有机高分子材料课件PPT.ppt

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科院有机高分子化合物讲解内容提要内容提要1、基本概念：

链节、聚合度、单体基本概念：

链节、聚合度、单体2、分类与命名、分类与命名3、高分子链的结构：

线型、支链型、体型、高分子链的结构：

线型、支链型、体型4、高分子化合物的力学性质：

晶区模型、高分子化合物的力学性质：

晶区模型非晶态聚合物的温度变形曲线非晶态聚合物的温度变形曲线玻璃态、高弹态、粘流态玻璃态、高弹态、粘流态高分子材料应用的适宜温度范围高分子材料应用的适宜温度范围今天，大到国民经济，小到日今天，大到国民经济，小到日常生活都与高分子材料息息相常生活都与高分子材料息息相关，可称为关，可称为“高分子化合物时高分子化合物时代代”。

高分子材料在二战前后得到了迅速发展；到上世纪末，光是塑料在体积上就明显超过了钢铁。

高分子化合物天然高分子与合成高分子天然高分子与合成高分子棉、毛、蚕丝和蛋白质等都是天然棉、毛、蚕丝和蛋白质等都是天然高分子材料高分子材料。

合成高分子材料主要包括塑料、橡合成高分子材料主要包括塑料、橡胶与纤维三大合成材料，其中塑料胶与纤维三大合成材料，其中塑料占总量的占总量的80。

功能高分子材料功能高分子材料人们还可以通过各种手段，用物理的或化学的方法，或者使高分子与其他物质相互作用后产生物理或化学变化，从而使高分子化合物成为能完成特殊功能的功能高分子材料。

物理功能高分子材料物理功能高分子材料如导电高分子、高分子半导体、光导电高分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子材料等。

化学功能高分子材料化学功能高分子材料如反应性高分子、离子交换树脂、高分子分离膜、高分子催化剂、高分子试剂及人工脏器等。

生物功能和医用高分子材料，如生物高分子、模拟器、高分子药物及人工骨材料等。

高分子又称大分子，一般是指分子量大于104，链长度在103105，甚至更大的分子。

高分子化合物与低分子化合物的根本区别，在于分子量大小的不同。

基本概念基本概念造成高分子分子量很大的原因，是它们的分子是由特定的结构单元多次重复连接组成的。

例如聚氯乙烯分子是由成千上万个氯乙烯分子相互连接组成的。

链节链节单体单体聚合度聚合度高分子里每个特定的结构单元也叫做链节。

表示每个高分子里链节的数目，叫做聚合度（n）。

能够聚合生成高分子化合物的低分子化合物叫做单体。

例如苯乙烯是合成聚苯乙烯的单体。

聚苯乙烯由苯乙烯聚合成聚苯乙烯和聚氯乙烯施陶丁格提出高分子链性学说高分子具有重复链节结构这一概念，是施陶丁格在2020世纪2020年代初提出的。

直到3030年代初，通过了多次实践，这一概念才被广泛承认。

从而使高分子有飞跃的发展。

为了表彰斯陶丁格的功绩，瑞典皇家科学院授予他19531953年诺贝尔化学奖。

高分子化合物的分子量高分子化合物的分子量同一种高分子化合物在实质上，是由许多链节结构相同而聚合度不同的高分子所组成的混和物。

因此高分子化合物的分子量只能是平均分子量（Mr）。

Mrnm聚合物的分类聚合物的分类分类原则分类原则类别类别举例与特性举例与特性按聚合物的来源按聚合物的来源天然聚合物天然聚合物如如天天然然橡橡胶胶、纤纤维维素素、蛋蛋白质白质人造聚合物人造聚合物经经人人工工改改性性的的天天然然聚聚合合物物，如如硝硝酸酸纤纤维维、醋酸纤维（人造丝）醋酸纤维（人造丝）合成聚合物合成聚合物完完全全由由低低分分子子物物质质合合成成的的如如聚聚氯氯乙乙稀稀、聚聚酰胺等。

酰胺等。

按按生生成成聚聚合合物物的的化化学反应学反应加聚物加聚物由由加加成成聚聚合合反反应应得得到到的，如聚稀烃的，如聚稀烃缩聚物缩聚物由由缩缩合合聚聚合合反反应应得得到到的，如酚醛树脂的，如酚醛树脂分类原则分类原则类别类别举例与特性举例与特性按按聚聚合合物物的的性性质质塑料塑料有有固固定定形形状状、热热稳稳定定性性与与机械强度，如工程机械强度，如工程塑料塑料橡胶橡胶具具有有高高弹弹性性，可可做做弹弹性性材材料与密封材料料与密封材料纤维纤维单单丝丝强强度度高高，可可做做纺纺织织材材料料按按聚聚合合物物的的热热行为行为热热塑性塑性聚合物聚合物线型结构加热后仍不变线型结构加热后仍不变热热固性固性聚合物聚合物线型结构加热后变体型线型结构加热后变体型按按聚聚合合物物分分子子的结构的结构碳碳（均均）链链聚聚合合物物一般为加聚物一般为加聚物杂键聚合物杂键聚合物一般为缩聚物一般为缩聚物元素有机聚合物元素有机聚合物一一般为缩聚物般为缩聚物聚合物的命名聚合物的命名聚合物有系统命名法和通俗命名法，主要采用通俗命名法。

天然高分子，一般按来源和性质有专有名词。

如纤维素、蛋白质等。

聚合物的命名聚合物的命名合成高分子，是在单体名称前冠以“聚”字。

如由乙烯（H2CCH2）制得的聚合物叫聚乙烯（polyethylene，简称PE）。

是我們最常看到的塑料，可制塑料袋、塑料杯、塑料桶及塑料玩具等用品。

由氯乙烯加成聚合而成聚合物叫聚氯乙烯poly（vinylchloride），简称（PVC）。

是制造雨衣、硬塑料水管、塑料布、电线塑料外壳的原料。

聚合物的命名聚合物的命名由两种单体缩聚而成的聚合物，如果结构比较复杂或不太明确，往往在单体名称后加上“树脂”二字来命名。

由尿素与甲醛的水溶液在硫酸的催化下缩合而成的聚合物叫脲甲樹脂。

因受熱不会软化，且质轻并有絕緣性，是制造电线插头与插座的塑料部分及炊具把手的最佳原料。

聚合物的通俗名称、商品名称及简写代号通俗名称通俗名称商品名称商品名称简写代号简写代号聚氯乙烯聚氯乙烯氯纶氯纶PVC聚丙烯聚丙烯丙纶丙纶PP丙烯腈丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯苯乙烯乙烯ABS树脂树脂ABS聚对苯二甲酸乙二聚对苯二甲酸乙二酯酯涤纶涤纶PET聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃有机玻璃PMMA聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯PS高分子链的结构高分子链的结构链的结构链的结构状态状态特点特点性质及示例性质及示例线型线型拉伸或低温直线形拉伸或低温直线形高温或稀溶液卷曲高温或稀溶液卷曲弹弹性性和和可可塑塑性性，可可反复加工成型反复加工成型热热塑塑性性聚聚合合物物，如如聚聚氯氯乙乙稀、聚乙稀、尼龙稀、聚乙稀、尼龙支链型支链型象象一一根根“节节上上生生枝枝”树干树干与线型基本相同与线型基本相同体型体型线线型型或或支支链链型型高高分分子子以化学键交联而成以化学键交联而成具有空间网状结构具有空间网状结构弹弹性性和和可可塑塑性性较较小小，硬硬度度和和脆脆性性大大，一一次次加加工工成成型型后后不不再再熔熔化化，一一般般溶剂不溶解溶剂不溶解热固性聚合物热固性聚合物硫化橡胶、离子交换树脂硫化橡胶、离子交换树脂线型高分子Linearpolymers:

VanderWaalsbondingbetweenchains.Examples:

polyethylene,nylon.链之间的结合力是分子间力，例如：

聚乙烯、尼龙Linear高高密度密度聚聚乙烯的线型结构乙烯的线型结构支链型高分子Branchedpolymers:

Nonlinear低密度低密度聚聚乙烯的支链型结构乙烯的支链型结构体型高分子Cross-linkedpolymers:

Chainsareconnectedbycovalentbonds.Manyrubbershavethisstructure.链之间由共价键连接，许多橡胶具有这种结构Networkpolymers:

3Dnetworksmadefromtrifunctionalmers.Examples:

epoxies,phenolformaldehyde网状高分子网状高分子高分子链中含有很多的单键，这些单键均可作内旋转，从而使高分子链很容易卷曲成各种不同形状。

称为高分子链的柔顺性。

高分子链的柔顺性高分子链的柔顺性单键内单键内旋转示意图旋转示意图纯碳碳单键的内旋转是完全的。

高分子链中单键的内旋转受取代基及邻近部分的影响，具有很大的阻力。

阻力小容易卷曲的称为柔顺链。

阻力大不容易卷曲的称为刚性链。

链段链段高分子中具有独立运动能力的最小部分叫做链段。

一般包括十几到几十个链节。

柔顺性大，链段短。

柔顺性小，链段长。

主链结构主链结构侧基性质侧基性质影响柔顺性的因素影响柔顺性的因素主主链链结构结构全部由单键组成时，柔顺性好，属于柔顺链。

SiOSiO链柔顺性最大COCO链次之CCCC链又次之含孤立双键主链有孤立双键时，柔顺性比不含双键时更好。

比如聚异戊二烯橡胶含芳杂环主链上有一定数量的芳杂环时，由于芳杂环不能内旋转，分子链的柔顺性科很差。

如聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）含共轭双键含共轭双键（即两个双键被一个单键隔开）的大分子链，不能内旋转，具有极大的刚性。

聚聚异戊二烯异戊二烯侧侧基基性质性质极性越大，柔顺性越差侧基越大，柔顺性越差对称性好，柔顺性好极性越大，柔顺性越差聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯睛柔顺性依次递减：

侧基越大，柔顺性越差比如聚苯乙烯具有较大的苯基，内旋转困难，柔顺性差，性脆而硬。

对称性好柔顺性好聚异丁烯的两个甲基在同一个碳原子上对称取代，其单键内旋转反而更容易，故柔顺性比聚丙烯更好高分子化合物的力学状态高分子化合物的力学状态高分子长链是曲曲折折的蜷曲形。

有规则的蜷曲（折叠）形成晶态，无规则的蜷曲形成非晶态；高分子的分子与分子堆砌在一起。

晶态高分子晶态高分子非晶态高分子非晶态高分子晶区结构模型同一种高分子化合物可以兼有晶态和非晶体两种结构。

根据晶区结构模型，在结晶高分子中存在着若干所谓晶区，在晶区中间还存在所谓非晶区。

在晶区分子链有规则而紧密地排列，非晶区分子链蜷曲和无规则的堆砌。

晶态和非晶体两种结构同时存于高分子中结晶高分子中既包含着有规整排列部分（晶区），又包含着不规整排列部分（非晶区）。

高分子中晶区部分所占的质量分数，叫做结晶度。

典型的结晶高分子化合物通常结晶度只有50%80%。

结晶度结晶度在高分子的分子与分子之间，相同的链节也可排列成为片晶，片晶再堆砌成为球晶或其他晶态；小分子化合物，要么是结晶的，要么是非晶态的；而高分子化合物，则可以一部分是晶态结构，另一部分是非晶态结构。

片晶球晶结晶度对性质的影响如果聚合物结晶程度比较高，产品就会更坚硬结实但可塑性差，反之亦然。

在合成树脂、纤维和橡胶中，合成橡胶是结晶结构较少的聚合物。

非晶态非晶态聚合物的温度形变曲线聚合物的温度形变曲线线性非结晶线性非结晶聚合物有三聚合物有三种不同的力种不同的力学状态：

玻学状态：

玻璃态、高弹璃态、高弹态、粘流态。

态、粘流态。

温度对热塑性的影响温度对热塑性的影响A.硬而脆硬而脆B.硬度硬度延展性居中延展性居中C.柔软柔软玻璃态玻璃态整个大分子被冻结，受力时能发生键整个大分子被冻结，受力时能发生键长和键角微小的改变，形变与外力成长和键角微小的改变，形变与外力成正比，外力除去，形变能立即恢复，正比，外力除去，形变能立即恢复，称为普弹形变。

称为普弹形变。

高弹态高弹态随着温度升高，分子热运动加剧，当升高到玻璃化温度以上，链段可随外力作用的方向而运动，产生很大的形变，外力解除后，能恢复原状，即发生高弹形变，所处状态称为高弹态。

由玻璃态转变到高弹态的温度称为玻璃化温度，用Tg表示。

粘流态粘流态温度再升高，整个大分子链都能发生相对移滑动，同小分子液体类似，这种流动形变是不可逆的，称为粘流形变，聚合物所处状态叫粘流态。

由高弹态变到粘流态的温度称为粘流化温度，及Tf表示。

非晶态非晶态和晶态聚合物的比较和晶态聚合物的比较非晶态和晶态聚合物的比较聚合物使用的温度范围塑料在室温下大都处于玻璃态，塑料在室温下大都处于玻璃态，Tg是是其使用上限温度。

其使用上限温度。

橡胶处于高弹态，橡胶处于高弹态，Tf是其使用下限温是其使用下限温度。

度。

大多数合成纤维是结晶聚合物，熔点大多数合成纤维是结晶聚合物，熔点Tm是是其使用上限温度。

其使用上限温度。

聚合物玻璃化温度越高，耐热性越高。

聚合物玻璃化温度越高，耐热性越高。

若聚合物常温下处于玻璃态，则可用若聚合物常温下处于玻璃态，则可用来来做塑料。

做塑料。

常温下处于高弹态则可用来做橡胶。

常温下处于高弹态则可用来做橡胶。

TgTf是橡胶的使用温度范围，一些聚合物的玻璃