9.1.1 何为高分子和聚合物在线视频

好 我们第七章

讲高分子及聚合物材料

那么这一章的重点是什么

首先给出

什么叫高分子和聚合物

然后聚合物

它是怎么形成的

也就是讲聚合物的合成

第三个问题

讲从结构层次看聚合物

从结构层次

第四个

讲高分子材料的性能与加工

讲完了性能与加工以后

讲高分子材料的五大用途

大家都知道

第一个用途是塑料

第二大问题是橡胶

第三大用途是纤维

第四大用途是涂料 粘接剂

五大用途

好 我们这一节

先讲何为高分子和聚合物

也就是说

给出高分子和聚合物的定义

那么什么叫做高分子

什么叫做高分子

就是由一种或多种简单的

低分子化合物聚合而成的

相对分子质量高的

相对分子质量很高的

这种化合物

那么把化合物

又叫做高聚物或者聚合物

那么现在高分子聚合物好像

你可以来回

正着解释也行 负着解释也行

等于是一个

名词术语的来回解释

那么这个定义

我觉得对于理解高分子和聚合物

还不是很确切

我们要想理解

什么叫高分子 什么叫聚合物

必须把一些名词术语

弄清楚了

什么叫高分子

什么叫树脂

什么叫聚合物

把弄清楚了

你们看我们平常

经常见一些名词

什么天然树脂

合成树脂

什么聚合物

什么塑料

它到底有什么区别

那么下边

我们讲树脂聚合物

塑料等术语的内涵和相互关系

首先讲树脂

那么一提树脂

树脂就是聚合物

聚合物又是高分子材料

高分子材料又是树脂

这样来回解释

好像解释不太通

所以要想把它解释通了

必须把这些名词术语

它具体含义弄清楚

什么叫树脂

什么叫高分子

什么叫聚合物

什么叫塑料

把这几个问题

都要弄清楚才行

那么树脂本身就是聚合物

那么这里边

由人造树脂和天然树脂

那么人造树脂

就是特指成型用的

原始的聚合物

那么合成树脂

由热固性的树脂

和热塑性的树脂

一般指的塑料

就是热塑性的树脂

那么现在我说什么叫做高分子

什么叫做高分子

那么刚才讲了

高分子是由一种或多种

简单的相对分子质量比较小的

化合物经聚合而成

而得到的分子量很大的

这种化合物

那么定义

也可以扩充为分子主链上的原子

都直接与共价键连接

且链上的成键原子都共享

成键电子的大分子量化合物

那么我再解释一遍

那么什么叫做分子量比较小

分子量一般都是十到一千

它涉及的原子

是几个原子到几十个原子

那么高分子

它分子量一般在一万以上

甚至到千万量级的

它是成百上千个原子

我刚才讲了

与主链上碳原子直接相连的这种直接

当然我们分

我们高分子和低分子

它没有绝对的界限

一般来讲

工业上所用的高分子

就是说它的分子量

相对分子质量在多少

在一万以上

或者有的时候

五千以下的叫做低分子

那么五千以上的叫做高分子

但是我刚才讲了

高分子低分子

它没有一个绝对的界限

我们一般工业上怎么分的

就是说当你分子量高到

具有了聚合物或者塑料

所具有的性质

哪些性质

有一定的强度

有一定的塑性

一定弹性

那么当分子量高到

这种化合物具有了这种性质

我们把它叫做高分子

这样就比较清楚了

我们现在讲聚合物

什么叫做聚合物

聚合物是由一种或者几种

低分子单元叫单体

经聚合共聚缩聚反应

形成许多单体重复连接的

高分子化合物又叫高聚物

那么聚合物

包括天然和人工的

两大类

那么我们说树脂主要是

强调它的原料

聚合物

它是表示经聚合而成的

那么聚合物它肯定原料是树脂

经聚合而成

结果是高分子化合物

那下边什么叫塑料

我觉得塑料

它强调了聚合过程

另外塑料

制成品而言的

制成品而言的

我们一般制成品

我们不是树脂

我们是塑料

另外的要成型塑料

必须得加

塑料的以合成树脂

和化学改性的天然高分子

为主要原料

再加入填料 增塑剂

和其它添加剂

按不同要制得的产品

注意塑料是个产品

所以关于树脂聚合物

高分子塑料

应该有一个比较确切的了解

我们一提树脂

主要强调原料

我们一提高分子的

强调它是分子量很大

那么聚合物

强调它是聚合过程所产生的

那么塑料是高分子

是聚合物

但是它更强调

强调它的形成过程

而且是针对制成品而言的

我为什么这样讲问题

比方有些塑料产品

塑料产品

大家伙都是比方说

聚苯乙烯的

都是聚苯乙烯的

有的它就质量很好

有的质量很差

有的甚至还是有毒的

有的就是无毒的

道理在什么地方

就是说它都叫做聚苯乙烯

那么可能它的分子量是不一样的

有的反应是很充分的

有的反应是不充分的

有的加上添加剂是有毒的

有的添进添加剂是无毒的

做的添加剂

添加剂比方说增塑剂

填料 还有其它的添加剂

反应没有充分了

所以聚合物

它有特点

聚合物有特点那我们现在

我们刚才讲了什么叫聚合物

它是由简单的一种和多种

相对分子质量比较小的化合物

经过集合经过聚合而产生的

相对分子质量很大的

这种化合物

那产生化合物

当然它有它的特点

那么我们说相对分子质量

比较小的简单的经过集合

我们还比较典型是乙烯

乙烯分子

大家伙都很熟悉

我们的有机化学里边

我们国家有些个前辈讲

还是起名词术语

还是很清楚的

乙烯 甲烷 乙烯 乙炔

注意这里面有烷 有个烯 有个炔

烷是完全的完

它加了一个火字旁而已

烯是稀少的稀

炔是缺少的缺

那么谁是烷的

谁是烯的 谁是炔的

注意问题

名词术语都是很清楚了

我们说乙烯

乙烯为什么叫乙烯

它中间当然是C2H4叫乙烯了

它是中间有一个碳碳双键

这一个分子里边

有两个碳原子

四个氢原子

但是具体它的结构

它的电子排布它是怎么排布

我们的碳原子核外有六个电子

其中有两个电子

占K壳层

有四个电子占L壳层

那么占K壳层的

它只能是1S2两个

L壳层

2S2和2P2它四个电子

它是这么排列的

但注意

它当跟别的原子结合的时候

结合的时候

1S2是不动的

那么就看情况

那么2什么

2P2

它肯定出来跟别的键合的

然后

2S2也可能出来

具体到乙烯这种情况

它实际上是SP2

每一个碳原子有三个电子出来

发生键合

S注意

SP2电子

也就是说2S2有一个电子

P轨道有两个电子

三个电子出来

三个电子出来

三个电子出来

表面上看

碳碳键占了两个

每一个碳原子

分别由两个氢原子它占据了

实际的情况它是这样

就是说在乙烯原子当中

是我们知道

S2轨道

它是个球形的轨道

那么P轨道

它是哑铃型的

哑铃型什么意思

一个是X方向

一个是Y方向

一个是Z方向

它是哑铃型的

那么这三个轨道

这三个电子

它是怎么排布的

就是说

Sp2 Sp2轨道它是这样

Sp2轨道它有三个电子

那么每一个电子

它有三个电子

三个电子

就是说它是Sp2

Sp2轨道

这Sp2轨道

它相互之间

成以120

大约成120度角

它在一个平面里头

在一个平面里边

所以一个碳原子

它是在一个乙烯当中

Sp2这三个电子加在一块

是6个电子它实际上

它分σ键

这σ键占了五个

哪五个

就是说每一个碳原子

跟两个氢原子

每一个碳原子

跟两个氢原子这占据了

四个轨道

那么另外一个轨道

是被碳碳键占据

那么这样形成

它就形成了一个平面的结构

就是乙烯它是个平面的结构

怎么个平面结构

两个碳原子

跟两个氢原子

分别占据一个平面轨道

平面轨道当中

氢 碳 氢

这是117.3度

氢碳碳 121.4度

大概

都是120度左右

它占据了这么一个

平面的结构

另外一个碳原子

也是P轨道的

它是在Z方向

我们刚才占据了

一个是X一个是Y

是哑铃结构的

另外一个

它是占据Z轨道

Z轨道

跟它们碳氢所组成的平面

互相垂直

那么轨道

它是一个叫做形成π键

它是垂直方向的

形成π键

刚才讲的σ键

它是在平面里边的

那么我们可以看到

碳跟碳原子之间的键合

是一个σ轨道

一个π轨道

相组成的

那么这样

它其中有一个π轨道

它的键合能是比较低的

由于它的键合能比较低

它容易打开

这一打开以后

它就变成活性的了

所以乙烯它是为什么

要激活

一旦激活了以后

它就可以连接起来

所以我们刚才讲了

高分子材料

它是由低分子材料经聚合而成的

聚合它必须得有条件

聚合必须有条件

你比如说

它是怎么聚合的

它是聚合过程

是这样聚合的

比方说拿过氧化氢

过氧化氢

乙烯分子在过氧化氢的作用之下

它双键会打开

双键会打开

它一打开以后

这边跟过氧化氢连着

这边就悬起来了

它悬起来以后

就可以跟其它被激活的

那个乙烯分子怎么样

相连接

连接连接连接完了

一头就连接起来了

它聚合过程

是这么一个聚合过程

它为什么聚合

我再重复一遍

就是说乙烯分子的

两个碳键

一个是σ键一个是π键

π键的结合能比较低

它容易被打开

怎么打开

用活化剂

活化剂是什么

就过氧化氢

过氧化氢的作用之下

从图上可以看到

过氧化氢的作用之下

双键一打开

两边都有了电子了

一个电子

过氧化氢

这边连起来

跟其他乙烯分子

就连成一块

这就是它的聚合过程

那么从乙烯被在活化剂

过氧化氢的作用之下

发生聚合的过程

我们看到

就在高分子材料的

聚合过程有几个名词术语

大家伙要记住

这里边有所谓的单体

链节 主链 聚合度 官能度

多分散性和平均相对分子质量

什么叫单体

什么叫单体

我们刚才看到

一个乙烯就是个单体

单体是合成聚合物的起始材料

单体是有机化合物

独立存在的基本单元

是单分子稳定存在的一种状态

那么一个乙烯分子就是一个单体

什么叫链节

链节是高分子化合物当中

组成大分子链的

结构相同的基本重复单元

链节的结构和成分

代表了高分子化合物的

结构和成分

链节

什么叫主链

构成高分子的骨架结构

它们以共价键还包括

某些配位键 电子键

结合着贯穿于整个高分子的

原子集合

这叫做主链

注意 主链是共价键所组成的

那么主链

主要

一般我们见到的

聚合物

大部分的常用的聚合物

都是碳所组成

但是不尽然

也可以是别的原子

甚至还可能是原子基团

这就是主链

那么什么叫聚合物

什么叫做聚合度

聚合度我们看到

那么单体就是左边这是单体了

单体下边有个N

N就是聚合度

它N

是刚才N个乙烯分子聚合而来的

聚合度是大分子链中

连接的重复次数

聚合度反应了大分子链的长短

和相对分子质量的大小

那么下边讲官能度

什么叫官能度

在一个单体上

能与别的单体发生键合的

位置的数目

例如乙烯是具有

双官能度的单体

只能形成链状的结构

结合成热塑性的塑料

因此从根源上讲

是单分子的官能度决定了

高分子的结构

我们刚才讲

你单体它在聚合以前

你比方说乙烯

它在聚合以前

因为它是没有官能度的

没有官能度的

什么叫做官能度

能与别的单体

发生键合的位置数目

它激活了以后

它两边碳原子

富余出电子出来了

有电子了

有一个电子以后

它又跟别的

它结合起来

我们拿人来讲

人如果我们立正的呆着

它这是零官能度的

你集合起来 要拉手

你必须得起来

这是俩官能度的

俩官能度的

如果你腿也跟别人

这四个官能度

但是一般来讲

不能俩官能度

这样呆着

就是没有官能度

一激活这样了

它就是俩官能

俩官能这才能

如果你长出第三条胳膊出来

那成了小偷了

成为小偷

三个官能度的

它就变成什么

方向也可以

也可以

这就是官能度的概念

非常重要

下一个问题讲多分散性

多分散性

高分子化合物中

各个分子相对分子质量

不相等的现象

叫做相对分子质量的多分散性

多分散性

决定了高分子化合物的

物理和化学性的大分散度

注意多分散性

多分散性是高分子材料

区别于一般的无机非金属材料的

一个重要的特点

因此高分子材料

没有摩尔质量的概念

没有摩尔质量的概念

为什么说

它没有摩尔质量的概念

它一个摩尔是多少

它不一定

它可长可短

可长可短

那么你我说它是个高分子化合物

只要它分子量聚合到一定程度

具有了那种材料的性质

我就说它是这种高分子材料

分子量可长可短

可长可短

另外还可以长出叉来

因此它是多分散性的

多分散性的

即使同一种高分子材料

它的性质

强度 塑性

弹性 它也都是不一样的

道理就在地方

相对分子量

分子质量

由于多分散性

高分子材料化合物的

相对分子质量

通常用平均相对分子质量表示

常用的有数均的相对分子质量

和重均的相对分子质量

我们说重均是质量均的

相对分子质量

什么叫数均

按数量平均

什么叫重均

是按重量平均

或者说按质量平均

就是数均

就是说把它的数量

乘上每一个分子质量

再比上数量

那么重均

就把每一个的

分子重量的平方求和

再比上

它的每一个的分子质量

它是数均跟重均

为什么有数均重均之分

因为比方说

一个质量很小的

它也给人家平均去

那就不合理了

你质量很小的

你加权就小

质量很大的加权就大

这样得出来的平均数

就是重均的

我们前边讲的

就是关于树脂聚合物

塑料这几者的差别

现在我们讲

就是关于高分子

或者聚合物材料的

里边的一些名词术语

这些名词术语木

包括单体 连接

主链 聚合度 官能度

多分散性和平均相对分子量

这些概念都是非常重要的