第二十二章合成高分子化合物.docx

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第二十二章合成高分子化合物

第二十二章合成高分子化合物

一、教学目的和要求

（1）掌握常见高分子的合成、商品名和俗名。

（2）掌握加聚和缩聚反应的概念。

（3）了解高分子的基本概念。

（4）了解高分子化合物的应用。

（5）理解高分子的结构和性能的关系，线型高聚物和体型高聚物的性能特点，高分子化合物的聚集状态。

二、教学重点与难点

重点是高分子化合物的特点，影响高分子性能的几个因素，对高分子化合物聚集状态的理解，高分子合成反应的两大类型。

难点是对三种力学状态的理解，加聚反应和缩聚反应在反应机理方面的特点及它们之间的区别。

三、教学方法和教学学时

1、教学方法：

以课堂讲授为主，结合必要的课堂讨论。

教学手段以板书和多媒体相结合。

2、教学学时：

4学时

四、教学内容

第一节基本概念

高分子的相对分子量。

高分子化合物的特点。

高分子化合物的分类和命名

第二节高分子的结构和性能的关系

高分子的两种基本结构及其性能特点。

高分子化合物的凝聚状态。

第三节高分子的合成

加聚反应。

缩聚反应。

第四节高分子的应用

五、课后作业、思考题

习题：

3，4，5。

§22-1基本概念

一、高分子的相对分子质量

通常低分子的相对分子质量是在一千以下，而高分子的相对分子质量是在五千以上。

因此，相对分子质量很大是高分子化合物的特征、是高分子同低分子最根本的区别，亦是高分子物质具有各种独特性能。

如比重小、强度大，具有高弹性和可塑性等的基本原因。

至于相对分子质量介于一千至五千之间的物质是届低分子还是届高分子，这要由它们的物理机械性能来决定。

也就是说，其相对分子质量必须达到其物理机械性能方面与低分子化台物具有明显差别时，才能称为高分子化合物。

高分子的相对分子质虽虽然很大，但其化学组成一般都比较简单，常由许多相同的链节以共价键重复结合而成高分子链。

象氯乙烯这样能聚合成高分子化合物的低分子化合物称为单体。

组成高分子链的重复结构单位一CH2一CHCl称为链节，链节数目n称为聚合度。

因此，高分子的相对分子质量＝聚合度×链节量。

二、高分子化台物的特点

高分子同低分子比较，具有如下几个特点：

1．从相对分子质量和组成上看

高分子的相对分子质量很大分子都是由一种或几种单体聚合而成。

由两种或两种以上单体合成的高聚物称为共聚物。

2．从分子结构上看

高分子的分子结构基本上只有两种，一种是线型结构，另一种是体型结构。

线型结构的特征是分子中的原于以共价键互相连结成一条很长的卷曲状态的“链”（叫分子链）；体型结构的特征是分子链萄分子链之间还有许多共价键交联起来，形成三度空间的网络结构。

这两种不同的结构，性能上有很大的差异。

3．从性能上看

通常都处于固体或凝胶体状态，有较好的机械强度，有较好的绝缘性和耐腐蚀性能，有较好的可塑性和高弹性。

高弹性是高聚物独有的性能。

此外，溶解性、熔融性、溶液的行为和结晶性等方面和低分子也有很大的差别。

三、高分子化台物的分类和命名

1．按来源分类

可把高分子分成天然高分子和合成高分子两大类。

2．按材料的性能分类

可把向分子分成塑料、橡胶和纤维。

3．按用途分类

可分为通用高分子．工程材料高分子，功能高分子，仿生高分子，医用高分子，高分子药物、高分子试剂，高分子催化剂和生物高分子等。

4．按高分子主链结构分类

可分为碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子和无机高分子。

高分子化合物的系统命名比较复杂，实际很少使用，习惯上天然高分子常用俗名。

合成高分子则通常按制备方法及原料名称来命名。

加聚反应制得的高聚物，往往是在原料名称前面加个“聚”字来命名。

例如、氯乙烯的聚合物称为聚氯乙烯，苯乙烯的聚合物称为聚苯乙烯等。

缩聚反应制得的高聚物，则大多数是在简化后的原料名称后面加上“树脂”二字来命名：

例如，酚醛树脂、环氧树脂等。

加聚物在未制成制品的也常用“树脂”来称呼、例如：

聚氯乙烯树脂，聚乙烯树脂等。

此外，在商业上常给高分子物质以商品名称。

例如，聚己内酰胺纤维称为尼龙—6，聚对苯二甲酸乙二朗纤维称为的确良，聚丙烯脂纤维称为脂纶等。

§22-2高分子的结构和性能的关系

一、高分子的两种基本结构及其性能特点

高分子的分子结构可以分为两种基本类型：

第一种是线型结构，具有这种结构的高分于化合物称为线型高分子化合物。

第二种是体型结构，具有这种结构的高分子化合物称为体型高分。

两种不同的结构，表现出相反的性能。

线型结构（包括支链结构）高聚物由于有独立的分子存在，故具有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆性较小的特点。

体型结构高聚物由于没有独立的大分子存在，故没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较大。

因此，从结构上看，橡胶只能是线型结构或交联很少的网状结构的高分子，纤维也只能是线型结构的高分子，而塑料则两种结构的高分子都有。

二、高分子化台物的聚集状态

1、晶相高聚物和非晶相高聚物

从结晶状态来看，线型结构的高聚物有晶相的和非晶相的。

体型结构的高聚物，例如，酚醛塑料、环氧树脂等，由于分子链间有大量的交联，分子链不可能产生有序排列，因而都是非晶相的。

2、线型非晶相高聚物的聚集状态

线型非晶相高聚物具有三种不同的物理状态：

玻璃态、高弹态和粘流态。

塑料所处的状态是玻璃态，橡胶所处的状态是高弹态，把高聚物加热到熔融时所处的状态就是粘流态。

玻璃态的特征是形变很困难，硬度大；高弹态的特征是形变很容易，具有高弹性；粘流态的特征是形变能任意发生，具有流动性。

这三种物理状态，随着温度的变化可以互相转化：

§22-3高分子的合成

合成高分子化合物最基本的反应有两类：

一类叫缩合聚合反应（简称缩聚反应）．另一类叫加成聚合反应（简称加聚反应）。

这两类合成反应的单体结构、聚合机理和具体实施方法都不同。

一、加聚反应

加聚反应是指由一种或两种以上单体化合成高聚物的反应，在反应过程中没有低分子物质生成，生成的高聚物与原料物质具有相同的化学组成，其相对分子质量为原料相对分子质量的整数倍，仅由一种单体发生的加聚反应称为均聚反应。

加聚反应具有如下两个特点：

（1）加聚反应所用的单体是带有双镀或叁键的不饱和键的化合物。

加聚反应发生在不饱和键上。

（2）加聚反应是通过一连串的单体分子问的互相加成反应来完成的。

上述两个特点就是加聚反应和缩聚反应最基本的区别。

加聚反应根据反应活性中心的不同可以分为自由基加聚反应和离子型加聚反应两大类。

1、自由基加聚反应

自由基聚合反应就是单体在引发剂或在光、热、辐射等物理能量激发下转化成自由基而引起的聚合反应。

2、正离子加聚反应

正离子加聚反应与自由基加聚反应过程基本相似，不同的是反应活性中心是正离子。

引发正离子加聚反应的催化剂是亲电子试剂，如各种酸类、金属卤化物加助催化剂，金属卤化物。

3、负离子加聚反应

负离子加聚反应的历程与自由基加聚反应也是相似的，不同的是活性中心是负离子。

引发负离子聚合的催化剂为亲核试剂。

常用的有碱金属；碱金属氨基化物；格氏试剂；烷基金属化物等。

4、配位聚合反应

配位聚合反应是烯类单体在金属有机络合物催化剂的催化下引起的聚合反应。

二、缩聚反应

1、缩聚反应的特点

缩聚反应是由一种或两种以上单体化合成高聚物，同时有低分子物质析出的反应。

所生成的高聚物的化学组成与原料低分子的组成不同。

缩聚反应具有如下两个特点：

（1）缩聚反应所用的单体是带有一OH、一COOH、一NH2、卤素和活泼氢等原子或基团的化合物。

而且它们都是带有两个或两个以上的反应基团。

若分子中只有一个反应基因则不可能缩聚成高分子。

（2）缩聚反应是通过一连串的缩合反应来完成的。

所以，缩聚反应和低分子的缩合反应一样，都是可逆反应。

相对分子质量随反应时间的增加而逐渐增大，但单体的转化率却几乎与反应时间无关。

上述两个特点就是缩聚反应与加聚反应最显著的区别。

2、缩聚反应的历程

§22-4高分子的应用

作为结构材料使用的塑料、橡胶和纤维，其品种之多，产量之大，应用之广，已为人们所熟知。

具有各种特殊理化功能的高分子，如带有反应基团的离子交换树脂，具有感光性能的光敏树脂，具有光电效应、压电效应、热电效应的高分子半导体，具有酶作用的高分子催化剂等等所谓“功能高分子”近十几年来发展非常快．在工农业生产，尤其在科学实验中发挥丁重要作用。

下面简单介绍功能高分子化合物在化学实验技术中的应用。

功能高分子在化学实验技术中的应用，主要有两个方面：

一是作为层析材料，二是作为反应的载体。

两者又是相互联系的，例如离子交换树脂既可用于层析，也可用作催化剂的载体。

所用的高分子大多数是体型结构的，因为它不溶于任何溶剂，又容易分离。

也有用线型结构的。

广泛应用的品种有体型结构的聚苯乙烯、聚丙烯酸酪、聚甲基丙烯酸酪和聚丙烯酰胺等。