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何曼君第三版高分子第一章PPT

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何曼君第三版高分子物理1-4章

何曼君第三版高分子物理1-4章
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交替共聚
ABABABABABABABAB
共聚物往往可改善高聚物某种使用性能 PMMA分子中的酯基有极性，使分子与分子间的作用力比PS大， 所以流动性差，不易注塑成型。 MMA+S共聚，改善高温流动性，可注塑成型。 S+AN 冲击，耐热，耐化学腐蚀都有提高，可作耐油的机械零件。 聚苯乙烯-马来酸酐交替共聚物
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线型大分子链
一般高分子是线型的。它是由含二官能团的反应物反应的，如前所述的 聚苯乙烯和聚酯，分子长链可以卷曲成团，也可以伸展成直线，这取决 于分子本身的柔顺性及外部条件。 性能：在受热或受力情况下分子间可以互相移动（流动），因此线型高 分子可在适当溶剂中溶解，加热时可熔融，易于加工成型。
支链形高分子
对于支化聚合物大分子来讲，一个分子有若干个端基。这样均方末 端距的意义就不明确了，所以引入新的表征方式：旋转半径——从 大分子链的质量中心到各个链段的质量中心的距离，是向量 均方旋转半径——旋转半径的平方值的平均。是标量，越小越柔顺
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• 对于长度为L的直线分子，由定义，其均方末端距为L。
• 思考： 对于环状分子，其值为多少？ 如果分子形成一个直径为D的圆，则均方末端距是多少？ 均方回转半径是多少
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• 从有机中知，C—C，C—O，C—N等单键是 键 ，其电子云的分布是轴形对称的。因此由键相连 的两个原子可以相对旋转（内旋转）而不影响其 电子云的分布。单键内旋转的结果是使分子内与 这两个原子相连的原子或基团在空间的位置发生 变化 • 例如乙烷：如果C—C发生内旋转，则分子内与C 相连的H的相对位置就要发生变化（如下图） • 这种由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同 形态称为构象（conformation）

第一章 高分子链的结构

第一章 高分子链的结构

●1920年，Staudinger发表了“论聚合反应”，宣告了高分 子科学的诞生。
●至1929年，出现一系列结构明确的、具有工业意义的高 分子材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等，从此开创了高分子 材料的新世纪。
●此后的30年（1930-1960），是高分子科学蓬勃发展、高 分子新材料相继问世的年代。单链统计理论、溶胀理论、 凝胶理论、橡胶弹性理论、溶液热力学等经典理论都产 生于这一时期。 ●二十世纪的60-80年代，是高分子科学的成熟期，爬行理 论、半稀溶液理论和标度理论的提出，标志着人们对高 分子的认识已进入到一个新的层次。
高分子学科获得诺贝尔化学奖和物理学奖
●德国化学家Staudinger(1881-1965)创立高分子学说，1953年 获得诺贝尔化学奖；
●K.Ziegler和G.Natta的定向聚合，1963年获得诺贝尔化学奖； ●Flory的高分溶液的热力学定理及其对高分子物理和高分子 物理化学作出了杰出贡献，197杰出贡献，1991年获得诺贝 尔物理学奖；
无规键接
由结构单元间的联结方式不同所产生的异构体称顺序异构体。
聚氯乙烯的键接结构
在二氧六环中将锌粉与聚氯乙烯共煮，将发生下列反应： 头–尾键接
头–头（尾–尾）键接
（脱氯量为86.5%） 无规键接 （脱氯量为81.6%）
（脱氯量可达100%）
聚甲基丙稀酸的键接结构： 在200℃加热降解，有两种反应发生： 头–尾键接，脱水反应产生六元环结构
二、高分子结构的特点：
1. 高分子是由数目（103 — 105）很大的结构单元组成 2. 高分子主链有一定的内旋转自由度，可以使主链弯曲 且具有柔性 3. 高分子的结构具有不均一性 4. 结构单元的相互作用对高分子聚集态结构和物理性能 影响很大 5. 高分子聚集态结构沿主链方向的有序程度高于垂直于 主链方向的有序程度

高分子化学课件第一章ppt文档

高分子化学课件第一章ppt文档
元素有机聚合物 大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、 O、N、S、P 等原子组成，侧基则由有机基团组成 如：硅橡胶
2 命名
习惯命名 以单体名称为基础，在前面加“聚”字
（a）由一种单体经聚合反应获得的聚合物，常在其 单体名称前冠以“聚”字，就成为聚合物的名称。如 聚乙烯、聚苯乙烯等。
（b）由两种不同单体缩聚生成的聚合物，除了在名称 之首冠以“聚”字外，还在名称中反映出经缩聚反应生 成的主链中的特征基团。如由对苯二甲酸和乙二醇缩聚 得到的酯，称为聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
（c）由两种不同单体聚合生成的聚合物，且其聚合物结构又 不很明显（多数是热固性塑料），取两种单体的简名，在后 面加“树脂” 二字，对于合成橡胶，往往从共聚单体中各取 一字，后缀“橡胶”两字来命名。
如 苯酚 甲醛
酚醛树脂
尿素 甲醛
脲醛树脂
甘油 邻苯二甲酸酐 醇酸树脂
丁二烯 苯乙烯
丁苯橡胶
（d）由两种烯类单体共聚所得聚合物的命名是在两种单体名 称间联以短划，并冠以“聚”字。如聚苯乙烯-丙烯腈（也可 称为苯乙烯-丙烯腈共聚物）等。
结构单元
结构单元
重复结构单元
两种结构单元构成一个重复结构单元
单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子
结构单元 重复单元 单体单元
重复单元＝链节
xn2DP 2n M xnM 02DM P0
注意：Mo两种结构单元的平均分子量
3. 由无规排列的结构单元组成的高分子
例如：丁苯橡胶
----( C 2--HCH=CH2--xC )-H -(-2C --H CH y n-)----
x, y为任意值，故在分子链上结构单元 的排列是任意的：
M1M2M1M1M2M1M2M2M2

何曼君高分子物理名词解释完整版

何曼君高分子物理名词解释完整版
何曼君高分子物理名词解释
第一章高分子链的结构
一、名词解释
链结构：指单个分子的结构和形态。
近程结构：（一次结构）化学结构，包括高分子的组成和构型。
远程结构：（二次结构）高分子的大小及其在空间的形态，链的柔顺性及构象。
聚集态结构：（三次结构）通过范德华力和氢键形成具有一定规则排列的聚集态结构。
构型：是指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列。
支化度：以支化点密度或两相邻支化点之间的链的平均分子量来表示支化程度
交联：缩聚反应中有三个或三个以上官能度的单体存在时，高分子链之间通过支链联结成一个三维空间网形大分子时即成交联结构
交联度：用相邻两个交联点之间的链的平均分子量Mc来表示。交联度愈大，Mc愈小。
共聚物的序列结构：是指共聚物根据单体的连接方式不同所形成的结构，共聚物的序列结构分为四类：无规共聚物、嵌段共聚物、交替共聚物、接枝共聚物
刚性因子：（又称空间位阻参数，刚性比值）:为实测的无扰均方末端距与自由旋转链的均方末端距之比。
特征比：无扰链与自由连接链均方末端距的比值。
无规线团：是指单键内旋转导致高分子链呈现不规则蜷曲的构象。
高弹性限度：若分子链为伸直链，按锯齿形计算其伸直长度为高分子链伸展的极限长度Lmax，其计算方式为：Lmax=nlcos（θ/2）=（2/3）1/2nl=0.82nl
链的最大拉伸比：
二、问题
1.高分子结构的特点
答：⑴.高分子分子量大，且由结构单元组成：结构单元可以是一种也可以是多种；结构单元间由共价键联接；结构单元可形成线型分子，支化分子，网状分子
⑵.高分子链可弯曲有柔性（因主链有内旋转的自由度）
⑶.高分子间范德华相互作用（分子间力）特别显着
⑷.高分子若存在交联，其力学性质发生很大变化，即不溶解、不熔融

《高分子化学第一章》PPT课件

《高分子化学第一章》PPT课件

C O O H + C H 3 C H 2 O H
O C O C H 2 C H 3
单体所含的反响点可以是功能团，也可以是不饱和键〔每个不饱和 键都含有两个反响点〕。概括起来主要有以下三大类：
〔a〕含两个〔或以上〕末端功能基的单体，如： 羟基酸：HO-R-COOH 氨基酸：H2N-R-COOH 二元 胺：H2N-R-NH2 二元羧酸：HOOC-R-COOH 二元醇：HO-R-OH等
这类单体的聚合反响通过单体功能基之间的反响进展，为 逐步聚合反响。
〔b〕含多重键的单体，如： C=C双键：乙烯、丙烯、苯乙烯等 C≡C三键：乙炔及取代乙炔 C=O双键：甲醛等
可通过多重键与聚合反响活性中心加成进展链式聚合反响。
〔c〕杂环单体，可进展开环链式聚合反响，如：
O
O
H O
O
NC
CO
〔3〕均聚合反响与共聚合反响
如果聚合物分子构造中只有一种重复构造单元、并且该重复构造 单元可以只由一种〔事实上的、隐含的或假想的〕单体衍生而来， 那么该聚合物为均聚物，否那么为共聚物。
何谓事实上的、隐含的或假设的单体？
CH 2CH Cl
氯乙烯单体 〔事实上的〕
O
O
由对苯二甲酸和乙二醇反响
C
CO2 C C2 H O H
生成的“隐含单体〞：
加聚反响是指聚合产物重复构造单元的组成与单体分子一样的聚 合反响，其聚合产物称加聚物，如由氯乙烯合成聚氯乙烯.
n H 2 C C H C l
(C H 2 C H )n C l
缩聚反响是指聚合产物的重复构造单元组成比单体分子少假设 干原子的聚合反响，在聚合反响过程中伴随有水、醇等小分子副产 物生成，其聚合产物称缩聚物。如己二酸和己二胺合成聚酰胺-6,6 〔尼龙-6,6〕：

高分子物理(第三版)第一章--绪论

高分子物理(第三版)第一章--绪论
¾高分子学说的争鸣时期，是一个重要的里程碑。
1920年，H. Staudinger发表了他的划时代的文献《论聚合》。他根据实验结 果，论证了聚合过程是大量的小分子自己结合起来的过程。大量实验事实雄辩 地证明了大分子的存在，人们又称它为“高分子”或“聚合物”。高分子学说得到 愈来愈多科学家的承认。
至1930年左右，高分子学说终于战胜了胶体缔合论。这一时期是高分子学说 的争鸣时期，是一个重要的里程碑。从此，高分子科学得到了欣欣向荣的健康 发展。
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¾20世纪50年代后高分子物理的发展。
20世纪50年代后半期由Ziegler发现，Natta发展的配位催化剂引发的定向聚合， 使高分子的结构和物性理论受到很大的推动。 用这种催化剂，除了能控制乙烯基聚合物的不对称碳原子的立体构型，控制双 烯类聚合物的顺反异构以外，还使烯烃的低压聚合成为可能。这一成果促进了 结晶结构和旋转位能的研究。 从无支化的低压聚乙烯中首次观察到高分子单晶，以致发现了高分子特有的高 次结构，而这种高次结构与各种物理性质有很大的关系。
4
参考教材或资料： 1、何曼君等，高分子物理，复旦大学出版社，2007年;
2、郝立新等，高分子化学与物理，北京：化学工业出版社，1997年 3、H.S. Kaufman,J.J.Falcetta,Introduction to Polymer Science and Technology:An SPE Textbook,John Wiley & Sons Inc,New York,1977
高分子化学与物理 (Polymer Chemistry & Physics)
第二部分：高分子物理 （Polymer Physics)
第一章 绪论
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1. 概论

何曼君第三版高分子第一章

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第一章：绪论
Wallace Carothers 〔1896 – 1937〕 尼龙、氯丁橡胶的创造者
1924-1926 University of Illinois instructor in organic chemistry
1926-1928 Harvard University instructor in organic chemistry
何曼君第三版高分子第一章
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• 教材：?高分子物理?何曼君〔复旦大学〕(第三版) • 参考书： • ?高分子物理? 〔北京化工大学 金日光主编〕 • ?高聚物构造与性能?〔第二版〕何平笙等〔中国科技大学〕 • ?高分子物理?方正平等〔浙江大学〕 • ?高分子物理? 兰立文〔西北工大〕 • ?高分子物理?〔第二版〕刘凤歧等〔吉林大学〕 • ?高分子化学?林尚安〔中山大学〕 • ?AN INTRODUCTION TO POLYMER
70年代 -(-SN-)-超导性发现； 铁电液晶的合成 聚乙炔膜合成方法及高导电性发现 感光材料PVK-TNF用于复印技术 塑料光纤应用
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第一章：绪论
• 80年代 • 液晶显示器商品化 • 压电高分子用于传感器 • 别离膜技术进步 • 人工器官临床应用 • 铁电液晶空间光调制器
• 近十年高分子的开展方向： 高性能化 、高功能化、精细化 、智能化、复合化
1948年 Paul Flory 建立了高分子长链结构的数学理论
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第一章：绪论
1950年 德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。

高分子物理绪论


为什么要学习高分子物理? 1.有趣(了解自然规律）
2.有用(解释工艺变化）
解释工艺变化
中试聚合釜 铸带切粒机 螺杆挤出机
卷绕机
侧吹风窗
电子封装
弹头
衬层
发动机壳 (复合材料）
烧蚀层
推 进 剂
菲尔普斯
博尔特
伊辛巴耶娃
如何学习 结构决定性能，结构的变化由分子 运动来完成。 结构——分子运动——性能
链状分子具有共同的运动规律
第零个里程碑：天然高分子的科学应用
1839年，Goodyear
第一个里程碑
1920年，Staudinger发 表了"论聚合"，宣告 了高分子科学的诞生
Hermann Staudinger 施陶丁格
第二个里程碑
在高分子科学领域， 尤其在高分子物理 性质与结构的研究 方面取得巨大成就，
热胀系数、模量、拉伸强度、导热系数、折
光指数...）
烷烃性质随链长的变化
HC
甲
C
乙
C
丙
C C C C
丁 戊 己 庚
C
辛
C C
22 23
C
C
C
C

180 181 182 183
高分子物理的使命
揭示聚合物的结构及其共性分子运动规律
学习过普通物理还要学习高分子物理的原因
共性?
什么是有机高分子
塑料是高分子
橡胶是高分子
合成纤维是高分子
涂料、粘合剂是高分子
有机高分子定义——由共价键结合，分 子量超过1万的物质。 有机高分子家族
高分子家族
涂料 粘合剂 弹性体 塑料 合成纤维 天然聚合物 生物系统
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Lord Todd, president of the Royal Society of London, quoted in Chem. Eng. News1980,58(40), 29, in answer to the question, What do you think has been chemistry’s biggest contribution to science, to society?
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第一章：绪论
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第一章：绪论
一 .高分子及其应用
高分子（macromolecule、polymer）
由许多结构相同的单元通过共价键重复连接而 成的相对分子量很大的化合物 天然高分子 合成高分子：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、 涂料、功能高分子等 高分子材料具有基本性质： 比重小，比强度 高，韧性、可塑性，高弹性、耐磨性，绝缘 性，耐腐蚀性，抗射线。
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第一章：绪论
Wallace Carothers （1896 – 1937） 尼龙、氯丁橡胶的发明者 1924-1926 University of Illinois instructor in organic chemistry
1926-1928 Harvard University instructor in organic chemistry
防腐工程：耐腐蚀性，防腐结构材料。
（水管阀门）PTFE：230～260℃长期工作，适合温度高腐蚀严重的产品。
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第一章：绪论
高分子材料的消耗率
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第一章：绪论
功能高分子Functional Polymer
• • • • • • 液晶高分子: 降解高分子聚二氧化碳树脂、Kevlar纤维 导电高分子: 电致发光高分子聚苯胺、塑料电池 医用高分子：人工心脏、脏器、人工肾（PU）、人工肌肉 高吸水性树脂 智能高分子：汽车的抗磨损涂层等 高分子在IT的应用：聚合物发光二极管(OLED)柔性显示器 、塑料芯片等
1948年 Paul Flory 建立了高分子长链结构的数学理论
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第一章：绪论
1950年 德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。 1955年 美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二 烯，首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一 样的合成天然橡胶。 1971年 S.L Wolek 发明可耐300oC高温的Kevlar纤维。 20世纪 20年代staudinger首次提出高分子概念 40年代 形成高分子物理理论 50年代 出现高分子工程：聚合反应工程、成型加工
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第一章：绪论
高分子物理是高分子学科体系中最重要的专 业基础课程之一。它以物理学、有机化学、物理 化学和高分子化学等课程为基础，又为后续课程 聚合物合成工艺学、聚合物加工原理、高分子分 子设计等打下理论基础。
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第一章：绪论
二 .高分子的发展史 History of Polymers 蒙昧期
汉朝 造纸术发明 15世纪 美洲玛雅人用天然橡胶做容器，雨具等生活用品 1839年 美国人古德伊尔(Charles Goodyear)发现天然橡 胶与硫磺共热后明显地改变了性能，使它从硬度较低、遇 热发粘软化、遇冷发脆断裂的不实用的性质，变为富有弹 性、可塑性的材料 1869年 美国的海厄特(John Wesley Hyatt,1837-1920)把 硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，制造出了 第一种人工合成塑料“赛璐珞”(cellulose)
The Nobel Prizes and Polymer Scientists
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第一章：绪论
1953 Hermann Staudinger (1881-1965)
施陶丁格(Hermann Staudinger)是德国)，1965年8月 8日在弗赖堡(Freiburg)逝世，终年84岁。他是1953年诺贝 尔化学奖的获得者。1947年，他编辑出版了《高分子化学》 (Die makromolekulare Chemie)杂志，形象地描绘了高分 子(Macromolecules)存在的形式。从此，他把“高分子” 这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分 子量之间的关系，创立了确定分子量的粘度的理论(后来被 称为施陶丁格尔定律)。他的科研成就对当时的塑料、合成 橡胶、合成纤维等工业的蓬勃发展起了积极作用。由于他 对高分子科学的杰出贡献，1953年,他以72岁高龄，走上了 诺贝尔奖金的领奖台
复习： 1）创建高分子学说的是哪位科学家？ 2）尼龙是由哪位科学家发明的？ 3）请列举一大类高分子材料（统称）。 4）请例举一位我国高分子科学方面的院士。
第一章：绪论
1963 Karl Ziegler (1903-1979) Giulio Natta(1898-1973) 德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别发 明用三乙基铝和三氧化钛组成的金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙 烯的方法。这种催化剂被统称为齐格勒－纳塔型催化剂。1963年12月10 日，他们共享诺贝尔化学奖的崇高荣誉。
1928-1937 DuPont Team leader of research group not deliberately aimed at the development of a money-making product 1930 发明氯丁橡胶 1934-1935 发明尼龙 1936 member the National Academy of Sciences，USA （the first industrial scientist） 1940年、1946年 尼龙丝袜革命 （限购！一人一双！）
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第一章：绪论
塑料
橡胶
纤维
涂料
黏合剂
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第一章：绪论
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第一章：绪论
应 用
农业用塑料：①薄膜（透光性、强度、耐老化性）②灌溉用管 建筑工业：①给排水管PVC、HDPE
塑料门窗：配方、制品设计、加工工艺（挤出温度，螺杆转速，剪切力）
涂料油漆：强度，溶解性。 复合地板:家具（人造木材），壁纸，地板革
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第一章：绪论
• 60年代高分子工业大发展时期： 通用塑料：PE、PP、PVC、PS (80%)PFUF、PU、UP 工程塑料：ABS、PA、PC、PPO、POM、PBT 合成纤维：PET、PAN、PP、PVA、nylon 合成橡胶：SBR、NR、顺丁橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶 70年代 -(-SN-)-超导性发现； 铁电液晶的合成 聚乙炔膜合成方法及高导电性发现 感光材料PVK-TNF用于复印技术 塑料光纤应用
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授课方式
• 教师讲授为主；课后有思考题、练习题；每 章节开始前会对前面的讲课内容有总结及提 问；课堂互动 • 作业每一章结束交一次
成绩评定
平时：30分(作业、出勤10分，两次测试各10分)， 期中30分，期末40分
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本课程的主要内容
• • • • • • • • • 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 绪论 高分子链的形状结构和尺寸 高分子溶液 高分子的非晶态 高分子凝聚态和多组分体系 高聚物的力学性能 高分子的粘弹性和分子运动 高聚物的电学性能 聚合物分析方法，国外高分子物理最新 发展
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第一章：绪论
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第一章：绪论
争鸣期
1926年 瑞典化学家斯维德贝格等人设计出一种超离心机， 用它测量出蛋白质的分子量：证明高分子的分子量的确是 从几万到几百万。 1926年 美国化学家Waldo Semon合成了聚氯乙烯，并于 1927年实现了工业化生产 1930年 聚苯乙烯(PS)发明 1932年 施陶丁格(Hermann Staudinger)总结了自己的大分 子理论，出版了划时代的巨著《高分子有机化合物》，成 为高分子化学作为一门新兴学科建立的标志
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第一章：绪论
• 80年代 液晶显示器商品化 压电高分子用于传感器 分离膜技术进步 人工器官临床应用 铁电液晶空间光调制器
近十年高分子的发展方向： 高性能化 、高功能化、精细化 、智能化、复合化
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第一章：绪论
在高分子科学的形成和发展的过 程中，世界上许多科学家作出了 巨大的贡献，我们不应忘记他们
4
第一章：绪论
本章的主要内容 • 一、高分子及其应用 • 二、高分子的发展史 • 三、高分子物理研究对象及内容
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第一章：绪论
人类的文明史 = 材料的发展史
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第一章：绪论
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第一章：绪论
Why are polymers important?
“I am inclined to think that the development of polymerization is, perhaps, the biggest thing chemistry has done, where it has had the biggest effect on everyday life. The world would be a totally different place without artificial fibers (纤维), plastics (塑 料), elastomers (弹性体), etc. Even in the field of electronics, what would you do without insulation? And there you come back to polymers again.”
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第一章：绪论
发展期
1935年杜邦公司基础化学研究所有机化学部的卡罗瑟斯 (Wallace H. Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即 尼龙。尼龙在1938年实现工业化生产 1936年 德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出 丁钠橡胶和丁苯橡胶 1940年 英国人温费尔德(T.R.Whinfield,1901-1966)合成 出聚酯纤维(PET) 1940年 Peter Debye 发明了通过光散射测定高分子物质 分子量的方法