高分子化学ppt课件 第一章绪论2010.ppt
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1、高分子化学,主讲教师 贾近,2,课程要求,平时成绩占40%出勤率、课堂表现(10%)期中(第7周的周一)、期末(第11周的周三)每人810分钟的PPT(20%)、课堂讨论(510分钟)自学内容:与高分子化学有关的、老师课堂上没讲过的内容。与PPT内容相关的大作业2份(10%)。期末考试占60%考试时间:14周 周四 15:4517:45教室:正心楼311,3,第一章 绪论,1.1 高分子化学发展简史高分子的概念始于20世纪20年代,但应用更早。1839年,美国人Goodyear发明硫化橡胶。1868年,英国科学家Parks用硝化纤维素与樟脑混合制得赛璐珞。1893年,法国人De Chardon
2、net发明粘胶纤维。1907年,第一个合成高分子酚醛树脂诞生。1920年,德国人Staudinger发表了“论聚合”的论文,提 出了高分子的概念,并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。1953年获诺贝尔化学奖。,4,第一章 绪论,1935年,Carothes发明尼龙66,1938年工业化。30年代,许多烯烃类加聚物被开发出来,聚氯乙烯(PVC)(19271937),聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(19271931),聚苯乙烯(PS)(19341937),聚醋酸乙烯酯(PVAC)(1936),高压聚乙烯(LDPE)(1939)。自由基聚合发展。高分子溶液理论在30年代建立,并成功测定了
3、聚合物的分子量。Flory为此于1974年获得诺贝尔奖。40年代,二次大战促进了高分子材料的发展,一大批重要的橡胶和塑料被合成出来。丁苯橡胶(1937),丁腈橡胶(1937),丁基橡胶(1940),有机氟材料(1943),涤纶树脂(19401950),ABS树脂(1947)。,5,第一章 绪论,50年代,Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂,制得高密度聚乙烯和聚丙烯,低级烯烃得到利用。1963年,Ziegler和Natta分享诺贝尔化学奖。1956年,美国人Szwarc发明活性阴离子聚合,开创了高分子结构设计的先河。50年后期至60年代,大量高分子工程材料问世。聚甲醛(1956),聚碳
4、酸酯(1957),聚砜(1965),聚苯醚(1964),聚酰亚胺(1962)。,6,第一章 绪论,60年代以后,特种高分子和功能高分子得到发展。特种高分子:高模量高强度、耐高低温、耐辐射、高频绝缘、半导体等。功能高分子:分离材料(离子交换树脂、分离膜等)、导电高分子、感光高分子、高分子催化剂、高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、高分子液晶等。为表彰在导电高分子的发展方面所作的贡献,2000年,日本科学家白川英树(H.Shirakawa)、美国科学家黑格(A.J.Heeger)和麦克迪尔米德(A.G.MacDiarmid)分享诺贝尔化学奖。,7,第一章 绪论,80年代以后,新的聚合方法和新结构
5、的聚合物不断出现和发展。新的聚合方法:阳离子活性聚合、基团转移聚合、活性自由基聚合、等离子聚合等等;新结构的聚合物:新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合物、含富勒烯(C60)聚合物等等。人类活动是高分子科学发展的动力。,8,1.2 高分子的基本概念,第一章 绪论,高分子化学:研究高分子化合物合成和反应的一门科学。有机高分子和无机高分子;本课程主要研究与塑料、橡胶、纤维等非生物有机高分子有关的化学。高分子化合物:由许多结构单元相同的小分子化合物通过化 学键连接而成的大分子化合物。例如,聚氯乙烯的化学结构为:,9,高分子化合物的特点:分子量大。巨大的分子量是高聚物具
6、有独特性质的根源.具有一定的机械强度和弹性.恒温下,能抽丝或制成薄膜,即:高分子会呈现出高度各向异性.高聚物在溶剂中能表现出溶胀特性,并形成介于固体和液体之间的一系列中间体系.高聚物溶液的粘度特别大,23%的高分子溶液比同样浓度的低分子溶液的粘度大几十至几百倍.,第一章 绪论,1.2 高分子的基本概念,10,第一章 绪论,1.2 高分子的基本概念,几个常用的基本概念单体:能够合成高分子化合物的低分子化合物;大分子链:长结构的大分子(如图);链节:组成大分子链的重复结构单元;聚合度(DP):重复的结构单元数或链节数;均聚物和共聚物;相对分子质量;碳链聚合物和杂链聚合物。,11,返回1 2,12,
7、返回,13,第一章 绪论,均聚物:由一种单体聚合而成的聚合物.共聚物:由两种或两种以上单体聚合而成的聚合物.例如由氯乙烯和醋酸乙烯酯共同聚合时,产物为:注:两种单体单元通常是无规分布的。,1.2 高分子的基本概念,14,第一章 绪论,共聚物的分类 根据各种单体单元在分子链中的排列状况,可将共聚物分为:无规共聚物交替共聚物嵌段共聚物接枝共聚物,1.2 高分子的基本概念,15,第一章 绪论,通过普通的聚合方法,只能得到无规共聚物和交替共聚物,嵌段共聚物和接枝共聚物必须通过特殊方法制备。共聚是高分子化合物改性的重要方法之一。,16,第一章 绪论,相对分子质量一个高分子化合物的相对分子质量M可用下式表
8、示:M=DPM0(11)M0为单体的相对分子质量。高分子化合物的相对分子质量为单体相对分子质量的整数倍。,1.2 高分子的基本概念,17,第一章 绪论,根据化合物的相对分子质量大小来划分高分子和小分子。相对分子质量小于1000的,一般为小分子化合物;相对分子质量大于10000的,称为高分子或高聚物;处于中间范围的可能为高分子(低聚物),也可能为小分子。重要概念:当一个化合物的相对分子质量足够大,以至多一个链节或少一个链节不会影响其基本性能时,称为高分子。,1.2 高分子的基本概念,18,n=176,返回,19,第一章 绪论,碳链聚合物 以上介绍的高分子化合物,其结构单元与单体的原子种类和原子数
9、量都是相同的,因此可称为单体单元。这类聚合物一般是采用加成聚合方法制备的分子主链上全部由碳原子组成,因此称为碳链聚合物。,1.2 高分子的基本概念,20,杂链聚合物有一类聚合物,其结构单元与单体的化学结构和原子数量不相等。这类聚合物通常是采用缩合聚合方法制备的,其结构单元的化学结构与元素组成均与单体不同,因此其结构单元不能称为单体单元。分子主链上除了碳原子外,还有O、N、S、P等杂原子,因此称为杂链聚合物。例如:由对苯二甲酸和乙二醇聚合而成的聚对苯二甲酸乙二酯(涤纶树脂)。,第一章 绪论,1.2 高分子的基本概念,21,第一章 绪论,杂链聚合物 这类聚合物的聚合度可用重复单元的数量表示,即:D
10、P=n(12)也可用结构单元的数量表示,记为Xn,则:Xn=2 DP=2 n(13),1.2 高分子的基本概念,22,第一章 绪论,重要的碳链聚合物:,23,第一章 绪论,重要的杂链聚合物:,24,第一章 绪论,1.3 高分子的形状:线型、支链型和体型(1)线型聚合物 二官能团单体聚合的结果为线型聚合物。缩聚反应中的二元酸、二元醇、二元胺均为二官能度单体。烯类单体中的双键、环状单体的开环,都相当于2个官能团。(2)支链型聚合物 多官能团单体在聚合初期一般先形成支链形聚合物。连锁聚合中链转移反应也会导致支链的产生,如高压聚乙烯的聚合。,25,第一章 绪论,(3)体型聚合物 看成是许多线形高分子通
11、过化学键连接而成的网状结构。体型聚合物可通过多官能团单体聚合而成,也可通过适当助剂通过线形聚合物交联而成。线型和支链型聚合物为热塑性聚合物,交联型聚合物为热固性聚合物。橡胶一般为轻度交联的体型聚合物。,26,返回,27,第一章 绪论,(4)其它形状的聚合物 除了上述三种基本形状外,还发展了新型结构的高分子,如星形聚合物、梯形聚合物、半梯形聚合物等。,线形,支链形,交联形,星形,梯形,半梯形,28,第一章 绪论,1.4 高分子的分类和命名1.4.1 高分子的分类 1)根据高分子主链结构分类 根据高分子主链的结构,可将高分子化合物分为碳链聚合物、杂链聚合物、元素有机聚合物和无机高分子四种。碳链聚合
12、物:主链全部由碳元素组成,侧基上可有其它元素。例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。杂链聚合物:主链上以碳元素为主,但存在其它元素,如O、N、S、P等杂元素。主链上的苯环一般也看作为杂元素。,29,第一章 绪论,元素有机聚合物:主链上没有碳元素,一般由Si、B、N、P、Ge和O等元素组成,但侧链上含有有机基团。例如有机硅聚合物。无机高分子无论在主链还是侧链上均没有碳元素。例如玻璃、陶瓷等均属此类。不在本课程讨论之列。,30,第一章 绪论,2)根据高分子受热后的形态变化分类 根据受热后发生的形态变化,可将高分子化合物分为热塑性高分子和热固性高分子两大类。热塑性高分子在受热后会从固体状态逐步转
13、变为流动状态。这种转变理论上可重复无穷多次。或者说,热塑性高分子是可以再生的。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和涤纶树脂等均为热塑性高分子。,31,第一章 绪论,热固性高分子在受热后先转变为流动状态,进一步加热则转变为固体状态。这种转变是不可逆的。换言之,热固性高分子是不可再生的。能通过加入固化剂使流体状转变为固体状的高分子,也称为热固性高分子。典型的热固性高分子如:酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、硫化橡胶等。,32,第一章 绪论,3)根据高分子的用途分类 塑料、橡胶、化学纤维、涂料、粘合剂、功能高分子。橡胶具有良好的延伸性和回弹性,弹性模量较低。橡胶大多为热固性高分子。近
14、年来也发展了热塑性弹性体,例如SBS、TPO、TPU等。化学纤维在外观上为纤维状,弹性模量很高。对温度的敏感性较低,尺寸稳定性良好。重要的化学纤维高分子有涤纶树脂、尼龙、聚丙烯腈、聚氨酯等。塑料的性能一般介于橡胶和化学纤维之间。,33,第一章 绪论,涂料的基本特点是在一定条件下能成膜,对基材起到装饰和保护作用。大部分高分子均可用作涂料。重要的涂料高分子有:聚丙烯酸酯、聚酯树脂、氨基树脂、聚氨酯、醇酸树脂、酚醛树脂有机硅树脂等。粘合剂的特点是对基材有很高的粘结性,通过其可将不同材质的材料粘合在一起。重要的粘结剂高分子有:环氧树脂、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚乙烯醇等。功能高分子包含了一大
15、批高分子类型。它们是一些具有特殊功能的高分子.如导电性、感光性、高吸水性、高选择吸附性、药理功能、医疗功能等。是近年来高分子研究中最活跃的领域。,34,第一章 绪论,1.4.2 高分子的命名 1)习惯命名法 习惯命名法是一种约定俗成的方法,目前最为通用。其方法为先对结构单元(或单体)命名,然后在结构单元名称前加上“聚”字。碳链聚合物“聚丙烯”、“聚氯乙烯”、“聚苯乙烯”;杂链聚合物“聚对苯二甲酸乙二酯”、“聚己二酰己二胺”;元素有机聚合物“聚二甲基硅氧烷”均按此法命名。也可在结构单元名称后加上“树脂”两字来命名。如“氯乙烯树脂”、“丙烯酸树脂”等。,35,第一章 绪论,共聚物的命名:从参与共聚
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