高分子化学第一章
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高分子化学第一章一个大分子往往由许多简单的结构单元通过共价键重复键连形成,结构单元数通常用n表示,也称为聚合度(DP)。
许多结构基元连接形成线性大分子,类似一条链子,所以结构基元俗称为链节。
合成聚合物的化合物称为单体,单体通过聚合反应才转变为大分子的结构单元。
由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物,由两种以上的单体聚合而成的聚合物称为共聚物。
§1.2聚合物的分类和命名一、聚合物的分类从不同的专业角度来看,有很多分类。
但在有机化学和高分子化学方面,我们根据主链结构将聚合物分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机(半有机或半无机)聚合物。
在此基础上,进一步细分为聚烯烃、聚酰胺等。
(1)碳链聚合物定义:大分子主链完全由碳原子组成大多数烯烃和二烯烃的加成聚合物都属于这一类。
以乙烯为基质,不同的取代基可以形成多种不同性质的饱和碳链聚合物,如聚苯乙烯、聚氯乙烯等。
当共轭二烯聚合时,主链会含有双键,如聚丁烯和聚异戊二烯。
(2)杂链聚合物定义:大分子主链除了碳原子外,还有氧、氮、硫等杂原子的缩聚物和杂环开环聚合物。
天然高分子多属于这一类。
这类聚合物的主链中多含有一些特征基团,如醚键、酯键、酰胺键等。
(3)元素有机聚合物(半有机高分子)大分子主链中没有碳原子,主要由B、Si、Al和O、N、S、P 等原子组成,侧基多半是有机基团,如甲基、乙基、乙烯基、苯基等。
聚硅氧烷(有机硅橡胶)是典型的例子。
如果主链和侧基都没有碳原子,这样的我们就叫做无机高分子。
二、聚合物的命名聚合物按照单体来源来命名,有时也会有商品名。
下面是1972年IUPAC对线型聚合物提出的结构系统命名法:(1)单体来源命名法聚合物名称通常以单体名为基础。
•烯类聚合物以烯类单体名前冠以"聚"字来命名。
例如:乙烯的聚合物——聚乙烯•由两种单体合成的聚合物,常摘取两单体的简名,后缀“树脂”来命名。
例如,苯酚和甲醛的缩聚物——酚醛树脂。
第一章绪论名词解释高分子化合物(High Molecular Compound):所谓高分子化合物,系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。
单体(Monomer合成聚合物所用的-低分子的原料。
如聚氯乙烯的单体为氯乙烯。
重复单元(Repeating Unit):在聚合物的大分子链上重复出现的、组成相同的最小基本单元。
如聚氯乙烯的重复单元为。
单体单元(Monomer Unit):结构单元与原料相比,除了电子结构变化外,其原子种类和各种原子的个数完全相同,这种结构单元又称为单体单元。
结构单元(Structural Unit):单体在大分子链中形成的单元。
聚氯乙烯的结构单元为。
聚合度(DP、X n)(Degree of Polymerization) :衡量聚合物分子大小的指标。
以重复单元数为基准,即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值,以DP 表示;以结构单元数为基准,即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值,以X n 表示。
聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合物所组成,因此聚合度是一统计平均值。
聚合物分子量(Molecular Weight of Polymer):重复单元的分子量与重复单元数的乘积;或结构单元数与结构单元分子量的乘积。
数均分子量(Number-average Molecular Weight):聚合物中用不同分子量的分子数目平均的统计平均分子量。
,Ni :相应分子所占的数量分数。
重均分子量(Weight-average Molecular Weight):聚合物中用不同分子量的分子重量平均的统计平均分子量。
,Wi :相应的分子所占的重量分数。
粘均分子量(Viscosity-average Molecular Weight):用粘度法测得的聚合物的分子量。
分子量分布(Molecular Weight Distribution, MWD ):由于高聚物一般由不同分子量的同系物组成的混合物,因此它的分子量具有一定的分布,分子量分布一般有分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。
第一章绪论习题1. 说明下列名词和术语:(1)单体,聚合物,高分子,高聚物(2)碳链聚合物,杂链聚合物,元素有机聚合物,无机高分子(3)主链,侧链,侧基,端基(4)结构单元,单体单元,重复单元,链节(5)聚合度,相对分子质量,相对分子质量分布(6)连锁聚合,逐步聚合,加聚反应,缩聚反应(7)加聚物,缩聚物,低聚物2.与低分子化合物比较,高分子化合物有什么特征?3. 从时间~转化率、相对分子质量~转化率关系讨论连锁聚合与逐步聚合间的相互关系与差别。
4. 举例说明链式聚合与加聚反应、逐步聚合与缩聚反应间的关系与区别。
5. 各举三例说明下列聚合物(1)天然无机高分子,天然有机高分子,生物高分子。
(2)碳链聚合物,杂链聚合物。
(3)塑料,橡胶,化学纤维,功能高分子。
6. 写出下列单体的聚合反应式和单体、聚合物的名称(1) CH2=CHF(2) CH2=CH(CH3)2CH3|(3) CH2=C|COO CH3(4) HO-( CH2)5-COOH(5) CH2CH2CH2O|__________|7. 写出下列聚合物的一般名称、单体、聚合反应式,并指明这些聚合反应属于加聚反应还是缩聚反应,链式聚合还是逐步聚合?-(1) -[- CH2- CH-]n|COO CH3(2) -[- CH2- CH-]-n|OCOCH3(3) -[- CH2- C = CH- CH2-]-n|CH3(4) -[-NH(CH 2)6NHCO(CH 2)4CO -]n - (5) -[-NH(CH 2)5CO -]n -8. 写出合成下列聚合物的单体和反应式: (1) 聚苯乙烯 (2) 聚丙烯(3) 聚四氟乙烯 (4) 丁苯橡胶 (5) 顺丁橡胶 (6) 聚丙烯腈 (7) 涤纶 (8) 尼龙610 (9) 聚碳酸酯 (10) 聚氨酯9. 写出下列单体形成聚合物的反应式。
指出形成聚合物的重复单元、结构单元、单体单元和单体,并对聚合物命名,说明聚合属于何类聚合反应。
第一章绪论思考题1. 举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义,以及它们之间的相互关系和区别。
答:合成聚合物的原料称做单体,如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯,缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。
在聚合过程中,单体往往转变成结构单元的形式,进入大分子链,高分子由许多结构单元重复键接而成。
在烯类加聚物中,单体单元、结构单元、重复单元相同,与单体的元素组成也相同,但电子结构却有变化。
在缩聚物中,不采用单体单元术语,因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出,结构单元的元素组成不再与单体相同。
如果用2种单体缩聚成缩聚物,则由2种结构单元构成重复单元。
聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子量高达104-106的同系物的混合物。
聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。
以重复单元数为基准,即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平X表示。
均值,以DP表示;以结构单元数为基准,即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值,以n2. 举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义,以及它们之间的关系和区别。
答:合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合物。
聚合物(polymer)可以看作是高分子(macromolecule)的同义词,也曾使用large or big molecule的术语。
从另一角度考虑,大分子可以看作1条大分子链,而聚合物则是许多大分子的聚集体。
根据分子量或聚合度大小的不同,聚合物中又有低聚物和高聚物之分,但两者并无严格的界限,一般低聚物的分子量在几千以下,而高聚物的分子量总要在万以上。
多数场合,聚合物就代表高聚物,不再标明“高”字。
齐聚物指聚合度只有几~几十的聚合物,属于低聚物的范畴。
低聚物的含义更广泛一些。
3. 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙-66、聚丁二烯和天然橡胶的结构式(重复单元)。
选择其常用分子量,计算聚合度。
聚合物结构式(重复单元)聚氯乙烯-[-CH2CHCl-]- n聚苯乙烯-[-CH2CH(C6H5)-]n涤纶-[-OCH2CH2O OCC6H4CO-]n尼龙66(聚酰胺-66)-[-NH(CH2)6NH CO(CH2)4CO-]n聚丁二烯-[-CH2CH=CHCH2 -]n天然橡胶-[CH2CH=C(CH3)CH2-]n聚合物分子量/万结构单元分子DP=n特征量/万塑料聚氯乙烯聚苯乙烯5~1510~30104800~2400960~2900(962~2885)足够的聚合度,才能达到一定强度,弱极性要求较高聚合度。
第一章:绪论一、基本概念高分子、高分子化合物单体结构单元重复结构单元单体单元聚合度全同立构高分子间同立构高分子立构规整性高分子无规立构高分子遥爪高分子:含有反应性末端基团、能进一步聚合的高分子。
均聚物:由一种(真实的、隐含的或假设的)单体聚合而成的聚合物。
共聚物:由一种以上(真实的、隐含的或假设的)单体聚合而成的聚合物。
生成共聚物的聚合反应称为共聚反应。
逐步聚合反应:是指在反应过程中,聚合物链是由体系中所有聚合度分子之间通过缩合或加成反应生成的。
链式聚合反应:是指在聚合反应过程中,聚合物链是仅由单体和聚合物链上的反应活性中心之间的反应生成,并且在新的聚合物链上再生反应活性点。
聚合物的多分散性:聚合物是由一系列分子量不等的同系物高分子组成,这些同系物高分子之间的分子量差为重复结构单元分子量的倍数,这种同种聚合物分子长短不一的特征称为聚合物的多分散性。
平均分子量:聚合物的分子量或聚合度是统计的,是一个平均值,叫平均分子量或平均聚合度。
数均分子量和重均分子量及多分散系数二、基本理论1、聚合物的分类:来源:天然高分子、半天然高分子和合成高分子主链元素组成:碳链高分子、杂链高分子和元素有机高分子性质和用途:塑料、纤维和橡胶,以及功能高分子、胶粘剂和涂料2、聚合物的命名:习惯命名和IUPAC命名第二章缩聚及逐步聚合反应一、基本概念缩合聚合和逐步加成聚合,线形逐步聚合反应和非线形逐步聚合反应,平衡线形逐步聚合反应和不平衡线形逐步聚合反应,单体功能度和平均功能度,均缩聚和混缩聚,熔融缩聚、界面缩聚和固态缩聚,凝胶化现象和凝胶点,无规预聚体和确定结构预聚体。
二、基本理论1.逐步聚合反应的特征:a. 反应是逐步进行的;b. 每一步反应的速率和活化能大致相同;c. 反应体系始终由单体和分子量递增的一系列中间产物组,单体以及任何中间产物两分子间都能发生反应;d. 聚合产物的分子量是逐步增大的。
2. 线形逐步聚合反应聚合产物分子量的控制与稳定(1)数均聚合度与功能基摩尔比、反应程度的关系rP2-r 1r 1X n ++= 若r ≠1, P 指量少功能基的反应程度 (2)反应程度的影响因素:平衡常数(3)单功能基化合物的作用:a. 分子量调节剂,[r = N A /(N B +2N B ’)]; b. 单功能基化合物对聚合物进行封端,起稳定分子量的作用(分子量稳定剂)。
高分子化学第五版第一章答案1. CH2=C(CH3)COOR 可能进行的聚合反应有() *A. 自由基聚合(正确答案)B. 阴离子聚合(正确答案)C. 阳离子聚合D. 配位聚合2. CH2=C(CH3)CH=CH2可能进行的聚合反应有() *A. 自由基(正确答案)B. 阳离子(正确答案)C. 阴离子(正确答案)D. 配位聚合(正确答案)3. CH2=C(CN)2可以进行的聚合反应有() [单选题] *A. 自由基B. 阴离子(正确答案)C. 阳离子D. 逐步聚合反应4. CH2=CHCH3可能进行的聚合反应有() [单选题] *A. 自由基B. 阳离子C. 阴离子D. 配位聚合(正确答案)5. CH2=CHOR 可能进行的聚合反应有() * *A. 自由基聚合B. 阴离子聚合C. 阳离子聚合(正确答案)D. 配位聚合(正确答案)6. 链式聚合反应包括的聚合反应有() [单选题] *A. 自由基聚合B. 阳离子聚合C. 阴离子聚合D. 配位聚合E. 以上都是(正确答案)7. 自由基聚合的聚合机理包括() *A. 链引发(正确答案)B. 链增长(正确答案)C. 链转移(正确答案)D. 链终止(正确答案)8. 自由基链增长反应中,头尾连接占98%,原因是() *A. 共轭效应(正确答案)B. 位阻效应(正确答案)C. 诱导效应D. 静电效应9. 在本体自由基聚合中,可能发生的链转移反应有() *A. 向单体转移(正确答案)B. 向高分子转移(正确答案)C. 向引发剂转移(正确答案)D. 向溶剂转移10.在本体自由基聚合中,链转移反应导致交联或分子量增大的是() [单选题] *A. 向单体转移B. 向高分子转移(正确答案)C. 向引发剂转移D. 向溶剂转移11. 在本体自由基聚合中,链转移反应是诱导分解的是() [单选题] *A. 向单体转移B. 向高分子转移C. 向引发剂转移(正确答案)D. 向溶剂转移12. 自由基链终止反应,下列描述正确的是() *A. 是双基终止(偶合终止和歧化终止)(正确答案)B. 偶合终止每个聚合物链有两个引发剂残基,一个头-头结构(正确答案)C. 歧化终止每条聚合物链有一个引发剂残基,其中一条链含有端烯(正确答案)D. 有可能出现单基终止,如沉淀聚合中(正确答案)13. 下列是自由基聚合的引发剂的是() *A. AIBN(正确答案)B. BPO(正确答案)C. KPS(正确答案)D. 过硫酸铵-亚硫酸钠(正确答案)14. 自由基聚合引发剂选择的原则是() *A. 根据聚合体系选择(正确答案)B. 根据聚合温度选择(正确答案)C. 选择半衰期与聚合时间相当的引发剂(正确答案)D. 以上都不对15. 聚合速率方程推导过程中,求解自由基浓度的假设是() [单选题] *A. 长链假设B. 等活性假设C. 稳态假设(正确答案)D. 不考虑链转移的假设16. 若想提高聚合速率,可以采取的措施有() *A. 提高聚合温度(正确答案)B. 降低单体浓度C. 提高引发剂浓度(正确答案)D. 采用低活化能引发剂(正确答案)17. 自动加速现象描述正确的是() *A. 是由于粘度增加引起的(正确答案)B. 链终止速率常数下降明显(正确答案)C. 链增长速率常数稍微降低(正确答案)D. 自由基浓度增大(正确答案)E. 引发剂浓度增大18. 自动加速现象发生后,聚合产物分子量和分子量分布() *A. 分子量变大(正确答案)B. 分子量分布变小C. 分子量变小D. 分子量分布变大(正确答案)19. 抑制自动加速现象,可以采取的措施有() *A. 调节引发剂的种类和用量使引发产生新链的速度亦随转化率的增加而递减,可以抑制自动加速效应。
第一章绪论1.1 高分子的基本概念高分子化学:研究高分子化合物合成与化学反应的一门科学。
单体:能通过相互反应生成高分子的化合物。
高分子或聚合物(聚合物、大分子):由许多结构和组成相同的单元相互键连而成的相对分子质量在10000以上的化合物。
相对分子质量低于1000的称为低分子。
相对分子质量介于高分子和低分子之间的称为低聚物(又名齐聚物)。
相对分子质量大于1 000 000的称为超高相对分子质量聚合物。
主链:构成高分子骨架结构,以化学键结合的原子集合。
侧链或侧基:连接在主链原子上的原子或原子集合,又称支链。
支链可以较小,称为侧基;也可以较大,称为侧链。
端基:连接在主链末端原子上的原子或原子集合。
重复单元:大分子链上化学组成和结构均可重复出现的最小基本单元,可简称重复单元,又可称链节。
结构单元:单体分子通过聚合反应进入大分子链的基本单元。
(构成高分子链并决定高分子性质的最小结构单位称为~)。
单体单元:聚合物中具有与单体的化学组成相同而键合的电子状态不同的单元称为~。
聚合反应:由低分子单体合成聚合物的反应。
连锁聚合:活性中心引发单体,迅速连锁增长的聚合。
烯类单体的加聚反应大部分属于连锁聚合。
连锁聚合需活性中心,根据活性中心的不同可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。
逐步聚合:无活性中心,单体官能团之间相互反应而逐步增长。
绝大多数缩聚反应都属于逐步聚合。
加聚反应:即加成聚合反应,烯类单体经加成而聚合起来的反应。
加聚反应无副产物。
缩聚反应:缩合聚合反应,单体经多次缩合而聚合成大分子的反应。
该反应常伴随着小分子的生成。
1.2 高分子化合物的分类1) 按高分子主链结构分类:可分为:①碳链聚合物:大分子主链完全由碳原子组成的聚合物。
②杂链聚合物:聚合物的大分子主链中除了碳原子外,还有氧、氮,硫等杂原子。
③元素有机聚合物:聚合物的大分子主链中没有碳原子孙,主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成。
④无机高分子:主链与侧链均无碳原子的高分子。