聚合物基礎知識(1.1)(自學)課件

1、郭秀蘭 聚合物基礎知識涂料參考書目1. 涂料工藝編委會編，涂料工藝（上，下），北京：化學工業(yè)出版社，1997.122. 倪玉德主編，涂料制造技術，北京：化學工業(yè)出版社材料科學與工程出版中心，2003 3. 馬慶麟主編，涂料工業(yè)手冊，北京：化學工業(yè)出版社，20014. 東北林學院 主編，膠粘劑與涂料，北京：中國林業(yè)出版社，1981.95. 姜英濤編著，涂料基礎，北京：化學工業(yè)出版社，20046. 李蘭亭 編，膠粘劑與涂料，北京：中國林業(yè)出版社，1992.27. 徐秉愷等編著，涂料使用手冊，南京：江蘇科學技術出版社，2000.048. (美) D.Satas, Arthur A. Tracton編

2、；趙風清, 肖紀君等譯，涂料涂裝工藝應用手冊，北京：中國石化出版社，20039. 張躍軍，王新龍編著，膠粘劑新產品與新技術，南京：江蘇科學技術出版社，2003.0310. 程時遠， 李盛彪， 黃世強編著，膠粘劑，北京：化學工業(yè)出版社精細化工出版中心，200111. 宋小平等 編著，膠粘劑制造技術，北京：科學技術文獻出版社，2002關于作業(yè)和考試及成績評定作業(yè)不布置作業(yè)考試 閉卷考試成績評定平時占50%，考試成績占50% 平時成績點名5次，平時測驗3次隨堂測驗統(tǒng)一用實驗報告紙 一、聚合物的基本概念 重復單元和鏈節(jié) 結構單元和單體單元 平均聚合度 二、聚合物的基本特征 相對分子質量方面的特征 結構

3、方面的特征 聚集態(tài)特征 三、聚合物的分類 按聚合物的性能和用途 按合成聚合物的聚合反應類型 按聚合物主鏈結構的化學組成 按聚合物大分子結構形態(tài) 四、聚合物的命名 一般命名法 系統(tǒng)命名法 聚合物 一、 聚合物的基本概念 聚合物大分子中以共價鍵相互連接的、重復出現的、小而簡單的結構單位?！爸貜蛦卧彼拼蠓肿渔湹囊粋€環(huán)節(jié)。 重復單元(structural repeating unit)和鏈節(jié)鏈節(jié):重復結構單元: 聚醋酸乙烯酯的結構式為聚乙烯-醋酸乙烯共聚物的結構式為聚甲基丙烯酸甲酯的結構式為 結構單元的結構與單體的結構除電子結構改變 外, 化學組成相同。 該結構單元也可稱為單體單元。 結構單元(co

4、nstitutional unit)和單體單元 滌綸樹脂大分子的結構式為結構單元：單體單元：重復單元中包括的最小的不能再分的結構單位。聚合物的基本特征分子量大是高分子的根本性質高分子的許多特殊性質都與分子量大有關，如：高分子的溶液性質：難溶，甚至不溶，溶解過程往往要經過溶脹階段溶液粘度比同濃度的小分子高得多分子之間的作用力大,只有液態(tài)和固態(tài),不能汽化 固體聚合物具有一定的力學強度,可抽絲、能制膜。1.相對分子質量方面的特征分子量大分子量多大才算是高分子？ 其實，并無明確界限，一般高分子的強度與分子量密切相關A 點是初具強度的最低聚合度，A點以上強度隨分子鏈迅速增加 B 點是臨界點，強度增加逐漸

5、減慢 C 點以后強度不再明顯增加- - - - - 1000 - - - - - - - - - - - - 10000 - - - - - 低分子 過渡區(qū)（齊聚物） 高聚物一般高分子的分子量在 104 106 范圍超高分子量的聚合物 的分子量高達106 以上AC強度聚合度B A B尼龍 40 150纖維素 60 250乙烯基 100 400聚合物分子量過大, 聚合物熔體粘度過高, 難以成型加工達到一定分子量，保證使用強度后，不必追求過高的分子量高分子的加工性能與分子量有關 質均相對分子質量Mm(weight average molecular weight) 粘均相對分子質量Mv(visco

6、sityaverage molecular weight)Z均相對分子質量 平均相對分子質量 數均相對分子質量Mn (number average molecular weight)。 相對分子質量分布(分布曲線和分布系數 ) 相對分子質量分布曲線 把一個聚合物試樣按相對分子質量大小分成若干級分,測定每一級分的相對分子質量和質量,并且計算出其質量分數。 以相對分子質量M為橫坐標,質量分數w(x)為縱坐標作圖,得一曲線.該曲線為相對分子質量分布曲線。如圖1.1和圖1.2 所示。 相對分子質量分布系數 稱為相對分子質量分布系數。其值大于或等于1。 結構方面的特征聚合物存在著多重結構,即所謂一次結構

7、、二次結構和三次結構。 一次結構 一次結構是指與聚合物的結構單元有關的結構。 結構單元的化學組成 由于結構單元的化學組成不同,才構成了品種繁多的聚合物,聚合物的種類就是以結構單元的化學組成為基礎而劃分的。 結構單元的序列結構 指結構單元之間的鍵接次序。在自由基聚合過程中,由于連接幾率的關系,雖然大部分結構單元是以“頭-尾” “頭-尾”連接,但 也有部分結構單元是以“頭-頭”或“尾-尾”連接。 全同立構體、間同立構體和無規(guī)立構體。 結構單元的構型(configuration)以聚丙烯為例全同立構體間同立構體無規(guī)立構體二烯烴聚合時,除1,2加成、3,4加成外,還有1,4加成：1,2加成、3,4加成

8、同樣可形成全同立構體、 間同立構體、 和無規(guī)立構體。(a)(b)1,4加成形成的大分子中有順式和反式之分。如圖1.4所示。 a-順式-1,4聚異戊二烯立體結構;b-反式-1,4聚異戊二烯立體結構 圖1.4 聚異戊二烯的立體異構體 a-無規(guī)線團；b-伸展鏈；c-折疊鏈；d-螺旋鏈；e-星型鏈； f-支化鏈;g-梳型鏈；h-輕度交聯(lián)的鏈；i-重度交聯(lián)的鏈 聚合物的二次結構a-折疊鏈結晶;b-二重螺旋;c-無規(guī)線團微胞; d-粉條狀;e-流蘇狀 聚合物的三次結構 圖1-7 形變-溫度關系曲線A-玻璃態(tài)；B-高彈態(tài)；C-粘流態(tài)形變溫度/TgTfABC 聚集態(tài)特征 聚合物沒有氣態(tài)，只有固態(tài)和液態(tài)。三、

9、聚合物的分類 按聚合物的性能和用途分類塑料用聚合物、合成纖維用聚合物、合成橡膠用聚合物和其它聚合物(涂料、合成膠粘劑和離子交換樹脂等)四類。 塑料(plastics)用聚合物 塑料:以聚合物為基體材料,添加適當的助劑(增塑劑、潤滑劑、填料和抗氧劑等),經過混煉、造粒所制成的可以進行塑性加工的高分子材料稱為塑料。塑料中的基體材料為塑料用聚合物。熱塑性塑料(thermo plastic) 和熱固性塑料 (thermosettion plastic) 根據塑料受熱時行為的不同,將其分為熱塑性塑料和熱固性塑料。 熱塑性塑料是可以反復進行成型加工的塑料。 熱塑性塑料中的基體材料是熱塑性聚合物。 熱固性塑

10、料只能進行一次成型加工的塑料。 熱固性塑料中的基體材料為含有反應性基團的線型略帶支鏈的低聚物,其經成型加工時與固化劑發(fā)生反應,變?yōu)轶w型交聯(lián)的熱固性聚合物)。 通用塑料和工程塑料 根據塑料的性能、產量、成本和使用情況將塑料分為通用塑料和工程塑料。通用塑料產量大、成本低、應用面廣、性能多樣化，主要用于日用品或一般的工農業(yè)用品。 工程塑料是指可以做為工程材料的塑料，可以代替金屬材料做機器的零部件。 合成纖維用聚合物 合成纖維：以聚合物為基體材料加入適當的助劑(溶劑,防靜電劑、柔順劑和染料等)配制成的可以進行抽絲加工的高分子材料稱為合成纖維。 合成纖維中的基體材料為合成纖維用聚合物。 合成橡膠用聚合物

11、 合成橡膠：以聚合物為基體材料,添加適當的助劑(如硫化劑、硫化促進劑、防老劑和填料等),經過塑煉，使其具有可塑性，經加熱、加壓交聯(lián)后成為具有高彈性的高分子材料為合成橡膠。 合成橡膠中的基體材料稱為合成橡膠用聚合物。 塑料、纖維和橡膠用聚合物很難嚴格的區(qū)別開來。 其它 在合成樹脂和塑料的基礎上,又衍生出膠粘劑、涂料、離子交換樹脂和特種高分子化合物等。 按合成聚合物的聚合反應類型分類 加聚高聚物(addition polymer) 以加成聚合反應(屬于連鎖聚合的范疇)合成的高聚物稱為加聚高聚物(簡稱加聚物) 。 如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。 縮聚高聚物(condensation pol

12、ymer) 以縮聚反應合成的高聚物稱為縮聚物高聚物。 如聚對苯二甲酸乙二醇酯（滌綸）、聚酰胺（尼龍）、聚碳酸酯、環(huán)氧樹酯和聚氨酯等。 按聚合物主鏈結構的化學組成分類 碳鏈聚合物 聚合物大分子主鏈中,完全由碳原子構成,如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、 聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等。 雜鏈聚合物 聚合物大分子主鏈中,除了有碳原子外,還有O、S、N、P和Si及苯環(huán)等構成。如聚碳酸酯、聚酰胺、對苯二甲酸乙二醇酯等。 元素有機聚合物 無機聚合物 聚酰胺-66聚二甲基硅氧烷 按聚合物的結構形態(tài)分類 線型聚合物線型結構的聚合物稱為線型聚合物:伸展鏈,折疊鏈和螺旋鏈。其加熱時可熔融，加入溶劑時可溶解。

13、線型聚合物為熱塑性聚合物。 體型聚合物體型交聯(lián)結構的聚合物稱為體型聚合物。其加熱時不能熔融，加入溶劑時不能溶解。體型聚合物為熱固性聚合物如酚醛樹脂、脲醛樹脂、環(huán)氧樹脂和聚氨酯等等。 四、聚合物的命名 一般命名法 以單體名稱或假想單體名稱為基礎,前面冠以“聚”字 一般來講,碳鏈聚合物多以此方法命名； 而聚乙烯醇是以假想單體“乙烯醇”為基礎命名的。 以單體簡名為基礎,后面綴以“樹脂”或“橡膠”二字。 如以苯酚和甲醛為單體的聚合物稱為“酚醛樹脂”,以丁二烯和苯乙烯為單體的聚合物稱為“丁苯橡膠”。 一般來講,雜鏈聚合物和橡膠用聚合物多以此法命名。 以大分子主鏈中所含特征基團命名 聚酯 O 如果大分子主

14、鏈中含有酯基-C-O-,這類聚合物稱為聚酯。聚對苯二甲酸乙二(醇)酯；由己醇酸為單體合成的聚合物稱為聚己酯。 聚酰胺 O H 如果大分子主鏈中含有酰胺基 -C-N- ,這類聚合物稱為聚酰胺。如己二酸和己二胺為單體合成的聚合物稱為聚己二酰己二胺,由氨基己酸為單體的聚合物稱為聚己酰胺。 聚氨酯 H O 如果大分子主鏈中含有氨基甲酸酯基-N-C-O-,這類聚合物稱為聚氨基甲酸酯。 如甲苯-2,4-二異氰酸酯和乙二醇為單體合成的聚合物稱為聚甲苯基-2,4-二氨基甲酸乙二醇酯。 聚醚 如果大分子主鏈中含有醚鍵-O-這類聚合物稱為聚醚. 商業(yè)名稱 聚合物的商業(yè)名稱一般名稱商業(yè)名稱一般名稱商業(yè)名稱聚對苯二甲

15、酸乙二(醇)酯滌 綸聚甲基丙烯酸甲酯有機玻璃聚己二酰己二胺尼龍-66酚醛樹脂電 木聚乙烯醇縮甲醛維尼綸脲醛樹脂電 玉聚丙烯腈腈 綸聚異戊二烯合成天然橡膠 英文縮寫符號 常用聚合物英文縮寫符號 PA-66聚己二酰己二胺PAN聚丙烯腈PET聚對苯二甲酸乙二酯PVAc聚醋酸乙烯EP環(huán)氧樹脂PMMA聚甲基丙烯酸甲酯PC聚碳酸酯PS聚苯乙烯PVFo聚乙烯醇縮甲醛PP聚丙烯PIP聚異戊二烯PE聚乙烯PB聚丁二烯PVC聚氯乙烯英文縮寫聚合物名稱英文縮寫聚合物名稱 系統(tǒng)命名法 一般命名法容易掌握,但不嚴格,有時會造成混亂,為了澄清命名工作中的混亂現象, 國際純化學和應用化學聯(lián)合會(IUPAC) 曾提出以結構為

16、基礎的系統(tǒng)命名法。 但系統(tǒng)命名法比較煩瑣,目前尚未普遍使用。 IUPAC并不反對繼續(xù)使用一般命名, 但希望在學術交流時盡量少用俗名。溶解性熱塑(固)性高強度絕緣性特性 線型結構高分子（如有機玻璃）能溶解在適當的有機溶劑里，但溶解速率比小分子緩慢；而體型結構高分子（如橡膠）則不易溶解，只有一定程度的脹大。 加熱到一定溫度范圍，開始軟化，然后開始熔化成為可以流動的液體；冷卻后，又成為固體熱塑性（如聚乙烯）。加工成型后受熱不再熔化，叫熱固性（如電木）。 10kg高分子材料與金屬材料各制成100m長的繩子，可吊起物體的重量如下表： 重物質量/kg 材料品種 高分子材料 金屬材料 錦綸繩 滌綸繩 金屬鈦

17、繩 碳鋼繩 15500 12000 7700 6500 高分子化合物鏈里的原子是以共價鍵結合的，一般不易導電，所以高分子材料的電絕緣性良好，廣泛用于電器工業(yè)上。 有些高分子材料具有耐化學腐蝕、耐熱、耐磨、耐油、不透水等特性，用于某些特殊需要的領域；有些高分子材料易老化、不耐高溫、易燃燒、廢棄后不易分解等。高分子化合物的性質線型高分子體型高分子結構鏈狀結構網狀結構性質溶解性溶解不溶解，只發(fā)生溶脹。受熱時的變化加熱軟化熔解，具有可塑性。受熱不熔化，具有熱固性。合成材料塑料塑料的主要成分是合成樹脂，在合成樹脂中添加了某些特定用途的添加劑（如提高塑性的增塑劑、防止老化的防老化劑）就成了塑料。合成纖維利

18、用石油、天然氣、煤和農副產品作原料制成單體，再經聚合反應制成的是合成纖維?；瘜W纖維中包括合成纖維和人造纖維。 合成橡膠合成橡膠是以石油、天然氣為原料，以二烯烴和烯烴為單體聚合而成的高分子。常用的有丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等通用橡膠。 低密度聚乙烯聚氯乙烯軟管塑料聚乙烯制成的一次性手套有機玻璃聚甲基丙烯酸甲酯CH2C nCH3COOCH3聚四氟乙烯酚醛樹脂白色污染白色污染危害（1）填埋作業(yè)占用土地資源，難降解，破壞土壤結構，降低土壤肥效，污染地下水。（2）焚燒作業(yè)嚴重污染環(huán)境。（3）海洋傾倒危及海洋生物的生存，并且存在安全隱患。白色污染的治理（1）改進配方和生產工藝。如：淀粉塑料、水溶塑料、光解塑料等易分解新型塑料。（2）減少使用，有償使用 塑料制品。（3）加強回收、循環(huán)和再利用。名稱單體結構簡式性能滌綸HOOC COOHHOCH2CH2OH 強度高、彈