高分子聚合物的分類(lèi)和命名
甲卡西酮 / 2021-10-14
1.高分子的基本概念
高分子化學(xué)是研究高分子化合物(簡(jiǎn)稱(chēng)高分子)合成(聚合)和化學(xué)反應(yīng)的一門(mén)科學(xué);同時(shí)還涉及聚合物的結(jié)構(gòu)和性能，不過(guò)這部分常另列為高分子物理的內(nèi)容。
高分子也稱(chēng)聚合物(或高聚物)，但有時(shí)高分子可指一一個(gè)大分子，而聚合物則指許多大分子的聚集體。高分子的分子量●高達(dá)104~107，一個(gè)大分子往往由許多簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元通過(guò)共價(jià)鍵重復(fù)鍵接而成，例如聚氯乙烯由氯乙烯結(jié)構(gòu)單元重復(fù)鍵接而成。
~CH2CH-CH2 CH-CH2CH- -CH2CH~
C1 C1 C1 C1
.上式中符號(hào)~代表碳鏈骨架，略去了端基。為方便起見(jiàn)，上式可縮寫(xiě)成下式:
~CH2CH-n
CI
對(duì)于聚氯乙烯一類(lèi)加聚物，方(或圓)括號(hào)內(nèi)是結(jié)構(gòu)單元，也就是重復(fù)單元;括號(hào)表示 重復(fù)連接; η代表結(jié)構(gòu)單元數(shù)(或重復(fù)單元數(shù))，可稱(chēng)為聚合度(DP)。許多結(jié)構(gòu)單元連接成線(xiàn)形大分子，類(lèi)似一條鏈子，因此結(jié)構(gòu)單元俗稱(chēng)作鏈節(jié).
合成聚合物的化合物稱(chēng)作單體，單體通過(guò)聚合反應(yīng)，才轉(zhuǎn)變成大分子的結(jié)構(gòu)單元。聚氯乙烯的結(jié)構(gòu)單元與單體的元素組成相同，只是電子結(jié)構(gòu)有所改變，因此可稱(chēng)為單體單元。 根據(jù)上式很容易看出，上述聚合物的分子量M是聚合度DP (或結(jié)構(gòu)單元數(shù)n)導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元分子量Mo的乘積，即
M=DP . Mo (1-1)
如常用聚氣乙烯的聚合度為600~1600,，其結(jié)構(gòu)單元分子量為62.5,因此分子量為4萬(wàn)~10萬(wàn)。
聚乙烯的分子式習(xí)慣寫(xiě)成-ECH2CHz，而不寫(xiě)成ECH23,，以便顯示其單體單元。由一種單體聚合而成的聚合物稱(chēng)為均聚物，如上述的聚氯乙烯和聚乙烯。由兩種以上單體共聚而成的聚合物則稱(chēng)作共聚物，如氯乙烯醋酸乙烯酯共聚物、丁二烯苯乙烯共聚物。 聚酰胺類(lèi)聚合物的結(jié)構(gòu)式具有另一 特征，例如聚己二酰己二胺(尼龍66):
［NH(CH2 )6NH●CO(CH2)4 CO]n
←結(jié)構(gòu)單元→←結(jié)構(gòu)單元→
←重復(fù)單元→
上式中括號(hào)內(nèi)的重復(fù)單元由-NH(CH2)6NH-和一 CO(CH2 ).CO-兩種結(jié)構(gòu)單元組以，分別為已二胺NH2(CH2)sNH2和已二酸HOOC(CH2).COOH兩種單體經(jīng)聚合反應(yīng)失去水后的結(jié)果。對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（滌綸聚酯）的情況也相似。
［OCH2CH2O.OC-CO]n
研究這類(lèi)聚合動(dòng)力學(xué)時(shí)，多將兩種結(jié)構(gòu)單元總數(shù)稱(chēng)作聚合度，以區(qū)Xn表示，結(jié)構(gòu)單元數(shù)是重復(fù)單元數(shù)的2倍，即Xn=2n。聚合物的分子子量的乘積。初學(xué)時(shí)應(yīng)注意。
2.聚合物的分類(lèi)和命名
聚合物的種類(lèi)日益增多，迫切需要-個(gè)科學(xué)的分類(lèi)方案和合理的命名法。
1.2.1聚合物的分類(lèi)
可以從不同專(zhuān)業(yè)角度，對(duì)聚合物進(jìn)行多種分類(lèi)，例如按來(lái)源、合成方法、用途、熱行為、結(jié)構(gòu)等來(lái)分類(lèi)。按來(lái)源，可分為天然高分子、合成高分子、改性高分子:按用途，可粗分為合成樹(shù)脂和塑料、合成橡膠、合成纖維、涂料、膠粘劑、功能高分子等;按熱行為，可分為熱塑 性聚合物和熱固性聚合物:按凝聚態(tài)，可以分為橡膠態(tài) 、玻璃態(tài)、部分結(jié)晶態(tài)等。但從有機(jī)化學(xué)和高分子化學(xué)角度考慮，則按主鏈結(jié)構(gòu)將聚合物分為碳鏈聚合物、雜鏈聚合物和元素有機(jī) (半有機(jī)或半無(wú)機(jī))聚合物三大類(lèi);在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步細(xì)分， 如聚烯烴、聚酰胺等。
(1) 碳鏈聚合物
大分子主鏈完全由碳原子組成。絕大部分烯類(lèi)和二烯類(lèi)的加成聚合物屬于這一類(lèi)。以乙烯為母體，取代以不同基團(tuán)作為側(cè)基，如甲基、苯基、氯、氟、氰基、羥基、羧基、酯基或酰胺基等，就形成性能各異的多種飽和碳鏈聚合物，如聚苯乙烯、聚氯乙烯等。由共軛二烯烴聚合，則成為主鏈中含有雙鍵的碳鏈聚合物，如聚丁二烯、聚異戊二烯等。
(2)雜鏈聚合物
大分子主鏈中除了碳原子外，還有氧、氮、硫等雜原子，如聚醚、聚酯、聚酰胺等縮聚物和雜環(huán)開(kāi)環(huán)聚合物，天然高分子多屬于這一類(lèi)。這類(lèi)聚合物的主鏈中都留有特征基團(tuán)，如醚鍵(一0一)、酯鍵(一0CO一)、酰胺鍵(一NHCO-)等
(3) 元素有機(jī)聚合物(半有機(jī)高分子)
大分子主鏈中沒(méi)有碳原子，主要由硅、硼、鋁和氧、氮、硫、磷等原子組成，但側(cè)基多半是有機(jī)基團(tuán)，如甲基、乙基、乙烯基、苯基等。聚硅氧烷(有機(jī)硅橡膠)是典型的例子。
如果主鏈和側(cè)基均無(wú)碳原子，則成為無(wú)機(jī)高分子，如硅酸鹽類(lèi)。
1.2.2聚合物的命名
聚合物常按單體來(lái)源命名，有時(shí)也會(huì)有商品名。1972年，國(guó)際理論化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)對(duì)線(xiàn)形聚合物提出了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)命名法。
(1)單體來(lái)源命名法
，聚合物名稱(chēng)常以單體名為基礎(chǔ)。 煬類(lèi)聚合物以端類(lèi)單體名前冠以“聚”字來(lái)命名，例如乙烯、氣乙烯的聚合物分別稱(chēng)為聚乙烯、聚氯乙烯。聚合物都按這種方法命名。
由兩種單體合成的共聚物，常摘取兩單體的簡(jiǎn)名，后綴“樹(shù)脂”兩字來(lái)命名，例如苯酚和甲醛的縮聚物稱(chēng)為酚醛樹(shù)脂。這類(lèi)產(chǎn)物的形態(tài)類(lèi)似天然樹(shù)館，國(guó)因此有合成樹(shù)脂之統(tǒng)稱(chēng)。目前已擴(kuò)展到將未加有助劑的聚合物粉料或粒料也稱(chēng)為合成樹(shù)脂。合成橡膠往往從共聚單體中各取一學(xué)，后綴“橡膠二字來(lái)命名，如丁(二烯)苯(乙烯)橡膠、乙（烯）丙（烯）橡膠等。
雜鏈聚合物還可以進(jìn)一步 按其特征結(jié)構(gòu)來(lái)命名，如聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚砜等。 這些都代表一類(lèi)聚合物， 具體品種另有專(zhuān)名，如聚酰胺中的己二胺和已二酸的縮聚物學(xué)名為 聚己二酰已二胺，國(guó)外商品名為尼龍-66 (聚酰胺-66)。“尼龍”后的前一數(shù)字代表二元胺的 碳原子數(shù)，后一數(shù)字則代表二元酸的碳原子數(shù);如只有一- 位數(shù)，則代表氨基酸的碳原子數(shù)， 如尼龍-6 (錦綸)是己內(nèi)酰胺或氨基已酸的聚合物。我國(guó)習(xí)慣以“綸”字作為合成纖維商品名的后綴字，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇的纖維分別稱(chēng)作滌綸、腈綸、維尼綸，其他如丙綸、氯綸則分別代表聚丙烯、聚氯乙烯的纖維。
有些聚合物按單體名來(lái)命名容易引起混淆，例如結(jié)構(gòu)式為［OCH2CH2]n的聚合物，可從環(huán)氧乙烷、乙二醇、氯乙醇或氯甲醚來(lái)合成，只因?yàn)榄h(huán)氧乙烷單體最常用，故通常稱(chēng)作聚環(huán)氧乙烷。按結(jié)構(gòu)，該聚合物應(yīng)稱(chēng)作聚氧乙烯。
(2)系統(tǒng)命名法
為了作出更嚴(yán)格的科學(xué)系統(tǒng)命名，國(guó)際理論化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)對(duì)線(xiàn)形聚合物提出下列命名原則和程序:先確定重復(fù)單元結(jié)構(gòu)，再排好其中次級(jí)單元次序，給重復(fù)|單元命名，最后冠以“聚”字，就成為聚合物的名稱(chēng)。寫(xiě)次級(jí)單元時(shí)，先寫(xiě)側(cè)基最少的元素，再寫(xiě)有取代的亞甲基，然后寫(xiě)無(wú)取代的亞甲基。這一次序與習(xí)慣寫(xiě)法有些不同，現(xiàn)舉4例比較如下。
［CHCH2]n ［CH=CHCH2CH2]n ［O-CHCH2]n ［CHCH2]n
CI F COOCH3
系統(tǒng)命名:聚1-氯代亞乙基 聚1-亞丁烯基 聚氧化1-氟代亞乙基 聚[1-(甲氧羰基)亞乙基]
習(xí)慣命名:聚氯乙烯 聚丁二烯 聚氧化氟乙烯 聚丙烯酸甲酯
IUPAC系統(tǒng)命名法比較嚴(yán)謹(jǐn)，但有些聚合物，尤其是縮聚物的名稱(chēng)過(guò)于冗長(zhǎng)，例如:
習(xí)慣命名 系統(tǒng)命名
［NH(CH2)5CO]n 聚已內(nèi)酰胺 聚[亞氨基(1-氧代已 基)]
［NH(CH2)6NH . OC(CH2)4CO]n 聚已二酰己二胺 聚(亞氨基亞已基亞氨基已二酰)
［O(CH2)2O.OCC6H4CO]n 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 聚(氧亞乙基氧對(duì)苯二甲酰)
為方便起見(jiàn)，許多聚合物都有縮寫(xiě)符號(hào)，例如聚甲基丙烯酸甲酯的符號(hào)為PMMA。第一次出現(xiàn)比較不常用的符號(hào)時(shí)，應(yīng)注出全名。在學(xué)術(shù)性比較強(qiáng)的論文中，雖然并不反對(duì)能夠反映單體結(jié)構(gòu)的習(xí)慣名稱(chēng)，但鼓勵(lì)盡量使用系統(tǒng)命名，并不希望用商品俗名。
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