藥用高分子材料學(xué)

1、,藥用高分子材料學(xué),緒論,藥用高分子材料學(xué)Polymer Science in Pharmaceutics研究藥用高分子材料的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)、性能及用途的理論和應(yīng)用的專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科。,,藥用輔料,第一節(jié) 高分子材料在藥劑學(xué)的應(yīng)用 藥用高分子材料是具有生物相容性且經(jīng)過安全性評(píng)價(jià)的應(yīng)用于藥物制劑的一類高分子輔料。 在藥物制劑中應(yīng)用、本身一般不

2、具備藥理和生理活性但能夠賦予藥物制劑特定功能或改善制劑性能的各種高分子。,,一、高分子對(duì)藥劑學(xué)和藥物制劑發(fā)展的意義,天然高分子 提高藥物制劑質(zhì)量； 半合成高分子 創(chuàng)制高效、速效、長(zhǎng)效藥物合成高分子 劑型、新制劑； 發(fā)展新的藥劑生產(chǎn)工藝和生產(chǎn) 技術(shù)平臺(tái)； 改進(jìn)藥品包裝。 重要

3、動(dòng)力,,,,腸溶衣材料 取代纖維素衍生物 蟲膠丙烯酸樹脂 貢獻(xiàn)纖維素衍生物 制劑包衣工藝 取代薄膜包衣工藝 糖衣工藝片劑生產(chǎn)重大技術(shù)革新流動(dòng)性 實(shí)現(xiàn)可壓性 藥用高分子輔料 直接壓片工藝 高性能,,,,,,,,,,新劑型（DDS）是藥劑學(xué)領(lǐng)

4、域重要發(fā)展方向之一,纖維素衍生物口服緩釋及控釋制劑 丙烯酸樹脂滲透泵片的關(guān)鍵組分 半滲性醋酸纖維素 非ph依賴的混懸型液體緩控釋制劑 離子交換樹脂透皮吸收貼劑 高分子壓敏膠長(zhǎng)效微球注射劑、埋植劑 聚乳酸、聚丙交

5、酯-乙交酯宮內(nèi)避孕器、皮下植入器 硅橡膠、乙烯—醋酸乙烯共聚物材料,沒有高分子，就沒有DDS的迅速發(fā)展,二、高分子材料在藥物制劑中的用途,1、藥物制劑的輔料 賦形劑、粘合劑、助懸劑、崩解劑、包衣材料、分散劑以及藥物釋放系統(tǒng)的載體等 高分子在藥劑中最主要的應(yīng)用,,藥品賦形劑 提高藥物穩(wěn)定性

6、 溶解性 吸收性 生物利用度等口服緩釋、控釋片劑微丸劑、皮下埋植劑注射用靶向制劑,,,,,,,,分散片 交聯(lián)聚維酮 交聯(lián)羧甲基纖維素納 羧甲基淀粉鈉 高效崩解劑 低取代

7、羥丙基纖維素水性包衣技術(shù) 纖維素衍生物 丙烯酸樹脂固體分散技術(shù) 聚維酮 聚乙二醇 水溶性高分子改善難溶性藥物的溶出度,,,2、高分子前體藥物 以高分子為載體與藥物通過化學(xué)鍵結(jié)合形成。達(dá)到延長(zhǎng)療效、減少副作用或者靶向給藥的目的。 高分子藥物高分子藥物或高分子前體藥物已經(jīng)成為藥物化學(xué)工作者

8、和藥劑學(xué)工作者共同的研究課題。,3、藥物制劑的包裝材料 包裝材料：各種塑料和橡膠 重要作用 保證藥品質(zhì)量 方便患者識(shí)別和應(yīng)用 降低生產(chǎn)成本 提高安全性,,藥物制劑常用的高分子輔料,三、我國(guó)藥用高分子應(yīng)用和研發(fā)現(xiàn)狀,藥用輔料中，高分子占有很大的比例，許多劑型和制劑的開發(fā)和生產(chǎn)離不開

9、高分子。,微晶纖維素羧甲基纖維素鈉生產(chǎn)規(guī)模小，規(guī)格單一，質(zhì)量不高，推廣應(yīng)用不多聚乙二醇、聚維酮、高效崩解劑等急需品種長(zhǎng)期缺乏或僅有化工產(chǎn)品，嚴(yán)重阻礙了劑型的開發(fā)和制劑質(zhì)量的提高。,四、有關(guān)藥用高分子新輔料管理法規(guī),我國(guó)的新輔料審批辦法國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局于2005年6月制定了《藥用輔料注冊(cè)申報(bào)資料要求》，并要求在《藥用輔料注冊(cè)管理辦法》出臺(tái)前藥用輔料注冊(cè)申請(qǐng)人按此要求申報(bào)資料。新的藥用輔料指在我國(guó)首次生產(chǎn)并應(yīng)用的

10、藥用輔料。,原來分類：我國(guó)輔料審評(píng)辦法中將輔料分為2類一類輔料系指全新的、目前尚未在任一先進(jìn)國(guó)家被批準(zhǔn)使用的輔料； 二類輔料則是指已在國(guó)外藥典收載或已經(jīng)在正式批準(zhǔn)的制劑中使用、國(guó)內(nèi)進(jìn)行仿制開發(fā)的輔料。,2、日本的輔料審批法規(guī),新輔料除全新化合物外還包括：（1）已批準(zhǔn)的食品添加劑或已批準(zhǔn)的化妝品材料申請(qǐng)用于口服或外用且從未用作藥用輔料者；（2）在國(guó)外已有應(yīng)用但未在日本使用者；（3）在日本已有應(yīng)用，但改變給藥途徑或超過原用量者。

11、,3、美國(guó)食品和藥品管理局（FDA）對(duì)輔料的管理,FDA主張使用符合以下一項(xiàng)條款或一項(xiàng)以上條款的輔料：即FDA認(rèn)定為“GRAS”類型的輔料（即“通常被確認(rèn)安全”，generally recognized as safe)這些輔料包括:藥典、官方文件及權(quán)威出版物中收錄的輔料在藥品中已廣泛使用的輔料已批準(zhǔn)用作食品添加劑或化妝品添加劑的輔料因某種特殊作用在已批準(zhǔn)的特定劑型的新藥（New Drug Application, NDA）

12、中已有完全或部分應(yīng)用的輔料。,4、國(guó)際藥用輔料協(xié)會(huì)（IPEC）和藥用輔料一體化,國(guó)際藥用輔料協(xié)會(huì)（International Pharmaceutical Excipients Council, IPEC）致力于藥用輔料及其藥典標(biāo)準(zhǔn)一體化的全球性、非官方、非贏利的制藥工業(yè)組織，在美國(guó)、歐洲和日本各有相互聯(lián)系但又獨(dú)立的分會(huì)。200家輔料生產(chǎn)廠或藥廠會(huì)員,五、藥用高分子輔料的安全性,1、新輔料安全性評(píng)價(jià)指南藥用高分子的安全性，

13、國(guó)內(nèi)外均無特別的規(guī)定。 在我國(guó)藥審評(píng)辦法中規(guī)定了新輔料的申報(bào)法規(guī)，并對(duì)輔料的安全性評(píng)價(jià)規(guī)定了必須申報(bào)的內(nèi)容。作為輔料用的高分子適用于這些法規(guī)。,IPEC 新輔料安全性評(píng)價(jià)的指南（1997） 新輔料分為5類：全新化合物；在人用藥品、食品及化妝品中從未使用過的化學(xué)物質(zhì)；在食品及化妝品中應(yīng)用但在人用藥品中未曾使用過的化學(xué)物質(zhì)；在人用藥品中雖有應(yīng)用但較為少見，或改變使用限量，或化學(xué)結(jié)構(gòu)有微小改變，或以不同給藥途徑使用的化學(xué)物

14、質(zhì)； 在動(dòng)物藥品中使用但未在人用藥品中使用的化學(xué)物質(zhì)。 對(duì)于屬于1類和2類的新輔料需要與新藥一樣進(jìn)行完全的安全性評(píng)價(jià)，而其它幾類新輔料則可根據(jù)指南進(jìn)行適宜的安全性研究。,2、藥用高分子的生物相容性,生物相容性 主要是指高分子材料等機(jī)體外來物質(zhì)在與機(jī)體組織或血液長(zhǎng)期接觸時(shí)產(chǎn)生的生物學(xué)反應(yīng)性。生物相容性也包括這些外來物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)因體內(nèi)因素影響產(chǎn)生的自身功能的、物理的和化學(xué)的變化。各種用于皮下、肌內(nèi)等組織的埋植劑、器官

15、、關(guān)節(jié)腔、血管注射的藥用高分子材料微粒等須特別重視其生物相容性問題。,材料與組織產(chǎn)生的相互作用稱為組織相容性。 材料與血液產(chǎn)生相互作用的稱為血液相容性。,3、高分子材料的無菌,化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)上能夠耐受干熱或濕熱滅菌的高分子材料，采用潔凈及無污染的生產(chǎn)條件，通過干燥、結(jié)晶條件的控制，在制劑生產(chǎn)過程中加強(qiáng)GMP管理以及產(chǎn)品的最終滅菌過程，能滿足無菌要求。對(duì)于受熱不穩(wěn)定材料或容易變形的高分子材料，無菌方法的選擇直

16、接影響制劑的生物相容性及實(shí)際應(yīng)用。,六、藥用高分子材料發(fā)展的方向,藥用功能高分子材料是近年來隨著現(xiàn)代藥劑學(xué)的發(fā)展出現(xiàn)的一類特殊的生物材料。 與常用的藥用輔料如淀粉、乳糖等的不同之處是藥用功能高分子材料具有一種或多種特殊生物功能，例如，對(duì)生物組織以至細(xì)胞膜的粘附性、親和性、透過性等，從而使藥物制劑能夠發(fā)揮控釋、定位、靶向等多種重要作用。 藥用功能材料也稱為第二代藥用高分子材料 藥

17、用功能高分子材料的發(fā)展正朝著用藥精細(xì)化、可控化和高效安全的方向迅速發(fā)展，藥用功能材料通過改善藥物作用將在疾病的治療和預(yù)防中起到越來越重要的作用。,合成有特殊功能的藥用高分子定位或靶向材料、pH敏感、溫度敏感、受體敏感等智能材料等 現(xiàn)有高分子材料的改造，具有更好的物理及化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)其新用途或新功能,第一章 概論,第一節(jié) 高分子材料的基本概念一、 高分子鏈的構(gòu)成（一）高分子的定義 高分子化學(xué)

18、高分子科學(xué) 高分子物理 高分子工程,,高分子化學(xué)：研究高分子化合物合成和反 應(yīng)的一門學(xué)科。高分子物理：研究高分子結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門學(xué)科，也就是研究聚合物中分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。高分子工程：高分子加工工藝，研究高分子材料加工成形的一門學(xué)科。,十九世紀(jì)中期高分子得到應(yīng)用1839年 Goodyear 天然橡膠的硫化。1855年 Parks 硝化纖維素+樟腦 賽璐珞18

19、33年 de Chardonnet 人造絲1920年 Staudinger 提出高分子的長(zhǎng)鏈學(xué)說 高分子科學(xué)的歷史上，有九位科學(xué)家獲得諾貝爾獎(jiǎng)。,,通用材料高分子材料 功能材料 藥用高分子材料藥用高分子

20、 高分子藥物,,,,,,,,,,高分子化合物（Macromolecules)：是指分子量很高的一類化合物。104~106分子鏈由許多簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元通過共價(jià)鍵重復(fù)連接而成。,,碳鏈骨架,重復(fù)單元(Repeating unit)是高分子鏈的基本組成單位。 鏈節(jié)（1ink ）形成結(jié)構(gòu)單元的小分子化合物稱為單體(Monomer)，單體是合成聚合物的原料。聚氯乙烯的單體是CH2=CHCl n為重

21、復(fù)單元數(shù)，又稱聚合度（degree of polymerization ）簡(jiǎn)稱DP，平均值，衡量高分子的一個(gè)指標(biāo)聚合物的分子量M= M0×DPM0 重復(fù)單元的分子量,均聚物：一種單體聚合而成的聚合物。如聚氯乙烯和聚乙烯。 重復(fù)單元分別是各自的結(jié)構(gòu)單元共聚物：有兩種或兩種以上單體聚合而成的聚合物，如氯乙烯－醋酸乙烯共聚物，可用重復(fù)單元表示它們的結(jié)構(gòu)式。,重復(fù)結(jié)構(gòu)單元＝鏈節(jié)=基本結(jié)構(gòu)單元,,,,,,,加聚：

22、由單體加成而聚合起來的反應(yīng)。特點(diǎn)：加聚物中鏈節(jié)的分子式與單體分子式相同，沒有任何小分子放出。,重復(fù)結(jié)構(gòu)單元＝鏈節(jié)≠基本結(jié)構(gòu)單元縮聚：?jiǎn)误w間縮合脫去小分子而形成聚合物的反應(yīng) 特點(diǎn)：小分子生成,,,結(jié)構(gòu)單元,結(jié)構(gòu)單元,,高分子化合物的特點(diǎn) 分子量大 共價(jià)鍵 重復(fù)結(jié)構(gòu)單元 天然高分子 合成高分子

23、,,,,,聚合物（polymer)：高聚物（High molecular polymer) 低聚物 (Low molecular polymer) 大多數(shù)高分子化合物，以高聚物為主體，含有少量的低聚物，在總體上表現(xiàn)出高分子獨(dú)特的物理-力學(xué)性能。,大分子與聚合物的區(qū)別 大分子（macromolecule）指的是分子量大的化合物，但不一定有聚合物所具備的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。 胰島素分子 不能用〔 〕n

24、來表示 大分子可以是沒有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的大分子，也可以是有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的大分子，而聚合物則一定是指有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的大分子。,,,高分子化合物與小分子的區(qū)別,巨大的分子量（104~107）。分子間作用力。無沸點(diǎn)，不能汽化，多以固體或粘稠液體形式存在。獨(dú)特的物理-力學(xué)性能。大多數(shù)高分子具有機(jī)械強(qiáng)度。多分散性，具有平均值的概念。溶解前要經(jīng)過溶脹過程，較小分子難溶。,,二、 高分子的分類來源 天然高分子

25、 合成高分子 半合成高分子 （一）按工藝和使用分類（習(xí)慣分類法）塑料、橡膠和纖維三大類，通稱三大合成材料。涂料、黏合劑 五大合成材料分類局限：有些高分子化合物在不同生產(chǎn)條件加工形成下，可以做成塑料、橡膠或纖維,（二） 按高分子主鏈結(jié)構(gòu)分類（科學(xué)分類法） 從化學(xué)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)，組成高分子化合物的主鏈可分成三大類。 有機(jī)高分子：該類大分子主鏈結(jié)構(gòu)完全由碳原子或由碳、氧、硫、磷等有機(jī)化合物中常見的原子

26、組成。 碳鏈聚合物：聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯等 雜鏈聚合物：聚醚、聚氨酯、聚酰胺等,元素有機(jī)高分子：主鏈不含碳原子。由硅、硼、 鋁、鈦、氧等組成。側(cè)鏈可以由碳原子等組成。 聚二甲基硅氧烷無機(jī)高分子：主鏈和側(cè)鏈均不含碳原子。 聚氯化磷腈 優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)了解高分子材料內(nèi)在性質(zhì),（三）按聚合反應(yīng)分類：均聚物與共聚物（四）按分子形狀分類線型聚合物：高分子化合物是由許多相同的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)

27、接連而成最簡(jiǎn)單的線型連接方式，稱為線型聚合物。 低壓聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。支化聚合物：在高分子主鏈上存在不同長(zhǎng)度的支鏈的聚合物則為支化聚合物。 高壓聚乙烯體型聚合物：在高分子鏈間存在化學(xué)鍵合，從而得到的網(wǎng)狀聚合物則稱為體型聚合物。 例如酚醛樹脂等星型聚合物梳型聚合物,三、 高分子的命名,（一）、習(xí)慣命名 天然高分子 淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、橡膠等。 合成高分子 電木、電玉、尼龍等 天然聚合物與來

28、源有關(guān)：甲殼素、阿拉伯膠、海藻 酸等 不能反映物質(zhì)結(jié)構(gòu),按單體名稱命名,命名方法： 在單體名稱前冠以“聚”字作為其聚合物名稱。 乙烯的聚合物 聚乙烯 苯乙烯的聚合物 聚苯乙烯 反映高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，簡(jiǎn)便,原料命名 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：易混淆 同一種高分子可以有不同的原料制備。按原 料命名易衍

29、生出多種名稱。 聚環(huán)氧乙烷 聚氧乙烯原料：環(huán)氧乙烷 乙二醇 氯乙醇 氯甲醚,聚合物按來源命名有時(shí)其單體并非真正存在。 聚乙烯醇單體： ？,,,,以聚

30、合物結(jié)構(gòu)特征命名聚酰胺 聚酯 聚脲 聚礬注意:這些名稱均代表一類聚合物，具體的聚合物另有更詳細(xì)的名稱。如己二胺和己二酸的縮聚產(chǎn)物 聚己二酰已二胺聚酰胺 尼龍66， 尼龍610，尼龍1010,少數(shù)聚合物是根據(jù)重復(fù)結(jié)構(gòu)單元命名，不考慮單體。聚硅烷聚二甲基硅氧烷 單體

31、,二、商品名,普流羅尼：氧化乙烯-氧化丙烯硅油：聚二甲基硅氧烷中國(guó)習(xí)慣以綸字作為合成纖維商品名的詞尾滌綸（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）錦綸（聚己內(nèi)酰胺）睛綸（聚丙烯腈）氯綸（聚氯乙烯）丙綸（聚丙烯）,由兩種不同的單體經(jīng)縮聚反應(yīng)制成的聚合物，常取單體的簡(jiǎn)名并在其后綴以“樹脂”二字命名。苯酚和甲醛的縮聚物 酚醛樹脂尿素和甲醛的縮聚物 脲醛樹脂產(chǎn)物的外觀類似天然樹脂，加上原料名稱以示區(qū)別。如單體聚合得到的是彈性體

32、，則有時(shí)在單體后綴以“橡 膠”二字來表示。丁二烯、丙烯腈共聚 丁腈橡膠。,（三）、系統(tǒng)命名IUPACInternational Union of Pure and AppliedChemistry原則：1 找全所有結(jié)構(gòu)單元形式。2 排次序，確定重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。3 按有機(jī)小分子的IUPAC命名規(guī)則命名重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。4 在重復(fù)結(jié)構(gòu)單元名稱前加上“聚”。優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)容和形式得到統(tǒng)一。缺點(diǎn)：繁瑣， 冗長(zhǎng)。,聚1-氯代乙

33、烯,（四）、英文縮寫：聚苯乙烯：Polystyrene (PS)聚乙烯： Polyethylene (PE)聚氯乙烯：Poly(vinyl chloride) (PVC)聚甲基丙烯酸酯：Poly(methylmethacrylate) (PMMA)聚乙烯醇： Poly(vinyl alcohol ) (PVA)聚維酮： 聚N-乙

34、烯基-2-吡咯烷酮 Povidone, Polyvinylpyrolidone (PVP),第二節(jié) 高分子的鏈結(jié)構(gòu),一、高分子的結(jié)構(gòu)特征研究單元的不同高分子的鏈結(jié)構(gòu) （分子內(nèi)結(jié)構(gòu)） 微觀結(jié)構(gòu)高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（分子間結(jié)構(gòu)) 宏觀結(jié)構(gòu),分子內(nèi)結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)層次：近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。 近程結(jié)構(gòu)是指單個(gè)大分子鏈結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)和立體化學(xué)結(jié)構(gòu)，反映高分

35、子各種特性的最主要結(jié)構(gòu)層次，直接影響高分子的熔點(diǎn)、密度、溶解性、粘度、粘附性等許多性能。一次結(jié)構(gòu) 遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)是指整個(gè)分子鏈范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)狀態(tài),分子的大小與構(gòu)象。二次結(jié)構(gòu)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指高分子材料整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向結(jié)構(gòu)和織態(tài)結(jié)構(gòu)等。 三次結(jié)構(gòu),二、高分子鏈的近程結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成鍵接方式空間排列支化交聯(lián)近程結(jié)構(gòu)是高分子最基礎(chǔ)的微觀結(jié)構(gòu)，而且與結(jié)構(gòu)單元有著直接的聯(lián)系，又稱為化學(xué)結(jié)構(gòu)。,（一）

36、鍵接順序,鍵接順序是指高分子鏈各結(jié)構(gòu)單元相互連接的方式。 在兩種單體之間進(jìn)行縮聚時(shí)，結(jié)構(gòu)單元的鍵接方式一般都不會(huì)有多種形式。 不同鍵接方式的聚合物具有不同的性能。,1均聚物：取代基為頭頭-頭鍵接尾-尾鍵接頭-尾鍵接,,,,,雙烯類單體丁二烯,,,1,2-加聚 1,4-順式加聚,1,4-反式加聚,共聚物的序列結(jié)構(gòu),根據(jù)聚合物的微觀結(jié)構(gòu)，共聚物可分為下列四

37、種類型：無規(guī)共聚(random copolymerization)：共聚物中兩單元M1、M2無規(guī)排列。-co- 交替共聚(alternating copolymerization)：共聚物中兩單元M1、M2嚴(yán)格相間。-alt- 嵌段共聚(block copolymerization)：由較長(zhǎng)的M1鏈段和另一較長(zhǎng)的M2鏈段構(gòu)成大分子。每鏈段由幾百或幾千結(jié)構(gòu)單元組成。-b- 接枝共聚(graft copolymerizatio

38、n)：主鏈由單元M1組成，而支鏈由另一單元M2組成。-g-,,,,,,,（二）支鏈 交聯(lián) 端基,1支鏈 ：高壓PE（低密度）：支鏈 ，結(jié)晶性差，密度低，韌性，抗拉強(qiáng)度，耐溶劑性差。薄膜（軟性）低壓PE（高密度）：線型，易結(jié)晶。瓶，管， 棒（硬性）2 交聯(lián): 大分子間形成有穩(wěn)定的共價(jià)鍵或離子鍵的體型大分子3 互穿: 由不同分子交聯(lián)形成的相嵌的體型大分子4 端基: 大分子鏈終端的化學(xué)基團(tuán) 封端,（三）構(gòu)

39、型,鏈的構(gòu)型是指分子中由化學(xué)鍵所固定的原子在空間的幾何排列1 旋光異構(gòu)間同立構(gòu)（syndiotactic) 間規(guī)聚合物全同立構(gòu)（isotactic) 等規(guī)聚合物無規(guī)立構(gòu) (atactic) 無規(guī)聚合物,2 幾何異構(gòu)幾何異構(gòu)是由于雙鍵不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)而引起的異構(gòu)現(xiàn)象有規(guī)立構(gòu)高分子：分子鏈中結(jié)構(gòu)單元的空間排列是規(guī)整的 (包括旋光異構(gòu)和幾何異構(gòu))結(jié)晶度高，硬度、密度大,軟化溫度高，溶解性差。

40、 規(guī)整程度稱為立構(gòu)規(guī)整度或等規(guī)度。,三、高分子鏈的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu),單元:鏈段鏈的長(zhǎng)短 構(gòu)象（一）鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)與構(gòu)象 熱運(yùn)動(dòng)高分子 許多鏈段自由聯(lián)結(jié), 具有運(yùn)動(dòng)的相對(duì)獨(dú)立性高分子鏈在無外力作用下 卷曲態(tài)完全自由旋轉(zhuǎn) 構(gòu)象數(shù)最大 柔性伸直狀態(tài) 一種構(gòu)象,,,,（二）鏈的柔性 分子鏈具有柔順性的原因：熱運(yùn)動(dòng)使高分子鏈有強(qiáng)烈卷曲的傾向。 影響物理-力學(xué)

41、性能: 耐熱性,彈性,強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)有關(guān) 1 主鏈: Si-O, C-O, C-N, C-C 2 側(cè)鏈：性質(zhì)、體積、比例、位置 極性:聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈 極性-CN>-Cl>-CH3 柔性依次減弱。 體積：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯 比例：聚氯丁二烯 [-CH2-CHCl=CH-CH2-]n　聚氯乙烯［-CH2-CHCl-]n　 位置：取代基在同一碳原子 3

42、交聯(lián): 4 溫度,第三節(jié) 高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu),一、聚合物的結(jié)晶態(tài)（一）主要特征晶區(qū)與非晶區(qū)共存結(jié)晶度：(晶相的含量/樣品的總量)x100%熔點(diǎn)：熔程（二）結(jié)晶過程 Tm Tg 成核(均相或異相) 生長(zhǎng) 主結(jié)晶和次結(jié)晶,,Tcmax=0．85Tm,(三）影響結(jié)晶因素1 對(duì)稱性高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單、

43、鏈取代基越小以及鏈節(jié)對(duì)稱性越高就越易形成結(jié)晶。 2 鏈規(guī)整性鏈規(guī)整性越高，結(jié)晶越容易 3 分子間作用力分子間相互作用較強(qiáng)的聚合物鏈的柔性較差，不易結(jié)晶4 溫度溫度除改變結(jié)晶速度外，也對(duì)結(jié)晶度有很大影響。 5 支化,（四）性能的影響 分子間作用力增強(qiáng)熔點(diǎn)，密度，抗張強(qiáng)度，硬度，耐溶劑性增加 分子鏈運(yùn)動(dòng)受限制

44、 高彈性，斷裂伸長(zhǎng)，抗沖擊強(qiáng)度下降。（五）聚集態(tài)結(jié)構(gòu)模型兩相結(jié)構(gòu)折疊鏈缺陷分布,,,二、高分子的取向態(tài)（一）取向模型取向：在外力作用下，分子鏈沿外力方向平行排列形成的結(jié)構(gòu)。分子取向 單軸 ：?jiǎn)畏较?雙軸：互相垂直整鏈：大尺寸取向鏈段：小尺寸取向取向度(二）性能變化 機(jī)械強(qiáng)度在取向方向增大 應(yīng)力和收縮,三、高分子的織

45、態(tài)結(jié)構(gòu)（一）形成 織態(tài)結(jié)構(gòu)：不同聚合物之間或聚合物與其他成分之間堆砌排列問題 共混：兩種或兩種以上的高分子材料加以物理混合的過程,高分子合金：共混聚合物，嵌段聚合物和接枝聚合物 異種分子間的相互作用大于同種分子間的相互作用，完全相容,內(nèi)聚能接近。內(nèi)聚能：1mol分子聚集在一起的能量。ΔE= ΔHv-RTΔHv：摩爾蒸發(fā)熱，（二）性能分散相連續(xù)相 方法：干粉，溶液，乳液，熔融,內(nèi)聚能：1mol分

46、子聚集在一起的能量。ΔE= ΔHv-RTΔHv：摩爾蒸發(fā)熱，內(nèi)聚能密度（CED)： CED= ΔE/VV:摩爾體積CED從實(shí)驗(yàn)間接得出CED418.68 J/cm3 纖維PE CED=250 J/cm3 ？ 熱塑性塑料,第二章 高分子化學(xué),低分子單體合成聚合物的反應(yīng)稱為聚合反應(yīng)。聚合反應(yīng)的分類按單體和聚合物在組成和結(jié)構(gòu)上發(fā)生的變化分類加聚：由單體加成而聚合起來的反應(yīng)。特點(diǎn)：加聚物中鏈節(jié)的分子式與單體分子

47、式相同，沒有任何小分子放出。重復(fù)結(jié)構(gòu)單元=基本結(jié)構(gòu)單元縮聚：?jiǎn)误w間縮合脫去小分子而形成聚合物的反應(yīng)特點(diǎn)：小分子生成重復(fù)結(jié)構(gòu)單元≠基本結(jié)構(gòu)單元,缺點(diǎn)：同一種聚合物可以通過不同的聚合反應(yīng)生 產(chǎn)，但性能不一樣。,第一節(jié) 聚合反應(yīng),聚合反應(yīng)機(jī)理連鎖聚合：由引發(fā)，增長(zhǎng)，終止等基元反應(yīng)所構(gòu)成的聚合反應(yīng)。特點(diǎn)：瞬間形成分子量很高的聚合物。逐步聚合：大分子形成的過程是逐步性的，分子量逐步增加。絕大多數(shù)的縮聚反應(yīng)屬逐步聚合機(jī)理。烯類單體

48、的加聚反應(yīng)大部分屬于連鎖聚合。,一 自由基聚合反應(yīng),（一）.     自由基的產(chǎn)生與活性1. 引發(fā)劑:在一定條件下能打開碳-碳雙鍵，使鏈引發(fā)，增長(zhǎng)進(jìn)行連鎖聚合的化合物，易分解而產(chǎn)生自由基并能引發(fā)單體使之聚合。幾種常見的引發(fā)方法:自由基引發(fā)光引發(fā)輻射引發(fā)熱引發(fā),引發(fā)劑必須滿足的條件 分子結(jié)構(gòu)上要具有弱鍵化合物

49、易于分解生成的自由基活性要高,,,,,不能作引發(fā)劑,,？,(1)引發(fā)劑類型,按分子結(jié)構(gòu)有機(jī)過氧化物：過氧化苯甲酰BPO偶氮化合物 ：偶氮二異丁腈AIBN無機(jī)過氧化物：過氧鍵 過硫酸鉀氧化還原引發(fā)劑體系: 含少量的還原劑和氧化劑組成的體系,有機(jī)過氧化物：過氧化苯甲酰BPO,偶氮化合物 ：偶氮二異丁腈AIBN,初級(jí)自由基,熱解型，油溶性引發(fā)劑適用范圍：本體聚合懸浮聚合溶液聚合高于室溫使用,無機(jī)過氧化物 熱分解型

50、 水溶性引發(fā)劑適用范圍：乳液聚合高于室溫使用氧化還原引發(fā)體系 化學(xué)反應(yīng)型較大溫度范圍內(nèi)使用下低溫聚合,（2）引發(fā)劑的活性科學(xué)研究:分解速率常數(shù)kd工程技術(shù):半衰期t1/2分解速率常數(shù)越大，或半衰期越短，則引發(fā)劑活性越高?！睮〕/〔I0〕＝e－kdt固定溫度條件，測(cè)定不同t下的引發(fā)劑濃度變化，Ln〔I〕/Ln〔I0〕對(duì)t作圖，可得一直線，斜率為Kd。t1/2=Ln2/Kd=0.6932/Kd 與引發(fā)

51、劑濃度無關(guān),(3)引發(fā)劑效率f 引發(fā)劑分解出來的初級(jí)自由基并不能全部地與單體結(jié)合生成單體自由基。引發(fā)劑效率：引發(fā)聚合而進(jìn)入高分子鏈中的初級(jí)自由基占引發(fā)劑產(chǎn)生的初級(jí)自由基總數(shù)的百分率。,通常f＝0.2-0.7之間造成f<1的原因自由基自身重結(jié)合，籠蔽效應(yīng)誘導(dǎo)分解 自由基向引發(fā)劑的轉(zhuǎn)移長(zhǎng)鏈自由基向引發(fā)劑轉(zhuǎn)移,f 隨引發(fā)劑種類、溶劑、反應(yīng)條件和聚合體系粘度以及單體的活性而變化 對(duì)于同一個(gè)引發(fā)劑，不同的單體有不同

52、的效果。對(duì)于同一個(gè)單體，不同的引發(fā)劑其效果不同。,引發(fā)劑的選擇,根據(jù)聚合方法及體系選擇與之相匹配的引發(fā)劑引發(fā)劑效率f值要高在所選定的聚合溫度下選擇t1/2適當(dāng)?shù)囊l(fā)劑，通常t1/2與聚合反應(yīng)時(shí)間在同一數(shù)量級(jí)為較佳選擇 引發(fā)劑的用量常在0.1-1％之間引發(fā)劑用量大，聚合速率加快，而生成的聚合物分子量降低。,（二）自由基聚合的反應(yīng)機(jī)理,1 鏈引發(fā)：自由基的產(chǎn)生：

53、 初級(jí)自由基單體自由基的形成：,2 鏈增長(zhǎng)：,鏈自由基,,（3）鏈終止,方式雙基終止：偶合終止 聚合度增加1倍,,,歧化終止： 聚合度不變,,鏈自由基與初級(jí)自由基相碰而終止引發(fā)劑濃度不能太大引發(fā)劑濃度大,分子量降低,鏈轉(zhuǎn)移:副反應(yīng),自由基從單體、引發(fā)劑、大分子上

54、奪取一個(gè)氫原子，自身失去獨(dú)電子形成穩(wěn)定分子，而使其他分子成為自由基進(jìn)行鏈增長(zhǎng)。特點(diǎn)：鏈終止，但自由基數(shù)目不變。 活性中心的轉(zhuǎn)移,向單體轉(zhuǎn)移向引發(fā)劑轉(zhuǎn)移向溶劑分子轉(zhuǎn)移向大分子轉(zhuǎn)移 對(duì)聚合反應(yīng)總速率沒影響,降低分子量調(diào)節(jié)分子量,,,（5）阻聚,單體自由基或鏈自由基一形成就立即轉(zhuǎn)移，生成穩(wěn)定的自由基，不能引發(fā)單體，聚合反應(yīng)減慢或停止。 穩(wěn)定的自由基DPPH 強(qiáng)吸電子的芳香族化合物

55、某些雜質(zhì)( O2),（三）影響自由基聚合的因素,單體 純度高，反應(yīng)速率快，分子量高分子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱易聚合。引發(fā)劑：濃度增加，分子量降低溫度：溫度，反應(yīng)速率 ，有利鏈轉(zhuǎn)移，分子量壓力：壓力 ，分子量雜質(zhì) 鏈轉(zhuǎn)移，終止，阻聚,,,,,（四）特征：,慢引發(fā)快增長(zhǎng)快終止,二 自由基共聚,共聚物：有兩種或兩種以上的單體聚合得到的聚 合物。競(jìng)聚率? :兩種單體的相對(duì)活性。鏈增長(zhǎng),,,,K11,r 1=k11/k12

56、 r2=k22/k21,K12,無規(guī)共聚物（random polymer) r1?r2=1交替共聚物(alternating polymer) r1?r2=0 只能共聚嵌段共聚物(block polymer) r1>1 r2>1 接枝共聚物( graft polymer),三 離子型聚合和開環(huán)聚合聚合,鏈增長(zhǎng)活性中心為離子的稱為離子型聚合。包括陰離子和陽離子聚

57、合。（一）陰離子聚合的反應(yīng)機(jī)理1 鏈引發(fā)（1）單體：吸電子基，易形成C負(fù)離子（2）引發(fā)劑：親核試劑,2 鏈增長(zhǎng) 單向 雙向3鏈終止不能終止的原因：活性鏈負(fù)電，靜電排斥作用不能結(jié)合或歧化終止活性鏈形成離子對(duì)的反離子堿金屬，不能與C-形成共價(jià)鍵難以發(fā)生H-的轉(zhuǎn)移 活性鏈,,,,,,10%苯乙烯-THFn-C4H9Li-己烷溶液

58、 ---- ---- 甲醇,,,,,,,,引發(fā)：,增長(zhǎng)：,終止：,終止方式（1）外加的終止劑或體系中的雜質(zhì)作用 CH3OH, CO2, H2O（2）溶劑作用,,,,4 陰離子聚合的分子量及分子量分布分子量較高，分布指數(shù)1.1（二）陰離子聚合的應(yīng)用 制得單分散性聚合

59、物,(三)影響因素,1 引發(fā)劑 2 溶劑 聚合速率 分子量 改變聚合機(jī)理3 溫度 低溫進(jìn)行 高溫C- 不穩(wěn)定 溫度 聚合速率 分子量4 阻聚劑 O2， DPPH 自由基聚合的阻聚劑 對(duì)陰離子無阻聚作用 水， 醇 陰離子阻聚劑,,,,(四）特點(diǎn),快引發(fā)快增長(zhǎng)無終止,(五)陰離子聚合的特點(diǎn),1 單體的高度選擇性2 離子型聚合的反

60、應(yīng)速率高于自由基聚合3 無終止，活性鏈4 引發(fā)劑種類與引發(fā)反應(yīng)有關(guān)5 活化能較自由基聚合低6 實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性差，機(jī)理及動(dòng)力學(xué)研究不如自由基聚合成熟,（六）自由基聚合與離子型聚合的比較,實(shí)驗(yàn)：1 溫度，活化能自由基：>5º C 84-105kj/mol陰離子：0-室溫 較小陽離子：<0º C,2. 阻聚劑DPPH 反應(yīng)終止， 自由基聚合水，醇反應(yīng)終止， 離子型聚合CO2反應(yīng)終

61、止, 陰離子聚合對(duì)陽離子無影響3 改變介質(zhì)的極性，離子型聚合較敏感,四 縮聚反應(yīng),聚合物結(jié)構(gòu)：線型縮聚：?jiǎn)误w具有兩個(gè)相同或不相同的官能團(tuán)，兩個(gè)方向增長(zhǎng)成大分子，形成聚合物末端的官能團(tuán)仍為兩個(gè)，比反應(yīng)前未增加。均縮聚：一種單體，官能團(tuán)可以相同，也可以不同 n a-A-b a-An-b + (n-1)ab n a-A-a a-An-a + (n-1)aa,,,,,雜縮聚：兩種單體間的縮聚na-

62、A-a + n b-B-b a-(A-B)n-b +(2n-1)ab體型縮聚：?jiǎn)误w至少有一個(gè)三個(gè)以上的官能團(tuán)，沿三個(gè)方向增長(zhǎng)成大分子，形成支鏈聚合物，縮合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。,,（一）線型縮聚反應(yīng)的特征,1. 形成大分子的逐步性aAa + bBb aABb + abaABb + aAa aABAa +abaABAa+bBb aABABb +abaABb + aABb

63、aABABb +aba [AB]mb +a[AB]nb a-[AB]m+n-b + ab,,,,,,,,,,,沒有活性中心官能團(tuán)的反應(yīng)能力與鏈長(zhǎng)短無關(guān)體系中存在分子量遞增的中間產(chǎn)物,2.縮聚反應(yīng)的成環(huán),成環(huán)與縮聚 一對(duì)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)減小成環(huán)可能性的方法：增加單體濃度降低反應(yīng)溫度3. 縮聚反應(yīng)的可逆性 平衡,聚合度，反應(yīng)程度與平衡常數(shù)的關(guān)系,聚合度與反應(yīng)程度P:參加反應(yīng)的官能團(tuán)數(shù)N與初始官能團(tuán)數(shù)目N0

64、的比值P= N/ N0 Xn=N0/ ( N0-N) 反應(yīng)前單體分子總數(shù)與反應(yīng) 后留下分子數(shù)之比Xn=1/(1-P) Carothers 方程,反應(yīng)程度、單體轉(zhuǎn)化率、聚合物收率的區(qū)別單體兩兩結(jié)合， 轉(zhuǎn)化率 100% 反應(yīng)程度50%

65、 聚合度 2 聚合物收率0,P的測(cè)定方法：測(cè)定析出的小分子滴定未反應(yīng)的官能團(tuán)測(cè)定體系的黏度,線型縮聚反應(yīng)分子量的控制,(1)任一單體過量，大分子的兩端為同一官能團(tuán)a-(A-B)n-Aab-B-(A-B)n-b(2) 加入單一官能團(tuán)分子作穩(wěn)定劑R-a, R-ba-(A-B)n-R, R-(A-B)n-b, a-(A

66、)n-R, R-(A)nb,聚合度與平衡常數(shù),封閉體系中Xn k越大，小分子除得越盡，Xn越大。決定縮聚反應(yīng)物分子量的主要因素是P在低分子反應(yīng)中，可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)只影響產(chǎn)率，而在高分子中影響分子量,,=,k=,Xn=,=,,,=,=,聚酯和聚酰胺的反應(yīng)中常常加入醋酸？,P=0.95 Xn=20 M0=100 Mn=2000Xn

67、=50 P=0.98縮聚反應(yīng)的分子量一般不超過幾萬！,4 縮聚的終止,物理因素 體系黏度增加，不易去除小分子化學(xué)因素 原料不等量 官能團(tuán)發(fā)生副反應(yīng)溫度: 溫度 有利于小分子的去除壓力: 有利于小分子的去除,,(二)體型縮聚反應(yīng),1 凝膠化現(xiàn)象與凝膠點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到一定程度時(shí)，體系黏度突然上升，以致出現(xiàn)不溶的凝膠，稱為凝膠化現(xiàn)象。此時(shí)的反應(yīng)程度稱為凝膠點(diǎn)。線型結(jié)構(gòu)向網(wǎng)

68、狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)折凝膠點(diǎn)剛出現(xiàn)：體系：兩種縮聚物組成。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不溶于溶劑，凝膠。線型或支鏈型，溶于溶劑，溶膠,影響凝膠點(diǎn)的因素：,官能團(tuán)的反應(yīng)活性凝膠點(diǎn)的測(cè)定黏度法DSC理論預(yù)測(cè)Carothers法：,五 聚合方法,(一) 本體聚合體系：?jiǎn)误w，少量引發(fā)劑， 其他助劑（顏料，增塑劑，潤(rùn)滑劑）優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單 反應(yīng)快，產(chǎn)率高 純度高，透明性好 直

69、接成型,缺點(diǎn)：黏度大，反應(yīng)溫度難控制 反應(yīng)不均勻，分子量分布寬 爆聚自由基聚合 離子型聚合有機(jī)玻璃聚苯乙烯,(二) 懸浮聚合（珠狀聚合）,溶解有引發(fā)劑的單體以微珠形式懸浮于介質(zhì)中（水）的聚合單體：不溶于水體系：?jiǎn)误w，油溶性引發(fā)劑，水，懸浮劑優(yōu)點(diǎn)：水為介質(zhì)，成本低 散熱好 后處理簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)缺點(diǎn)：產(chǎn)品純度差