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有机高分子化合物

有机高分子化合物. Polymers. Macromolecular compound. 高分子化合物 (Macromolecular compound) —— 由众多原子或原子团以共价键结合形成的相对分子量在 10,000 以上的化合物 高分子化合物分为： 天然高分子化合物 ： 棉花 、 淀粉 (starch) 、 丝绸 (silk) 、 纤维素 (cellulose) 、 蛋白质 (protein) 等 合成高分子化合物 ： 聚乙烯 (PE) 、 聚氯乙烯 (PVC) 、 聚四氟乙烯 (PFE) 、 尼龙 (nylon) 、 涤纶 (terylene) 等. H.

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有机高分子化合物

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Presentation Transcript

  1. 有机高分子化合物 Polymers

  2. Macromolecular compound • 高分子化合物(Macromolecular compound)——由众多原子或原子团以共价键结合形成的相对分子量在10,000以上的化合物 • 高分子化合物分为： • 天然高分子化合物： • 棉花、淀粉(starch)、丝绸(silk)、纤维素(cellulose)、蛋白质(protein)等 • 合成高分子化合物： • 聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PFE)、尼龙(nylon)、涤纶(terylene)等

  3. H H H H H H H H C C C C C C C C H H H H H H H H Monomers and Polymers • 聚合物(polymer)由许多小分子结合而成 • 小分子化合物被称为单体(monoers) 聚合物 Monomer Monomer Monomer Monomer Monomer Monomer Monomer Monomer Monomer Monomer Monomer Monomer Monomer Monomer Monomer polyethylene

  4. H H H H C C C C H H H H Repeating Unit • 重复单元——化学组成和结构可重复的最小单位 • 重复单元也称链节 • 重复单元的数量 或链节数n又称聚合度 • 聚合度是衡量高分子化合物相对分子量的重要指标 单体 重复单元 n

  5. Carbon-based polymers • 碳链高分子化合物——主链全部由碳原子组成的高分子化合物 • 加聚物一般都是碳链高分子化合物 uses example monomer polymer 最常用的高聚物，塑料袋，电线绝缘层，软瓶 聚乙烯 聚苯乙烯 泡沬塑料、廉价模具、家用器皿、玩具 聚氯乙烯 人造革、瓶、塑料地板、水管 (PVC) 聚四氟乙烯 Teflon 水管连接、耐化学腐蚀物件 聚丙烯腈 运动衫、毛毯、地毯的纤维 (Orlon, Acrilan)

  6. 杂链高分子化合物——主链中含有非碳原子的高分子化合物杂链高分子化合物——主链中含有非碳原子的高分子化合物 • 绝大部分缩聚物属于杂链高分子化合物 uses example polymer 尼龙66 织物、工程零件 包装膜、纤维、织物、汽车轮胎及部件 aaa 人造革、纤维等 聚氨酯

  7. Homopolymer A A A A A A A A • 均聚物——由同一种单体聚合而成 单体 聚合物 线形 聚乙烯 乙烯 支链形 聚丙烯 丙烯

  8. Copolymer • 共聚物——由两种以上的单体聚合而成 A B A B + + + A B A B 苯乙烯 丁二烯 丁苯橡胶

  9. Styrene-Butadiene Copolymer • 苯乙烯在共聚物中作为固定接点 • 丁二烯在共聚物中提供弹性连接

  10. Copolymers • 按单体在共聚物中的排列，可细分为嵌段(block)、交替(Alternating)、无规(Random)、接枝共聚物等四大类 Block A A A B B B A A A B B Alternating A B A B A B A B Random A A B A B A A A B A Graft A A A A A A A A B B B B B B

  11. Alternating vs. Random • 交替共聚物比无规共聚物较易结晶。结晶时，链的排列也较规正 交替共聚物 乙烯-聚苯乙烯共聚物 无规共聚物 氯乙烯-四氟乙烯共聚物

  12. Addition Polymerization • 加聚反应——单体进行连续、多步的加成反应，形成高聚物 引发剂 聚苯乙烯 苯乙烯 POLYSTYRENE n

  13. Condensation Polymerization • 缩聚反应——两个或两个以上单体缩合而成，伴有小分子物质的失去 • 单体的一侧须有官能团，如酰胺、羟基、羧基或醛基等 (Amide, Hydroxyl, Carboxylic Acid, or Aldehyde)

  14. Condensation Polymerization H CO H H CO H H H H H N N OC OC N N H H H 聚氨酯的缩聚反应 H 乙二醇 对苯二甲酸 涤纶高聚物

  15. H H H H C C H H C C H H Initiators • 连锁聚合反应 • 引发剂受热分解，形成自由基 苯甲酰自由基 苯自由基 过氧化二苯甲酰 • 引发剂自由基引发乙烯聚合 Ph 双键打开 乙烯

  16. H H H H H H H H H H H H H H Ph C C C C H H H H H H H H C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H Ph C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H Ph C C H H Propagation and termination 链增长反应 链终止反应——两个自由基偶合 Ph

  17. Step Growth Polymerization • 逐步聚合反应——由同种或不同单体的官能团之间所发生的缩合聚合反应 • 高分子链逐步逐段增长

  18. 连锁聚合反应 逐步聚合反应 1. 单体分子持续不断地加成至数量有限的高聚物链端，形成聚合度更高的大分子链 1. 单体分子、低聚物分子与高聚物分子间互相作用，形成聚合度更高的大分子链 2. 形成的高聚物分子量高，而浓度较低 2.形成的高聚物分子量不太高，而浓度较大 3. 聚合过程中，单体消耗速率较低，而分子量增加很快 3. 聚合过程中，单体消耗速率大，但分子量增幅小 4. 每步反应几乎不可逆，总聚合速率很快 4. 每步反应都为可逆，总聚合速率较慢 5. 反应一旦开始，聚合物分子量随聚合过程不断加大，而聚合物浓度几乎不再增加 5. 反应开始后，单体迅速耗尽，但生成的聚合物聚合度不高，此后聚合过程中，主要是低聚物间的缩聚，使高聚物的链不断增长 Chain Growth vs. Step Growth Polymerization

  19. Polymer Molecular Configurations • 高分子链中的每一次连接位置或取向的不同，产生异构现象 • 异构现象包括： • 连接形式 • 顺反结构 • 支化 • 交替 全规聚丙烯的链段，甲基在同侧 间规聚丙烯的链段，甲基交替 无规聚丙烯的链段，甲基无规则

  20. Chain Configurations • 高聚物按链形状不同，可分为 • 线形高分子 • 体形高分子 还有星型高分子等… 支链型 柔性线型 交联型 体型 还有刚性线型高分子

  21. High density polyethylene vs. Low density polyethylene • 高密度聚乙烯部分结晶，熔点高 • 用于注塑成瓶、管等容器 高密度聚乙烯 • 低密度聚乙烯支化，成无定形，熔点低 • 用于制造薄膜、电线绝缘层等非结构材料 低密度聚乙烯

  22. Crystalline form of Polyethylene • 各种聚乙烯的结晶形态 球状结晶 板状单晶 板状单晶 聚乙烯的晶胞

  23. Carbon Backbone Rotation • 内旋转——高分子链中的单键都能按一定的角度旋转 • 内旋转使得高分子链具有柔顺性 • 内旋转使高分子链不呈直线状，而呈卷曲缠绕

  24. Carbon Backbone Rotation • 内旋转使高分子化合物形成各种内旋转异构体 • 高分子链愈长，柔顺性愈好

  25. Thermoplastics - representations • 高分子链的柔顺性是高聚物呈现弹性 线型聚乙烯，有弹性

  26. 几种重要的高分子合成材料 阅读材料

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