第一章、 绪论
高分子化学是研究聚合物合成与化学反应的一门科学。
塑料为合成的聚合物,也称树脂。是利用单体原料聚合而成的材料,由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的。
橡胶:提取橡胶树、橡胶草等植物的胶乳,加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。高弹性的高分子化合物。分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成;合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。
纤维:一般是指细而长的材料。纤维具有弹性模量大,形变小,强度高等特点,有很高的结晶能力,分子量小,一般为几万。
一般说来,塑料、纤维的微观都是饱和键的高分子;橡胶为含不饱和键的高分子。它们的化学结构有很大 的不同,比如结晶性,链节的柔性,刚性,分子量大小,分子量分布,结构基团不同。有些塑料可以做成纤维,如聚丙烯,有些是不可以的,而橡胶除少数特种橡胶外,基本即为橡胶,而不能是别的,少数的就是聚氨酯橡胶,也有热塑性的,就是聚氨酯塑料。普通的橡胶,如天然胶,丁苯胶,顺丁胶等没法做成塑料或纤维。
思考题
1.1说明和区别线形结构和体形结构、热塑性聚合物和热固性聚合物、非晶态聚合物和结晶聚合物。
1.2什么叫玻璃化温度?橡胶和塑料的玻璃化温度有何区别?聚合物的熔点有什么特征?
1.3说明橡胶、纤维、塑料的结构-性能特征和主要差别。
第二章、逐步聚合
缩聚:官能团间经多次缩合形成聚合物的反应,即缩合聚合反应的简称。 特点: 缩聚物有特征结构官能团 有低分子副产物 缩聚物和单体分子量不成整数倍
官能度:分子中能参加反应的官能团数。
根据聚合物结构(官能度体系)
1-1、1-2、1-3体系:缩合反应 如醋酸乙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯等
2-2或2体系:线形缩聚 单体含有两个官能团,形成的大分子向两个方向增长,得到线形 缩聚物的反应。如涤纶聚酯、尼龙等
2-3、2-4等多官能度体系:体形缩聚 至少有一单体含两个以上官能团,形成大分子向三个方向增长,得到体形结构缩聚物的反应。如酚醛树脂、环氧树脂
凝胶点的预测
pc是体型缩聚中的首要控制指标
实验测定时通常以聚合体系中的气泡不能上升时的反应程度为凝胶点。凝胶点也可以从理论上进行预测
例:2mol甘油(f=3)和3mol邻苯二甲酸酐(f=2)体系
则Pc=2/2.4=0.833
例:
1 mol aRa + 1mol bR’b + 0.1%R”b
平均官能度:非过量组分的集团数的两倍除以体系中分子总数
思考题
1、邻苯二甲酸酐与甘油缩聚,两种基团数相等。 求:平均官能度和凝胶点
2、计算下列混合物的凝胶点:
1)邻苯二甲酸酐与甘油摩尔比为1.50:0.98;
2)邻苯二甲酸酐、甘油、乙二醇的摩尔比为1.50:0.99:0.002;
第三章、自由基聚合
1)连锁聚合的条件 活性种 R*的存在(外因)
R*:自由基,阴离子,阳离子
单体中存在接受活性种进攻的弱键,如 -C=C-(内因)
连锁聚合的一般性特征:
1、聚合过程一般由多个基元反应组成,各基元反应的反应速率和活化能差别大; 2、单体只能与活性中心反应生成新的活性中心,单体之间不能反应; 3、连锁反应一般都是放热反应;
打开双键所需能量小于形成两个单键所放出的能量。 4、首先要给予单体打开双键的活化能,否则无法启动聚合。 因此由引发剂引发后才会聚合; 5、聚合过程中瞬间生成高分子。
一旦活性中心生成,在极短时间内,许多单体加成上去,生成高分子量的聚合物。延长反应时间只能提高单体转化率,却不能增加聚合物的分子量。 体系中只有单体、聚合物和微量引发剂、含活性中心的增长链。
歧化终止:某链自由基夺取另一自由基氢原子或其它原子的终止反应。 歧化终止的结果: DP与链自由基中的单元数相同; 每条大分子只有一端为引发剂残基,另一端为饱和或不饱和(两者各半)。
自由基聚合反应的特征
在微观上可区分为链引发、增长、终止、转移等基元反应,并可概括为:慢引发、快增长、速终止。引发速率最小,所以引发速率是控制聚合速率的关键。
只有链增长反应才使聚合度增加。一个单体自由基从引发,经增长和终止(或链转移),转变成大分子,时间极短,不能停留在中间阶段,反应混合物主要由单体和聚合物组成。在聚合过程中,聚合度变化较小。