一,聚合物的基本概念重复单元和链节结构单元和单体单元平均聚合度.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、聚合物的基本概念,重复单元和链节 结构单元和单体单元 平均聚合度,二、聚合物的基本特征,相对分子质量方面的特征 结构方面的特征,聚集态特征,三、聚合物的分类,按聚合物的性能和用途 按合成聚合物的聚合反应类型,按聚合物主链结构的化学组成 按聚合物大分子结构形态,四、,聚合物的命名,一般命名法 系统命名法,1.2,聚合物,一、,聚合物的基本概念,聚合物大分子中以共价键相互连接的、,重复出现的、小而简单的结构单位。,“重复单元”似大分子链的一个环节。,重复单元(,structural repeating unit),和链节,链节:,1.2,聚合物,重复,结构,单元,:,聚苯乙烯的结构式为,聚氯乙烯的结构式为,聚乙烯的结构式为,聚合物的结构式：,1.2,聚合物,聚丁二烯的结构式为,聚醋酸乙烯酯的结构式为,聚乙烯-醋酸乙烯共聚物的结构式为,聚甲基丙烯酸甲酯的结构式为,1.2,聚合物,结构单元的结构与单体的结构除电子结构改变,外,化学组成相同。,该结构单元也可称为单体单元。,结构单元(,constitutional unit),和单体单元,涤纶树脂大分子的结构式为,1.2,聚合物,结构单元,：,单体单元,：,重复单元中包括的最小的不能再分的结构单位。,平均聚合度(,average degree of,polymerizition,),平均聚合度,:,一个大分子中“结构单元”的(平均)数目。,记作,X,n,。,对于聚氯乙烯一类大分,X,n,=,n,对于尼龙、涤纶一类大分子,X,n,=2,n,聚合物的数均相对分子质量,M,n,可由下式计算,M,n,=,M,0,.,n,=,X,n,.,M,式中,M,0,重复单元的相对分子质量；,M,结构单元的相对分子质量的平均值；,n,重复单元的数目；,X,n,结构单元的数目,即平均聚合度。,1.2,聚合物,二、聚合物的基本特征,相对分子质量方面的特征,相对分子质量巨大,聚合物的相对分子质量一般为10,4,10,6,相对分子质量具有多分散性,即使对于一个纯粹的聚合物,它也是由化学组成相同而相对分子质量不等的、同一系列的聚合物的混合物所构成。,平均相对分子质量,数均相对分子质量,M,n,(number average molecular weight)。,1.2,聚合物,质均相对分子质量,M,m,(weight average molecular weight),粘均相对分子质量,M,v,(viscosityaverage molecular weight,),Z,均相对分子质量,1.2,聚合物,对于相对分子质量均一的聚合物,M,n,=,M,m,而相对分子质量不均一的聚合物,一般,M,m,M,n,M,v,介于,M,n,和,M,m,之间，而接近,M,m,如图1.2所示。,图1.1 相对分子质量分布曲线,a-,典型分布曲线;,b-,分布较宽的曲线,图1.2 相对分子质量间的关系,W,(,x,),M,n,M,M,m,M,V,W,（,x,）,M,a,b,1.2,聚合物,相对分子质量分布(,分布曲线和分布系数,),相对分子质量分布曲线,把一个聚合物试样按相对分子质量大小分成若干级分,测定每一级分的相对分子质量和质量,并且计算出其质量分数。,以相对分子质量,M,为横坐标,质量分数,w,(,x,),为纵坐标作图,得一曲线.该曲线为相对分子质量分布曲线。,如图1.1和图1.2 所示。,相对分子质量分布系数,称为相对分子质量分布系数。,其值大于或等于1。,结构方面的特征,聚合物存在着多重结构,即所谓一次结构、二次结构和三次结构。,一次结构,一次结构是指与聚合物的结构单元有关的结构。,结构单元的化学组成,由于结构单元的化学组成不同,才构成了品种繁多的聚合物,聚合物的种类就是以结构单元的化学组成为基础而划分的。,结构单元的序列结构,指结构单元之间的键接次序。,在自由基聚合过程中,由于连接几率的关系,虽然大部分结构单元是以,“,头-尾,”,“,头-尾,”,连接,但 也有部分结构单元是以,“,头-头,”,或,“,尾-尾,”,连接。,全同立构体、间同立构体和无规立构体。,结构单元的构型(,configuration),以聚丙烯为例,全同立构体,间同,立构体,无规立,构体,二烯烃聚合时,除1,2加成、3,4加成外,还有1,4加成：,1,2加成、3,4加成同样可形成全同立构体、,间同立构体、,和无规立构体。,(a),(b),1,4加成形成的大分子中有顺式和反式之分。如图1.4所示。,a,-,顺式-1,4聚异戊二烯立体结构;,b-,反式-1,4聚异戊二烯立体结构,图1.4 聚异戊二烯的立体异构体,二次结构,聚合物的二次结构是涉及单个大分子的构像(,conformation),的结构。,构像和构型不同,构型属于一次结构的范畴,构像是属于二次结构的范畴。,二次结构的运动单元不是单个重复单元,也不是整个大分子,而是由若干重复单元形成的链段。,线型大分子可以处于伸展的链、无规线团、折叠链和螺旋链；支化交联大分子可以是支化链、星型链、梳型链和交联的链。,三次结构,三次结构亦称为高次结构。在单个大分子的二次结构的基础上,许多大分子聚集成聚合物材料产生了三次结构。,P18,a,-,无规线团；,b-,伸展链；,c-,折叠链；,d-,螺旋链；,e-,星型链；,f-,支化链;,g-,梳型链；,h-,轻度交联的链；,i-,重度交联的链,图1-5 聚合物的二次结构,至26,a,-,折叠链结晶;,b-,二重螺旋;,c-,无规线团微胞;,d-,粉条状;,e-,流苏状,图1.6 聚合物的三次结构,至26,由于聚合物大分子的结构不同,排列的规整性不同,可能形成结晶聚合物或无定型聚合物。,无定型聚合物,对于无定型聚合物加热到一定的温度,由硬而脆的玻璃态变为高弹态,如果继续加热则由高弹态转变为粘流态。,无定型聚合物的力学三态：玻璃态、高弹态和粘流态,由玻璃态转变为高弹态的温度称为玻璃化温度,记作,T,g,由高弹态转变为粘流态的温度称为粘流温度,记作,T,f,。,结晶聚合物,结晶聚合物中存在着或多或少的无定型区,因而其结晶度不如小分子来得高,宏观上表现出没有固定的熔点,T,m,而是一个熔点范围。结晶聚合物加热到一定温度,可能直接进入粘流态。,图1-7 形变-温度关系曲线,A-,玻璃态；,B-,高弹态；,C-,粘流态,形变,温度/,T,g,T,f,A,B,C,聚集态特征,聚合物没有气态，只有固态和液态。,作业:,三、聚合物的分类,按聚合物的性能和用途分类,塑料用聚合物、合成纤维用聚合物、合成橡胶用聚合物和其它聚合物(涂料、合成胶粘剂和离子交换树脂等)四类。,塑料(,plastics,),用聚合物,塑料:以聚合物为,基体材料,添加适当的,助剂,(增塑剂、润滑剂、填料和抗氧剂等),经过,混炼,、,造粒,所制成的可以进行,塑性加工,的高分子材料称为塑料。,塑料中的基体材料为塑料用聚合物。,热塑性塑料(,thermo plastic),和热固性塑料(,thermosettion,plastic),根据塑料受热时行为的不同,将其分为,热塑性塑料,和,热固性塑料,。,热塑性塑料是可以,反复进行成型加工,的塑料。,热塑性塑料中的基体材料是热塑性聚合物。,热固性塑料,只能进行一次成型加工,的塑料。,热固性塑料中的基体材料为,含有反应性基团的线型略带支链的低聚物,其经成型加工时与固化剂发生反应,变为体型交联的热固性聚合物)。,通用塑料和工程塑料,根据塑料的性能、产量、成本和使用情况将塑料分为,通用塑料,和,工程塑料,。,通用塑料产量大、成本低、应用面广、性能多样化，主要用于日用品或一般的工农业用品。,工程塑料是指可以做为工程材料的塑料，可以代替金属材料做机器的零部件。,合成纤维用聚合物,合成纤维：以聚合物为,基体材料,加入适当的,助剂,(溶剂,防静电剂、柔顺剂和染料等)配制成的可以进行,抽丝加工,的高分子材料称为合成纤维。,合成纤维中的基体材料为合成纤维用聚合物。,合成橡胶用聚合物,合成橡胶：以聚合物为,基体材料,添加适当的,助剂,(如硫化剂、硫化促进剂、防老剂和填料等),经过,塑炼,，使其具有,可塑性,，经加热、加压,交联,后成为具有,高弹性,的高分子材料为合成橡胶。,合成橡胶中的基体材料称为合成橡胶用聚合物。,塑料、纤维和橡胶用聚合物很难严格的区别开来。,其它,在合成树脂和塑料的基础上,又衍生出胶粘剂、涂料、离子交换树脂和特种高分子化合物等。,按合成聚合物的聚合反应类型分类,加聚高聚物,(,addition polymer),以加成聚合反应(属于连锁聚合的范畴)合成的高聚物称为加聚高聚物(简称加聚物)。,如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。,缩聚高聚物,(,condensation polymer),以缩聚反应合成的高聚物称为缩聚物高聚物。,如聚对苯二甲酸乙二醇酯（涤纶）、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯、环氧树酯和聚氨酯等。,按聚合物主链结构的化学组成分类,碳链聚合物,聚合物大分子,主链,中,完全由碳原子构成,如聚氯乙烯,、,聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯,、,聚四氟乙烯等。,杂链聚合物,聚合物大分子主链中,除了有碳原子外,还有,O、S、N、P,和,Si,及苯环等构成。如聚碳酸酯、聚酰胺、对苯二甲酸乙二醇酯等。,元素有机聚合物,无机聚合物,聚酰胺-66,聚二甲基硅氧烷,按聚合物的结构形态分类,线型聚合物,线型结构的聚合物称为线型聚合物:伸展链,折叠链和螺旋链。,其加热时可熔融，加入溶剂时可溶解。,线型聚合物为热塑性聚合物。,体型聚合物,体型交联结构的聚合物称为体型聚合物。,其加热时不能熔融，加入溶剂时不能溶解。,体型聚合物为热固性聚合物如酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂和聚氨酯等等。,四、,聚合物的命名,一般命名法,以单体名称或假想单体名称为基础,前面冠以,“,聚,”,字,一般来讲,碳链聚合物多以此方法命名；,而,聚乙烯醇,是以假想单体,“,乙烯醇,”,为基础命名的。,以单体简名为基础,后面缀以,“,树脂,”,或,“,橡胶,”,二字。,如以苯酚和甲醛为单体的聚合物称为,“,酚醛树脂,”,以丁,二烯和苯乙烯为单体的聚合物称为,“,丁苯橡胶,”,。,一般来讲,杂链聚合物和橡胶用聚合物多以此法命名。,以大分子主链中所含特征基团命名,聚酯,O,如果大分子主链中含有,酯基,-,C,-,O,-,这类聚合物称为,聚酯,。,聚,对苯二甲酸乙二(醇),酯,；由己醇酸为单体合成的聚合物称为,聚,己,酯,。,聚酰胺,O H,如果大分子主链中含有,酰胺基,-,C,-,N,-,这类聚合物称为,聚酰胺,。如己二酸和己二胺为单体合成的聚合物称为,聚,己二,酰,己二,胺,由氨基己酸为单体的聚合物称为,聚,己,酰胺,。,聚氨酯,H O,如果大分子主链中含有,氨基甲酸酯基,-,N,-,C,-,O,-,这类聚合物称为,聚氨基甲酸酯,。如甲苯-2,4-二异氰酸酯和乙二醇为单体合成的聚合物称为,聚,甲苯基-2,4-二,氨,基甲酸乙二醇,酯,。,聚醚,如果大分子主链中含有醚键,-,O,-,这类聚合物称为聚醚.,商业名称,表1.7 聚合物的商业名称,一般名称,商业名称,一般名称,商业名称,聚对苯二甲酸乙二(醇)酯,涤 纶,聚甲基丙烯酸甲酯,有机玻璃,聚己二酰,己二胺,尼龙-66,酚醛树脂,电 木,聚乙烯醇,缩,甲醛,维尼纶,脲醛,树脂,电 玉,聚丙烯腈,腈 纶,聚异戊二烯,合成天然橡胶,英文缩写符号,表1.8 常用聚合物英文缩写符号,PA-66,聚己二酰,己二胺,PAN,聚丙烯腈,PET,聚对苯二甲酸乙二酯,PVAc,聚,醋酸乙烯,EP,环氧树脂,PMMA,聚,甲基丙烯酸甲酯,PC,聚碳酸酯,PS,聚苯乙烯,PVFo,聚乙烯醇,缩,甲醛,PP,聚丙烯,PIP,聚异戊二烯,PE,聚乙烯,PB,聚,丁二烯,PVC,聚氯乙烯,英文缩写,聚合物名称,英文缩写,聚合物名称,系统命名法,一般命名法容易掌握,但不严格,有时会造成混乱,为了澄清命名工作中的混乱现象,国际纯化学和应用化学联合会(,IUPAC),曾提出以结构为基础的系统命名法。,但系统命名法比较烦琐,目前尚未普遍使用。,IUPAC,并不反对继续使用一般命名,但希望在学术交流时尽量少用俗名。,