华东理工大学-高分子科学教程(第一章)
高分子物理第一章完整ppt课件
理研究组，开展了高分子溶液性质研究。
钱保功50年代初在应化所开始了高聚物粘
弹性和辐射化学的研究。
徐僖先生50年初成都工学院（四川大学）
开创了塑料工程专业。
王葆仁先生1952年上海有机所建立了集
PMMA、PA6研究完组整编。辑ppt
33
高分子工业：采取引进－消化－再引 进的道路。
高分子科学：则采取追踪、学习国外 的过程中不断发展。
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二、高分子结构的内容
构造
近程结构
链结构
构型
（一级结构）
高 分 子
远程结构 分子大小（分子量） 构象（柔顺性
（二级结构） ）
结
晶态结构
构
非晶态结构
（三级结构）
聚集态结构 取向态结构
液晶态结构
织态结构
（更高级结构）
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三、 高分子结构的特点
Flory
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高分子发展上的几个重要事件
3）Merrifield和功能高分子的发展
70年代，固相有机合成创立 1984年诺贝尔化学奖。
完整编M辑pept rrifield,生物化学家 14
高分子发展上的几个重要事件
4）液晶高分子
1991年诺贝尔 物理学奖
Pierre-Gilles de
30完整编辑ppt来自31（四）高分子科学发展新动向
1、向生命现象靠拢 2、功能化、精细化、复合化。
完整编辑ppt
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我国：
长春应化所1950年开始合成橡胶工作（王
佛松，沈之荃）；
冯新德50年代在北大开设高分子化学专业。
高分子化学-01
目录第一章绪论 (1)1.1 高分子科学的发展 (1)1.1.1 聚合反应初探 (1)1.1.2 高分子工业的诞生 (2)1.1.3 高分子学说的建立 (4)1.1.4 高分子科学和工业的蓬勃发展 (4)1.2 高分子的基本概念 (8)1.2.1 聚合物的含义 (8)1.2.2 几个重要概念 (9)1.2.3 高聚物的基本特征 (10)1.3 聚合物的命名与分类 (12)1.3.1 聚合物的命名 (12)1.3.2 聚合物的分类 (15)1.4 高分子的分子量及分子量分布 (16)习题 (18)第一章绪论1.1 高分子科学的发展1.1.1 聚合反应初探自古以来，人类生活就与高分子密切相关。
在人类发展的漫长岁月里，人们一直都在自觉不自觉地使用着高分子，无论是用来充饥而赖以生存的淀粉和蛋白质，还是用来御寒的棉、麻、丝、毛、皮，或者是用于制造房屋和运载工具的的木、竹等，都是天然的高分子化合物，就连人体自身也是由各种生物高分子构成的。
尽管如此，人类对高分子的认识还是经历了一个相当漫长的过程。
1. 聚合一词的渊源Polymeric(聚合的)一词首先是由J. Berzelius在1832年使用的，是对于一些原子相对比例数目相等而绝对数目不等的物质而言的。
例如当时发现的乙烯和丁烯（当时认为分子式为CH2和C4H8），后者被认为是前者的聚合体。
1896年Amold在《化学总结》一书中，提出了Polymerization一词，引述了一些化合物如甲醛CH2O、乙酸C2H4O2、乳酸C3H6O3作为聚合作用的例证。
但是，上述聚合的概念与我们近代术语中聚合的概念并不相同。
聚合物（Polymer）是指由大量单体链节连接而成的长链，而早期的科学家只是把化学组成比例相同而分子量不等的有机化合物叫做聚合物。
首先研究加成聚合的是Simon，1839年他把苏合香脂放在碳酸钠溶液中蒸馏得到一种被他称为Styrol的油（现在称之为苯乙烯，styrene），并发现其在空气中受光和热作用均能转化成类似橡胶的物质。
01高分子物理课件第一章概论
n1n2n3
ni
i
用数量分数表示：
Mn n1M1 n2M2 n3M3 niMi
ni
i
n1 ni
M1
n2 ni
M2
n3 ni
M3
i
i
i
N1M 1N2M2N3M3 NiMi
NiMi
i
定义 数量分数：
N i
ni ni
i
数量分数：
N i
ni ni
i
4/12 5/12 3/12
0 W(M)MdM
1
M WMMdM 0
N(M)称为分子量的数量微分分布函数； W(M)称为分子量的重量微分分布函数。
合成高分子的分子量具有多分散性
常用平均分子量描述
多分散 polydisperse
单分散 monodisperse
Ni
Mi 分子量相同的一组分子链称作一个级分
根据统计方法不同，有多种统计平均分子量
第一节 高聚物分子量的统计意义
高聚物分子量具有多分散性，对于这种多分散 性的描述，最为直观的方法是利用某种形式的 分子量分布曲线。多数情况下还是直接测定其 平均分子量。
然而，平均分子量又有各种不同的统计方法， 因而具有各种不同的数值。
一、平均分子量
假定在某一高分子试样中含有若干种分子量不 等的分子，该试样的总质量为w，总摩尔数为n， 种类数用i表示，第I种分子的相对分子质量为Mi， 摩尔数为ni，重量为wi，在整个试样中的重量分 数为Wi，摩尔分数为Ni，则这些量之间存在下 列关系：
现有5g重的金链4根，8g重的金链条5根， 10g重的金链3根，求金链的平均重量
按数量进行平均：数均分子量
平 均 5 g 4 8 重 g 5 1 g 量 0 3 9 g 0 7 .5 g
第1章 高分子的链结构
高分子物理教材：何曼君，陈维孝，董西侠金日光，华幼卿编编复旦大学出版社，1990化学工业出版社，2007（第三版）（修订版）何曼君，陈维孝，董西侠梁伯润主编2000编复旦大学出版社，2007（第三版）中国纺织出版社，（第二版）习题集：徐世爱——华东理工大学董炎明——四川大学焦书科——北京化工大学马敬红——东华大学区别几组概念：z高分子与小分子小分子：分子量小于1000；高分子：由原子或原子团（结构单元）以共价键的形式连接而形成的大分子量同系混合物，分子量在104~106。
z polymer与macromoleculepolymer ：聚合物或高聚物，通常指有一定重复单元的合成产物，但不包括天然高分子；macromolecule：大分子，分子量很大的一类聚合物，包括天然高分子和合成高分子。
高分子物理研究的内容z研究聚合物的微观结构；z研究聚合物的宏观性能；z研究聚合物的分子运动。
通过上述研究，阐明聚合物结构与性能之间的内在关系，发现其基本规律，从而为高分子材料的合成、成型加工、性能检测和材料应用提供理论和实验依据。
高分子物理的核心：结构决定性能高分子物理的主线高分子结构分子运动宏观性能链结构聚集态结构各种力学性溶液性流变性其它晶态非晶液晶取向织态近程远程松弛性能性能性能它物理性态结构晶态结晶态结向态结态结构程结构程结构和转变性能构构构高分子的链结构——单个高分子的结构和形态高分子一次结构（近程结构）：是构成高分子的最基本微观结构，高链结构包括其组成和构型。
单个高分子的结分二次结构（远程结构）：大分子链的构象，即空间结构，以及链的柔顺性等。
构和形态子结三次结构（聚集态结构）：构高分子聚通过范德华力和氢键形成具有一定规则排列的聚集态结构。
集态结构高次结构（织态结构）：高分子凝聚在一起形成的高分子三次结构的再组合。
材料本体的内部结构第一章高分子的链结构本章目录z1.1 组成和构造1.1.1 结构单元的化学组成1.1.2 高分子链的构型1.1.21.1.3 分子构造1141.1.4 共聚物的序列结构z1.2 构象1.2.1 高分子链的内旋转1211.2.2 高分子链的柔顺性1.2.3 高分子链的构象统计1.1 组成和构造（一次结构or 近程结构）(1)——高分子的基本微观结构(1)结构单元的化学组成(2) ()高分子链的构型(3) 分子构造(4) 共聚物的序列结构z 高分子的近程结构属于化学结构范畴，它对聚合物的基本性能具有决定性的影响，近程结构一旦确定，聚合物的基本性能也就随之确定。
[工学]高分子物理课件第一章
![[工学]高分子物理课件第一章](https://img.taocdn.com/s3/m/784bfad9700abb68a982fb6a.png)
h = nl
完全伸直链的末端距: h = nl
2 f, j
2
可见，自由连接链的尺寸要比完全伸直链的尺寸小很多.
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(2) 自由旋转链 freely rotating chain
自由连接链过于理想化，由于共价键具有方向性，成键具有 严格的键角，因此，化学键在空间的取向不可能是任意的。
4
5
6
乙烷分子的内旋转位能曲线
7
乙烷分子中氢原子在空间的不同排布 （a）顺式 (b)反式
8
1,2-二氯乙烷分子氢原子和氯原子的空间排 布（与丁烷相同）
9
1,2-二氯乙烷分子的内旋转位能曲线
反式—偏式重叠—左旁式—顺式重叠—右旁式—偏式重叠—反式
10
<位垒>：构象之间的位能差 高分子例:PE （船式、椅式、 旁式示意图）
Байду номын сангаас12
锯齿 型链
螺旋 型链
13
1.2.2 高分子链的柔顺性
高分子链能够改变其构象的性质称为<柔顺性>。
1.2.2.1平衡态柔性和动态柔性 平衡(静)态柔性:热力学平衡条件下柔性。 表征参数之一—链段长度b
b l exp(
utg kT
)
l：键长 b：链段长度 Δutg：位垒差（反式和左旁、右旁之差） kT：热能
h f , j l1 l 2 h
2 f,j
ln
1
h f ,j
l
2
l2
l n l1 l 2
ln
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h l
第一章高分子科学的历史与现状 (2)
第一章、概论高分子的基本概念高分子的基本特征高分子的结构与一般性质高分子的命名和分类•高分子科学是当代发展最迅速的学科之一•高分子科学既是一门应用科学，又是一门基础科学•高分子科学已经发展成高分子化学和高分子物理两个主要分支本章内容1.1. 高分子的基本概念高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由共价键键联的一类化合物高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由共价键键联的一类化合物高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物…这些术语一般可以通用PolymerMacromolecule…1.高分子的定义Polymer ：A. “Polymeric”J. Berzelius, 1832年“一些原子相对比例数目相等而绝对数目不等的物质”B. “Polymerization”Amold ，1896年，《化学总结》引述“HCHO 、CH 3COOH 、C 3H 6O 3的聚合作用”C. “Studies on Polymerization”Simon, 1893年，“Styrol”－StyreneBlyth and F. Hoffman, PS －PolystyreneD. Hermann. Staudinger, 1920年，观点：“大量的分子，可能是成百个分子，结合直到建立起大分子间的平衡，此平衡依赖于温度、溶度、溶剂”四个重要结果：a）聚合物不是聚合胶体，而是具有普通价键的长链分子，b）这种链的链端没有自由价，而是为特殊官能团所终止，c）通过测定端基浓度可以估算聚合物的平均链长，d）长链分子可以结晶，晶胞或晶体的大小都与线性高分子的长度无关。
1953年，获Nobel Prize。
A polymer is a large molecule(macromolecule) composed of repeating structural units. These subunits are typically connected by covalent chemical bonds.A macromolecule is a very large molecule commonly created by some form of polymerization.---摘自WikiPolymer：具有一定重复单元的合成产物，一般不包括天然高分子Macromolecule：相对分子质量很大的一类化合物，包括天然高分子和合成高分子，也包括无一定重复单元的复杂大分子高分子的分子量：高分子：相对分子质量大于104，一般在104～106之间低分子：相对分子质量小于103高聚物：低聚物，齐聚物（Oligomer）：高聚物与低聚物的比较合理的理解：以结构中重复单元的数量为基础，当结构单元数超过一定数目时（如1000-2000），聚合物的性质几乎与分子量无关。
高分子物理第一章
CH2
H C Cl
Cl
n
CH2
C Cl
n
聚四氟乙烯 PTFE Polytetrafluoroethylene
聚丙烯腈 PAN Polyacrylonitrile 聚甲醛 POM Polyformaldehyde
CF2
CF2
n
C C N
O
CH2
n
CH2
n
聚苯醚
PPO
CH3
Polyphenylene oxide, Polyphenylene ether
－CH2－CH －CH2－CH －CH2－CH =CH－CH2－
CN
－CH2－CH2－CF2－CF2 －CH2－CF2 －CH2－CH2－
四氟乙烯 偏氟乙烯 乙烯
缩聚物：两种单体缩合而成
NH2-(CH2)6-NH2 + HOOC-(CH2)4-COOH
=
=
O 结构单元
=
O
O
结构单元
重复单元
=
O
－NH-(CH2)6-NH-C-(CH2)4-C -NH-(CH2)6-NH-C-(CH2)4-C－
H N
O
CH2
2
n
H
O C
O
CH2 6
N
CH2 4
C n
O C
H
CH2 5
N n
Nylon 6
聚-甲基苯乙烯 Poly(-methyl) styrene
H2 C
CH3 C
n
聚醚醚酮
PEEK
O C O O
n
Polyether ether Ketone
对苯二甲酰对苯二胺 PPTA Kevlar Poly(p-phenyleneterephthalamide)
高分子物理课件第一章(2)
1.1.3分子构造（architecture）
〈构造〉指结构单元的化学组成、键接方
式及各种结构异构体（支化、交联、 互穿网络）
本节：聚合物分子的各种形状 1.1.3.1一维、二维、三维大分子 线形：如PE、PMMA、PET 环形：如环形聚苯乙烯、聚芳醚 套环、轮烷、聚合物管 梯形聚合物：如碳纤维
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7
8
归纳分类：（主链）
元素高分子：主链中有硅、磷、铝、砷 等。
元素有机高分子：主链由上述元素和氧组 成，侧链含有机取代基，如聚硅氧烷。 无机高分子：纯由其它元素组成。如聚氯 化磷腈。
——具有有机物的弹塑性，但强度较低。 ——耐高温性能优异，但强度较低。 特殊高分子：梯形和螺旋等。
9
聚硅氧烷
典型的元素高分子
表征： 平均成分： 化学法（元素分析、官能团测定等） 光谱法（红外IR、紫外UV、核磁共 振NMR等） 序列长度： 物理方法（核磁共振、紫外和红外） 化学方法（基于链的断裂或相邻侧 基的研究）
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表征：序列结构
单体单元的平均序列长度:
ABAABABAAABBABBBBAABBB 则:<LA>=10/6, <LB>=12/6
前提：对于-CH2-CHX-型的聚烯烃， 每一结构单元中有一个不对称（手性） 碳原子。（硅、P+、N+与碳类似） <旋光异构体>:互为镜影的表现出不同 旋光性的异构体.
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三种类型
Isotactic 全同立构 Syndiotactic 间同立构
高分子全部由一种 旋光异构单元键接 而成分子链结构规 整，可结晶。
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线型、支化、网状分子的性能差别
线型分子：可溶，可熔，易于加工，可 重复应用，一些合成纤维，“热塑性” 塑料（PVC，PS等属此类） 支化分子：一般也可溶，但结晶度、密 度、强度均比线型差 网状分子：不溶，不熔，耐热，耐溶剂 等性能好，但加工只能在形成网状结构 之前，一旦交联为网状，便无法再加工， “热固性”塑料（酚醛、脲醛属此类）
大学本科高分子物理第一章《高分子链的结构》课件
head-to-tail structure
head-to-head or tail-to-tail
structure
பைடு நூலகம்24
Experimental methods to observe the configuration of polymer
X-Ray Diffraction
Nuclear Magnetic Resonance
Configuration 构型 Architecture 构造 Sequential structure 共聚物的 序列结构 Size 分子大小
Shape 分子形态
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1.1.2 高分子链的构型
构型（configuration）是指分子中由化 学键 所固定的原子在空间的排列。
高聚物不同的异构体
旋光异构
CH3
CH3 Si CH3
CH3
Si O
n
CH3
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Composition of Polymer Chain（只看主链）
①碳链高分子
Carbon chain polymer
②杂链高分子
Heterochain polymer
③元素高分子
Elementary chain polymer
ⅱ金属有机高分子 Organometallic polymer ⅱ超分子聚合物 Supramolecular polymer
第一章 高分子链的结构
教学内容：单个高分子链的化学组成、结构单元（重
复单元）之间的键合方式（构型）、形状（构造）、形 态（构象）。
教学目的：通过本章的学习全面掌握高分子的组成、
结合方式、形状及形态，建立起长链大分子的概念、无 规线团概念和链段的概念，初步了解高分子链的结构与 性能之间关系。
高分子科学教程
高分子科学教程一、课题高分子科学教程二、教学目标1. 让学生对高分子科学有一个全面的初步认识，包括高分子的概念、结构、合成等方面。
2. 激发学生对高分子科学的兴趣，使他们能够主动去探索这一领域的更多知识。
3. 培养学生运用高分子科学知识解决一些简单实际问题的能力。
三、教学重点&难点1. 重点高分子的概念和结构特点。
要让学生理解高分子是由大量的重复单元组成的大分子，这些重复单元如何连接形成不同的结构。
常见高分子的合成方法。
像加聚反应和缩聚反应的原理、反应条件等。
2. 难点高分子的空间结构对其性能的影响。
这比较抽象，学生可能难以想象不同结构的高分子在物理和化学性能上的差异。
复杂的高分子合成反应中的反应机理。
例如一些有特殊催化剂参与的反应，反应过程中的电子转移等。
四、教学方法1. 讲授法教师直接讲解高分子科学的基本概念、原理等重要知识内容。
例如在讲解高分子概念时，用简单易懂的语言说“同学们，高分子呢，就像是由好多相同的小积木搭起来的超级大积木。
这些小积木就是重复单元，搭起来就成了大分子。
”2. 演示法通过多媒体展示高分子的结构模型、合成反应的动画等。
比如在讲加聚反应时，播放乙烯加聚生成聚乙烯的动画，让学生直观地看到小分子是如何连接成大分子的。
3. 讨论法提出一些有争议或者值得探讨的问题让学生讨论。
像“高分子材料在我们日常生活中的应用，哪些是可以被替代的，哪些是不可替代的？”让学生分组讨论，然后每个小组派代表发言。
五、教学过程1. 导入教师走进教室，带着一些常见的高分子制品，像塑料杯、橡胶手套等。
然后说“同学们，看看我今天带来的这些东西。
你们每天都在用，有没有想过它们是怎么来的呢？它们都属于高分子材料哦。
今天我们就来走进高分子科学的世界。
”2. 高分子概念讲解教师在黑板上画几个简单的高分子结构示意图，说“同学们，这就是高分子的结构。
看这个长长的链，它是由很多个小单元连接起来的。
比如说聚乙烯，它的小单元就是乙烯。