高分子材料的制备.ppt

1、第一节 高分子材料概述第二节 加聚型聚合物的制备第三节 缩聚型聚合物的制备 第三章第三章 高分子材料的制备高分子材料的制备第一节第一节 高分子材料概述高分子材料概述q 高分子材料的分类高分子材料的分类塑塑塑塑 料料料料橡橡橡橡 胶胶胶胶合成纤维合成纤维合成纤维合成纤维胶胶胶胶 粘粘粘粘 剂剂剂剂 按用途按用途按用途按用途热塑性材料热塑性材料热塑性材料热塑性材料热固性材料热固性材料热固性材料热固性材料 按热性质按热性质按热性质按热性质q 高分子材料的制备高分子材料的制备天然气天然气聚聚 合合聚合物聚合物单单 体体煤炭煤炭石油石油 高聚物粒料高聚物粉料化学基本知识高分子常用的元素 碳：C；氢：H；

2、氧：O；氮：N；氯：Cl；硫：S；氟：F；高分子常用的基团：腈基：CN；羧基:COOH;羟基:OH;酯基:R-COO-R 烯基：C=C；炔基：CC;苯基：高分子化合物的命名以单体名称为基础，在前面加“聚”字 乙烯乙烯 丙烯丙烯 氯乙烯氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯聚乙烯 聚丙烯聚丙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯取单体简名，在后面加“树脂”、“橡胶”二字 如 苯酚 甲醛 酚醛树脂 尿素 甲醛 脲醛树脂 丁二烯 苯乙烯 丁苯橡胶l 商品名：商品名：合成纤维最普遍，我国以合成纤维最普遍，我国以“纶纶”作为合成纤维的后作为合成纤维的后缀缀 涤纶涤纶 聚对苯二甲酸乙

3、二醇酯（聚酯）聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）丙纶丙纶 聚丙烯聚丙烯 锦纶锦纶 聚酰胺（尼龙）聚酰胺（尼龙）腈纶腈纶 聚丙烯腈聚丙烯腈 氯纶氯纶 聚氯乙烯聚氯乙烯聚酰胺聚酰胺聚酰胺聚酰胺 聚酯聚酯聚酯聚酯 聚氨酯聚氨酯聚氨酯聚氨酯 聚醚聚醚聚醚聚醚l 以高分子链的结构特征命名以高分子链的结构特征命名 高聚物的分子量式中式中:M M 是高分子的分子量是高分子的分子量 MM0 0 是结构单元的分子量是结构单元的分子量聚苯聚苯乙烯乙烯PA66:聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺单体名体名称称单体体结构构简式式聚合物聚合物乙乙烯CH2=CH2 丙丙烯CH2=CHCH3氯乙乙烯CH2=CHCl苯乙苯乙烯CH2=C

4、HPN异戊二异戊二烯表1 常用聚合物的单体及化学式表1 常用聚合物的单体及化学式 尼龙6：PA6尼龙66：ABS：聚碳酸酯：PC聚对苯二甲酸乙二酯：PET HN(CH2)5CO n 聚对苯二甲酸丁二酯：PBTq 高聚物的组成与结构高聚物的组成与结构 高分子量高分子量高分子量高分子量：结构单体：小分子量结构单体：小分子量聚聚 合合 物：物：104 107聚四氟乙烯单体（聚四氟乙烯单体（聚四氟乙烯单体（聚四氟乙烯单体（xqdxqd）线链状结构线链状结构线链状结构线链状结构：高分子可以看成是数量庞大高分子可以看成是数量庞大的小分子以共价键相连接而的小分子以共价键相连接而形成的，如果把小分子抽象形成的

5、，如果把小分子抽象为一个为一个“点点”，那么绝大多数高分子则可抽象为由千百，那么绝大多数高分子则可抽象为由千百万万个个“点点”连接而成的连接而成的“线线”或或“链链”。链链链链 节：节：节：节：是高分子链的最小结构单元。是高分子链的最小结构单元。链链链链 段：段：段：段：高分子链的独立运动基本单元。高分子链的独立运动基本单元。聚合度：聚合度：聚合度：聚合度：链节的重复数目（链节的重复数目（n n）。）。链节、链段与聚合度链节、链段与聚合度链节、链段与聚合度链节、链段与聚合度：例如例如:聚氯乙烯是由氯乙烯重复连接而成，其中单聚氯乙烯是由氯乙烯重复连接而成，其中单体为体为CH2=CHCl，链节为，

6、链节为 CH2-CHCl，单体分子量，单体分子量m=62.5，n为为8002400，M约为约为50000150000。一般高分子主链的单键都可内旋转，由此引起高分子一般高分子主链的单键都可内旋转，由此引起高分子在空间有无数种排布（构象）。在空间有无数种排布（构象）。C-C键的内旋示意图键的内旋示意图1 12 23 34 4 分子量和分子尺寸的多分散性分子量和分子尺寸的多分散性分子量和分子尺寸的多分散性分子量和分子尺寸的多分散性：因此，即使分子量相同的分子链，其构象不同，分子因此，即使分子量相同的分子链，其构象不同，分子尺寸也不相同。这可以理解为同一分子在不同的时刻可能尺寸也不相同。这可以理解为

7、同一分子在不同的时刻可能具有不同的尺寸，也可理解为分子量相同的不同分子之间具有不同的尺寸，也可理解为分子量相同的不同分子之间在同一时刻可具有不同的尺寸。上述性质决定了所谓高分在同一时刻可具有不同的尺寸。上述性质决定了所谓高分子的分子量和分子尺寸只能是某种意义上的统计平均值。子的分子量和分子尺寸只能是某种意义上的统计平均值。乙烯类高聚物的构型（全同立构）乙烯类高聚物的构型（全同立构）高分子的强度与分子量密切相关强强度度BAC聚合度聚合度A 点是初具强度的最低聚合度，点是初具强度的最低聚合度，A A点以上强度随分子链迅速点以上强度随分子链迅速增加增加B B 点是临界点，强度增加逐点是临界点，强度增

8、加逐 渐减慢渐减慢C C 点以后强度不再明显增加点以后强度不再明显增加 不同高分子初具强度的聚合度和临界点的聚合度不同，不同高分子初具强度的聚合度和临界点的聚合度不同，如如 1）链结构单元的近程有序）链结构单元的近程有序 高分子链的化学组成：高分子链的化学组成：碳链高分子碳链高分子 杂链高分子（杂链高分子（C与与O、S和和N等元素形成共价键）等元素形成共价键）元素高分子（元素高分子（C与与Si、B、P等元素形成共价键等元素形成共价键)梯型和双螺旋型高分子梯型和双螺旋型高分子 侧基和端基侧基和端基 支化和交联支化和交联（支化表现为多个端基）（支化表现为多个端基）物质结构的多层次性物质结构的多层次

9、性物质结构的多层次性物质结构的多层次性：键键接接结结构构：是是指指单单体体在在形形成成高高分分子子链链时时因因相相互互 键接键接 而造成的各基团之间的相对位置。而造成的各基团之间的相对位置。例如：单体：例如：单体：CHR-CH2 a：头尾相接：头尾相接 -CHR-CH2-CHR-CH2-b：头头（尾尾）相接：头头（尾尾）相接 -CHR-CH2-CH2-CHR-c：无规相接：无规相接 2）整个高分子链的远程结构）整个高分子链的远程结构 远程结构的研究主要包括分子量及分布；构象两远程结构的研究主要包括分子量及分布；构象两 方面。方面。构象：单键内旋转导致分子在空间的不同形态。构象：单键内旋转导致分

10、子在空间的不同形态。分分 子子热热 运运 动动键的旋转键的旋转角的变化角的变化结构取向结构取向的的 变变 化化 关于构象的分析：若关于构象的分析：若N个单键，每个键有个单键，每个键有M个旋个旋 转角，则分子可能的构象数为转角，则分子可能的构象数为MN个；分子热运动个；分子热运动可使其构象状态每时、每刻都在发生变化，可用统可使其构象状态每时、每刻都在发生变化，可用统计方法讨论实现某种构象的概率。计方法讨论实现某种构象的概率。3）大分子链的具体结构）大分子链的具体结构 1.线形高分子（线形高分子（linear polymer）分子长链可以蜷曲成团。线形的分子间没有化学建键结合，分子长链可以蜷曲成团

11、。线形的分子间没有化学建键结合，在受热或者受力的情况下分子间可以相互移动，因此在受热或者受力的情况下分子间可以相互移动，因此线型高聚线型高聚物可以在适当的溶剂中溶解，加热时可以熔融，易于加工成型。物可以在适当的溶剂中溶解，加热时可以熔融，易于加工成型。2.支化高分子（支化高分子（branching polymer）与线形高分子的化学性质相似，但物理机械性能不同，线与线形高分子的化学性质相似，但物理机械性能不同，线形分子易于结晶，故密度，熔点，结晶度和硬度方面都高于形分子易于结晶，故密度，熔点，结晶度和硬度方面都高于前者。前者。支化破坏了分子的规整性，故结晶度大大降低。支化破坏了分子的规整性，故

12、结晶度大大降低。支化与交联的性能差异支化与交联的性能差异:支化的高分子可以溶解支化的高分子可以溶解;交联的高分子不溶解交联的高分子不溶解,在交联度不大的情况下溶胀在交联度不大的情况下溶胀,不熔融不熔融的热固性塑料和硫化橡胶都是交联高分子。的热固性塑料和硫化橡胶都是交联高分子。形成条件：形成条件：若在缩聚反应过程中有三个以上的官能度的单若在缩聚反应过程中有三个以上的官能度的单体存在；或在加聚过程中有自由基的链转移反应；或双烯体存在；或在加聚过程中有自由基的链转移反应；或双烯类单体中第二键的活化等都能生成的高分子。类单体中第二键的活化等都能生成的高分子。3.交联（交联（network polyme

13、r）高分子链之间通过支链连接成一个空间三维网状结构高分子链之间通过支链连接成一个空间三维网状结构线线型型：长长径径比比1000:11000:1，具具有有良良好好的的弹弹性性和和塑塑性性，可可溶溶解解或或溶溶胀胀，加加热热可可融融化化或或软软化化；易易于于加加工工成成形形，可可重重复复使使用。热塑性塑料用。热塑性塑料PEPE、PVCPVC等。等。体体型型：网网状状结结构构，不不溶溶不不熔熔，具具有有良良好好的的耐耐热热性性和和强强度度，但但脆脆性性大大，弹弹性性塑塑性性低低，不不能能重重复复使使用用。热热固固性性树树脂脂酚醛树脂等。酚醛树脂等。PE种类种类链的几何形状链的几何形状 (%)拉伸强度

14、拉伸强度t(kg/cm2)Tm最高使用最高使用温度温度LDPE支化结构支化结构0.910.9460707015010580100HDPE线形结构线形结构0.950.9795210370135120交联交联PE交联结构交联结构0.951.40-100210-135用途用途：1.LDPE：薄膜材料、软制品薄膜材料、软制品2.HDPE：硬制品、管材硬制品、管材3.交联聚乙烯：交联聚乙烯：海底电缆、电工器材海底电缆、电工器材PE链几何形状对其性能的影响链几何形状对其性能的影响eg:橡胶硫化橡胶硫化未硫化未硫化:分子间容易滑动分子间容易滑动,受力后不能恢复原状受力后不能恢复原状硫化后硫化后:不易滑动不易

15、滑动,有可逆的弹性形变有可逆的弹性形变注意注意:交联度不同交联度不同,性能也不相同性能也不相同;如交联度小的橡胶如交联度小的橡胶(含硫量含硫量5%),弹性好；交联度大（弹性好；交联度大（2030）的橡胶）的橡胶,弹性差弹性差,随着交联随着交联度的增加度的增加,机械强度和硬度都将增加机械强度和硬度都将增加,最后失去弹性而变脆最后失去弹性而变脆.交联的作用交联的作用:1.使分子在使用时克服分子间的流动使分子在使用时克服分子间的流动,即提高强度即提高强度 2.提高耐热性提高耐热性3.提高抗溶剂性提高抗溶剂性,即不容易溶解于有机溶剂即不容易溶解于有机溶剂例如：电线电缆、橡胶、热固性塑料 聚合物的三种聚

16、集态结构聚合物的三种聚集态结构聚合物的三种聚集态结构聚合物的三种聚集态结构：1）晶晶态态结结构构 线线型型聚聚合合物物固固化化时时可可以以结结晶晶，但但由由于于分分子子链链运动较困难，不可能完全结晶。运动较困难，不可能完全结晶。晶晶态态聚聚合合物物实实际际为为晶晶区区（分分子子有有规规律律排排列列）和和非非晶晶区区（分分子子无无规规律律排排列列）两两相相结结构构，一一般般结结晶晶度度（晶晶区区所所占占有有的的重重量量百百分分比比）只只有有50%85%，特特殊殊情情况况可可达达到到98%。在在结结晶晶聚聚合合物物中中，晶晶区区与与非非晶晶区区相相互互穿穿插插，紧紧密密相相连连，一一个大分子链可以同时穿过许多晶区和非晶区。个大分子链可以同时穿过许多晶区和非晶区。2）非非晶晶态态结结构构 聚聚合合物物凝凝固固时时，分分子子不不能能规规则则排排列列，呈呈长长程程无无序序、近近程程有有序序状状态态。非非晶晶态态聚聚合合物物分分子子链链的的活活动动能能力力大，弹性大，弹性和塑性较好。和塑性较好。材料的性能呈材料的性能呈各向同性。各向同性。非晶区晶 区结晶高聚物和非晶高聚物区别 性能参数结晶高聚物非