高分子化学课件资料全.ppt

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高分子化学PolymerChemistryPolymerChemistry1第一章绪论

（一）2222绪论绪论1.1.高分子科学的历史和发展2.2.高分子的重要性和特点3.3.高分子化学在学科中的地位4.4.高分子化学的研究趋势5.5.高分子材料的应用和未来3333绪论绪论何为高分子？

分子量大分子量大（10,00010,000）由重复单元链接而成由重复单元链接而成长径比：

103105Polyamideimide/聚酰胺酰亚胺的立体示意图4444绪论绪论高分子/Polymer单体/Monomer合成高分子由单体聚合而成由单体聚合而成由单体聚合而成由单体聚合而成通过不同的聚合反应5555绪论绪论COOCOHOCOHCHHHHCCOHOHOOCCOHOHOOCOHOHCHOHOHHHH+n带双官能团的化合物带双官能团的化合物逐步聚合带双键的烯类化合物带双键的烯类化合物带双键的烯类化合物带双键的烯类化合物CCHHHH连锁聚合CCHHHHn6666绪论绪论高分子科学成成型型、加加工工聚聚合合结结构构性性能能改性改性高分子高分子化学反应化学反应应应用用合成合成天然高分子天然高分子分子运动分子运动高分子工程高分子工程高分子物理高分子物理高分子化学高分子化学7777绪论绪论学科：

高分子科学高分子化合物合成结构性能高分子材料的应用成型加工基础性学科基础性学科应用性学科应用性学科8888绪论绪论人类发展的历史证明，每一种重要材料的发现和利用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化，把人类物质文明和精神文明向前推进一步历史的划分材料人类文明9999绪论绪论旧石器数百万年前新石器数十万年前青铜器数千年前铁器数千年前10101010绪论绪论高分子时代高分子时代（20世纪下半叶）三大合成材料：

塑料、橡胶、纤维三大合成材料：

塑料、橡胶、纤维其他合成材料：

涂料、胶粘剂其他合成材料：

涂料、胶粘剂复合材料复合材料功能高分子材料功能高分子材料（200年不到）在人类历史上，几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献。

在二十世纪初，可靠的聚合方法的发现，加上有关高分子理论，物理和工程的巨大进展，导致并推动了一场材料革命，这场材料革命至今仍在继续地进行着。

O.Vogl,G.D.Jaycox,“TrendsinPolymerScinece”11111111绪论绪论无处不在的高分子服装、面料玩具、生活用品电气产品外壳、绝缘体包装、装饰材料涂料、粘合剂隐形眼镜衣食住行，无处不在！

12121212绪论绪论价廉轻便强度高易于加工成型性能易于控制使用安全废弃物易于处理食品的生产和储存健康、医疗建筑能源开发和利用娱乐、体育军事、航空、航天以塑代钢在一定程度上，工程塑料的强度已经超过了钢铁可应用于各个领域可应用于各个领域13131313绪论绪论全世界高分子材料已超过2亿吨，虽然重量不及钢铁，但由于其比重仅为钢铁的1/71/8，因此，世界高分子材料总体积远远超过钢铁。

发达国家钢铁的产量基本已经稳定了，但高分子材料的产量还在增长高分子材料具备金属和陶瓷等材料的性能特点，在几乎所有的应用领域大量地取代它们，甚至综合性能更优良。

高分子材料的发展和应用，是20世纪改变人类生活、生产的20项发明之一14141414绪论绪论每年全球生产超过2亿吨聚合物材料以满足全世界的60亿人的使用需要。

在这一生产过程，只消耗了全球原油年产量的4%4%。

比较而言，全球每年采伐的木材量所等效的石油消耗却要比聚合物大一个数量级。

与全球每年产生的约500亿吨生物物质相比，聚合物的产量是如此的微不足道。

然而，聚合物材料的使用却对全球经济产生了巨大的影响，它对美国GDP的贡献达到4%。

当全世界人口比现在翻一番时，聚合物的生产规模可能是现在的三倍甚至四倍。

能源消耗量效比15151515绪论绪论木材棉麻丝毛漆橡胶皮革各种树脂各种天然的高分子材料皮革的鞣制棉麻的丝光处理改性日常生活和生产创建前蒙昧期蒙昧期（不知道其化学组成和结构）高分子科学的历史（时间短却发展迅猛）16161616绪论绪论v合成树脂：

德国开发出酚醛树脂（1907年）作为绝缘材料：

俗称电木醋酸纤维和塑料、醇酸树脂、聚乙烯醇v学科创建：

本阶段的末期，高分子科学作为一个独立的学科初步建成v天然高分子的改性：

橡胶的硫化（1839年），使天然橡胶实用化硝基纤维素发明推动塑料工业的发展（1868年）POH+HNO3PONO2+H2O火药（N%:

13%）赛璐珞塑料（11%）涂料（12%）胶片（12%）第一阶段高分子科学的创建高分子科学的创建（19世纪30年代-1930年）17171717绪论绪论v高分子和聚合的概念得到普遍的接受第二阶段重要发展阶段重要发展阶段（1930-1960年）1936年，以纤维素乙酰化前后分子量变化极小的实验事实再次证实“链式大分子”观点的正确性，终于得到化学界普遍认可H.Staudinger（1881-1965）Germany1926年，依据测定聚茚氢化前后分子量变化极小的实验事实，提出了“链式大分子”概念（茚：

一种烃类液体indeneC9H8，很易聚合）高分子的链式结构，最终被确立NobelPrize,1953Staudinger十年间两次提出1920年，发表了他划时代意义的文献论聚合,提出了大分子是由大量的小分子聚合起来的概念18181818绪论绪论塑料和工程塑料：

尼龙-66的工业化生产（1938年）有机玻璃（合成聚甲基丙烯酸甲酯）聚苯乙烯的工业化环氧树脂ABS树脂合成橡胶：

丁二烯及其共聚类（如聚丁二烯、丁氰、丁苯、丁基等）聚氨酯v在材料开发及其应用方面都得到了很大的发展聚酯纤维腈纶合成纤维：

二次世界大战客观上刺激了科学技术和工业的发展，因此，高分子科学的全面发展不仅在基础研究方面，而且在应用方面19191919绪论绪论WallaceH.Carothers（18961937）,USA1935年2月28日聚酰胺66（polyamide66）,1938年10月27日Nylon66,duPont,第一种合成纤维聚氯乙烯聚苯乙烯聚醋酸乙烯酯聚甲基丙烯酸甲酯高压聚乙烯丁苯橡胶丁腈橡胶氯丁橡胶聚四氟乙烯ABS树脂v科学研究科学研究链式自由基聚合反应理论链式自由基聚合反应理论工业化缩聚反应理论缩聚反应理论聚酰胺聚酯缩聚反应理论缩聚反应理论链式自由基聚合反应理论链式自由基聚合反应理论30到40年代工业合成20202020绪论绪论可以实现分子链立体构象的控制制备出高密度线型PE和等规PPKarlZiegler（1898-1973）Germany烯烃聚合中的有机金属混合物催化剂高密度聚乙烯（HighdensityPolyethylene,HDPE）GiulioNatta（1903-1979）Italy立构规整聚合物等规聚丙烯（Polypropylene,PP）NobelPrize,1974Ziegler-Ziegler-NattaNatta催化剂及其配位聚合催化剂及其配位聚合（1963）活性阴离子聚合活性阴离子聚合可以实现分子链结构和形状的控制，开发了聚甲醛、聚氨酯等21212121绪论绪论50年代，美国化学家P.J.Flory提出了高分子溶液的格子模型，创建了高分子溶液的统计热力学和高分子构象的统计力学方面的基础理论，大大促进了高分子物理以至整个高分子科学的发展PaulJ.Flory（1910-1985）,USAPrinciplesofPolymerChemistry高分子化学原理,1953;StatisticalMechanicsofChainMolecules长链分子的统计力学,1979NobelPrize,1974高分子物理高分子物理Pierre-GillesdeGennes（1932-）,FranceScalingConceptsinPolymerPhysics高分子物理学的标度概念,1985NobelPrize,199122222222绪论绪论有机化学高分子化学物理化学物理学数学电子学各种工程学生物学医药学其它化学化工机械高分子科学基础科学技术科学交叉渗透融合高分子物理高分子工程链结构溶液性质聚集态结构性能成型加工合成、改性、分子设计23232323绪论绪论第三阶段全面发展阶段全面发展阶段（20世纪60年代以后）v材料：

新的材料不断涌现，无法列举，得到全面应用v科学研究：

各种聚合理论趋于成熟，体系完善o高性能化高性能化聚甲醛、聚碳酸酯、聚醚、聚酰亚胺等工程塑料大批量投向市场，各种耐高温的高强度聚合物材料层出不穷。

各种通用高分子材料走向成熟、并不断涌现出新的高分子材料光敏性高分子、高分子半导体和导体、光导体、高分子分离膜、高分子试剂和催化剂、高分子药物等方面的研究与应用都取得巨大进展。

这是功能高分子和生物医用高分子理论和材料大发展时期o多功能化多功能化24242424绪论绪论结构物性合成与改性分子设计高分子科学的更高、更新阶段高分子化学的重任通过建立结构与性能、功能之间的关系，合成具有指定结构及性能与功能的聚合物，或者通过改性提高性能，通过修饰等手段赋予聚合物新的功能。

实实现现聚聚合合物物的的分分子子设设计计和和材材料料设设计的目标计的目标应用需求25252525绪论绪论研究趋势和前沿新新型型、有有用用的的高高分分子子化化合合物物的的分子设计分子设计新的聚合反应的研究新的聚合反应的研究新的聚合方法的研究新的聚合方法的研究26262626绪论绪论可可控控制制反反应应物物空空间间立立构构、聚聚合合物物相相对对分分子子质质量及相对分子质量分布的所谓可控聚合量及相对分子质量分布的所谓可控聚合活性聚合、酶催化聚合、微生物催化聚合活性聚合、酶催化聚合、微生物催化聚合新型功能高分子材料的设计及合成新型功能高分子材料的设计及合成基基于于分分子子识识别别、分分子子有有序序组组装装的的分分子子设设计计、组装化学和组装方法组装化学和组装方法包包括括分分子子改改性性和和表表面面改改性性在在内内的的聚聚合合物物改改性性方法和原理方法和原理27272727绪论绪论具具有有耐耐高高温温、高高强强度度、高高模模量量“三三高高”性性能的聚合物分子设计及合成能的聚合物分子设计及合成医医用用高高分分子子和和生生物物大大分分子子的的改改性性、结结构构及及功能化研究功能化研究纳米聚合物的合成及应用纳米聚合物的合成及应用各各种种有有机机无无机机分分子子内内杂杂化化高高分分子子材材料料的的分子设计与合成分子设计与合成环境问题环境问题28282828绪论绪论高分子的应用和未来为满足航天航空、电子信息、汽车工业、家用电器等多方面技术领域的需要，在机械性能、耐热性、耐久性、耐腐蚀性等方面性能进一步提高高性能化合成新的高分子改性通过新聚合反应控制分子结构（如:

阴离子活性聚合）通过聚合方法和聚合过程的控制、提高性能（如:

齐格勒纳塔聚合）多功能化除机械性能外，高分子还具特定功能：

光导性导电性光敏性光致变色性磁性生物活性液体性催化性高度选择能力的反应活性对特定金属离子的螯合性透过特定气体29292929绪论绪论精细化电子技术变化日新月异，要求原材料向高纯化、超净化、精细化、功能化方向发展智能化使材料本身带有生物所具有的高级功能，如预知预告性、自我诊断、自我修复、自我增殖、认识识别能力、刺激反应性、环境应答性等。

材料的智能化是一项带有挑战性的未来的重大课题复合化高性能的结构复合材料是新材料革命的一个重要方向。

如，以玻璃纤维增强材料为主的复合材料不仅在当前已进入大规模生产和应用阶段，而且在将来仍会有所发展。

30303030绪论绪论支柱生物技术先进材料先进材料信息技术能源环境能源环境结构材料结构材料军事军事航空、航天航空、航天三大材料金属陶瓷高高高高分分分分子子子子材材材材料料料料是是是是人人人人类类类类进进进进化化化化史史史史的的的的里里里里程程程程碑碑碑碑，现