1、 第一節第一節 基基 本本 概概 念念 由許多相同的、簡單的結構單元通過共價鍵重復連由許多相同的、簡單的結構單元通過共價鍵重復連接而成的大分子化合物接而成的大分子化合物(高聚物高聚物)。一、高分子化合物一、高分子化合物 (high molecular compound)CH2=CH Cl n CH2-CH-CH2-CH Cl Cl CH2-CH Cl n 單體單體 鏈節鏈節 聚合度聚合度 均聚物均聚物：由一種單體聚合而成的高聚物.聚乙烯 共聚物共聚物：由兩種單體聚合而成的高聚物.苯乙烯+丙烯氰 二、高分子的相對分子質量二、高分子的相對分子質量分子質量5000 高分子 高分子的相對分子質量M鏈節

2、質量(M0)聚合度(n)高分子相對分子質量的分散性高分子相對分子質量的分散性(不均一性)：相對分子質量大小不等的現象。分散性越大，性能越差。三、高分子化合物的分類三、高分子化合物的分類1. 按來源分類：天然高分子按來源分類：天然高分子(天然橡膠、纖維素、淀粉天然橡膠、纖維素、淀粉) 合成高分子合成高分子(合成橡膠、合成纖維、塑料合成橡膠、合成纖維、塑料)2. 按材料的性能分類：塑料、橡膠、纖維按材料的性能分類：塑料、橡膠、纖維 3. 按用途分類：通用高分子按用途分類：通用高分子(塑料、橡膠、纖維塑料、橡膠、纖維 )、工、工程材料高分子、涂料、黏合劑和功能高分子。程材料高分子、涂料、黏合劑和功能

3、高分子。 通用高分子通用高分子-用量最大，面也廣用量最大，面也廣。 四烯四烯：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯 四綸四綸：滌綸、錦綸、腈綸、維綸滌綸、錦綸、腈綸、維綸 四膠四膠：丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠 、乙丙橡膠、乙丙橡膠4. 按高分子主鏈結構分類：碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素按高分子主鏈結構分類：碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素 有機高分子和無機高分子。有機高分子和無機高分子。碳鏈聚合物碳鏈聚合物 主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯：主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯：CH2 CH2n雜鏈聚合物雜鏈聚合物 主鏈除碳原子外，還含有氧、氮

4、、硫等雜原子。主鏈除碳原子外，還含有氧、氮、硫等雜原子。 如聚酰胺（尼龍如聚酰胺（尼龍-66）：）：C (CH2)4 C NH (CH2)6 NHOOn元素元素有機高分子有機高分子 主鏈由硅、硼、鋁與氧、氮、硫、主鏈由硅、硼、鋁與氧、氮、硫、磷等組成，側鏈是有機基團。如聚二甲基硅氧烷磷等組成，側鏈是有機基團。如聚二甲基硅氧烷( (硅橡膠硅橡膠) )：無機高分子無機高分子 主鏈和側鏈均由無機元素或基團組成。主鏈和側鏈均由無機元素或基團組成。 如聚二氯磷腈如聚二氯磷腈( (耐火橡膠耐火橡膠) )：Si OCH3CH3nP = NClCln四、高分子化合物的命名四、高分子化合物的命名1 1、 按制備

5、方法及原料名稱命名按制備方法及原料名稱命名 (1)(1)由一種單體獲得的聚合物，在單體名稱前面冠以由一種單體獲得的聚合物，在單體名稱前面冠以(2) “聚聚”字：字： 聚氯乙烯、聚丙烯腈等。聚氯乙烯、聚丙烯腈等。 (2) (2) 由兩種或兩種以上單體獲得的聚合物，在兩種單體名稱間由兩種或兩種以上單體獲得的聚合物，在兩種單體名稱間 以短線連接，并冠以以短線連接，并冠以“聚聚”字：字：聚苯乙烯聚苯乙烯- -丙烯腈等。丙烯腈等。(3) (3) 由兩種單體縮聚而成的聚合物，在簡化后的原料名稱后加由兩種單體縮聚而成的聚合物，在簡化后的原料名稱后加 “樹脂樹脂”：酚醛樹脂、環氧樹脂等。酚醛樹脂、環氧樹脂等。

6、2 2、商品名：見、商品名：見P P342342表表22-322-3 為解決聚合物讀寫不便，常采用國際通用的英文縮寫符號，為解決聚合物讀寫不便，常采用國際通用的英文縮寫符號，如如PVC、ABS等。等。 第二節第二節 高分子的結構和性能的關系高分子的結構和性能的關系 一、高分子的基本結構及其性能特點一、高分子的基本結構及其性能特點 1、結構：、結構： 線形線形(linear)結構結構 有獨立大分子存在，在受熱及溶劑中，有獨立大分子存在，在受熱及溶劑中，大分子可彼此分離。大分子可彼此分離。 特點：有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解，特點：有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解， 加熱能加熱能 熔融，熔融， 硬

7、度和脆性較小硬度和脆性較小支化支化(brach)結構結構 交聯交聯(crosslinking)結構結構 特點：沒有彈性和可塑性，不能溶解和熔融特點：沒有彈性和可塑性，不能溶解和熔融, , 只能溶脹，硬度和脆性較大只能溶脹，硬度和脆性較大沒有獨立大分子存在。沒有獨立大分子存在。 二、高分子化合物的聚集狀態及性能二、高分子化合物的聚集狀態及性能 從結晶狀態來看，從結晶狀態來看，線型線型結構的結構的高聚物分為高聚物分為晶態高聚物晶態高聚物和和非晶非晶態高聚物態高聚物，或者兩者共存。，或者兩者共存。高聚物中結晶性區域稱為結晶高聚物中結晶性區域稱為結晶區，非結晶區域稱非結晶區，區，非結晶區域稱非結晶區，

8、結晶的多少稱結晶的多少稱結晶度結晶度（高聚物（高聚物含晶體結構的質量百分數）含晶體結構的質量百分數）。 高聚物的性能與高分子的相對分子質量、分子鏈結高聚物的性能與高分子的相對分子質量、分子鏈結構及聚集狀態構及聚集狀態( (分子鏈間的排列和堆砌狀態分子鏈間的排列和堆砌狀態) )有關有關. . 體型體型結構的高聚物，由于分子鏈間有大量的交聯，結構的高聚物，由于分子鏈間有大量的交聯，分子鏈不可能產生有序排列，因而都分子鏈不可能產生有序排列，因而都是非晶態是非晶態的。的。 結晶度增加，其熔點、相對密度、硬度增大，耐結晶度增加，其熔點、相對密度、硬度增大，耐熱性和耐溶劑性熱性和耐溶劑性(溶解度溶解度)提

9、高。例如提高。例如:橡膠橡膠,少量結晶少量結晶提高機械強度提高機械強度. 三、高分子化合物的熱運動及物理狀態三、高分子化合物的熱運動及物理狀態 1.高分子的熱運動特點高分子的熱運動特點:高聚物所處狀態與其運動高聚物所處狀態與其運動 狀態有關狀態有關,整條鏈運動整條鏈運動,鏈段運動鏈段運動. 鏈段 2.高分子的物理特點及性能高分子的物理特點及性能 線形非晶相高聚物的三種物理狀態：線形非晶相高聚物的三種物理狀態： 玻璃態、高彈態、黏流態玻璃態、高彈態、黏流態玻璃態玻璃態 一定溫度下，一定溫度下，分子鏈節或整個分子分子鏈節或整個分子鏈無法產生運動，高聚物呈現如玻璃體狀的鏈無法產生運動，高聚物呈現如玻

10、璃體狀的固態。例如常溫下的塑料。固態。例如常溫下的塑料。 高彈態高彈態 鏈節可以較自由地旋轉，但整個分子鏈不鏈節可以較自由地旋轉，但整個分子鏈不能移動。例如常溫下的橡膠。高彈態是高聚物所獨能移動。例如常溫下的橡膠。高彈態是高聚物所獨有的罕見的一種物理形態，能產生很大形變，除去有的罕見的一種物理形態，能產生很大形變，除去外力后恢復原狀。外力后恢復原狀。 外力下鍵角變化，彈性小外力下鍵角變化，彈性小外力 去外力 粘流態粘流態 高聚物分子鏈節可以自由地旋轉，整高聚物分子鏈節可以自由地旋轉，整個分子鏈也能自由移動，從而成為能流動的粘個分子鏈也能自由移動，從而成為能流動的粘液，比液態低分子化合物的粘度要

11、大得多。例液，比液態低分子化合物的粘度要大得多。例如膠粘劑或涂料。如膠粘劑或涂料。 每種高聚物有三態，隨著溫度的變化，每種高聚物有三態，隨著溫度的變化，三種物態可相互轉化：三種物態可相互轉化： 高彈態高彈態 玻璃態玻璃態 黏流態黏流態 玻璃化溫度玻璃化溫度 由高彈態向玻璃由高彈態向玻璃態轉變的溫度，用態轉變的溫度，用Tg 表示。表示。 粘流化溫度粘流化溫度 由高彈態向粘流由高彈態向粘流態轉變的溫度，用態轉變的溫度，用Tf 表示。表示。 塑料與纖維塑料與纖維 要求要求Tg 高，高， Tf 低低（較耐熱，加工成型溫度不高）（較耐熱，加工成型溫度不高）橡膠橡膠 要求要求Tg 低，低， Tf 高高(耐

12、寒又耐熱耐寒又耐熱)一些非晶態高聚物的一些非晶態高聚物的Tg和和Tf值：值：聚氯乙烯聚氯乙烯 Tg =81 Tf =175聚苯乙烯聚苯乙烯 Tg =100 Tf =135尼龍尼龍-66 Tg=48 Tf=265 天然橡膠天然橡膠 Tg =-73 Tf =122 第三節第三節 高分子的合成高分子的合成 聚合反應聚合反應: 由小分子單體合成聚合物的化學反應由小分子單體合成聚合物的化學反應聚合反應聚合反應 加成聚合反應（加成聚合反應（加聚反應加聚反應） 縮合聚合反應（縮合聚合反應（縮聚反應縮聚反應）連鎖聚合連鎖聚合 逐步聚合逐步聚合 一、鏈式聚合一、鏈式聚合 （加聚反應）（加聚反應） 由一種或多種單

13、體聚合成聚合物的反應。由一種或多種單體聚合成聚合物的反應。僅由一種單體聚合而成的，分子鏈中只包僅由一種單體聚合而成的，分子鏈中只包含一種單體構成的鏈節的聚合反應含一種單體構成的鏈節的聚合反應由兩種或兩種以上單體進行聚合，生成的聚由兩種或兩種以上單體進行聚合，生成的聚合物含有多種單體構成的鏈節的聚合反應合物含有多種單體構成的鏈節的聚合反應均聚反應均聚反應 共聚反應共聚反應 加聚反應的特點：加聚反應的特點： 聚合反應發生在不飽和鍵上。聚合反應發生在不飽和鍵上。 單體中含雙鍵或三鍵單體中含雙鍵或三鍵 CH2=CH2 CH=CH2 CH2=C-C-OCH3CH3 = O 通過一連串單體分子間的相互加成

14、反應來完成的。通過一連串單體分子間的相互加成反應來完成的。 23MMMnMMMMM 反應過程沒低分子化合物生成。生成高分子化合物的反應過程沒低分子化合物生成。生成高分子化合物的化學組成與單體相同，其分子量為單體分子量的整數倍。化學組成與單體相同，其分子量為單體分子量的整數倍。加聚反應的歷程：加聚反應的歷程：自由基聚合、離子型聚合、配位聚合自由基聚合、離子型聚合、配位聚合1. 1. 自由基聚合自由基聚合 (1) 鏈引發鏈引發 M M (或M ) 引發劑或引發劑或光、熱、輻射光、熱、輻射 引發劑分解，生成初級自由基：引發劑分解，生成初級自由基： R2 2R 光或熱光或熱 C-O-O-C = O =

15、 O = O C-O 2 +2CO2 2 CH3-C-N=N-C-CH3 CN CH3 CN CH3 CH3-C +N2 CN CH3 2 活性很強的初級自由基立即與單體分子結合活性很強的初級自由基立即與單體分子結合, , 生成單體自由基。生成單體自由基。 R +CH2=CH X R-CH2-CHX (2) 鏈的增長鏈的增長 單體自由基生成后，繼續與單體分子作用，直至單體自由基生成后，繼續與單體分子作用，直至生成大分子自由基的過程。生成大分子自由基的過程。( (迅速重復多次的進行迅速重復多次的進行) ) 123MMMnRMMRMRMRM (3) 鏈的終止鏈的終止 雙基結合終止：雙基結合終止：

16、CH2-CHX + CH-CH2 X CH2-CH-CH-CH2 X X 雙基歧化終止：雙基歧化終止： CH2-CHX + CH-CHX H CH2-CH2X + CH=CHX 2. 2. 離子型聚合離子型聚合: : 與自由基聚合相似，反應中與自由基聚合相似，反應中心為心為離子離子( (陽離子或陰離子陽離子或陰離子) )。陽離子聚合過程：陽離子聚合過程： CH2=CH R A+ + A-CH2-CH R + CH2-CH R + CH=CH R -H+ 陰離子聚合過程：陰離子聚合過程： CH2=CH X -NH2 + NH2-CH2-CH X - CH2-CH2 X H+ CH2-CH X -

17、 鏈引發鏈引發 鏈增長鏈增長 鏈終止鏈終止 鏈引發鏈引發 鏈增長鏈增長 鏈終止鏈終止 3. 3. 配位聚合配位聚合( (定向聚合反應定向聚合反應) ) 烯類單體在金屬有機絡合物催化劑的催化下引起的聚烯類單體在金屬有機絡合物催化劑的催化下引起的聚合反應。金屬有機絡合物又稱齊格勒合反應。金屬有機絡合物又稱齊格勒- -納塔催化劑。納塔催化劑。Ti R+ CH2=CH2 配位 Ti R CH2=CH2 兩次移位 Ti CH2 CH2-R Ti CH2-CH-(CH2-CH2-)n-R nCH2=CH2 相繼重復反應 H b-H內轉移 Ti H+ CH2=CH-(CH2-CH2-)n-R二、逐步聚合二、

18、逐步聚合(縮聚反應縮聚反應) 兩種或兩種以上單體經官能團反應生成低聚物，兩種或兩種以上單體經官能團反應生成低聚物，然后由低聚物轉化為高聚合物的反應。典型反應然后由低聚物轉化為高聚合物的反應。典型反應為為縮合聚合縮合聚合反應。的確良反應。的確良( (滌綸滌綸) )合成合成: :nHOOC-R-COOH +nHO-R-OH HO OC-R-COO-R-O nH + (2n-1)H2O 縮聚反應特點縮聚反應特點： (1) 單體帶有兩個或兩個以上反應基團單體帶有兩個或兩個以上反應基團-OH,-COOH,-NH2,-X (鹵素鹵素)和活潑氫等和活潑氫等。 H2N-R-NH2 縮聚縮聚(2) 反應過程有低

19、分子物質反應過程有低分子物質(如如H2O,HX,NH3,ROH)生成。生成。尼龍尼龍-66(聚酰胺聚酰胺)的合成的合成 HO-C-(CH2)4-C-OH = O = O + H2N(CH2)6NH2 -H2O260-265 C-(CH2)4-C-= O = O HN(CH2)6NH nOHHHHHOOC-R-COOH H-C-H = O HO-R-COOH H2N-R-COOH Cl-C-R-C-Cl = O = O 三、開環聚合三、開環聚合 環狀單體在反應中環被打開，生成聚合物的反應環狀單體在反應中環被打開，生成聚合物的反應。nR X R-X n ONn = O HN(CH2)5C n 尼龍

20、尼龍-6(3) 縮聚反應是通過縮聚反應是通過一連串一連串的縮合來完成的。分的縮合來完成的。分子量隨著反應時間的增加而增加，但轉化率與子量隨著反應時間的增加而增加，但轉化率與反應時間無關。反應時間無關。 第四節第四節 高分子的應用高分子的應用 一、離子交換樹脂一、離子交換樹脂 離子交換樹脂是一類具有離子交換樹脂是一類具有離子交換作用離子交換作用的的高聚物。高聚物。具有交聯結構的高分子骨架具有交聯結構的高分子骨架 具有進行離子交換能力的活性基團具有進行離子交換能力的活性基團(A或或B ) 組成組成 陽離子交換樹脂：當活性基團是酸性基團陽離子交換樹脂：當活性基團是酸性基團(A)，在溶液中能解離出在溶

21、液中能解離出H+，與溶液中的其他陽離子，與溶液中的其他陽離子(K+,Na+,Ca2+,Mg2+等等)進行交換。進行交換。 二、生物醫用高分子材料二、生物醫用高分子材料 生物醫用高分子材料生物醫用高分子材料 如人造器官、醫用高分子器如人造器官、醫用高分子器械、醫用高分子藥物、仿生高分子等。械、醫用高分子藥物、仿生高分子等。陰離子交換樹脂：活性基團是堿性基團陰離子交換樹脂：活性基團是堿性基團(B)，在溶，在溶液中能解離出液中能解離出OH- -,與溶液中的其他陰離子與溶液中的其他陰離子(CN- -,Cl- -,SO42- -,CO32-2-等等)進行交換。進行交換。 用途：分離混合物；純化水；可作酸

22、堿用途：分離混合物；純化水；可作酸堿 催化劑。催化劑。二、高分子的相對分子質量二、高分子的相對分子質量分子質量5000 高分子 高分子的相對分子質量M鏈節質量(M0)聚合度(n)高分子相對分子質量的分散性高分子相對分子質量的分散性(不均一性)：相對分子質量大小不等的現象。分散性越大，性能越差。三、高分子化合物的分類三、高分子化合物的分類1. 按來源分類：天然高分子按來源分類：天然高分子(天然橡膠、纖維素、淀粉天然橡膠、纖維素、淀粉) 合成高分子合成高分子(合成橡膠、合成纖維、塑料合成橡膠、合成纖維、塑料)2. 按材料的性能分類：塑料、橡膠、纖維按材料的性能分類：塑料、橡膠、纖維 3. 按用途分

23、類：通用高分子按用途分類：通用高分子(塑料、橡膠、纖維塑料、橡膠、纖維 )、工、工程材料高分子、涂料、黏合劑和功能高分子。程材料高分子、涂料、黏合劑和功能高分子。 通用高分子通用高分子-用量最大，面也廣用量最大，面也廣。 四烯四烯：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯 四綸四綸：滌綸、錦綸、腈綸、維綸滌綸、錦綸、腈綸、維綸 四膠四膠：丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠 、乙丙橡膠、乙丙橡膠4. 按高分子主鏈結構分類：碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素按高分子主鏈結構分類：碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素 有機高分子和無機高分子。有機高分子和無機高分子

24、。碳鏈聚合物碳鏈聚合物 主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯：主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯：CH2 CH2n雜鏈聚合物雜鏈聚合物 主鏈除碳原子外，還含有氧、氮、硫等雜原子。主鏈除碳原子外，還含有氧、氮、硫等雜原子。 如聚酰胺（尼龍如聚酰胺（尼龍-66）：）：C (CH2)4 C NH (CH2)6 NHOOn四、高分子化合物的命名四、高分子化合物的命名1 1、 按制備方法及原料名稱命名按制備方法及原料名稱命名 (1)(1)由一種單體獲得的聚合物，在單體名稱前面冠以由一種單體獲得的聚合物，在單體名稱前面冠以(2) “聚聚”字：字： 聚氯乙烯、聚丙烯腈等。聚氯乙烯、聚丙烯腈等。 (2) (2) 由兩種或兩種以上單體獲得的聚合物，在兩種單體名稱間由兩種或兩種以上單體獲得的聚合物，在兩種單體名稱間 以短線連接，并冠以以短線連接，并冠以“聚聚”字：字：聚苯乙烯聚苯乙烯- -丙烯腈等。丙烯腈等。(3) (3) 由兩種單體縮聚而成的聚合物，在簡化后的原料名稱后加由兩種單體縮聚而成的聚合物，在簡化后的原料名稱后加 “樹脂樹脂”：酚醛樹脂、環氧樹脂等。酚醛樹脂、環氧樹脂等。2 2、商品名：見、商品名：見P P342342表表22-322-3 為解決聚合物讀寫不便，常采用國際通用的英文縮寫符