第7章高分子化合物与材料名师编辑PPT课件.ppt

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1、第第7章章高分子化合物与材料高分子化合物与材料4.4.了解几种重要高分子材料和复合材料的性能及其了解几种重要高分子材料和复合材料的性能及其应用。应用。1.1.了解高聚物的基本概念、命名和分类。了解高聚物的基本概念、命名和分类。2.2.了解了解高聚物高聚物的基本结构与重要特性。的基本结构与重要特性。3.3.了解高聚物的合成反应及改性、回收再利用的方了解高聚物的合成反应及改性、回收再利用的方法。法。本章学习要求7.2 7.2 高分子化合物的基本结构和重要特性高分子化合物的基本结构和重要特性 7.3 7.3 高分子化合物的合成、改性与再利用高分子化合物的合成、改性与再利用 7.1 7.1 高分子化合

2、物概述高分子化合物概述7.4 7.4 日常生活中的高分子材料日常生活中的高分子材料7.5 7.5 材料的未来与分子设计材料的未来与分子设计目 录高分子化合物高分子化合物（高分子、高聚物或聚合物）的分子比低分子（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质量在质量在10001000以下，而高分子化合物的相对分子质量在以下，而高分子化合物的相对分子质量在1 1万以上，万以上，有的可达上千万。有的可达上千万。1 1基本概念基本概念高分子化合物的高分子化合物的基本特征基本特征：相对分子质量大。：相对分子

3、质量大。7.1.1 高分子化合物的基本概念和特点7.1 7.1 高分子化合物概述高分子化合物概述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。较简单。例例 聚氯乙烯的分子是由许多氯乙烯结合而成：聚氯乙烯的分子是由许多氯乙烯结合而成：单体单体聚合物聚合物聚合度聚合度链节链节*平均聚合度平均聚合度 n n 链节的式量链节的式量 =高聚物的平均相对分子质量高聚物的平均相对分子质量简写：简写：CH2CHCH2ClCHCH2ClCHCln CH2=CHC lnCH2CHCl链节链节单体单体聚合成高分子化合物的低分子化合物聚合成高分

4、子化合物的低分子化合物链节链节组成高分子链的重复结构单元组成高分子链的重复结构单元聚合度聚合度高分子链所含链节的数目高分子链所含链节的数目（1）高分子化合物组成简单，相对分子质量大，具有）高分子化合物组成简单，相对分子质量大，具有“多分散多分散性性”。是多分子的混合物。是多分子的混合物。（2）高分子化合物可归纳为）高分子化合物可归纳为线型线型和和体型体型两种结构。线型结构中两种结构。线型结构中包括链型和支链型。包括链型和支链型。（3 3）高分子化合物由于其相对分子质量很大，有较好的）高分子化合物由于其相对分子质量很大，有较好的机械强机械强度。度。又由于其分子是由共价键结合而成，故有较好的又由于

5、其分子是由共价键结合而成，故有较好的绝缘性绝缘性和和耐腐蚀性耐腐蚀性，由于其分子链很长，呈卷曲状，故有较好的，由于其分子链很长，呈卷曲状，故有较好的可塑性可塑性和和高弹性高弹性。（4 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）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，无挥发性，溶解性溶解性也很差，有时只发生也很差，有时只发生溶胀溶胀。2高分子化合物的特点1高分子化合物的命名高分子化合物的命名（1 1）按原料单体或聚合物的结构特征命名）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在单体名称前面冠以“聚聚”字：字：聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙聚氯乙烯、聚丙烯腈、

6、聚乙二酰己二胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。二酰己二胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。在单体名称后面加在单体名称后面加“树脂树脂”：酚醛树脂、环氧树脂等。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）按商品名命名*我国习惯以我国习惯以“纶纶”作为作为合成纤维商品名的后缀合成纤维商品名的后缀，如涤纶、氯，如涤纶、氯纶、腈纶、锦纶、丙纶等。纶、腈纶、锦纶、丙纶等。有机玻璃有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯。聚甲基丙烯酸甲酯。尼龙或锦纶尼龙或锦纶聚酰胺，如尼龙聚酰胺，如尼龙-610-610。为解决聚合物读写不便，常采用国际通用的英文缩写符号，为解决聚合物读写不便，常采用国际通用的英文缩写

7、符号，如如PVC、ABS等。等。聚合物聚合物 单体单体 名称名称 商品名称商品名称 符号符号 名称名称 结构式结构式 聚氯乙烯聚氯乙烯 氯纶氯纶 PVC PVC 氯乙烯氯乙烯 聚丙烯聚丙烯 丙纶丙纶 PPPP丙烯丙烯 聚丙烯腈聚丙烯腈 腈纶腈纶 PANPAN丙烯腈丙烯腈 聚己内酰胺聚己内酰胺 锦纶锦纶6 6（或尼龙（或尼龙-6-6）PA6PA6己内酰胺己内酰胺 CH2CHClCH2CHCH3CH2CHCNNHO 表表7.1 一些聚合物的名称、商品名称、符号及单体一些聚合物的名称、商品名称、符号及单体聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺 锦纶锦纶66 66（尼龙（尼龙6666）PA66PA66己二酸己二

8、酸己二胺己二胺 聚对苯二甲酸乙聚对苯二甲酸乙二醇酯二醇酯 涤纶涤纶 PETPET对苯二甲酸对苯二甲酸乙二醇乙二醇 聚苯乙烯聚苯乙烯 聚苯乙烯树脂聚苯乙烯树脂 PSPS苯乙烯苯乙烯 聚甲基丙烯酸甲聚甲基丙烯酸甲酯酯 有机玻璃有机玻璃 PMMAPMMA甲基丙烯酸甲甲基丙烯酸甲酯酯 聚丙烯腈聚丙烯腈-丁二丁二烯烯-苯乙烯苯乙烯 ABSABS树脂树脂 ABSABS丙烯腈丙烯腈丁二烯丁二烯 苯乙烯苯乙烯 HOOC(CH2)4COOHNH2(CH2)6NH2HOCH2CH2OHCH2CCOOCH3CH3CH2CHCNCH2CHCHCH2CHCH2HOOCCOOHCHCH2（2）按主链结构分类按主链结构分类

9、（1）按来源分类按来源分类 天然高分子和合成高分子。天然高分子和合成高分子。碳链聚合物碳链聚合物 主链完全由碳原子组成。如聚乙烯：主链完全由碳原子组成。如聚乙烯：杂链聚合物杂链聚合物 主链除碳原子外，还含有氧、氮、硫等杂原子。主链除碳原子外，还含有氧、氮、硫等杂原子。如聚己二酰己二胺（尼龙如聚己二酰己二胺（尼龙-66）：）：CH2 CH2nC (CH2)4 C NH (CH2)6 NHOOn2高分子化合物的分类元素有机聚合物元素有机聚合物 主链由硅、硼、铝与氧、主链由硅、硼、铝与氧、氮、硫、磷等组成，侧链是有机基团。如聚二氮、硫、磷等组成，侧链是有机基团。如聚二甲基硅氧烷：甲基硅氧烷：（3）按

10、性能和用途分类按性能和用途分类 塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂和塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂和功能高分子六大类。功能高分子六大类。（4）按功能分类按功能分类 通用高分子、工程材料高分子、功能高分通用高分子、工程材料高分子、功能高分子、仿生高分子等子、仿生高分子等 。元素无机聚合物元素无机聚合物 主链和侧链均由无机元素或主链和侧链均由无机元素或基团组成。如聚二氯磷腈：基团组成。如聚二氯磷腈：Si OCH3CH3nP=NClCln（2）体形结构的高聚物体形结构的高聚物 分子中无独立的分子中无独立的大分子存在，因此只有大分子存在，因此只有交聚度交聚度的概念。的概念。（1）线型结构高分子物质线型结构

11、高分子物质 分子中有独立分子中有独立的大分子存在，分子链中以单键相连的相的大分子存在，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状。高分子链这种强烈卷曲的倾向称为（分子）链的（分子）链的柔顺性柔顺性，它对高聚物的弹性，它对高聚物的弹性和塑性等有重要影响。和塑性等有重要影响。键角固定的高分子键角固定的高分子链节的旋转示意图链节的旋转示意图1 1高聚物分子的几何形状高聚物

12、分子的几何形状 7.2.1 高分子化合物的基本结构C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C117.2 7.2 高分子化合物的基本结构和要重特性高分子化合物的基本结构和要重特性体型结构的高聚物，由于分子链体型结构的高聚物，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，因而都是非晶态产生有序排列，因而都是非晶态的。的。从结晶状态来看，线型结构的高从结晶状态来看，线型结构的高聚物分为聚物分为晶态高聚物晶态高聚物和和非晶态高非晶态高聚物聚物，或者两者共存。，或者两者共存。高聚物中结晶性区域称为结晶区，高聚物中结晶性区域称为结晶区，非结晶区域称非结晶区，结晶的非结晶

13、区域称非结晶区，结晶的多少称多少称结晶度结晶度（高聚物含晶体结（高聚物含晶体结构的质量百分数）构的质量百分数）。2高聚物的聚集态聚合物中结晶性聚合物中结晶性和非结晶区和非结晶区玻璃态玻璃态 分子链节或整个分子链无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。状的固态。例如常温下的塑料。高弹态高弹态 链节可以较自由地旋转，链节可以较自由地旋转，但整个分子链不能移动。例如常温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，能产生很的罕见的一种物理形态，能产生很大形变，除去

14、外力后能可逆恢复原大形变，除去外力后能可逆恢复原状。状。粘流态粘流态 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。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线性非晶态聚合物的物理形态与温度的关系理形态与温度的关系玻璃化温度玻璃化温度 由高弹态向玻璃态转变的温度，用由高弹态向玻璃态转变的温度，用Tg 表示。表示。粘流化温度粘流化温度 由高弹态向粘流态转变

15、的温度，用由高弹态向粘流态转变的温度，用Tf 表示。表示。塑料与纤维塑料与纤维:要求要求Tg 高，高，Tf 低（较耐热，加工成型温度不高）低（较耐热，加工成型温度不高）橡胶：橡胶：要求要求Tg 低，低，Tf 高（耐寒又耐热）高（耐寒又耐热）一些非晶态高聚物的一些非晶态高聚物的Tg和和Tf值：值：聚氯乙烯聚氯乙烯 Tg=81 Tf=175聚苯乙烯聚苯乙烯 Tg=100 Tf=135聚丁二烯聚丁二烯(顺丁橡胶顺丁橡胶)Tg=-108 天然橡胶天然橡胶 Tg=-73 Tf=1221 1弹性和塑性弹性和塑性 （1）弹性弹性 当高聚物当高聚物Tg TR(室温室温)TR，高聚物处于玻璃态，用做材料时，高聚

16、物处于玻璃态，用做材料时可做塑料。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。与分子链的柔顺性和分子链间的作用力大小有关。分子的柔顺分子的柔顺性越大，性越大，Tg越低。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。弹态，而只呈玻璃态。主要指标有主要指标有机械强度机械强度、刚性刚性、冲出强度冲出强度。主要影响因素有：。主要影响因素有：(1)平均相对分子质量平均相对分子质量（或平均聚合度）的增大，有利于增加（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。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)极性取代基极性取代基或链间能形成或链间能形成氢键氢键时，能增加分子链之间的作用时，能增加分子