《高分子化学复习》课件

高分子化学概述高分子化学是研究高分子物质的合成、结构、性质和应用的一门重要分支学科了解高分子化学的基本概念和原理对于化学、材料科学等领域的发展至关重要高分子的分类天然高分子人工合成高分子如蛋白质、核酸、纤维素等由生如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等,,物体合成而成具有独特的生物功通过化学反应合成而成性能可人,,能工设计天然改性高分子生物基高分子如聚乙烯醇、羧甲基纤维素等在如聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯等利,,天然高分子基础上进行化学修饰用可再生生物资源制造的高分子材料高分子的命名和分子量分子量测定高分子命名高分子结构利用各种物理化学方法测定高分子的分子量根据高分子的化学结构、合成方法等特点高分子由许多小分子单体通过共价键连接而,,为高分子的研究和应用提供了重要依据使用标准命名系统为其命名如聚乙烯、聚成其分子量范围从几千到数百万不等,,氯乙烯等高分子的构型高分子由许多单体分子通过化学键连接而成其空间构型是决定高分子性质和应,用的关键高分子的构型包括顺式、反式、头尾串联、头尾相间等不同形式这,些构型差异会影响高分子的硬度、延展性、熔点等物理性质掌握高分子的构型特征是理解和设计高分子材料的基础通过控制高分子的合成条件可以调控其构型从而实现所需的性能这对于开发新型高分子材料具有重,,要意义共振和共轭体系共振是化学反应中的一种重要概念描述了分子中电子在不同原子,之间的非局域性分布共轭体系则是由连续的双键或三键组成的分子结构可以促进电子在分子内的高度畅通流动,共振和共轭可以使分子更加稳定提高反应活性并赋予特殊的光电,,性质这些特点在高分子化学中广泛应用如导电高分子、光敏高,分子等高分子的结构特点复杂多样高分子量微观规则性拓扑结构高分子物质的结构可以呈现线高分子量是高分子物质的重要高分子链上的基本结构单元具高分子链结构可以呈现各种复型、分支型、交联型等多种形特点之一其分子量一般在数有相当程度的规则性这使得杂的拓扑结构如环状、双螺,,,式结构复杂而多样不同结万到数百万范围内远高于小它们能形成有序的微观结构旋等这些特殊结构也决定了,,,,构对其性能有着重要影响分子化合物从而表现出独特的物理化学性高分子的性能质高分子的物理性质分子结构热学性质高分子的物理性质主要取决于其分子玻璃化转变温度、熔点等热学性质决结构如链长、分支、极性、刚性等定了高分子的加工条件和使用温度范,围力学性能分子间作用力拉伸强度、模量、韧性等力学性质关氢键、范德华力等分子间作用力影响系到高分子材料的应用领域和使用条高分子的溶解性、相溶性和相变行为件高分子的化学性质官能团多样性反应活性高高分子分子链上可以含有不同类高分子的化学反应性强可以进,型的官能团赋予其独特的化学行各种亲核取代、亲电取代、加,性质如羟基、羧基、氨基等成等反应耐化学性可修饰性强高分子材料普遍具有良好的耐酸、高分子结构可通过化学改性获得耐碱、耐溶剂、耐腐蚀等化学性新的性能如增强力学性能、提,能高热稳定性等高分子的合成方法聚合反应包括自由基聚合、离子聚合、配位聚合和缩聚聚合等多种聚合方式通过控制聚合反应的条件可以得到不同性能的高分子材料开环聚合利用环状单体进行开环聚合反应可以合成出一些特殊结构的高分子如聚酰胺和聚酯等,共聚合通过两种或多种单体的共聚合可以制备出性能优异的共聚合物可控的共聚合反应是高分子合成的重要手段,改性反应在已有高分子材料的基础上进行化学修饰或物理改性也是一种重要的高分子合成方法,常见的高分子材料聚乙烯塑料聚丙烯塑料聚苯乙烯塑料聚氯乙烯塑料聚乙烯是最常见和使用最广泛聚丙烯具有良好的耐化学性、聚苯乙烯是一种透明、脆性的聚氯乙烯具有良好的机械性能的热塑性塑料之一广泛应用于耐热性和刚性广泛用于制造家热塑性塑料常用于制造一次性和耐化学性广泛应用于制造管,,,,包装、容器、管道等领域用电器外壳、汽车零件等餐具、包装盒等材、电线电缆等高分子材料的应用领域工业应用生活消费医疗卫生环境保护高分子材料在工业领域应用广家电、日用品、包装等高分子高分子生物材料应用于假体植生物降解性高分子材料逐步替泛包括机械制造、电子电气、材料在日常生活中广泛应用入、缝合材料、药物释放等医代传统塑料减少了环境污染,,,汽车航天等以其质轻、耐腐提升了人们的生活品质丰富疗领域大大提高了临床治疗包括生物基塑料、可降解塑料,蚀、绝缘性强等特点替代传统多彩的颜色和形状也成为装饰效果未来智能化高分子将更等新型高分子绿色材料材料提高工业制品性能品的好选择广泛应用,高分子材料的发展趋势高分子材料行业正处于蓬勃发展的时期未来将呈现以下几大发展趋势,聚合反应的基本原理单体分子量分布聚合反应从单体分子开始经过一系列的化学反应形成大分子的高分子化高分子产品通常具有一定范围的分子量分布这决定了其物理化学性质,,,合物123增长链单体分子通过链增长反应依次结合逐步形成长链的高分子结构,聚合反应的动力学10K反应速率每分钟的反应分子数量50%转化率单体转化为聚合物的比例5M分子量聚合物链条的长度聚合反应的动力学研究反应过程中物质的转化率、反应速率和分子量变化等这些因素决定了聚合反应的效率和产品性能需要分析反应动力学参数以控制和优化聚合过程,聚合反应的速度因素温度浓度12反应温度的提高可以加快聚合反应的速度但过高的温度可单体和引发剂的浓度越高反应速度越快但浓度过高也会增,,,能会导致副反应和聚合物性能下降加副反应的风险压力引发剂34升高反应压力可以促进聚合反应的进行但对很多聚合反应合适的引发剂类型和用量可以有效控制聚合反应的速度和分,的影响不大子量分布自由基聚合反应链引发1自由基通过活性中心引发连锁反应链传播2活性中心传播至单体分子上链终止3活性中心与自身或其他活性中心结合而终止自由基聚合反应通过自由基引发、传播和终止三个基本步骤进行首先引发剂产生初始自由基然后自由基与单体分子反应生成新的自由,,基最后通过自由基与自由基或其他物质结合终止反应这种机理简单易控适用于多种单体因此是最常见的聚合反应之一,,,离子聚合反应阳离子聚合1通过亲电试剂引发阴离子聚合2通过亲核试剂引发配位聚合3通过金属催化剂引发离子聚合反应是一类重要的高分子合成方法包括阳离子聚合、阴离子聚合和配位聚合三种类型这些反应具有不同的特点和应用领域是,,合成各种功能性高分子材料的关键技术配位聚合反应金属配位1金属离子与单体分子形成配位键链增长2单体分子依次加入到金属配合物上终止3反应终止时链增长停止,配位聚合反应通过金属离子与单体分子之间的配位键作用驱动单体分子依次加入到金属配合物上实现链增长反应该反应具有良好的区,,域选择性和立体选择性可制备出特殊构型的高分子材料常见的配位聚合反应包括和聚合,Ziegler-Natta Metallocene缩聚反应分子重排1分子内部发生化学变化，产生新的化学键小分子脱离2分子内部小分子如水、氨等被释放分子连接3分子间形成新的化学键，生成高分子缩聚反应是一种常见的高分子合成方法在这个过程中小分子通过分子内重排、脱离小分子和分子间连接等步骤最终生成由许多重复单,,元组成的高分子化合物该反应广泛应用于聚酯、聚氨酯、酚醛树脂等高分子材料的制备开环聚合反应环状单体开环聚合反应以环状单体为原料如环氧乙烷、环丙烷、环己烯等,活性物种在催化剂作用下环状单体开环形成活性中间体如阳离子、阴离子或自由基,,链增长活性中间体继续与更多环状单体反应形成长链高分子反应过程中环己环不,断断裂和重组性能优势开环聚合产物拥有优异的热稳定性、耐化学腐蚀性和电绝缘性广泛应用于工,程塑料聚合反应的控制反应条件控制引发剂选择通过调节温度、压力、值等反选择合适的引发剂可以调节反应pH应条件可以有效地控制聚合反应动力学从而控制聚合反应的分子,,的进程和产物性能量分布链转移剂应用活性中心保护添加链转移剂可以降低分子量增通过抑制或终止聚合反应的活性,加聚合物的溶解性和加工性能中心可以控制聚合反应的进程和,产物结构高分子的分子量分布分子量分布类型特点单一分子量仅有一个分子量值常见于低分子量,化合物连续分布分子量取值连续如正态分布或指数,分布常见于高分子,离散分布分子量取值离散如生物大分子由,,于重复单元数量不同而呈现不同分子量了解高分子的分子量分布特点对于评估其性能和应用非常重要分子量分布决定了高分子的许多物理化学性质如熔融温度、溶解性、粘度、力学强度等,高分子的结构表征高分子的结构表征是通过各种分析手段对其分子结构进行测定和鉴定主要包括分子量分布、化学结构、链型结构、取向状态等常用方法有凝胶色谱、核磁共振、红外光谱、射线衍射等这些X手段可以全面了解高分子的结构特征为材料设计优化提供重要依,据高分子的热力学性质温度依赖性熵效应高分子材料的热力学性质对温度非常高分子链的热运动和构象变化会带来敏感如熔点、玻璃化转温、热膨胀等熵的变化从而影响热力学性质,,化学键能相变特性高分子的共价键强度决定了其热分解高分子材料会发生玻璃化转变、熔融温度、耐热性等热力学指标等相变这些相变与热力学性质密切相,关高分子的机械性能材料强度抗冲击性材料硬度通过拉伸试验可以测定高分子材料的抗拉强冲击试验可以评估高分子材料在碰撞或撞击通过硬度测试可以判断高分子材料的硬度、度、延伸率等力学性能指标为材料选择和下的韧性和抗断裂能力确保其安全可靠的耐磨性等特性为工艺选择和表面处理提供,,,设计提供依据应用性依据高分子的加工工艺挤出成型1高分子材料通过挤出机在高温下熔融成形可制造出多种塑料制,品注射成型2将熔融的高分子材料快速注入模具中进行成型适用于制造复杂,形状的零件压缩成型3将高分子材料放入模具内进行加热压缩成型常用于制造薄片、,板材等产品高分子材料的性能测试机械性能测试热性能测试化学性能测试耐用性测试通过拉伸、压缩、弯曲等试验使用差热分析、热重分析等技通过光谱分析、离子色谱等测开展加速老化试验和长期自然评估高分子材料的抗拉强度、术测定高分子材料的热稳定性、试方法评估高分子材料的化学老化实验分析高分子材料的耐,模量、硬度、韧性等机械性能玻璃化转变温度、熔点等热学结构、含量、纯度等特性热、耐候、耐腐蚀等性能特性高分子材料的应用实例高分子材料广泛应用于日常生活和工业领域如塑料、橡胶、纺织品、涂料等,以汽车工业为例高分子材料在车身、内饰、轮胎等部件中大量使用不仅轻质耐,,用还可以提高燃油效率和安全性,此外生物医用高分子材料在人工器官、骨科植入物、药物缓释等方面发挥重要,作用在电子电气行业高分子材料也广泛应用于电缆绝缘、电子元件封装等领,域高分子行业的发展前景产品创新市场潜力随着科技的不断进步高分子材料高分子材料广泛应用于电子、汽,的种类和性能将不断丰富满足更车、建筑、医疗等诸多行业前景,,多领域的应用需求广阔可持续发展国际竞争研究绿色、可降解高分子材料减中国高分子行业正在追赶世界先,少对环境的负面影响实现可持续进水平未来将在全球市场上扮演,,发展重要角色高分子化学的新进展可持续性与环保智能功能性高性能新材料生物医用应用近年来高分子化学领域致力随着纳米技术的发展高分子新型高分子复合材料的研发生物相容性高分子材料在组织,,,于开发可降解、可再生的高分材料被赋予了智能感应、自修如碳纳米管增强树脂、液晶聚工程、药物输送、生物传感器子材料以减少塑料污染推动复等新功能智能高分子可广合物等拥有优异的机械、热、等医疗领域广泛应用为人类,,,,可持续发展生物基聚合物和泛应用于柔性电子、机器人、电等性能为航空航天、新能健康带来新突破例如可降解,生物可降解塑料的研究不断取生物医学等领域改变人类生源等行业提供关键材料支撑支架、智能义肢等创新产品,得新突破活高分子化学复习要点高分子的基本概念高分子的合成方法12包括高分子的定义、结构特点、分类以及命名方法涵盖自由基聚合、离子聚合、配位聚合等主要聚合反应机理高分子的结构表征高分子的性能特点34介绍分子量测定、结构分析等常用的表征方法包括热力学性质、机械性能、加工工艺等高分子的重要性能。