1. 高分子化合物概述
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1. **高分子化合物的基本概念和特征**
- 基本概念
高分子化合物的分子比低分子化合物的分子要大得多,一般有机化合物的相对分子质量为几十或几百,而有机高分子化合物的相对分子质量可自几万至几十万、几百万、甚至上千万。例如,通常聚氯乙烯的相对分子质量为5~15 万,丁苯橡胶的为 15~20 万等。高分子化合物的相对分子质量虽然很大,但组成并不复杂,它们的分子往往都是由特定的结构单元通过共价键多次重复连接而成的。例如,聚氯乙烯的分子为
此长链分子的结构式常可简写为
n 为高分子链所含链节的数目,又称为聚合度。聚合度是衡量高分子化合物分子大小的一个指标,高分子化合物的聚合度通常都在 1000 以上。
同一种高分子化合物的分子链所含的链节数并不相同,所以高分子化合物实质上是由许多链节结构相同而聚合度不同的化合物所组成的混合物。因此,实验测得的高分子化合物的相对分子质量和聚合度实际上都是平均值, 这也是与低分子化合物的明显不同之处。
不同的高分子化合物常具有不同的结构单元,通常将能提供结构单元的低分子化合物称为单体。如聚氯乙烯的单体为氯乙烯 CH2=CH-Cl。
- 高分子化合物的特征
高分子化合物由于其很高的相对分子质量与长链结构,决定了它具有某
① 聚合物通常除指高聚物外有时还包括相对分子质量较低的低聚物。
些与低分子有机化合物不同的特征,主要如下:
(1)几乎无挥发性,常温下主要以固态或液态存在。固态高分子化合物有晶态与非晶态之分,且晶态与非晶态可同时存在于同一种高分子化合物中。 (2)高分子化合物的分子链很长,且互相缠绕[见图 8.1(a)],使分子链
间作用力的总和很大,因此能表现出一定的韧性和耐磨性。
图 8.1 聚合物分子结构的示意图
-
由于长链分子通常呈卷曲状,因而高分子化合物通常显示有一定程度的弹性。
-
高分子化合物的溶解过程很慢,有时只发生溶胀(见 8.2 节),且溶液的粘度比一般的低分子化合物溶液的要大得多。
-
高分子化合物的命名和分类
-
- 高分子化合物的命名
高分子化合物有以结构为基础的系统命名法,虽较严格但太繁琐,尤其对结构较复杂的高分子化合物很少使用。目前通用的命名有下列两种。
- 按原料单体或聚合物的结构特征命名
①在单体名称前面冠以“聚”字,如大多数烯类单体形成的聚合物(见表8.1)。
也有以聚合物的结构特征的名称结合单体名称来命名的。例如,由己二酸与己二胺合成的高聚物称为聚己二酰己二胺( HN(CH2)6NH-CO(CH2)4CO n
①。由己二醇与对苯二甲酸合成的高聚物称为聚对苯二甲酸乙二醇酯( CO-
-CO-O-(CH2)2O n(见表 8.2)。
聚 合 物 单 体
名称 |
符号 |
结构(简)式 |
名称 |
结构(简式) |
---|---|---|---|---|
聚乙烯 |
PE |
乙烯 |
CH2=CH2 |
|
CH2=CH |
||||
聚丙烯 |
PP | 丙烯 |
| |
|
CH2 |
||||
CH2=CH |
||||
聚苯乙烯 |
PS | 苯乙烯 |
| |
|
聚氯乙烯 |
PVC |
氯乙烯 |
CH2=CH | Cl |
|
聚四氟乙烯 |
PTFE |
四氟乙烯 |
CF2=CF2 |
|
聚丙烯腈 |
PAN |
丙烯腈 |
CH2=CH | CN |
|
聚甲基丙烯酸甲酯 |
PMMA |
甲基丙烯酸甲酯 |
CH3 | CH2 = C | COOCH3 |
|
聚异戊二烯 |
PIP |
异戊二烯 |
CH2 = C-CH = CH2 | CH3 |
②在单体名称(或简单地自单体名称中取一、二个字作简称)后面加“树脂”、“橡胶”或共聚物。例如,由苯酚和甲醛合成的树脂简称酚醛树脂; 由丁二烯与苯乙烯合成的橡胶简称丁苯橡胶。由苯乙烯、丁二烯与丙烯腈合成的聚合物称为苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物。
聚 合 物 |
单 体 |
|||
---|---|---|---|---|
类 型 (结构特征) |
实 例 |
名称 |
结构(简)式 |
|
名称 |
结构单元 |
|||
聚醚 |
聚甲醛 |
-O-CH2- |
甲醛 |
|
聚二甲基苯醚 |
二甲基苯酚 |
|||
聚酯 |
聚对苯二甲酸乙二醇酯 |
乙二醇 |
HOCH2CH2OH |
|
对苯二甲酸 |
续表
聚 合 物 |
单 体 |
|||
---|---|---|---|---|
类 型 (结构特征) |
实 例 |
名称 |
结构(简)式 |
|
名称 |
结构单元 |
|||
聚酰胺 聚氨酯 |
聚己二酰己二胺 |
己二胺 |
H2N(CH2)6NH2 | |
己二酸乙二醇 |
HO-CH2-CH2-OH |
|||
六次甲基二异氰酸酯 |
OCH(CH2)6NCO |
- 按商品名命名
商品名是为简化命名或商品需要而产生的。例如,它将聚甲基丙烯酸甲酯命名为有机玻璃;将聚己二酰己二胺命名为尼龙-66,尼龙代表聚酰胺,尼龙后的数字中,前一个数字表示单体二元胺的碳原子数,后一个数字表示单体二元羧酸的碳原子数。用商品名命名,在纤维类高聚物中用得十分普遍。我国习惯以“纶”作为合成纤维商品名的后缀,如涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维)、氯纶(聚氯乙烯纤维)等。
此外,为解决聚合物名称冗长,读写不便,可对常见的一些聚合物采用国际通用的英文缩写符号。例如,聚氯乙烯用 PVC(polyvinylchloride)表示等(见表 8.1)。
- 高分子化合物的分类
聚合物的种类已上千种,且仍在不断增加。为便于了解和研究已建立了多种分类法,常见的两种分类法如下:
(1)按主链结构分类
①碳链聚合物 主链完全由碳原子组成的聚合物。绝大多数烯类和二烯类的聚合物均属此类(见表 8.1)。
②杂链聚合物 主链除碳原子外,还含有氧、氮、硫等杂原子,如聚醚、聚酰胺等聚合物(见表 8.2)。
③元素有机聚合物 主链中无碳原子,而是由硅、硼、铝与氧、氮、硫、磷等原子组成,但侧基是由甲基、乙基、乙烯基、芳基等有机基团组成的聚合物。例如:
如果主链和侧基均无碳原子,则称为无机高分子化合物。(2)按性能和用途分类
高聚物主要用作材料,因此,可按所制得的材料的性能和用途不同,将它们分为塑料、橡胶、纤维、胶粘材料,以及功能高分子(如离子交换树脂) 等。