1、 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础普通高等教育普通高等教育“十二五十二五”规划教材规划教材高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础第二版第二版魏无际 俞强 崔益华 主编 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础高分子化合物的基本概念2高分子科学的建立和发展1第1章绪论高分子合成反应的分类4高分子的分类与命名3高分子的结构、物理状态及其性能特点5 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1.1 高分子科学的建立和发展12高分子科学的发展历史高分子科学的发展历史高分子科学体系及发展趋势高分子科学体系及发展趋势 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1920年，德国科学家H.Staudin
2、ger发表了著名的论文“论聚合”，首次给出了“大分子”概念。他认为：天然橡胶、聚苯乙烯、聚甲醛这些物质是具有长链结构的大分子，这些长链大分子由小分子化合物相互之间以共价键重复连接而成。这种通过共价键将小分子相互连接形成长链大分子的过程称为“聚合”。20世纪60年代是聚烯烃、合成橡胶、工程塑料，以及溶液聚合、配位聚合、离子聚合大发展的时代，与以前开发成功的聚合物品种、聚合方法结合在一起，形成了合成高分子全面繁荣的局面，这种全面发展的繁荣时代一直持续到现在。1.1.1 高分子科学的发展历史 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础进入21世纪后，在高分子科学的发展上出现了两个新的动向，其一是向生命
3、现象靠拢，其二是更加精细化。对高分子空间结构、超级结构和高分子电解质的研究发展使得生物高分子与合成高分子的距离缩小。高分子已不仅用作以力学特性为主的结构材料，而且试图用作各种功能材料。与这种动向相对应，详细研究高分子对电、光、热、化学变化等各种刺激的响应，以及开拓能合成具备这些特性且结构奇妙的高分子的特殊反应则成为一个重要的研究方向。这种发展方向将会给高分子科学的发展带来新的动力。1.1.2 高分子科学体系及发展趋势 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1.2 高分子化合物的基本概念12高分子、大分子、聚合物和高高分子、大分子、聚合物和高聚物聚物高分子的分子量及其多分散性高分子的分子量及其
4、多分散性 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础高分子化合物简称为高分子（polymer或macromolecule）。高分子、大分子、聚合物和高聚物在大多数情况下具有相同的含义。它们之间没有本质区别，可以相互混用。但是，从严格的意义上讲，大分子是分子量比较高的一类化合物的总称，而聚合物指的是由结构单元通过共价键重复连接而成的大分子。1.2.1高分子、大分子、聚合物和高聚物 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础（1）数均分子量（2）重均分子量1.2.2 高分子的分子量及其多分散性 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1.3 高分子的分类与命名12高分子的分类高分子的分类高分子的命名高
5、分子的命名3高分子结构式的书写及英文缩写高分子结构式的书写及英文缩写 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础实际过程都是不可逆的，实际功必定小于理想功，理想功与实际功之差称为损耗功得著名的高乌斯托多拉（Gouy-Stodola）公式，在化工过程热力学分析中应用极广6.1.3 不可逆过程的损耗功WL 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1.3.1.1 1.3.1.1 按高分子的性质和用途分类按高分子的性质和用途分类根据高分子材料的性质和用途不同，可以将高分子分为合成树脂和塑料、橡胶、纤维等几大类。1.3.1.2 1.3.1.2 按高分子的组成和结构分类按高分子的组成和结构分类1.3.1 高
6、分子的分类详见教材P7 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1.3.1 高分子的分类详见教材P8 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1.3.2 高分子的命名（1）习惯命名法 前缀法 后缀法（2）根据商品命名（3）根据高分子的结构特征来命名（4）IUPAC的系统命名法其主要原则为：确定高分子的最小重复单元；排好重复单元中次级单元的次序；按小分子有机化合物的IUPAC命名法则来命名这个重复单元；在此重复单元命名前冠以“聚”字。 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1.3.3 高分子结构式的书写及英文缩写1.3.3.1 1.3.3.1 高分子的结构式高分子的结构式要注意以下几点：将线型
7、大分子主链上重复单元写在方括号或圆括号内，括号右下角写出字母“n”或“m”等表示一个大分子所含重复单元的数目，最后写出高分子的端基基团或者加上表示分子链的线条符号 或“-”。结构单元和重复单元的确定必须遵守相应的有机化学规则，结构单元内部的碳、氧、氢原子的价态要正确，这些原子组成的基团可以是基本形式，也可以是结构式或者简写形式。 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础具有三维网状结构的交联高分子由于失去了分子量和聚合度的意义，所以通常只需写出能够代表高分子结构的最小部分，而不必写出代表重复结构单元的括号、脚标和端基，用代表分子链线条符号 表示高分子分子结构的其余部分。对于聚合反应方程式，一般
8、加聚反应只需将单体物质的量n与大分子重复单元的脚标，对应即可；而对于缩聚反应，除了单体物质的量要与重复单元的脚标对应外，由一种单体进行的均缩聚反应生成的小分子物质的量通常应为（n-1）由两种单体进行的混缩聚反应生成的小分子物质的量通常应为（2n-1）。1.3.3 高分子结构式的书写及英文缩写 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1.3.3.2 1.3.3.2 高分子名称的英文缩写高分子名称的英文缩写1.3.3 高分子结构式的书写及英文缩写详见教材P11 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1.4 高分子合成反应的分类12按元素组成和结构变化关系分类按元素组成和结构变化关系分类按反应机理
9、分类按反应机理分类 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1.4.1按元素组成和结构变化关系分类根据高分子和单体元素组成和结构的变化，将聚合反应分成加聚反应和缩聚反应两大类。单体加成而聚合起来的反应称为加聚反应，加聚反应后的产物称为加聚物。加聚物的元素组成与原料单体相同，仅仅是电子结构有所改变。加聚物的分子量是单体分子量的整数倍，碳链高分子大多是烯类单体通过加聚反应合成的。聚合反应过程中，除形成高分子外，同时还有低分子副产物产生的反应，称为缩聚反应。缩聚反应的主产物称为缩聚物，根据单体中官能团的不同，低分子副产物可能是水、醇、氨和氯化氢等。 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础根据反应机
10、理，将聚合反应另外分成连锁聚合反应和逐步聚合反应两大类。按机理将聚合反应分成上述两类反应颇为重要，因为涉及反应的本质，不像加聚和缩聚的划分停留在形式上。根据两类反应的机理特征，就有可能按照共同的规律来控制聚合速率和分子量等重要指标。1.4.2 按反应机理分类 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础1.5 高分子的结构、物理状态及其性能特点12高分子的结构特点高分子的结构特点高分子的物理状态高分子的物理状态 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础高分子化合物的结构与低分子化合物相比有很大不同，其主要特点如下：（1）分子的链结构类型（2）结构的不均匀性（3）分子链的柔性（4）高分子的凝聚态由于高分子结构上的这些特点，高分子材料可以表现出许多小分子材料不具备的独特性能，例如高分子具有良好的可塑性、成纤性、成膜性，高弹性和黏弹性等。1.5.1 高分子的结构特点 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础在通常的温度下，高分子可以以固态存在，将其加热到一定温度后，热塑性高分子会转变为黏稠的流体。固态高分子又可分为两类，一类是晶态高分子，另一类是非晶态（无定形）高分子。由此可见，高分子处于不同温度时会呈现出不同的力学状态，从而表现出不同的力学行为。这些力学行为就决定了高分子的用途。1.5.2 高分子的物理状态 高分子化学与物理基础高分子化学与物理基础Thank youThank you
