化学结构公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

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,*,第一章,聚合物基本结构,第1页,第1页,1.1,高分子链结构,1.1.1,结构术语,连续长度最长原子序列,(1),主链：,要求了主链原子间键长、键角、键能、取代基数量等,(backbone),第2页,第2页,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,聚乙烯,聚四氟乙烯,CF,2,CF,2,CF,2,CF,2,CF,2,CF,2,CF,2,CF,2,CF,2,CF,2,(,A),碳链高分子,第3页,第3页,尼龙,CH,2,O,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,O,O,O,O,O,聚甲醛,(,B),杂链高分子（除,C,以外，还含,N，O，S）,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,NH,C,O,C,O,NH,第4页,第4页,Si,O,O,O,O,O,O,Si,Si,Si,Si,Si,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,聚二甲基硅氧烷,P=N,Cl,Cl,P=N,Cl,Cl,P=N,Cl,Cl,P=N,Cl,Cl,P=N,Cl,Cl,P=N,Cl,Cl,聚氯化膦,腈,(,C),元素高分子（主链不含,C）,第5页,第5页,SO,2,n,CH,3,CH,3,C,O,O,CO,O,O,聚醚醚酮(,PEEK),聚砜,第6页,第6页,(2),单体,链节,单元,重复单元,一个单体参与聚合产物称均聚物,二种以上单体参与聚合产物称共聚物,第7页,第7页,CH,2,CH,Cl,CH,2,CH,Cl,CH,2,CH,Cl,结构单元=重复单元=链节,CH,2,CH,CH,3,CH,2,CH,CH,3,CH,2,CH,CH,3,均聚物,聚氯乙烯,聚丙烯,第8页,第8页,CH,2,CH,CH,2,CH,Cl,CH,2,CH,CH,2,CH,Cl,结构单元,=,链节,CH,2,CH,CH,3,CH,2,CH,2,CH,2,CH,CH,3,CH,2,CH,2,二元共聚物,O,O=C-CH,3,O,O=C-CH,3,氯醋共聚物,乙丙橡胶,第9页,第9页,CH,2,CH,CN,CH,2,CH,CH,2,CH,=CHCH,2,结构单元,=,链节,CH,2,CH,2,CF,2,CF,2,CH,2,CF,2,CH,2,CH,2,三元共聚物,ABS,四氟乙烯 偏氟乙烯 乙烯,第10页,第10页,NH-(CH,2,),6,-NH-C-(CH,2,),4,-C,-,NH-(CH,2,),6,-NH-C-(CH,2,),4,-C,NH,2,-(CH,2,),6,-NH,2,HOOC-(CH,2,),4,-COOH,+,=,O,=,O,=,O,=,O,结构单元,结构单元,重复单元,缩聚物：单体缩合而成,链节,链节,第11页,第11页,（3）端基(,end group),化学组成不同于内部链节,聚乙烯,聚甲醛,CH,3,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,3,HO-CH,2,-O-CH,2,-O-CH,2,-,O-CH,2,-O-CH,2,-OH,NH,2,-(CH,2,),6,-NH-C-(CH,2,),4,-C,-,NH-(CH,2,),6,-NH-C-(CH,2,),4,-COOH,=,O,=,O,=,O,尼龙,第12页,第12页,端基多由引起剂、催化剂或终止方式所决定,可用来测分子量,HO-CH,2,-CH=CH-CH,2,-CH,2,-CH=CH-CH,2,-OH,端羟聚丁二烯,可用以发生进一步反应,第13页,第13页,(4),侧基(,side group),与主链相接基团：或由单体带入，或反应生成,例：(,CH,2,CH),聚苯乙烯中苯环,聚甲基丙烯酸酯中甲基和酯基,(CH,2,C),CH,3,OCH,3,(C,4,H,9,),C=O,第14页,第14页,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,H,CH,3,COO,H,H,H,H,C,CH,2,C,CH,2,H,H,CH,3,COO,CH,3,COO,OOCCH,3,OOCCH,3,OOCCH,3,OOCCH,3,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,H,OH,H,OH,H,H,OH,OH,H,C,CH,2,C,CH,2,OH,H,H,聚醋酸乙烯酯,水解,聚乙烯醇,反应生成侧基,OOCCH,3,CH,3,COO,第15页,第15页,1.1.2,分子链结构,线形,星形,树枝状,梯形,长支化,短支化,Architechture,第16页,第16页,支链（侧链）,branch,或由聚合生成，或通过后续反应接上,与侧基区别：无严格定义，从习惯,习惯一：由单体带入称侧基，后续接上称支链,习惯二：与主链组成相同者称支链，不同者称侧基,习惯三：短称侧基，长称支链,第17页,第17页,支链有长有短，定义从习惯,如支链长度达到聚合物原则，一定称长支链,第18页,第18页,-CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,乙烯均聚,Ziegler-Natta,法,高密度聚乙烯(,HDPE),线形,第19页,第19页,-CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,-CH,2,-,CH,2,-,CH,CH-,CH,2,-,CH-,乙烯均聚 自由基法,-CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,-CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,-CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,长支化,低密度聚乙烯(,LDPE),第20页,第20页,-CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,-CH,2,-,CH,2,-,CH,CH-,CH,2,-,CH-,乙烯+,1,-,丁烯共聚,-CH,2,-CH,3,-CH,2,-CH,3,-CH,2,-CH,3,短支化,线形低密度聚乙烯(,LLDPE),第21页,第21页,-CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,CH,2,-,-CH,2,-,CH,2,-,CH,CH,2,-,CH,2,-,CH-,乙烯+,1-,辛烯共聚,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,3,POE,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,3,短支化,第22页,第22页,均聚物,嵌段,接枝,交替,无规,1.1.3,共聚物序列结构,第23页,第23页,+,CH,2,=CH,-CH=CH,2,苯乙烯+丁二烯,无规共聚,丁苯橡胶,接枝共聚,高抗冲聚苯乙烯,嵌段共聚,SBS,CH,2,=,CH,第24页,第24页,C C,H,H,CH,2,CH,2,CC,H,H,H,75%,n,丁苯橡胶,无规共聚,(CH,2,-CH,2,),m,(CH,2,-CH),n,CH,3,乙丙橡胶,第25页,第25页,CH,2,-CH=CH-CH,2,-CH,2,-CH=CH-CH,2,-CH,2,-CH=CH-CH,2,CH,2,-CH=CH-CH,2,-CH,2,-CH=CH-CH,2,-CH,2,-CH=CH-CH,2,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,接枝共聚,第26页,第26页,B,B,B,B,B,BB,B,St,B,B,B,B,BB,St,St,B,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,St,嵌段共聚,CH,2,-,CH,x,CH,2,CH=,CH,CH,2,y,CH,2,-,CH,z,第27页,第27页,CH=CH,C C,O O O,CH,2,=,CH,+,CH,2,CH,CH,CH,C C,O O O,CH,2,CH,CH,CH,C C,O O O,CH,2,CH,交替共聚示例,第28页,第28页,简朴网络,互接网络,半互穿网络,互穿网络,1.1.4,聚合物网络,第29页,第29页,CH,2,-CH-CH-CH,2,-CH,2,-CH=CH-CH,2,-CH,2,-CH-CH-CH,2,CH,2,-CH-CH-CH,2,-CH,2,-CH=CH-CH,2,-CH,2,-CH-CH-CH,2,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,CH,2,-CH-CH-CH,2,-CH,2,-CH=CH-CH,2,-CH,2,-CH-CH-CH,2,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,S,互接网络示例：硫化橡胶,第30页,第30页,1.,2,构型与规整性,定义二：由化学键固定原子在空间相对位置,（,Configuration),定义一：链节或结构单元同分异构现象,不同构型又称异构,构型：,第31页,第31页,规整性：链节序列化学构成和,/,或立体结构规律性,化学构成规律性称化学规整性,立体结构规律性称立构规整性,第32页,第32页,有：规整 无：不规整,等同周期短，等同序列长，规整性高,等同周期长，等同序列短，规整性低,规整性,有无,或,高下,取决于等同周期,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,M,第33页,第33页,1.2.1,键接异构,二烯烃,CH,2,=CH-CH=CH,2,CH,2,CH,-CH=CH,2,1,2加成,1,4加成,CH,2,-CH=CH-CH,2,第34页,第34页,头尾连接,头头(尾尾)连接,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CCH,2,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,另一个键接异构：,顺序异构,第35页,第35页,1.2.2,几何异构(,顺反异构),顺式,CH,2,CC,CH,2,H,H,CH,2,CC,CH,2,H,H,反式,第36页,第36页,反式构型,CH,2,CC,CH,2,H,H,CH,2,CC,CH,2,H,H,CH,2,CC,CH,2,H,H,CH,2,CC,CH,2,H,H,又称重复周期,等同周期：0.48,nm,第37页,第37页,顺式构型,CC,CH,2,CH,2,H,H,CH,2,CC,CH,2,H,H,CH,2,CC,CH,2,H,H,CC,CH,2,CH,2,H,H,CC,CH,2,CH,2,H,H,CH,2,CC,CH,2,H,H,等同周期：0.816,nm,第38页,第38页,1.2.3,旋光异构,C,*,COOH,OH,CH,3,H,*,C,COOH,HO,CH,3,H,乳酸分子旋光异构,第39页,第39页,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,H,CH,3,CH,3,H,CH,3,H,H,CH,3,CH,3,H,C,CH,3,H,CH,2,C,CH,3,H,CH,2,C,CH,3,H,CH,2,C,CH,3,H,CH,2,CH,2,C,CH,3,H,CH,2,CH(CH,3,),CH,2,CH(CH,3,),CH,2,CH(CH,3,),第40页,第40页,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,R,CH,3,CH,3,R,CH,3,R,R,CH,3,CH,3,R,C,CH,3,COOCH,3,CH,2,C,CH,3,COOCH,3,CH,2,C,CH,3,COOCH,3,CH,2,C,CH,3,COOCH,3,CH,2,CH,2,C,CH,3,COOCH,3,聚甲基丙烯酸甲酯,第41页,第41页,多数聚合物中不对称碳是聚合过程中形成,C=C,H,H,H,R,CC,*,CC,*,H,H,H,R,H,H,R,H,第42页,第42页,C,*,O,CH,3,H,CH,2,CH,2,C,*,O,CH,3,H,C,*,CH,3,H,CH,2,CH,2,C,*,CH,3,H,CH,2,C,*,CH,3,H,哪个高分子链含有旋光性？,第43页,第43页,不关怀详细构型，只关怀构型异同,H,H,H,R,H,R,H,H,H,H,H,R,R,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,H,H,H,H,R,H,H,H,R,H,R,H,H,故,R,或,S,构型可任意商定,从习惯仍称为旋光异构,即只关怀规整性,第44页,第44页,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,H,M,H,M,H,M,H,M,H,M,C,CH,2,C,CH,2,H,M,H,M,全同,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,H,M,M,H,H,M,M,H,H,M,C,CH,2,C,CH,2,M,H,H,M,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,H,M,M,H,M,H,H,M,M,H,C,CH,2,C,CH,2,M,H,H,M,间同,无规,旋光异构抱负情况（规整性？）,第45页,第45页,实际分子链中构型,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,R,R,R,R,R,R,R,R,第46页,第46页,看整体：无规,看四个单体构型序列：无规,看两个单体构型序列：,二元组(,diads),同,m,异,r,m,m,r,r,m,r,r,第47页,第47页,看三个单体构型序列,三元组(,triads),全同：,mm,间同：,rr,无规：,mr,，,rm,mm,mr,rr,rm,mr,rr,第48页,第48页,间同序列百分比,间规度,等规度,全同序列百分比,序列长度：取决于仪器分辨率,用一个“度”描述全链规整情况,第49页,第49页,C,H,2,-C,C,H,3,C=O,OC,H,3,核磁共振谱,聚甲基丙烯酸甲酯,6.5,8.7,8.0,7 8 9 10,ppm,溶剂峰,第50页,第50页,PMMA 60MHz,核磁共振谱,CH,2,-,C*,CH,3,C=O,OCH,3,2 1 0,ppm,mm,rr,ms,sm,全同,间同,无规,第51页,第51页,五元组(,pentads),MMMM,RMRR,RMRM,MMRR,MMRM,RMMR,MMMR,RRRR,RRRM,MRRM,(全同),(间同),六元组、七元组。,第52页,第52页,1,H spectrum(220 MHz)of predominantly isotactic PMMA,in chlorobenzcne at 120,C,.(Ferguson 1969.),MRRM,MMRM,MMMM,8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9.0,RMRM,MMRR,MRRR,第53页,第53页,1,H spectrum(220 MHz)of predominantly syndiotactic PMMA,in chlorobenzcne at 120,C,.(Ferguson 1969.),MRRR,RMRM,MMRR,8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9.0,RRRR,MMMR,RMMR,RMRR,第54页,第54页,1.,2.4,规整性与结晶能力,第55页,第55页,物理状态,气态,液态,固态,各向同性液态,液晶态,无定形态,晶态,凝聚态,有序态,第56页,第56页,固体物质两种凝聚态,特性温度 玻璃化温度 熔点,无定形态 结晶态,第57页,第57页,无定形态,半结晶态,固体高分子物质两种凝聚态,第58页,第58页,影响结晶度内因是规整性,结晶区百分比称结晶度,从无定形到结晶聚合物是个平滑过渡,第59页,第59页,C C,H,H,CH,2,CH,2,CC,H,H,H,75%,n,丁苯橡胶,化学规整性差不结晶,(CH,2,-CH),n,CN,丁腈橡胶,C C,H,H,CH,2,CH,2,m,第60页,第60页,规整,不规整,头尾规整性影响结晶,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CCH,2,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,CH,2,C,Cl,H,第61页,第61页,CH,2,CH,2,CC,CH,2,CH,2,CH,2,CC,CH,2,CH,2,CH,2,CC,CH,2,CC,CH,2,C,C,CH,2,C,C,CH,2,CH,2,C,C,CH,2,CH,2,C,C,CH,2,CH,2,C,C,反式,顺式,顺反异构影响结晶,第62页,第62页,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,H,M,H,M,H,M,H,M,H,M,C,CH,2,C,CH,2,H,M,H,M,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,H,M,M,H,H,M,M,H,H,M,C,CH,2,C,CH,2,M,H,H,M,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,H,M,M,H,M,H,H,M,M,H,C,CH,2,C,CH,2,M,H,H,M,全同,间同,无规,旋光异构影响结晶,第63页,第63页,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,H,CH,3,COO,H,H,H,H,C,CH,2,C,CH,2,H,H,CH,3,COO,CH,3,COO,OOCCH,3,OOCCH,3,OOCCH,3,OOCCH,3,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,H,OH,OH,H,OH,H,H,OH,OH,H,C,CH,2,C,CH,2,OH,H,H,OH,聚醋酸乙烯酯,取代基体积相仿含有结晶能力,水解,聚乙烯醇,第64页,第64页,C,CF,2,C,CF,2,C,CF,2,C,CF,2,C,CF,2,F,Cl,Cl,F,Cl,F,F,Cl,Cl,F,C,CF,2,C,CF,2,Cl,F,F,CL,范德华半径：,F,：,0.135nm Cl,：,0.18nm,聚三氟氯乙烯,第65页,第65页,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,C,CH,2,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,聚偏氯乙烯,结晶能力超强,第66页,第66页,聚碳酸酯,CH,3,O,CH,3,C,O,OC,特例：运动困难延缓结晶,SO,2,n,CH,3,CH,3,C,O,O,聚砜,n,第67页,第67页,1.,3,平均分子量,分子量与聚合度,分子量：分子质量,g/mol,聚合度：分子链中结构单元个数,500(,CH,2,CH),聚合,(,CH,2,CH),500,聚合度,x=500,，分子量,M=104,500=5g/mol,第68页,第68页,聚合度与分子量关系：,M,u,为单元分子量,第69页,第69页,(CH,2,CH,2,),m,CH,3,(CH,2,-CH),n,(CH,2,-CH,2,),m,(CH,2,-CH),n,CH,3,均聚物,共聚物,聚合度,聚合度概念只适合用于均聚物,第70页,第70页,N,i,M,i,单分散,monodisperse,多分散,polydisperse,合成高分子分子量含有,多分散性,惯用平均分子量描述,分子量相近一组分子链称作一个,级分,第71页,第71页,既有5,g,重金链4根，8,g,重金链条5根，10,g,重金链3根，求金链平均重量,依据统计方法不同，有各种统计平均分子量,第72页,第72页,按数量进行平均：,数均分子量,用公式表示：,数量分数：,第73页,第73页,以数量分数作权重因子平均值称数均值,以重量分数作权重因子平均值称重均值,重量分数：,第74页,第74页,重均分子量,或：,第75页,第75页,数均分子量亦可用重量分数表示,第76页,第76页,数均分子量测定办法之一：,端基分析法,HOOC,COOH,HO,OH,H,2,N,NH,2,第77页,第77页,以端羟基聚丁二烯（丁羟橡胶）为例,HO,OH,先用滴定法测定羟值,OHV(,每克含多少摩尔羟基)：,设使用,c,个,N(,即每1000毫升,c,摩尔,),溶液,x,毫升滴定,m,克聚合物到等当点。,第78页,第78页,例：2.7克丁羟橡胶用15,mL0.1N,盐酸滴定至等当点，求该橡胶分子量。,解,每克聚合物中有 摩尔羟基，即有 摩尔分子链,倒过来：,第79页,第79页,数均分子量测定办法之二：,核磁共振法,(CH,3,),3,C,C,C,O,O,O,C,O,(CH,3,),3,O,x,Ph,Ph,Ph,Ph,Ph,Ph,O,O,O,第80页,第80页,7 5 3 1,(ppm),端氢,芳环氢,端氢,(CH,3,),3,C,C,C,O,O,O,C,O,(CH,3,),3,O,x,Ph,Ph,Ph,Ph,Ph,Ph,O,O,O,第81页,第81页,端氢,芳环氢,端氢,(CH,3,),3,C,C,C,O,O,O,C,O,(CH,3,),3,O,x,Ph,Ph,Ph,Ph,Ph,Ph,O,O,O,第82页,第82页,类似地能够定义,通式,第83页,第83页,例,1-1,：已知试样,A,和,B,数均分子量分别为,2,10,5,g/mol,和,5,10,5,g/mol,，,M,w,/M,n,均为,2.0,。现将两种试样按,3/7(w/w),百分比混合，计算混合物,M,w,/M,n,。,解：,第84页,第84页,计算关于,M,n,数均方偏差值,定义 为多分散系数，用以表示分布宽度,无偏差，即为单分布,越大，分布越宽,称为,多分散度,DPI,第85页,第85页,天然蛋白质1.0,阴离子聚合1.021.5,缩合聚合2.04.0,自由基聚合1.53.0,配位聚合2-40,阳离子聚合很宽,聚合机理与多分散度,第86页,第86页,聚合度,分子量 重量 重量分数,x,1,M,1,W,1,w,1,x,2,M,2,W,2,w,2,x,3,M,3,W,3,w,3,x,i,M,i,W,i,w,i,1.,4,分子量分布,（聚合度分布）,总重量,=,W,第87页,第87页,0,w(M),M,M,1,M,2,介于,M,1,和,M,2,之间重量分数为：,微分与积分重量分布关系,分子量从零到,M,1,累积重量分数=,分子量从零到,M,2,累积重量分数=,M,1,I(M),I,1,I,2,I,1,-I,2,M,2,第88页,第88页,从重量分布函数计算平均分子量,离散型 连续型,数均,重均,第89页,第89页,分子量分布函数,分子量分布能够是纯正数学模型，也能够从聚合机理推导,从聚合机理推导得到均为聚合度分布,纯正数学模型多为分子量分布,第90页,第90页,LN：Logarithmic mormal(,对数正态),SF：Schultz-Flory,Tung,SF,LN,LN,SF,Tung,0 10000 0,30000,x,0 10000 0,30000,x,n(x),w(x),几种常见分子量分布函数,第91页,第91页,完,第92页,第92页,