第二十一章 合成高分子

第二十章合成高分子化合物

第一節(jié)基本概念第二節(jié)高分子的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系第三節(jié)高分子的合成第四節(jié)高分子的應(yīng)用1、理解高分子化合物的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系，線型高聚物和體型高聚物的性能特點(diǎn)，高分子化合物的聚集狀態(tài)；2、了解高聚物的用途；了解常見的合成高分子的制法。教學(xué)目標(biāo)一、高分子化合物的定義二、高分子化合物的特點(diǎn)三、高分子化合物的分類四、高分子化合物的命名第一節(jié)基本概念一、高分子化合物的定義由一千個(gè)以上原子通過共價(jià)鍵結(jié)合，形成相對(duì)分子質(zhì)量可達(dá)幾萬至幾百萬的化合物稱為高分子化合物(或高分子)（如聚氯乙烯的平均相對(duì)分子質(zhì)量為15000-1000000）。通常把能聚合成高分子化合物的低分子化合物稱為單體（乙氯烯），組成高分子鏈的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元稱為鏈節(jié)[-CH2-

CHCl

-]，鏈節(jié)數(shù)目n稱為聚合度。聚合度*鏈節(jié)量=高分子的相對(duì)分子質(zhì)量。二、高分子化合物的特點(diǎn)1、從相對(duì)分子質(zhì)量和組成上看：相對(duì)分子質(zhì)量很大，具有“多分散性”,即高分子化合物中分子量大小不等的現(xiàn)象稱為高分子的多分散性。

2、從分子結(jié)構(gòu)上看：具有兩種分子結(jié)構(gòu)，一種是線型結(jié)構(gòu)，一種是體型結(jié)構(gòu)。3、從性能上看：通常都處于固體或凝膠體狀態(tài)，有較好的機(jī)械強(qiáng)度，有較好的絕緣性和耐腐蝕性能，有較好的可塑性和高彈性等。三、高分子化合物的分類來源天然高分子：自然界天然存在的高分子。合成高分子：由單體聚合人工合成的高分子。主鏈元素（鏈原子）組成碳鏈高分子：主鏈（鏈原子）完全由C原子組成。雜鏈高分子：鏈原子除C外，還含O,N,S等雜原子。元素有機(jī)高分子：鏈原子由Si,B,Al,O,N,S,P等雜原子組成。性能塑料纖維橡膠涂料膠粘劑以聚合物為基礎(chǔ)，加入（或不加）各種助劑和填料，經(jīng)加工形成的塑性材料或剛性材料。具有可逆形變的高彈性材料。纖細(xì)而柔軟的絲狀物，長度至少為直徑的100倍。涂布于物體表面能成堅(jiān)韌的薄膜、起裝飾和保護(hù)作用的聚合物材料能通過粘合的方法將兩種以上的物體連接在一起的聚合物材料功能高分子具有特殊功能與用途但用量不大的精細(xì)高分子材料用途通用高分子四烯（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯），四膠（丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠），四綸（錦綸、滌綸、晴綸、維綸）工程材料高分子具有特種性能（如耐高溫、耐腐蝕等）1、用加聚反應(yīng)制得的高聚物命名為“聚**”；如聚乙烯、聚氯乙烯等。四、高分子化合物的命名系統(tǒng)命名比較復(fù)雜，很少使用，習(xí)慣上天然高分子常用俗名，合成高分子按制備方法及原料名稱來命名。

2、用縮聚反應(yīng)制得的高聚物命名為“**樹脂”，如苯酚和甲醛的縮聚產(chǎn)物叫“酚醛樹脂”等。加聚物在未制成制品前也可命名為“**樹脂”，如聚氯乙烯樹脂。3、商業(yè)上常用商品名，如尼龍-6、的確良、腈綸等。第二節(jié)高分子化合物的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系一、高分子鏈的結(jié)構(gòu)二、高分子的聚集狀結(jié)構(gòu)三、聚合物的力學(xué)狀態(tài)及其轉(zhuǎn)變一、高分子鏈的結(jié)構(gòu)1、線型結(jié)構(gòu)（含支化高分子）：2、體型結(jié)構(gòu)（含網(wǎng)狀高分子）：線型結(jié)構(gòu)的高聚物，由于有獨(dú)立的分子存在，故具有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解，加熱能熔融，硬度和脆性小。如合成纖維、大多數(shù)塑料和天然橡膠都是線型高分子。體型結(jié)構(gòu)的高聚物，由于沒有獨(dú)立的分子存在，故沒有彈性、可塑性，不能溶解和熔融只能溶脹，硬度和脆性較大，耐熱性高和剛性好的特點(diǎn)。如硫化橡膠等，適用作工程和結(jié)構(gòu)材料。二、高分子的聚集狀結(jié)構(gòu)1、聚合物的晶態(tài)結(jié)構(gòu)2、聚合物的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)3、聚合物的液晶態(tài)結(jié)構(gòu)4、聚合物的取向態(tài)結(jié)構(gòu)高分子化合物中分子的排列情況稱為聚集狀態(tài)，聚集狀態(tài)可分為晶相態(tài)和非晶相態(tài)。晶相態(tài)也叫結(jié)晶態(tài)，非晶相態(tài)也叫無定形態(tài)。1、聚合物的晶態(tài)結(jié)構(gòu)

折疊鏈模型：聚合物晶體中，高分子鏈以折疊的形式堆砌起來。

兩相結(jié)構(gòu)模型：認(rèn)為結(jié)晶聚合物中晶區(qū)與非晶區(qū)互相穿插，同時(shí)存在。在晶區(qū)分子鏈相互平行排列成規(guī)整的結(jié)構(gòu)，而在非晶區(qū)分子鏈的堆砌完全無序。

非晶態(tài)結(jié)構(gòu)是一個(gè)比晶態(tài)更為普遍存在的聚集形態(tài)，不僅有大量完全非晶態(tài)的聚合物（如體形高分子），而且即使在晶態(tài)聚合物中也存在非晶區(qū)。

2、聚合物的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)高分子的分子鏈很長，要使分子鏈間每一個(gè)部分都作有序排列是很困難的，因此高聚物都是屬于非晶相或部分晶相的。部分晶相高聚物的晶性區(qū)域稱為微晶；微晶的多少稱為結(jié)晶度。結(jié)晶度是衡量高聚物結(jié)晶性能的指標(biāo)。

液晶態(tài)是晶態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化的中間態(tài)，既具有晶態(tài)的有序性（導(dǎo)致各向異性），又具有液態(tài)的連續(xù)性和流動(dòng)性。

根據(jù)形成條件的不同分為：

熱致性液晶：受熱熔融形成各向異性熔體；

溶致性液晶：溶于某種溶劑而形成各向異性的溶液。3、聚合物的液晶態(tài)

取向態(tài)：在外力作用下，分子鏈沿外力方向平行排列。聚合物的取向現(xiàn)象包括分子鏈、鏈段的取向以及結(jié)晶聚合物的晶片等沿外力方向的擇優(yōu)排列。

未取向的聚合物材料是各向同性的，即各個(gè)方向上的性能相同。而取向后的聚合物材料，在取向方向上的力學(xué)性能得到加強(qiáng)，而與取向垂直的方向上，力學(xué)性能可能被減弱。即取向聚合物材料是各向異性的，即方向不同，性能不同。4、聚合物的取向態(tài)三、線型非晶相高聚物的聚集狀態(tài)：在區(qū)域I，溫度低，鏈段運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，只有側(cè)基、鏈節(jié)、鍵長、鍵角等的局部運(yùn)動(dòng)，形變小，這種力學(xué)狀態(tài)與無機(jī)玻璃相似，稱為玻璃態(tài)。

隨著溫度的升高，鏈段運(yùn)動(dòng)得以充分發(fā)展，形變發(fā)生突變，進(jìn)入?yún)^(qū)域II，這時(shí)即使在較小的外力作用下，也能迅速產(chǎn)生很大的形變，并且當(dāng)外力除去后，形變又可逐漸恢復(fù)，這種力學(xué)狀態(tài)稱高彈態(tài)。由玻璃態(tài)向高彈態(tài)發(fā)生突變的區(qū)域叫玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)，玻璃態(tài)開始向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（glasstemperature)，以Tg表示。形變溫度IIIIII玻璃態(tài)高彈態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)Tg粘流態(tài)粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)Tf

當(dāng)溫度升到足夠高時(shí)，由于