高分子化学第一章
高分子化学课件资料全
高比强、高比模结构材料
火箭整流罩、卫星接口支架、液氢/液氧发动机共底、固体火箭发动机壳体等：碳纤维/环氧树脂复合材料
F-22的材料组成
钛合金：41%；铝合金：15%；钢：5% 树脂基复合材料: 24% 环氧树脂、聚双马来酰亚胺。用于雷达罩、进气道、机翼(含整体油箱等)、襟翼、副翼、垂尾、平尾、减速板及机身蒙皮等。
高分子材料具备金属和陶瓷等材料的性能特点，在几乎所有的应用领域大量地取代它们，甚至综合性能更优良。高分子材料的发展和应用，是20世纪改变人类生活、生产的20项发明之一
每年全球生产超过2亿吨聚合物材料以满足全世界的60亿人的使用需要。在这一生产过程，只消耗了全球原油年产量的4%。比较而言，全球每年采伐的木材量所等效的石油消耗却要比聚合物大一个数量级。
复合化 高性能的结构复合材料是新材料革命的一个重要方向。如，以玻璃纤维增强材料为主的复合材料不仅在当前已进入大规模生产和应用阶段，而且在将来仍会有所发展。
支柱
生物技术
先进材料
信息技术
能源环境 结构材料 军事 航空、航天
三大材料
金属 陶瓷 高分子
材料是人类进化史的里程碑，现代文明的重要支柱，发展高新技术的基础和先导。高分子材料扮演着极为重要的角色
高分子的应用Βιβλιοθήκη 未来为满足航天航空、电子信息、汽车工业、家用电器等多方面技术领域的需要，在机械性能、耐热性、耐久性、耐腐蚀性等方面性能进一步提高
高性能化
合成新的高分子 改性 通过新聚合反应控制分子结构(如: 阴离子活性聚合) 通过聚合方法和聚合过程的控制、提高性能(如: 齐格勒纳塔聚合)
可控制反应物空间立构、聚合物相对分子质量及相对分子质量分布的所谓可控聚合 活性聚合、酶催化聚合、微生物催化聚合 新型功能高分子材料的设计及合成 基于分子识别、分子有序组装的分子设计、组装化学和组装方法 包括分子改性和表面改性在内的聚合物改性方法和原理
高分子化学--绪论 ppt课件
第一章 绪论 Prolegomenon
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高分子材料的创生虽只有100多年， 但其发展速度远远快于金属和无机材料。 究其原因，是合成高分子的结构具有几乎 无穷变化的可能性，赋予材料性能的潜力 远胜于其它物质。
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22
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
本例特点： 因两种单体参与聚合，故两种结构单元构成了一个重复
结构单元。
重复单元（链节） 结构单元
因聚合反应为官能团间的缩合反应，单体分子进入大分 子后失去了一些元素，故结构单元不能称单体单元。
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11 13
H--NH(CH2)6NH--CO(CH2)4CO--OH
n
5）聚合度（Degree of Polymerization）：聚合物分子量大 小的一个指标，在聚合物的分子结构式中以n 表示，也称 为链节数。有两种表示方法：
n 重复单元
结构单元
结构单元
3）结构单元（Structure Unit）：单体分子通过聚合反应进入 大分子链的基本单元。结构单元的元素组成可以与单体的元素 组成相同，也可以不同。
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4）单体单元（Monomer Unit）：单体分子通过聚合反应形 成的元素组成与单体完全相同的结构单元。
式中，M0＝重复单元的“分子量”，M10、M20 分别为 两种结构单元的“分子量”，且
M 0 M 10 +M 20
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Case 2：聚合物由一种单体聚合而生成，且重复结构单元 的元素组成与单体的元素组成完全相同。如：
高分子化学第一章
高分子化学第一章一个大分子往往由许多简单的结构单元通过共价键重复键连形成，结构单元数通常用n表示，也称为聚合度（DP）。
许多结构基元连接形成线性大分子，类似一条链子，所以结构基元俗称为链节。
合成聚合物的化合物称为单体，单体通过聚合反应才转变为大分子的结构单元。
由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物，由两种以上的单体聚合而成的聚合物称为共聚物。
§1.2聚合物的分类和命名一、聚合物的分类从不同的专业角度来看，有很多分类。
但在有机化学和高分子化学方面，我们根据主链结构将聚合物分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机(半有机或半无机)聚合物。
在此基础上，进一步细分为聚烯烃、聚酰胺等。
（1）碳链聚合物定义：大分子主链完全由碳原子组成大多数烯烃和二烯烃的加成聚合物都属于这一类。
以乙烯为基质，不同的取代基可以形成多种不同性质的饱和碳链聚合物，如聚苯乙烯、聚氯乙烯等。
当共轭二烯聚合时，主链会含有双键，如聚丁烯和聚异戊二烯。
（2）杂链聚合物定义：大分子主链除了碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子的缩聚物和杂环开环聚合物。
天然高分子多属于这一类。
这类聚合物的主链中多含有一些特征基团，如醚键、酯键、酰胺键等。
（3）元素有机聚合物（半有机高分子）大分子主链中没有碳原子，主要由B、Si、Al和O、N、S、P 等原子组成，侧基多半是有机基团，如甲基、乙基、乙烯基、苯基等。
聚硅氧烷（有机硅橡胶）是典型的例子。
如果主链和侧基都没有碳原子，这样的我们就叫做无机高分子。
二、聚合物的命名聚合物按照单体来源来命名，有时也会有商品名。
下面是1972年IUPAC对线型聚合物提出的结构系统命名法：（1）单体来源命名法聚合物名称通常以单体名为基础。
•烯类聚合物以烯类单体名前冠以"聚"字来命名。
例如：乙烯的聚合物——聚乙烯•由两种单体合成的聚合物，常摘取两单体的简名，后缀“树脂”来命名。
例如，苯酚和甲醛的缩聚物——酚醛树脂。
高分子化学习题与解答
第一章绪论名词解释高分子化合物（High Molecular Compound）：所谓高分子化合物，系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。
单体（Monomer合成聚合物所用的-低分子的原料。
如聚氯乙烯的单体为氯乙烯。
重复单元（Repeating Unit）：在聚合物的大分子链上重复出现的、组成相同的最小基本单元。
如聚氯乙烯的重复单元为。
单体单元（Monomer Unit）：结构单元与原料相比，除了电子结构变化外，其原子种类和各种原子的个数完全相同，这种结构单元又称为单体单元。
结构单元（Structural Unit）：单体在大分子链中形成的单元。
聚氯乙烯的结构单元为。
聚合度（DP、X n）(Degree of Polymerization) ：衡量聚合物分子大小的指标。
以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值，以DP 表示；以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值，以X n 表示。
聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合物所组成，因此聚合度是一统计平均值。
聚合物分子量（Molecular Weight of Polymer）：重复单元的分子量与重复单元数的乘积；或结构单元数与结构单元分子量的乘积。
数均分子量(Number-average Molecular Weight)：聚合物中用不同分子量的分子数目平均的统计平均分子量。
，Ni ：相应分子所占的数量分数。
重均分子量（Weight-average Molecular Weight）：聚合物中用不同分子量的分子重量平均的统计平均分子量。
，Wi ：相应的分子所占的重量分数。
粘均分子量（Viscosity-average Molecular Weight）：用粘度法测得的聚合物的分子量。
分子量分布（Molecular Weight Distribution, MWD ）：由于高聚物一般由不同分子量的同系物组成的混合物，因此它的分子量具有一定的分布，分子量分布一般有分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。
高分子化学 第1章
能够进行聚合反应， 能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元 的小分子。 的小分子。
高分子的特征： 高分子的特征：
1 分子量高，>104 2 原子间以共价键相连接（？） 3 结构与性能区别于小分子 4 通常由小分子通过聚合反应来合成 如：聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。
链原子 Chain Atoms 构成高分子主链骨架的单个原子。 构成高分子主链骨架的单个原子。 主链骨架的单个原子
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H C H H C CH H C H H C CH H C H H C CH
H H H H H H C C O C C O C C O H H H H H H
3
3
3
1-1 基本概念
聚合反应 单体 Monomer Polymerization 高分子 Polymer
单体：能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单 能够进行聚合反应，
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高分子化学第一章 绪论习题及答案
第一章绪论习题1. 说明下列名词和术语：(1)单体，聚合物，高分子，高聚物(2)碳链聚合物，杂链聚合物，元素有机聚合物，无机高分子(3)主链，侧链，侧基，端基(4)结构单元，单体单元，重复单元，链节(5)聚合度，相对分子质量，相对分子质量分布(6)连锁聚合，逐步聚合，加聚反应，缩聚反应(7)加聚物，缩聚物，低聚物2．与低分子化合物比较，高分子化合物有什么特征？3. 从时间～转化率、相对分子质量～转化率关系讨论连锁聚合与逐步聚合间的相互关系与差别。
4. 举例说明链式聚合与加聚反应、逐步聚合与缩聚反应间的关系与区别。
5. 各举三例说明下列聚合物(1)天然无机高分子，天然有机高分子，生物高分子。
(2)碳链聚合物，杂链聚合物。
(3)塑料，橡胶，化学纤维，功能高分子。
6. 写出下列单体的聚合反应式和单体、聚合物的名称(1) CH2=CHF(2) CH2=CH(CH3)2CH3|(3) CH2=C|COO CH3(4) HO-( CH2)5-COOH(5) CH2CH2CH2O|__________|7. 写出下列聚合物的一般名称、单体、聚合反应式，并指明这些聚合反应属于加聚反应还是缩聚反应，链式聚合还是逐步聚合？-(1) -[- CH2- CH-]n|COO CH3(2) -[- CH2- CH-]-n|OCOCH3(3) -[- CH2- C = CH- CH2-]-n|CH3(4) -[-NH(CH 2)6NHCO(CH 2)4CO -]n - (5) -[-NH(CH 2)5CO -]n -8. 写出合成下列聚合物的单体和反应式： (1) 聚苯乙烯 (2) 聚丙烯(3) 聚四氟乙烯 (4) 丁苯橡胶 (5) 顺丁橡胶 (6) 聚丙烯腈 (7) 涤纶 (8) 尼龙610 (9) 聚碳酸酯 (10) 聚氨酯9. 写出下列单体形成聚合物的反应式。
指出形成聚合物的重复单元、结构单元、单体单元和单体，并对聚合物命名，说明聚合属于何类聚合反应。
高分子化学 第1章 绪论
★ ★ ★
应用广，与人们的衣食住行息息相关 产量大，其产量超过其它材料的总和 高分子科学的知识是我们认识世界、改 造世界的有力武器
8
聚苯乙烯
纤维
我被高分子 聚氯乙烯 包围了呀！ 有机玻璃 淀粉
涤纶
酚醛塑料
蜜胺塑料
环保漆
PE塑料
9
Hyundai QarmaQ
（龙途拉力）
Lexan®（PC）
Xenoy iQ ®（PBT）聚对苯
34
第二种情况：聚合时有小分子生成
n H2N-(--CH 2-)-COOH
5
--NH-(--CH 2-)-CO-- + n H2O n 5
因为聚合时有小分子生成，结构单元比其单体少了 些原子（如：氢原子和氧原子），所以此时的结构 单元不等于单体单元。
结构单元＝重复单元＝链节 单体单元
Attention!
n
结构单元 重复单元
结构单元
结构单元 重复单元 单体单元；重复单元＝链节 结构单元数
xn 2DP 2n
M xn M 0 2DP M 0
注意：Mo为两种结构单元的平均分子量
38
易混淆的
x n 、n及 DP
O C OH
H H O H O C C OH + HO C H H H H O H O C C O C H H
参考书目：
贾红兵主编《高分子化学（第四版）导读与题解》
何旭敏，董炎明《高分子化学学习指导》.2007.8
焦书科主编.《高分子化学习题及解答》. 2004.7
韩哲文主编，《高分子化学》. 2001.12
董炎明，张海良编著.《高分子科学教程》. 2004.9
高分子化学课后习题答案
第一章绪论思考题1. 举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义，以及它们之间的相互关系和区别。
答：合成聚合物的原料称做单体，如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯，缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。
在聚合过程中，单体往往转变成结构单元的形式，进入大分子链，高分子由许多结构单元重复键接而成。
在烯类加聚物中，单体单元、结构单元、重复单元相同，与单体的元素组成也相同，但电子结构却有变化。
在缩聚物中，不采用单体单元术语，因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出，结构单元的元素组成不再与单体相同。
如果用2种单体缩聚成缩聚物，则由2种结构单元构成重复单元。
聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子量高达104-106的同系物的混合物。
聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。
以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平X表示。
均值，以DP表示；以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值，以n2. 举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义，以及它们之间的关系和区别。
答：合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合物。
聚合物（polymer）可以看作是高分子（macromolecule）的同义词，也曾使用large or big molecule的术语。
从另一角度考虑，大分子可以看作1条大分子链，而聚合物则是许多大分子的聚集体。
根据分子量或聚合度大小的不同，聚合物中又有低聚物和高聚物之分，但两者并无严格的界限，一般低聚物的分子量在几千以下，而高聚物的分子量总要在万以上。
多数场合，聚合物就代表高聚物，不再标明“高”字。
齐聚物指聚合度只有几~几十的聚合物，属于低聚物的范畴。
低聚物的含义更广泛一些。
3. 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙-66、聚丁二烯和天然橡胶的结构式（重复单元）。
选择其常用分子量，计算聚合度。
聚合物结构式（重复单元）聚氯乙烯-[-CH2CHCl-]- n聚苯乙烯-[-CH2CH(C6H5)-]n涤纶-[-OCH2CH2O OCC6H4CO-]n尼龙66（聚酰胺-66）-[-NH(CH2)6NH CO(CH2)4CO-]n聚丁二烯-[-CH2CH=CHCH2 -]n天然橡胶-[CH2CH=C(CH3)CH2-]n聚合物分子量/万结构单元分子DP=n特征量/万塑料聚氯乙烯聚苯乙烯5~1510~30104800~2400960~2900(962~2885)足够的聚合度，才能达到一定强度，弱极性要求较高聚合度。
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1.2 聚合物的分类和命名
随着高分子科学技术的发展，聚 合物的类别、品种日益增多，迫切需 要一个科学的分类方案和系统命名法。
可以从不同专业角度，对聚合物 进行多种分类，例如按来源、合成方 法、用途、热行为、结构等分类。
1.2 聚合物的分类和命名
1. 聚合物的分类
根据材料性能和用途 根据高分子主链结构 按应用功能
缩聚物特点 M不是单体M0的整数倍。 缩聚反应兼有缩合出低分子和聚合 成高分子的双重含义。
缩聚物中往往留有官能团的结构特征：
聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚脲
大部分缩聚物是杂链聚合物易水(酸、醇)解。
无
新
小 分
聚 合
子 排 除
反 应
但 结 构
上
有
特
征
基
团
无
小
新 聚
分 子 排
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合 反
除 但 结
应
构 上
有
特
征
基
团
新聚合反应
2
有小分子脱除，但无特征基团。
2.按聚合机理或动力学
1)逐步聚合反应(Step growth polymerization)
大多数缩聚及生成聚氨酯反应。
2)连锁聚合反应(Chain growth polymerization)
烯类单体的加聚反应。
逐步聚合反应特征
反应吸热，反应物具有逐步增长过程， 只有在反应接近终了时才能得到高聚物， 且分子量较小。
的
命
学名：聚癸二酰已二胺
名
商品名尼龙-610
聚酰胺
二元酸碳原子数
二元胺碳原子数
b. 按聚合物的结构特征
.
2
尼龙-66(己二胺，己二酸)
聚
尼龙-1010(聚癸二酰癸二胺)
合
物
尼龙名字后只附一个数字则代表
的
氨基酸或内酰胺的聚合物。
命 名
尼龙-6
聚酰胺
碳原子数
—氨基己酸或己内酰胺的聚合物
b. 按聚合物的结构特征
a. 常用的简单命名法
.
2 合成高分子则有许多商品名称
聚
如电木、电玉、尼龙等。
合
物 的 命
我国习惯以“纶”字作合成纤维 商品名的后缀字
名
如：涤纶、锦纶(聚己内酰胺)、腈纶、
维尼纶(聚乙烯醇缩甲醛)、氯纶、丙纶等。
b. 按聚合物的结构特征
.
2
聚 聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚脲
合
物
癸二酸与已二胺缩聚物
Polyacrylic acid Polyacrylic amide Polymethyl acrylate polymethylmethacrylate
polyacrylonitrile
poly(vinyl acetate) poly(vinyl alcohol)
OCOCH3
OCOCH3
polybutadiene
上的变化
加聚反应(addition polymerization)
加聚物特点： M是单体M0的整数倍。
缩聚反应(condensation polymerization)
nH2N(CH2)6NH2+nHOOC(CH2)4COOH
H ( NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO )nOH + (2n-1)H2O 尼龙-66
Poly(methylmethacrylate) PMMA
Polystyrene PSt
1.3 聚合反应
由低分子单体合成聚合物的反应。
聚合反应类型分类 1.按单体和聚合物在组成和结构上的变化
(1929年Carothers提出) 2.按聚合机理或动力学
(20世纪50年代Flory)
1.按单体和聚合物在组成和结构
聚氨酯、聚脲、聚硫橡胶
元素有机聚合物
也可称为杂链的半有机高分子，侧基 却由有机基团(甲、乙、乙烯、芳基
等)组成。
如果主链和侧基均无碳原子, 则成为无机高分子。
碳链聚合物
polyethylene polypropylene polyisobutylene polystyrene
Poly(vinyl chloride) Poly(tetrafluoro ethylene)
涂料
(coating)
天然(棉、毛、丝、麻) 化学 天然改性或再生：醋酸纤维
合成纤维：尼龙-6、涤纶
粘合剂
(adhesives)
功能高分子(functional polymer)
b. 根据高分子主链结构
.
1
碳链: 主链为C(加聚物)
聚
(carbon chain)
合
物
杂链: 主链除C外,有O、N、S等
实验内容
实验一 苯乙烯的悬浮聚合 1次 实验二 丙烯酰胺的溶液聚合 1次 实验三 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 1次 课内考试 最后1次
贯穿全课程
主要解决的问题
聚合速率 平均聚合度 聚合物微结构 共聚物组成
第一章 绪论
1.1 高分子的基本概念
许多相同的简单的、结构单元通过共价 键重复连接起来的，分子量是104～107的 大分子所组成的化合物。
念
与单体相同化学组成而不同电子结构的单元。
聚合度(Degree of Polymerization) 结构单元数 是衡量高分子大小的一个指标。
从严格意义上讲，聚合物分子量是一平均值。
分子量 M DP M0
PVC M 5~15万 M0 = 62.5 故 DP = 800~2400
PE分子式 (CH2CH2)n
而非
(CH2)n
均聚物：PVC、PE、PSt 共聚物：氯乙烯—醋酸乙烯共聚物
nylon 缩聚物：聚酰胺(如尼龙-66)
链节
聚酯类(如涤纶) dacron
当将两种结构单元总数称为聚合度(Xn )
Xn 2n 2DP
结构单元的平均分子量
M0
M NH
MCOOH 2
114 112 2
113
M Xn M0 113Xn
类
仿生高分子: 高分子催化剂; 模拟酶
医用高分子、高分子药物、高分子试剂 及生物高分子
a. 常用的简单命名法
.
2
一种单体前加“聚”:
聚 合
如：PVC、PSt、聚乙烯醇
物
的 命
两种单体缩聚前加“聚”:
名
如：聚对苯二甲酸乙二醇酯(涤纶)、
聚己二酰己二胺(尼龙-66)
a. 常用的简单命名法
.
2
两种(或以上)单体加聚, 后缀
分
子
的
基
重复连接
本
概
念
结构单元(Structural unit)
1.1
以一定方式连接起来的原子组合。
高
分
重复单元(Repeating unit) 链节(chain element) 聚合物中化学组成相同的最小单位。
子
的
基
单体(Monomer) 构成结构单元的小分子化合物。
本
概 单体单元(Monomer unit)
1)无活性中心 2)反应是逐步进行的，每一步的反应速率
及活化能相差不大 3)早期生成低聚物，短期内转化率很高 4)分子量缓慢增加,体系由单体和同系物组成 5)中间反应物可以相互反应
连锁聚合反应特征
反应放热；在极短的瞬间即可生成一个 完整的高聚物，且分子量大。
1)要有活性中心 2)整个聚合过程由链引发、链增长、链终止等
物
的 命
OCHCH2
名
F
聚[氧化(1-氟代乙烯)]
Poly(oxy-1-fluoroethylene)
c. IUPAC系统命名法
.
使用方法
2
双酚A聚碳酸酯
聚
合 物 的
Poly(oxycarbonyloxy-1,4-phenyleneisopropylidene-1,4-phenylene)
命
名
聚合物一般用英文缩写符号表示
A点
聚酰胺 40 纤维素 60 乙烯基P 100
B点
聚酰胺 150 纤维素 250 乙烯基P 400
乙 醇 46 苯乙烯 104 蔗 糖 342
1. 分子量与性能的关系
常用聚合物分子量示例
塑料
分子量，万 纤维 分子量，万 橡胶 分子量，万
低压聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚碳酸酯
6~30 5~15 10~30 2~6
2. 聚合物的命名
简单命名法 以聚合物结构特征命名 IUPAC系统命名法
a. 根据材料性能和用途
.
1
塑料
热塑性：PSt、PE、聚酰胺 (thermo)
聚
(plastics)
热固性：酚醛树脂等
(thermosetting)
合
天然
橡胶
物
(rubber) 合成：聚丁二烯
的 分 类
elastomer
纤维
(fiber)
高分子化学
Polymer Chemistry
主讲人：张瑛 副教授
2011年2月
基础楼333 Tel: 89733200 E-mail: yingzh1977@
讲授内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
绪论 1次 逐步聚合反应 3次 自由基聚合反应 6次 自由基共聚合 4次 聚合方法 1次 聚合物化学反应 1次
.
c. IUPAC系统命名法
程序
2 1)确定重复单元结构
聚 2)排好重复单元中的次级单元
合 3)给重复单元命名,最后在前加“聚”字
物
的 命
原则