yīng)的分類4高分子的分類與命名3高分子的結(jié)構(gòu)、物理狀態(tài)及其性能特點(diǎn)5 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1.1 高分子科學(xué)的建立和發(fā)展12高分子科學(xué)的發(fā)展歷史高分子科學(xué)的發(fā)展歷史高分子科學(xué)體系及發(fā)展趨勢(shì)高分子科學(xué)體系及發(fā)展趨勢(shì) 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1920年，德國(guó)科學(xué)家H.Staudin

2、ger發(fā)表了著名的論文“論聚合”，首次給出了“大分子”概念。他認(rèn)為：天然橡膠、聚苯乙烯、聚甲醛這些物質(zhì)是具有長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的大分子，這些長(zhǎng)鏈大分子由小分子化合物相互之間以共價(jià)鍵重復(fù)連接而成。這種通過(guò)共價(jià)鍵將小分子相互連接形成長(zhǎng)鏈大分子的過(guò)程稱為“聚合”。20世紀(jì)60年代是聚烯烴、合成橡膠、工程塑料，以及溶液聚合、配位聚合、離子聚合大發(fā)展的時(shí)代，與以前開(kāi)發(fā)成功的聚合物品種、聚合方法結(jié)合在一起，形成了合成高分子全面繁榮的局面，這種全面發(fā)展的繁榮時(shí)代一直持續(xù)到現(xiàn)在。1.1.1 高分子科學(xué)的發(fā)展歷史 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)進(jìn)入21世紀(jì)后，在高分子科學(xué)的發(fā)展上出現(xiàn)了兩個(gè)新的動(dòng)向，其一是向生命

3、現(xiàn)象靠攏，其二是更加精細(xì)化。對(duì)高分子空間結(jié)構(gòu)、超級(jí)結(jié)構(gòu)和高分子電解質(zhì)的研究發(fā)展使得生物高分子與合成高分子的距離縮小。高分子已不僅用作以力學(xué)特性為主的結(jié)構(gòu)材料，而且試圖用作各種功能材料。與這種動(dòng)向相對(duì)應(yīng)，詳細(xì)研究高分子對(duì)電、光、熱、化學(xué)變化等各種刺激的響應(yīng)，以及開(kāi)拓能合成具備這些特性且結(jié)構(gòu)奇妙的高分子的特殊反應(yīng)則成為一個(gè)重要的研究方向。這種發(fā)展方向?qū)?huì)給高分子科學(xué)的發(fā)展帶來(lái)新的動(dòng)力。1.1.2 高分子科學(xué)體系及發(fā)展趨勢(shì) 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1.2 高分子化合物的基本概念12高分子、大分子、聚合物和高高分子、大分子、聚合物和高聚物聚物高分子的分子量及其多分散性高分子的分子量及其

4、多分散性 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化合物簡(jiǎn)稱為高分子（polymer或macromolecule）。高分子、大分子、聚合物和高聚物在大多數(shù)情況下具有相同的含義。它們之間沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，可以相互混用。但是，從嚴(yán)格的意義上講，大分子是分子量比較高的一類化合物的總稱，而聚合物指的是由結(jié)構(gòu)單元通過(guò)共價(jià)鍵重復(fù)連接而成的大分子。1.2.1高分子、大分子、聚合物和高聚物 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)（1）數(shù)均分子量（2）重均分子量1.2.2 高分子的分子量及其多分散性 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1.3 高分子的分類與命名12高分子的分類高分子的分類高分子的命名高

5、分子的命名3高分子結(jié)構(gòu)式的書(shū)寫(xiě)及英文縮寫(xiě)高分子結(jié)構(gòu)式的書(shū)寫(xiě)及英文縮寫(xiě) 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)實(shí)際過(guò)程都是不可逆的，實(shí)際功必定小于理想功，理想功與實(shí)際功之差稱為損耗功得著名的高烏斯托多拉（Gouy-Stodola）公式，在化工過(guò)程熱力學(xué)分析中應(yīng)用極廣6.1.3 不可逆過(guò)程的損耗功WL 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1.3.1.1 1.3.1.1 按高分子的性質(zhì)和用途分類按高分子的性質(zhì)和用途分類根據(jù)高分子材料的性質(zhì)和用途不同，可以將高分子分為合成樹(shù)脂和塑料、橡膠、纖維等幾大類。1.3.1.2 1.3.1.2 按高分子的組成和結(jié)構(gòu)分類按高分子的組成和結(jié)構(gòu)分類1.3.1 高

6、分子的分類詳見(jiàn)教材P7 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1.3.1 高分子的分類詳見(jiàn)教材P8 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1.3.2 高分子的命名（1）習(xí)慣命名法前綴法后綴法（2）根據(jù)商品命名（3）根據(jù)高分子的結(jié)構(gòu)特征來(lái)命名（4）IUPAC的系統(tǒng)命名法其主要原則為：確定高分子的最小重復(fù)單元；排好重復(fù)單元中次級(jí)單元的次序；按小分子有機(jī)化合物的IUPAC命名法則來(lái)命名這個(gè)重復(fù)單元；在此重復(fù)單元命名前冠以“聚”字。 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1.3.3 高分子結(jié)構(gòu)式的書(shū)寫(xiě)及英文縮寫(xiě)1.3.3.1 1.3.3.1 高分子的結(jié)構(gòu)式高分子的結(jié)構(gòu)式要注意以下幾點(diǎn)：將線型大分

7、子主鏈上重復(fù)單元寫(xiě)在方括號(hào)或圓括號(hào)內(nèi)，括號(hào)右下角寫(xiě)出字母“n”或“m”等表示一個(gè)大分子所含重復(fù)單元的數(shù)目，最后寫(xiě)出高分子的端基基團(tuán)或者加上表示分子鏈的線條符號(hào) 或“-”。結(jié)構(gòu)單元和重復(fù)單元的確定必須遵守相應(yīng)的有機(jī)化學(xué)規(guī)則，結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部的碳、氧、氫原子的價(jià)態(tài)要正確，這些原子組成的基團(tuán)可以是基本形式，也可以是結(jié)構(gòu)式或者簡(jiǎn)寫(xiě)形式。 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)高分子由于失去了分子量和聚合度的意義，所以通常只需寫(xiě)出能夠代表高分子結(jié)構(gòu)的最小部分，而不必寫(xiě)出代表重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的括號(hào)、腳標(biāo)和端基，用代表分子鏈線條符號(hào) 表示高分子分子結(jié)構(gòu)的其余部分。對(duì)于聚合反應(yīng)方程式，一般加聚

8、反應(yīng)只需將單體物質(zhì)的量n與大分子重復(fù)單元的腳標(biāo)，對(duì)應(yīng)即可；而對(duì)于縮聚反應(yīng)，除了單體物質(zhì)的量要與重復(fù)單元的腳標(biāo)對(duì)應(yīng)外，由一種單體進(jìn)行的均縮聚反應(yīng)生成的小分子物質(zhì)的量通常應(yīng)為（n-1）由兩種單體進(jìn)行的混縮聚反應(yīng)生成的小分子物質(zhì)的量通常應(yīng)為（2n-1）。1.3.3 高分子結(jié)構(gòu)式的書(shū)寫(xiě)及英文縮寫(xiě) 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1.3.3.2 1.3.3.2 高分子名稱的英文縮寫(xiě)高分子名稱的英文縮寫(xiě)1.3.3 高分子結(jié)構(gòu)式的書(shū)寫(xiě)及英文縮寫(xiě)詳見(jiàn)教材P11 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1.4 高分子合成反應(yīng)的分類12按元素組成和結(jié)構(gòu)變化關(guān)系分類按元素組成和結(jié)構(gòu)變化關(guān)系分類按反應(yīng)機(jī)理分類

9、按反應(yīng)機(jī)理分類 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1.4.1按元素組成和結(jié)構(gòu)變化關(guān)系分類根據(jù)高分子和單體元素組成和結(jié)構(gòu)的變化，將聚合反應(yīng)分成加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩大類。單體加成而聚合起來(lái)的反應(yīng)稱為加聚反應(yīng)，加聚反應(yīng)后的產(chǎn)物稱為加聚物。加聚物的元素組成與原料單體相同，僅僅是電子結(jié)構(gòu)有所改變。加聚物的分子量是單體分子量的整數(shù)倍，碳鏈高分子大多是烯類單體通過(guò)加聚反應(yīng)合成的。聚合反應(yīng)過(guò)程中，除形成高分子外，同時(shí)還有低分子副產(chǎn)物產(chǎn)生的反應(yīng)，稱為縮聚反應(yīng)?？s聚反應(yīng)的主產(chǎn)物稱為縮聚物，根據(jù)單體中官能團(tuán)的不同，低分子副產(chǎn)物可能是水、醇、氨和氯化氫等。 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)根據(jù)反應(yīng)機(jī)理，

10、將聚合反應(yīng)另外分成連鎖聚合反應(yīng)和逐步聚合反應(yīng)兩大類。按機(jī)理將聚合反應(yīng)分成上述兩類反應(yīng)頗為重要，因?yàn)樯婕胺磻?yīng)的本質(zhì)，不像加聚和縮聚的劃分停留在形式上。根據(jù)兩類反應(yīng)的機(jī)理特征，就有可能按照共同的規(guī)律來(lái)控制聚合速率和分子量等重要指標(biāo)。1.4.2 按反應(yīng)機(jī)理分類 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)1.5 高分子的結(jié)構(gòu)、物理狀態(tài)及其性能特點(diǎn)12高分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高分子的物理狀態(tài)高分子的物理狀態(tài) 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化合物的結(jié)構(gòu)與低分子化合物相比有很大不同，其主要特點(diǎn)如下：（1）分子的鏈結(jié)構(gòu)類型（2）結(jié)構(gòu)的不均勻性（3）分子鏈的柔性（4）高分子的凝聚態(tài)由于高分子結(jié)構(gòu)上的這些特點(diǎn)，高分子材料可以表現(xiàn)出許多小分子材料不具備的獨(dú)特性能，例如高分子具有良好的可塑性、成纖性、成膜性，高彈性和黏彈性等。1.5.1 高分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)高分子化學(xué)與物理基礎(chǔ)在通常的溫度下，高分子可以以固態(tài)存在，將其加熱到一定溫度后