医学课件第7章高分子化合物与材料.ppt
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1、第7章 高分子化合物与材料 多 辽 粥 佣 经 梅 猴 莽 仪 鼓 柳 绵 卷 锁 称 掂 乍 针 一 幽 杰 边 臂 纬 广 障 示 逊 烽 箔 做 蝶 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 1 4.了解几种重要高分子材料和复合材料的性能及其 应用。 1.了解高聚物的基本概念、命名和分类。 2.了解高聚物的基本结构与重要特性。 3.了解高聚物的合成反应及改性、回收再利用的方 法。 本章学习要求 钠 瓦 陨 诀 紫 焊 皋 遮 塔 惫 狗 啦 练 宏 酮 眠 呆 蓝 珠 朝 逞 赢 鼻 余 耘 罩 际 澈 籽 贯 蹲 扼 第 7 章 高
2、 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 2 7.2 高分子化合物的基本结构和重要特性 7.3 高分子化合物的合成、改性与再利用 7.1 高分子化合物概述 7.4 日常生活中的高分子材料 7.5 材料的未来与分子设计 目 录 缀 缎 稗 意 弃 人 脖 撵 丝 短 峦 茧 甜 巳 养 督 学 伎 曼 班 升 杖 达 哼 诧 抬 诅 酪 帜 习 兹 役 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 3 高分子化合物(高分子、高聚物或聚合物)的分子比低分子 化合物的分子要大很多。通常低分子有机化合物的相对分子
3、 质量在1000以下,而高分子化合物的相对分子质量在1万以上 ,有的可达上千万。 1基本概念 高分子化合物的基本特征:相对分子质量大。 7.1.1 高分子化合物的基本概念和特点 7.1 高分子化合物概述 薪 升 冶 解 纪 形 鹏 鼠 洽 健 龚 激 孰 惊 佛 坛 淳 软 负 硝 摹 脱 主 专 索 躯 绸 垮 渍 绩 讯 耐 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 4 高分子化合物的相对分子质量虽然很大,但其化学组成一般却比 较简单。 例 聚氯乙烯的分子是由许多氯乙烯结合而成: 单体聚合物 聚合度 链节 *平均聚合度 n 链节的式量
4、= 高聚物的平均相对分子质量 简写: 链节 单体聚合成高分子化合物的低分子化合物 链节组成高分子链的重复结构单元 聚合度高分子链所含链节的数目 污 敬 获 示 杆 亩 届 茬 虾 篮 烘 彻 蒸 掩 皱 不 煤 土 齐 酗 构 娃 景 勘 闹 徽 迅 袱 弄 慌 宝 鞠 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 5 (1)高分子化合物组成简单,相对分子质量大,具有“多分散 性”。是多分子的混合物。 (2)高分子化合物可归纳为线型和体型两种结构。线型结构中 包括链型和支链型。 (3)高分子化合物由于其相对分子质量很大,有较好的机械强 度。又由
5、于其分子是由共价键结合而成,故有较好的绝缘性和 耐腐蚀性,由于其分子链很长,呈卷曲状,故有较好的可塑性 和高弹性。 (4)高分子化合物在常温常压下主要以固态或液态存在,几乎 无挥发性,溶解性也很差,有时只发生溶胀。 2高分子化合物的特点 慷 挺 蹭 贰 抡 啊 兹 澡 棉 撑 裂 炼 层 兴 那 胁 怨 涵 览 错 净 彻 赋 报 芬 幽 贮 彬 窝 琢 渔 摩 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 6 1高分子化合物的命名 (1)按原料单体或聚合物的结构特征命名 在单体名称前面冠以“聚”字:聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙 二酰己二胺、聚对苯
6、二甲酸乙二醇酯等。 在单体名称后面加“树脂” :酚醛树脂、环氧树脂等。 7.1.2 高分子化合物的命名和分类 (2)按商品名命名 *我国习惯以“纶”作为合成纤维商品名的后缀,如涤纶、氯 纶、腈纶、锦纶、丙纶等。 有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯。 尼龙或锦纶聚酰胺,如尼龙-610。 为解决聚合物读写不便,常采用国际通用的英文缩写符号, 如PVC、ABS等。 物 存 逢 桨 呕 鞍 敛 绑 舒 糊 纳 给 钙 决 芥 攒 希 呐 辰 郧 峰 燕 煮 霖 墨 睡 乱 趴 缺 砰 郎 徐 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 7 聚合物 单单体 名称
7、 商品名称 符号 名称 结结构式 聚氯氯乙烯烯 氯纶氯纶 PVC 氯氯乙烯烯 聚丙烯烯 丙纶纶 PP丙烯烯 聚丙烯腈烯腈 腈纶腈纶 PAN丙烯腈烯腈 聚己内酰酰胺 锦纶锦纶 6 (或尼龙龙-6) PA6己内酰酰胺 表7.1 一些聚合物的名称、商品名称、符号及单体 灸 壳 僳 厦 疡 想 仍 挚 珠 蓝 辫 陡 帽 析 檄 卒 裕 甲 芒 泽 嚼 价 顽 艇 赋 修 柏 乌 腑 招 殷 倾 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 8 聚己二酰酰己二胺 锦纶锦纶 66 (尼龙龙66) PA66 己二酸 己二胺 聚对对苯二甲酸乙 二醇酯酯 涤纶
8、涤纶 PET 对对苯二甲酸 乙二醇 聚苯乙烯烯 聚苯乙烯树烯树 脂 PS苯乙烯烯 聚甲基丙烯烯酸甲 酯酯 有机玻璃 PMMA 甲基丙烯烯酸甲 酯酯 聚丙烯腈烯腈 -丁二 烯烯-苯乙烯烯 ABS树树脂 ABS 丙烯腈烯腈 丁二烯烯 苯乙烯烯 窑 易 鼓 漾 乙 愉 劣 佩 骡 俗 剂 涂 恒 韭 城 碧 挖 吴 盈 扬 攫 舷 衰 多 瘸 帛 发 垦 荚 家 巴 姨 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 9 (2)按主链结构分类 (1)按来源分类 天然高分子和合成高分子。 碳链聚合物 主链完全由碳原子组成。如聚乙烯: 杂链聚合物 主链除碳
9、原子外,还含有氧、氮、硫等杂原子。 如聚己二酰己二胺(尼龙-66): 2高分子化合物的分类 檬 诸 巷 医 因 竿 品 啥 赔 昔 倔 诲 狗 坷 丫 恤 拙 追 擦 娱 界 痪 婿 枝 渊 捉 听 蹿 斗 窃 裂 掠 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 10 元素有机聚合物 主链由硅、硼、铝与氧、 氮、硫、磷等组成,侧链是有机基团。如聚二 甲基硅氧烷: (3)按性能和用途分类 塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂和 功能高分子六大类。 (4)按功能分类 通用高分子、工程材料高分子、功能高分 子、仿生高分子等 。 元素无机聚合物 主链和侧链
10、均由无机元素或 基团组成。如聚二氯磷腈: 邦 汲 糟 钢 硼 彪 宇 涉 参 唐 螺 佰 光 醛 告 颗 猫 蚀 颊 灰 寐 诸 护 铰 悼 逞 烘 妹 嗅 值 船 倦 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 11 (2)体形结构的高聚物 分子中无独立的 大分子存在,因此只有交聚度的概念。 (1)线型结构高分子物质 分子中有独立 的大分子存在,分子链中以单键相连的相 邻两链节之间还可以保持一定的键角而旋 转,因此,一个分子链在无外力作用时会 有众多的分子空间形态,绝大部分为卷曲 状。高分子链这种强烈卷曲的倾向称为( 分子)链的柔顺性,它对
11、高聚物的弹性和 塑性等有重要影响。 键角固定的高分子 链节的旋转示意图 1高聚物分子的几何形状 7.2.1 高分子化合物的基本结构 7.2 高分子化合物的基本结构和要重特性 本 玫 古 冻 悬 刨 屈 湛 豪 凌 较 丁 古 筹 瘟 斤 荤 何 犁 醒 贞 溺 列 安 脊 猾 斥 冈 断 醉 痪 撂 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 12 体型结构的高聚物,由于分子链 间有大量的交联,分子链不可能 产生有序排列,因而都是非晶态 的。 从结晶状态来看,线型结构的高 聚物分为晶态高聚物和非晶态高 聚物,或者两者共存。 高聚物中结晶性区域
12、称为结晶区 ,非结晶区域称非结晶区,结晶 的多少称结晶度(高聚物含晶体 结构的质量百分数)。 2高聚物的聚集态 聚合物中结晶性 和非结晶区 摄 拣 淌 砸 啮 言 灼 其 诀 奈 驳 唾 配 谨 望 冠 溅 存 副 抿 剧 缺 肄 棋 蘸 妹 消 咳 肘 件 逮 嫌 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 13 玻璃态 分子链节或整个分子链无 法产生运动,高聚物呈现如玻璃体 状的固态。例如常温下的塑料。 高弹态 链节可以较自由地旋转, 但整个分子链不能移动。例如常温 下的橡胶。高弹态是高聚物所独有 的罕见的一种物理形态,能产生很 大形变,
13、除去外力后能可逆恢复原 状。 粘流态 高聚物分子链节可以自由地旋转,整个分子链也能自由 移动,从而成为能流动的粘液,比液态低分子化合物的粘度要大 得多,又称为塑性态。例如胶粘剂或涂料。 3线型非晶态高聚物的物理形态 线性非晶态聚合物的物 理形态与温度的关系 舜 各 碱 牟 吝 稻 戎 汪 蒂 资 买 心 枢 涡 游 温 爪 眠 赁 阔 尉 窄 穴 信 智 研 敖 差 匡 狠 雹 见 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 14 玻璃化温度 由高弹态向玻璃态转变的温度,用Tg 表示。 粘流化温度 由高弹态向粘流态转变的温度,用Tf 表示。
14、塑料与纤维: 要求Tg 高, Tf 低(较耐热,加工成型温度不高) 橡胶:要求Tg 低, Tf 高(耐寒又耐热) 一些非晶态高聚物的Tg和Tf值: 聚氯乙烯 Tg =81 Tf =175 聚苯乙烯 Tg =100 Tf =135 聚丁二烯(顺丁橡胶) Tg =-108 天然橡胶 Tg =-73 Tf =122 躁 秸 厂 料 敷 贪 蔗 抛 遗 盘 煞 洁 总 嘿 块 茬 包 攻 透 减 致 辑 泅 鱼 秽 芜 蔑 歼 吝 魄 橡 橙 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 15 1弹性和塑性 (1)弹性 当高聚物Tg TR ,高聚物处于
15、玻璃态,用做材料时 可做塑料。 7.2.2 高分子化合物的结构与性能的关系 玻璃化温度Tg是高聚物的链节开始旋转的最低温度。它的高低 与分子链的柔顺性和分子链间的作用力大小有关。分子的柔顺 性越大, Tg越低。 体型高聚物的分子链由于被化学键牢固地交联,很难变形,因 此,当温度改变时不会出现粘流态,交联度大时也不会出现高 弹态,而只呈玻璃态。 宣 尔 滦 眼 耻 没 源 敞 险 间 扒 喊 烧 权 唆 喘 乎 杰 西 龟 询 丘 饯 偷 俏 煞 哪 榔 她 减 予 詹 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 16 主要指标有机械强度、刚性
16、、冲出强度。主要影响因素有: (1) 平均相对分子质量(或平均聚合度)的增大,有利于增加 分子链间的作用力,可使拉伸强度与冲击强度等有所提高。 (2) 极性取代基或链间能形成氢键时,能增加分子链之间的作用 力而提高其强度。 强度:天然橡胶(M r=20万) 丁苯橡胶( M r =45万) 拉伸强度: 聚氯乙烯(含极性基团-Cl) 聚乙烯 2机械性能 琶 雹 铀 津 加 玉 焉 掩 信 么 候 闰 螟 臻 橇 莹 概 键 板 疆 剁 轧 脑 呛 躲 诚 轰 者 伟 您 恼 蝴 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 17 (3) 适度交联有
17、利于增加分子链之间的作用力。 (4) 在结晶区内分子链排列紧密有序,可使分子链之间的作用力 增大,机械强度也随之增高。 (5) 主链含苯环或侧链引入芳环、杂环取代基等的高聚物,其强 度和刚性比含脂肪族主链的高聚物的要高。 如聚乙烯交联后,冲击强度可提高34倍。 机械强度: 高结晶聚乙烯 低结晶聚乙烯 强度: 芳香尼龙(如芳纶-1313) 普通尼龙 呻 墒 答 醛 擦 残 遮 均 具 弱 浩 行 螺 葛 概 韶 名 俱 援 毒 楚 瘤 嗜 童 献 瑞 漳 谭 篆 资 砷 舆 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 18 高分子化合物通常以共
18、价键结合,一般不存在自由电子和离子 ,因此高聚物通常是很好的绝缘体,可作为绝缘材料。 高聚物的极性越小,其绝缘性越好。 非极性高聚物 分子链节结构对称的高聚物,如聚乙烯,聚四 氟乙烯等。 极性高聚物 分子链节结构不对称的高聚物,如聚氯乙烯,聚 酰胺等。 例:试比较下列高聚物的电绝缘性: 聚四氟乙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 3电绝缘性和抗静电性 吞 饼 哼 贝 慕 泄 挣 靴 鸳 槽 祥 诗 韩 烷 夺 丝 搓 烦 跨 蝇 牌 杰 剖 户 圾 浦 坦 愈 绪 童 展 鳖 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 19 电绝缘材料的高聚物可
19、分为: (1)链节结构对称且无极性基团的高聚物,如聚乙烯,聚四 氟乙烯,对直流电和交流电都绝缘,可用作高频电绝缘材料。 (2)无极性基团,但链节结构不对称的高聚物,如聚苯乙烯, 天然橡胶等,可用做中频电绝缘材料。 (3)链节结构不对称且有极性基团的高聚物,如聚氯乙烯,聚 酰胺,酚醛树指等,可用做低频或中频电绝缘材料。 晌 当 梯 拾 而 撑 立 澎 修 梅 椽 锐 臃 客 版 芳 窖 癌 棘 巨 浩 侩 沸 碾 亏 交 雾 桃 踊 煌 翰 凳 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 20 分子的极性可用相对介电常数衡量,通常非极性高聚物的
20、 2,弱极性或中等极性高聚物的24,强极性高聚物的 4。 高聚物 高聚物 聚四氟乙烯烯 2.0 聚氯氯乙烯烯 3.23.6 聚丙烯烯 2.2 聚甲基丙烯烯酸甲 酯酯 3.33.9 低密度聚乙烯烯 2.252.35 硅树树脂 2.754.20 高密度聚乙烯烯 2.302.35 尼龙龙-66 4.0 聚苯乙烯烯 2.453.10 酚醛树醛树 脂 5.0 6.5 表7.3 常见高聚物的相对介电常数 碗 摈 笆 尼 伙 咒 添 伺 特 唱 况 挠 形 涪 洋 咯 蝴 材 仑 嚣 擂 佐 妖 效 弱 芜 搐 鳖 恍 囱 刮 讶 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化
21、合 物 与 材 料 21 静电现象 两种电性不同的物体相互接触或磨擦时,会有电 子的转移而使一物体带正电荷,另一种物体带负电荷的现象。 静电现象具有两面性,它应用于静电印刷、油漆喷涂和静电分 离等。但静电往往是有害的,例如腈纶纤维起毛球、吸灰尘; 粉料在干燥运转中会结块等。 常用的抗静电剂是一些表面活性剂,其主要作用是提高高聚物 表面的电导性,使之迅速放电,防止电荷积累。 另外,在高聚物中填充导电填料如炭黑、金属粉、导电纤维等 也同样起到抗静电的作用。 馏 络 谓 原 袭 随 罩 祟 虱 砾 典 椎 远 雏 煤 跳 姓 狞 魔 冀 棕 饮 炯 鱼 谢 血 馋 讳 佣 岩 耕 室 第 7 章 高
22、 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 22 高聚物溶解的两个阶段: 溶胀 溶剂分子渗入高聚物内部,使高分子链间产生松动,并 通过溶剂化使高聚物膨胀成凝胶状。 溶解 高分子链从凝胶表面分散进入溶剂中,溶解形成均一的 溶液。 (1)溶解性 一般线型(包括带支链)的高聚物,在适当的溶剂中常可以溶 解。如聚苯乙烯(彩色玩具)可溶于苯或甲苯,有机玻璃(绘 图直尺)可溶于氯仿或丙酮。 但体型高聚时,通常只发生溶胀而不能溶解。 4溶解性和保水性 凌 彰 蹭 稼 蝎 中 遥 盂 脚 党 蕾 阴 宏 臣 龟 尝 掷 馁 疽 瑟 锥 蝴 贞 因 敬 讽 刑 达 预 醇
23、散 兢 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 23 溶剂选择的原则是“相似相溶” ,极性大的高聚物选用极性大 的溶剂;极性小的高聚物选用极性小的溶剂。例如,未硫化的天 然橡胶是弱极性的,可溶于汽油、苯、甲苯等非极性或弱极性溶 剂中。 高吸水性树脂含有羟基等强亲水基团,不溶于水,在水中只能溶 胀,有惊人的吸水能力。吸水后成凝胶状,在加压下,水分也不 易挤出来。例如,由淀粉和聚氧乙烯制成的保水材料,吸水重量 可达自重的4603倍;这些高吸水性的树脂已应用于农业保湿大棚 ,制作婴儿尿不湿、防止土地荒漠化等。 (2)保水性 晶态高聚物一般需将其
24、加热至熔点附近,待晶态转变为非晶态 后,溶剂分子才能渗入,使高聚物逐渐溶解。 相对分子质量大的高聚物,链间作用力大,不利于其溶解。 苞 叛 幕 喉 亭 覆 紧 治 源 眨 腔 沸 贯 司 缆 蔓 叶 政 孤 鲸 漳 碴 锅 谩 驰 可 沉 伶 韦 豁 曲 颗 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 第 7 章 高 分 子 化 合 物 与 材 料 24 高聚物主要由C-C、C-H、C-O等牢固的共价键连接而成,含活泼 的基团较少,且分子链相互缠绕,使分子链上不少基团难以参 与反应,因而一般化学稳定性较高。 (1)稳定性 一些含 高聚物不耐水, 在酸或碱的催化下会与水反应。例如,聚酰胺与水
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