高分子化学复习笔记

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第一章 绪论

1.1 高分子的基本概念、特点

单体：能通过相互反应生成高分子的化合物。

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~。 重复单元：聚合物中组成和结构相同的最小单位称为~，又称为链节。 结构单元：构成高分子链并决定高分子性质的最小结构单位称为~ 聚合反应:由低分子单体合成聚合物的反应称做~.

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：即缩合聚合反应，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。 2）按用途分可分为：塑料、橡胶、纤维三大类。

3）按来源分可分为：天然高分子、合成高分子、半天然高分子（改性的天然高分子） 4）按分子的形状分：线形高分子、支化高分子、交联(或称网状)高分子 5）按单体分：均聚物、共聚物、高分子共混物(又称高分子合金) 6）按聚合反应类型分：缩聚物、加聚物

7）按热行为分：热塑性聚合物、热固性聚合物。

8）按相对分子质量分：高聚物、低聚物、齐聚物、预聚物。

1.3 相对分子质量及其分布 1）相对分子质量

niMimim??数均分子量: Mn?????xiMi wi,xi为i-聚体的分子

nnm/M?i?i?ii分率和质量分率。某体系的总质量m为分子总数所平均。.

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中国高校勤工助学在线 WWW.QGZXOL.COM 服务师生 培养人才 质均分子量:采用光散射法测得: MwmM???miiinm????wMnM?2iiii

ii2）聚合度

聚合度(DP)：即高分子链中重复单元的重复次数，以Xn表示；衡量聚合物分子大小的指标。

聚合度DP与相对分子质量的关系为

Mn?DP?M 式中M为重复单元的相对分子质量.

由于共聚物和混缩聚物的重复单元由两个或两个以上结构单元组成,如果采用聚合度

DP往往会带来计算上的不便，因此大部分情况下，将聚合度定义为每个大分子链所含结

构单元数目的平均值，通常以Xn表示。 聚合度Xn与相对分子质量的关系为

Mn?Xn?M0， M0为结构单元的平均相对分子质量。

特别强调：聚合度的计算最好以结构单元数目而不以重复单元数目为基准，即通常采用的是Xn表示聚合度。

3) 相对分子质量分布

分子量分布指数D?Mw/Mn(或Mz/Mw)，对于完全单分散的聚合物D=1，其数值大小表征聚合物相对分子质量大小悬殊的程度。 D?Mw/Mn(或Mz/Mw)

第二章 逐步聚合

2.1 逐步聚合反应的基本概念 1 逐步的特征

逐步聚合（Step Polymerization）：通常是由单体所带的两种不同的官能团之间发生化学反应而进行的。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。

其特征为：①逐步聚合反应是通过单体功能基之间的反应逐步进行的。在反应初期，聚合物远未达到实用要求的高分子量（>5000——10000）时，单体就已经消失了。②逐步聚合反应的速率是不同大小分子间反应速率的总和。③聚合产物的相对分子质量随转化率增高而逐步增大的。④在高转化率才能生成高分子量的聚合物。

2逐步聚合反应的分类

1）按反应机理分类

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中国高校勤工助学在线 WWW.QGZXOL.COM 服务师生 培养人才 逐步缩聚反应：带有两个或两个以上官能团的单体之间连续、重复进行的缩合反应，即

缩掉小分子而进行的聚合。反应过程中，不小分子副产物生成。

逐步加成聚合：单体分子通过反复加成，使分子间形成共价键，逐步生成高相对分子质量聚合物的过程，其聚合物形成的同时没有小分子析出，如聚氨酯的合成。逐步聚合反应的所有中间产物分子两端都带有可以继续进行约定缩合反应的官能团，而且都是相对稳定的。当某种单体所含有官能团的物质的量多于另一种单体时，聚合反应就无法再继续下去。 2）按聚合物链结构分类

线形逐步聚合反应：参加反应的单体都只带有两个官能团，聚合过程中，分子链在两个方向上增长，分子量逐步增大，体系的粘度逐渐上升，最后形成高分子的聚合反应。

支化、交联聚合反应（体型聚合）：参加聚合反应的单体至少有一个含有两个以上官能团时，反应过程中，分子链从多个方向增长。调节两种单体的配比，可以生成支化聚合物或交联聚合物（体型聚合物） 3）按参加反应的单体种类分类

(1)逐步均聚反应：只有一种或两种单体参加聚合反应，生成的聚合物只含有一种重复单元。

（2）逐步共聚反应：两种或两种以上单体参加聚合反应，生成的聚合物含有两种或两种以上的重复单元。

3. 缩聚反应

缩聚反应：是缩合聚合的简称，是多次缩合重复结果形成缩聚物的过程。缩合和缩聚都是基团间的反应，两种不同基团可以分属于两种单体分子，也可能同在一种单体分子上。 官能度f(Functionality)：一分子聚合反应原料中能参与反应的官能团数称为官能度。 1-1、1-2、1-3体系缩合，将形成低分子物；2-2或2-官能度体系缩聚，形成线形缩聚物；2-3、2-4或3-3体系则形成体形缩聚物。

4. 线形缩聚机理

线形缩聚机理的特征有：逐步和可逆。

1）线型缩聚反应的逐步性 缩聚大分子的生长是由于官能团相互反应的结果。缩聚早期，单体很快消失，转变成二聚体、三聚体、四聚体等低聚物，转化率很高，以后的缩聚反应则在低聚物之间进行。缩聚反应就是这样逐步进行下去的，聚合度随时间或反应程度而增加。延长聚合时间的主要目的在于提高产物相对分子质量，而不在于提高转化率。缩聚早期，单体的转化率就很高，而相对分子质量却很低。

转化率：是指转变成聚合物的单体部分占起始单体量的百分数。 逐步特性是所有缩聚反应所共有的。

2)线型缩聚反应的平衡性

许多缩聚反应是可逆的，其可逆的程度可由平衡常数来衡量。根据其大小，可将线型缩聚大致分成三类：①平衡常数小，如聚酯化反应，K≈4，低分子副产物水的存在对聚合物相对分子质量影响很大，应除去。②平衡常数中等，如聚酰胺化反应，K≈300～500，水对聚合物相对分子质量有所影响。③平衡常数很大或看作不可逆，如聚碳酸酯和聚砜一类的缩聚，平衡常数总在几千以上。

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中国高校勤工助学在线 WWW.QGZXOL.COM 服务师生 培养人才 可逆平衡的程度则各类缩聚反应有明显的差别。

3) 线型缩聚反应的平衡常数

Flory等活性理论：单官能团化合物的分子链达到一定长度之后，其官能团的化学反应活性与分子链长无关。

按照官能团等活性理论，可以用一个平衡常数表征整个聚合反应的平衡特征，并以体系中的官能团浓度代替单体浓度。以聚酯反应为例，则其平衡常数为

K?[~~OCO~~][H2O]

[?COOH?][?OH]方括号的含义是代表官能团的浓度和小分子的浓度。 Flory等活性理论的适用条件：①缩聚反应体系必须是真溶液，均相体系，全部反应物、中间产物和最终产物都溶于这个介质。②官能团所处的环境——邻近基团效应和空间阻碍两方面因素在反应过程中应当不变。③聚合物的相对分子质量不能太高，反应速率不能太大，反应体系黏度不能太高，以不影响小分子产物的逸出、不妨碍建立平衡为限，不能使扩散成为控制速率的主要因素。

4) 反应程度和聚合度

考虑到在线型缩聚反应中实际参加反应的是官能团而不是整个单体分子，所以通常采用已经参加了反应的官能团与起始官能团的物质的量之比即反应程度p来表征该反应进行的程度：

p?N0?N=已反应官能团数／起始官能团总数 N0式中：N0为反应起始时单体的总物质的量；N为缩聚反应体系中同系物(含单体)的总物质的量。

线型平衡缩聚物的数均聚合度与反应程度的关系为

Xn?1 1?p 线型平衡缩聚物的重均聚合度与反应程度的关系为

Xw? 线型平衡缩聚物相对分子质量分散度为

1?p 1?pXwMw?1?p?

MXnn当线型平衡缩聚反应程度很高(p?1)时，聚合物的分散度接近于2。 5) 缩聚反应中的副反应

缩聚通常在较高的温度下进行，往往伴有基团消去、化学降解、链交换等副反应。缩聚反应中的副反应：①链裂解反应是发生于缩聚物分子链与小分子有机或无机化合物之间的副反应，如聚酯的水解、醇解、酸解、胺解等。②链交换反应发生于两个大分子链之间的副反应。③环化反应是发生于大分子链内的副反应。④官能团分解反应是发生于大分子链内的副反应，如高温下羧基的脱羧、醇羟基的氧化反应等。

缩聚副反应的结果：①链裂解使聚合度降低。②链交换使分散度降低，链交换反应在一定程度上对改善缩聚物的性能有利。③环化反应使聚合反应无法进行。④官能团分解反应危及聚合反应的顺利进行。

减少缩聚副反应所采取的措施：①为了减轻链裂解副反应的影响，必须首先考虑提高原料单体的纯度，来尽可能降低有害杂质特别是单官能团化合物的含量。②提高单体浓度等有利于双(多)分子之间反应的条件可以抑制环化副反应的发生；适当降低反应温度对于减轻环化副反应的影响有一定效果。③由于官能团分解反应的活化能高于聚合反应，所以应尽可能

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