张弢-高分子材料学课件 02 introduction 高分子基础,结构与分子量.ppt
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1、高分子科学基础,什么是高分子?,高分子就是由具有特定结构的小分子化合物通过结构上的有规律重复形成的具有较大的分子量(通常104)的聚合物(Polymer)。 高分子(Polymer):分子量大,具有重复结构单元; 大分子(Macromolecule):分子量大,不一定具有重复结构单元,如胰岛素(C257H387N65O66S6)、蛋白质由多个氨基酸构成,没有重复的结构单元。 高分子属于大分子中的一类,“高分子”与“聚合物”往往混用 齐聚物(Oligomer):分子量1,000-10,000 低聚物:分子量1,000,高分子与小分子的区别,分子量的区别 小分子具有精确的分子量;高分子的分子量是平
2、均的概念 小分子具有固定的熔点、沸点,可能气化;高分子无沸点、不能气化,可能具有“熔程” 小分子以气体、液体、固体的形式存在;高分子往往以固体或粘稠的液体的形式存在 小分子往往没有机械强度;大多数高分子具有一定的机械强度,可以用作材料 高分子比小分子难溶,甚至不溶,有一个溶胀的过程 高分子溶液的粘度较小分子物质大很多 ,几个基本概念,聚合物(高分子,Polymer):由多个简单的结构单元通过共价键连接的具有高分子量的物质。 单体(Monomer):构成高分子重复单元中结构单元的小分子化合物,是合成高分子的基本原料。 结构单元:构成一个高分子的化学结构的最小结构单元,高分子的总体结构由其决定,也
3、决定了高分子的主要性能。 重复单元(链节):一个高分子中的最小重复结构,在均聚物中等于结构单元,在共聚物中大于结构单元。 聚合度:一个高分子中的重复单元数,Degree of Polymerization, DP。 分子量:一个分子内重复单元分子量的总和,M = M0 DP,是平均分子量,M0是重复单元的分子量。 均聚物(Homopolymer)和共聚物(Copolymer):均聚物只有一种结构单元,共聚合物有两种或两种以上的 结构单元。,如均聚物聚氯乙烯,单体:氯乙烯,CH2=CHCl 结构单元=重复单元:-CH2CHCl- 聚合度:n, DP 分子量:M = 62.5 n, 如果n=100
4、0, M = 62500 表示碳链骨架 在均聚物中:重复单元 = 链节 = 结构单元(单体单元),共聚物如尼龙-66,单体:己二胺,己二酸 结构单元:-NH(CH2)6NH-和-CO(CH2)4CO-两种 重复单元:两种结构单元共同组成重复单元 聚合度:n 分子量:M = 256 n, 如果n=100, M = 25600 在共聚物中:重复单元 = 链节 结构单元,在某些参考书上: 聚合度定义为结构单元数的总和,记作,聚合物的分类,按用途分:橡胶、合成树脂与塑料、纤维; 按热行为分:热固性、热塑性; 按来源分:天然、人工合成; 按形状分:线型、支状、网状、树状; 从化学角度,按主链元素组成分成
5、:碳链聚合物、杂链聚合物、元素有机聚合物、无机高分子,高分子的形状,碳链聚合物,主链完全由碳原子组成。大部分烯类和二烯类的加成聚合物,如聚乙烯、聚苯乙烯等。,聚乙烯(Polyethylene, PE) 聚氯乙烯(Polyvinyl chloride, PVC) 聚苯乙烯(Polystyrene, PS) 聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene, PTFE) 聚丙烯(Polypropene, PP) 聚丙烯腈(Polyacrylonitrile, PAN) 聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate, PMMA) 聚丁二烯(Polybutadiene, P
6、B) ,碳链聚合物的重复单元和单体,重复单元 单体,重复单元 单体,杂链聚合物,除了碳原子,在主链上还有氧、氮、硫等杂原子的聚合物,主链上往往有特征基团,通常以这些特征基团分类,如聚醚、聚酯、聚氨酯、聚酰胺等。,聚醚类:聚甲醛(Polyoxymethylene, POM)、聚环氧乙烷(Polyethylene oxide, PEO)、环氧树脂(Epoxy) 聚酯类:涤纶(Polyethylene terephthalate, PET)、不饱和树脂 聚酰胺类:尼龙-6、尼龙-66 聚氨酯(Polyurethane, PU)、聚脲(Polyurea) 聚砜、聚硫 酚醛、脲醛树脂 ,典型的杂链聚合物
7、,聚醚,聚酯,典型的杂链聚合物,聚酰胺,聚氨酯,聚砜,元素有机聚合物,主链中没有碳原子,但侧基上有有机基团。主链由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成。也称作半有机高分子。 聚硅氧烷是典型的例子,如甲基硅橡胶、甲基苯基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶等。,八甲基环四硅氧烷,D4,无机高分子,主链和侧基上都没有碳原子。典型的如聚氯化磷腈(Polyphosphazenes Chloride)、硅酸盐等。,多种取代:氯、溴、氟、芳基、烷基 弹性体:-70300oC, 防火阻燃、生物相容、,1000US$/Kg,聚合物的命名:习惯命名法,单体前加“聚”:大部分烯烃聚合物,如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等; 单体
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