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1、一、聚合物的基本概念 重復(fù)單元和鏈節(jié) 結(jié)構(gòu)單元和單體單元 平均聚合度 二、聚合物的基本特征 相對(duì)分子質(zhì)量方面的特征 結(jié)構(gòu)方面的特征 聚集態(tài)特征 三、聚合物的分類 按聚合物的性能和用途 按合成聚合物的聚合反應(yīng)類型 按聚合物主鏈結(jié)構(gòu)的化學(xué)組成 按聚合物大分子結(jié)構(gòu)形態(tài) 四、聚合物的命名 一般命名法 系統(tǒng)命名法,1.2 聚合物,一、 聚合物的基本概念,聚合物大分子中以共價(jià)鍵相互連接的、 重復(fù)出現(xiàn)的、小而簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單位。,“重復(fù)單元”似大分子鏈的一個(gè)環(huán)節(jié)。, 重復(fù)單元(structural repeating unit)和鏈節(jié),鏈節(jié):,1.2 聚合物,重復(fù)結(jié)構(gòu)單元:,聚苯乙烯的結(jié)構(gòu)式為,聚氯乙烯的結(jié)構(gòu)式
2、為,聚乙烯的結(jié)構(gòu)式為,聚合物的結(jié)構(gòu)式：,1.2 聚合物,聚丁二烯的結(jié)構(gòu)式為,聚醋酸乙烯酯的結(jié)構(gòu)式為,聚乙烯-醋酸乙烯共聚物的結(jié)構(gòu)式為,聚甲基丙烯酸甲酯的結(jié)構(gòu)式為,1.2 聚合物,結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)與單體的結(jié)構(gòu)除電子結(jié)構(gòu)改變 外, 化學(xué)組成相同。 該結(jié)構(gòu)單元也可稱為單體單元。, 結(jié)構(gòu)單元(constitutional unit)和單體單元,滌綸樹(shù)脂大分子的結(jié)構(gòu)式為,1.2 聚合物,結(jié)構(gòu)單元：,單體單元：,重復(fù)單元中包括的最小的不能再分的結(jié)構(gòu)單位。, 平均聚合度(average degree of polymerizition) 平均聚合度: 一個(gè)大分子中“結(jié)構(gòu)單元”的(平均)數(shù)目。 記作Xn 。 對(duì)
3、于聚氯乙烯一類大分Xn = n 對(duì)于尼龍、滌綸一類大分子 Xn = 2n 聚合物的數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量Mn可由下式計(jì)算 Mn = M0.n= Xn.M 式中 M0重復(fù)單元的相對(duì)分子質(zhì)量； M結(jié)構(gòu)單元的相對(duì)分子質(zhì)量的平均值； n重復(fù)單元的數(shù)目； Xn結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目,即平均聚合度。,1.2 聚合物,二、 聚合物的基本特征 相對(duì)分子質(zhì)量方面的特征 相對(duì)分子質(zhì)量巨大 聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量一般為104106 相對(duì)分子質(zhì)量具有多分散性 即使對(duì)于一個(gè)純粹的聚合物,它也是由化學(xué)組成相同而相對(duì)分子質(zhì)量不等的、同一系列的聚合物的混合物所構(gòu)成。 平均相對(duì)分子質(zhì)量 數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量Mn (number average m
4、olecular weight)。,1.2 聚合物,Z均相對(duì)分子質(zhì)量,1.2 聚合物,對(duì)于相對(duì)分子質(zhì)量均一的聚合物Mn=Mm, 而相對(duì)分子質(zhì)量不均一的聚合物,一般MmMn , Mv介于Mn和Mm 之間，而接近Mm ,如圖1.2所示。,圖1.1 相對(duì)分子質(zhì)量分布曲線 a- 典型分布曲線;b- 分布較寬的曲線,1.2 聚合物, 相對(duì)分子質(zhì)量分布(分布曲線和分布系數(shù) ) 相對(duì)分子質(zhì)量分布曲線 把一個(gè)聚合物試樣按相對(duì)分子質(zhì)量大小分成若干級(jí)分,測(cè)定每一級(jí)分的相對(duì)分子質(zhì)量和質(zhì)量,并且計(jì)算出其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 以相對(duì)分子質(zhì)量M為橫坐標(biāo),質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(x)為縱坐標(biāo)作圖,得一曲線.該曲線為相對(duì)分子質(zhì)量分布曲線。 如圖1
5、.1和圖1.2 所示。 相對(duì)分子質(zhì)量分布系數(shù),稱為相對(duì)分子質(zhì)量分布系數(shù)。 其值大于或等于1。, 結(jié)構(gòu)方面的特征 聚合物存在著多重結(jié)構(gòu),即所謂一次結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)和三次結(jié)構(gòu)。 一次結(jié)構(gòu) 一次結(jié)構(gòu)是指與聚合物的結(jié)構(gòu)單元有關(guān)的結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成 由于結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成不同,才構(gòu)成了品種繁多的聚合物,聚合物的種類就是以結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成為基礎(chǔ)而劃分的。 結(jié)構(gòu)單元的序列結(jié)構(gòu) 指結(jié)構(gòu)單元之間的鍵接次序。 在自由基聚合過(guò)程中,由于連接幾率的關(guān)系,雖然大部分結(jié)構(gòu)單元是以“頭-尾” “頭-尾”連接,但 也有部分結(jié)構(gòu)單元是以“頭-頭”或“尾-尾”連接。,全同立構(gòu)體、間同立構(gòu)體和無(wú)規(guī)立構(gòu)體。, 結(jié)構(gòu)單元的構(gòu)型
6、(configuration),以聚丙烯為例,全同立構(gòu)體,間同立構(gòu)體,無(wú)規(guī)立構(gòu)體,二烯烴聚合時(shí),除1,2加成、3,4加成外,還有1,4加成：,1,2加成、3,4加成同樣可形成全同立構(gòu)體、 間同立構(gòu)體、 和無(wú)規(guī)立構(gòu)體。,(a),(b),1,4加成形成的大分子中有順式和反式之分。如圖1.4所示。,a-順式-1,4聚異戊二烯立體結(jié)構(gòu);b-反式-1,4聚異戊二烯立體結(jié)構(gòu) 圖1.4 聚異戊二烯的立體異構(gòu)體, 二次結(jié)構(gòu) 聚合物的二次結(jié)構(gòu)是涉及單個(gè)大分子的構(gòu)像(conformation)的結(jié)構(gòu)。 構(gòu)像和構(gòu)型不同,構(gòu)型屬于一次結(jié)構(gòu)的范疇, 構(gòu)像是屬于二次結(jié)構(gòu)的范疇。 二次結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)單元不是單個(gè)重復(fù)單元,也不是
7、整個(gè)大分子,而是由若干重復(fù)單元形成的鏈段。 線型大分子可以處于伸展的鏈、無(wú)規(guī)線團(tuán)、折疊鏈和螺旋鏈；支化交聯(lián)大分子可以是支化鏈、星型鏈、梳型鏈和交聯(lián)的鏈。 三次結(jié)構(gòu) 三次結(jié)構(gòu)亦稱為高次結(jié)構(gòu)。在單個(gè)大分子的二次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,許多大分子聚集成聚合物材料產(chǎn)生了三次結(jié)構(gòu)。,P18,a-無(wú)規(guī)線團(tuán)；b-伸展鏈；c-折疊鏈；d-螺旋鏈；e-星型鏈； f-支化鏈;g-梳型鏈；h-輕度交聯(lián)的鏈；i-重度交聯(lián)的鏈 圖1-5 聚合物的二次結(jié)構(gòu),至26,a-折疊鏈結(jié)晶;b-二重螺旋;c-無(wú)規(guī)線團(tuán)微胞; d-粉條狀;e-流蘇狀 圖1.6 聚合物的三次結(jié)構(gòu),至26,由于聚合物大分子的結(jié)構(gòu)不同,排列的規(guī)整性不同,可能形成結(jié)晶
8、聚合物或無(wú)定型聚合物。 無(wú)定型聚合物 對(duì)于無(wú)定型聚合物加熱到一定的溫度,由硬而脆的玻璃態(tài)變?yōu)楦邚棏B(tài),如果繼續(xù)加熱則由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)。 無(wú)定型聚合物的力學(xué)三態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài) 由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度稱為玻璃化溫度,記作Tg ,由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)的溫度稱為粘流溫度,記作Tf。 結(jié)晶聚合物 結(jié)晶聚合物中存在著或多或少的無(wú)定型區(qū),因而其結(jié)晶度不如小分子來(lái)得高,宏觀上表現(xiàn)出沒(méi)有固定的熔點(diǎn)Tm,而是一個(gè)熔點(diǎn)范圍。結(jié)晶聚合物加熱到一定溫度,可能直接進(jìn)入粘流態(tài)。, 聚集態(tài)特征 聚合物沒(méi)有氣態(tài)，只有固態(tài)和液態(tài)。,作業(yè):,三、 聚合物的分類 按聚合物的性能和用途分類 塑料用聚合物、合成纖維用聚合
9、物、合成橡膠用聚合物和其它聚合物(涂料、合成膠粘劑和離子交換樹(shù)脂等)四類。 塑料(plastics)用聚合物 塑料:以聚合物為基體材料,添加適當(dāng)?shù)闹鷦?增塑劑、潤(rùn)滑劑、填料和抗氧劑等),經(jīng)過(guò)混煉、造粒所制成的可以進(jìn)行塑性加工的高分子材料稱為塑料。 塑料中的基體材料為塑料用聚合物。 熱塑性塑料(thermo plastic) 和熱固性塑料 (thermosettion plastic),根據(jù)塑料受熱時(shí)行為的不同,將其分為熱塑性塑料和熱固性塑料。 熱塑性塑料是可以反復(fù)進(jìn)行成型加工的塑料。 熱塑性塑料中的基體材料是熱塑性聚合物。 熱固性塑料只能進(jìn)行一次成型加工的塑料。 熱固性塑料中的基體材料為含有反
10、應(yīng)性基團(tuán)的線型略帶支鏈的低聚物,其經(jīng)成型加工時(shí)與固化劑發(fā)生反應(yīng),變?yōu)轶w型交聯(lián)的熱固性聚合物)。 通用塑料和工程塑料 根據(jù)塑料的性能、產(chǎn)量、成本和使用情況將塑料分為通用塑料和工程塑料。 通用塑料產(chǎn)量大、成本低、應(yīng)用面廣、性能多樣化，主要用于日用品或一般的工農(nóng)業(yè)用品。,工程塑料是指可以做為工程材料的塑料，可以代替金屬材料做機(jī)器的零部件。 合成纖維用聚合物 合成纖維：以聚合物為基體材料加入適當(dāng)?shù)闹鷦?溶劑,防靜電劑、柔順劑和染料等)配制成的可以進(jìn)行抽絲加工的高分子材料稱為合成纖維。 合成纖維中的基體材料為合成纖維用聚合物。 合成橡膠用聚合物 合成橡膠：以聚合物為基體材料,添加適當(dāng)?shù)闹鷦?如硫化劑、硫
11、化促進(jìn)劑、防老劑和填料等),經(jīng)過(guò)塑煉，使其具有可塑性，經(jīng)加熱、加壓交聯(lián)后成為具有高彈性的高分子材料為合成橡膠。 合成橡膠中的基體材料稱為合成橡膠用聚合物。,塑料、纖維和橡膠用聚合物很難嚴(yán)格的區(qū)別開(kāi)來(lái)。 其它 在合成樹(shù)脂和塑料的基礎(chǔ)上,又衍生出膠粘劑、涂料、離子交換樹(shù)脂和特種高分子化合物等。 按合成聚合物的聚合反應(yīng)類型分類 加聚高聚物(addition polymer) 以加成聚合反應(yīng)(屬于連鎖聚合的范疇)合成的高聚物稱為加聚高聚物(簡(jiǎn)稱加聚物) 。 如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。 縮聚高聚物(condensation polymer) 以縮聚反應(yīng)合成的高聚物稱為縮聚物高聚物。 如聚對(duì)
12、苯二甲酸乙二醇酯（滌綸）、聚酰胺（尼龍）、聚碳酸酯、環(huán)氧樹(shù)酯和聚氨酯等。, 按聚合物主鏈結(jié)構(gòu)的化學(xué)組成分類 碳鏈聚合物 聚合物大分子主鏈中,完全由碳原子構(gòu)成,如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、 聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等。, 雜鏈聚合物,聚合物大分子主鏈中,除了有碳原子外,還有O、S、N、P和Si及苯環(huán)等構(gòu)成。如聚碳酸酯、聚酰胺、對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等。, 元素有機(jī)聚合物, 無(wú)機(jī)聚合物,聚酰胺-66,聚二甲基硅氧烷, 按聚合物的結(jié)構(gòu)形態(tài)分類 線型聚合物 線型結(jié)構(gòu)的聚合物稱為線型聚合物:伸展鏈,折疊鏈和螺旋鏈。 其加熱時(shí)可熔融，加入溶劑時(shí)可溶解。 線型聚合物為熱塑性聚合物。 體型聚合物 體
13、型交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物稱為體型聚合物。 其加熱時(shí)不能熔融，加入溶劑時(shí)不能溶解。 體型聚合物為熱固性聚合物如酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯等等。,四、聚合物的命名 一般命名法 以單體名稱或假想單體名稱為基礎(chǔ),前面冠以“聚”字 一般來(lái)講,碳鏈聚合物多以此方法命名； 而聚乙烯醇是以假想單體“乙烯醇”為基礎(chǔ)命名的。 以單體簡(jiǎn)名為基礎(chǔ),后面綴以“樹(shù)脂”或“橡膠”二字。 如以苯酚和甲醛為單體的聚合物稱為“酚醛樹(shù)脂”,以丁 二烯和苯乙烯為單體的聚合物稱為“丁苯橡膠”。 一般來(lái)講,雜鏈聚合物和橡膠用聚合物多以此法命名。, 以大分子主鏈中所含特征基團(tuán)命名 聚酯 O 如果大分子主鏈中含有酯基-C-O-,這類聚合
14、物稱為聚酯。聚對(duì)苯二甲酸乙二(醇)酯；由己醇酸為單體合成的聚合物稱為聚己酯。 聚酰胺 O H 如果大分子主鏈中含有酰胺基 -C-N- ,這類聚合物稱為聚酰胺。如己二酸和己二胺為單體合成的聚合物稱為聚己二酰己二胺,由氨基己酸為單體的聚合物稱為聚己酰胺。 聚氨酯 H O 如果大分子主鏈中含有氨基甲酸酯基-N-C-O-,這類聚合物稱為聚氨基甲酸酯。 如甲苯-2,4-二異氰酸酯和乙二醇為單體合成的聚合物稱為聚甲苯基-2,4-二氨基甲酸乙二醇酯。, 聚醚 如果大分子主鏈中含有醚鍵-O-這類聚合物稱為聚醚. 商業(yè)名稱 表1.7 聚合物的商業(yè)名稱, 英文縮寫(xiě)符號(hào) 表1.8 常用聚合物英文縮寫(xiě)符號(hào), 系統(tǒng)命名法 一般命名法容易掌握,但不嚴(yán)格,有時(shí)會(huì)造成混亂,為了澄清命名工作中的混亂現(xiàn)象, 國(guó)際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC) 曾提出以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)命名法。 但系統(tǒng)命名法比較煩瑣,目前尚未普遍使用。 IUPAC并不反對(duì)繼續(xù)使用一般命名, 但希望在學(xué)術(shù)交流時(shí)盡量少用俗名。,
聚合物的基本概念重復(fù)單元和鏈節(jié)結(jié)構(gòu)單元和單體單元平均聚合度.ppt
