高分子材料1绪.ppt

1、高分子概论重庆交通大学高分子概论 代丽君 等 编 2005 化学工业出版社参考教材：高分子科学基础 粱晖 卢江 主编 2005 化学工业出版社 高分子科学教程 董炎明 张海良 编.2004 科学出版社高分子科学基础 顾雪蓉 陆 云 编著 2003 科学出版社高分子材料概论 韩冬冰 王慧敏 编著 2003 化学工业出版社第一章 绪 论什么是高分子？高分子从何而来？高分子学科的诞生与发展如何分类命名？1-1.高分子的基本概念大分子大分子(Macromolecule)(Macromolecule)(Macromolecule)(Macromolecule)：由大量原子组成，相对高的相对分子质量(俗称

2、分子量)的分子称为大分子，又称高分子（高分子化合物、大分子化合物）。合成大分子可达数百至上千万，生物大分子甚至达几亿。如酶不同的取代基以非重复序列排列数千个-氨基酸单元组成的。聚合物分子(Polymer molecule)(Polymer molecule)：单体经聚合反应而形成的由许多重复单元以共价键相连接形成的较大分子量的分子。聚合物(Polymer)(Polymer)：由许多聚合物分子组成的一种物质（化合物)。低聚物、准聚物（分子量接近104）、高聚物(分子量大于104)单体能够进行聚合反应，并构成高能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子。分子基本结构组成单元的小分子。单

3、体单元单体单元聚合物分子结构中由单个聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元。单体分子生成的最大的结构单元。聚合度聚合度单个聚合物分子所含单体单单个聚合物分子所含单体单元的数目。元的数目。端基端基高分子链的末端结构单元。高分子链的末端结构单元。结构单元结构单元结构单元结构单元构成高分子主链结构一部分的单构成高分子主链结构一部分的单个原子或原子团，可包含一个或多个链单元。个原子或原子团，可包含一个或多个链单元。重复结构单元重复结构单元重复结构单元重复结构单元重复组成高分子分子结构的重复组成高分子分子结构的最小的结构单元。最小的结构单元。均聚物均聚物均聚物均聚物由一种（真实的、隐含的或假

4、设的）由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。单体聚合而成的聚合物。共聚物共聚物共聚物共聚物由一种以上（真实的、隐含的或假由一种以上（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。设的）单体聚合而成的聚合物。链式聚合、逐步聚合、加聚、缩聚基本特点：基本特点：化学结构方面化学结构方面1.分子量大104-106；分子量具有多分散性，一般高聚物为分子量大小不一、结构多样的同系物混合而成。2.高分子链的形态多样（线形、支链、网状），导致性能、加工方式不同。3.聚集态结构多样（晶态、无定形态、液晶态、取向态等），受外部条件影响，同样导致性能较大差异。4.聚合物材料具有丰富的共混结构，一般需

5、加入各类添加剂（填料、增塑剂、稳定剂、阻燃剂等），还包括聚合物共混物（塑料共混、橡塑共混等）。材料性质方面材料性质方面1.低密度，一般为12g/cm2。2.低模量、变形性好（高弹性）、一般强度不高。3.热稳定性不高，耐温一般低于300 C，热胀性较大。4.化学性质稳定，一般耐腐蚀；光稳定弱，一般存在老化现象。5.一般电绝缘性较好。6.易于加工成型，可制成多种形态制品。1-2.高分子简史A.A.高分子的应用史：高分子的应用史：天然高分子的直接利用天然高分子的直接利用天然高分子的直接利用天然高分子的直接利用:淀粉、蛋白质、皮、淀粉、蛋白质、皮、棉、麻、丝、竹、木。棉、麻、丝、竹、木。天然高分子的化

6、学改性天然高分子的化学改性天然高分子的化学改性天然高分子的化学改性:天然橡胶的硫化天然橡胶的硫化18391839 硝化纤维硝化纤维+樟脑樟脑-赛璐珞塑料的合成赛璐珞塑料的合成18691869 硝化纤维素纺丝硝化纤维素纺丝18871887高分子合成高分子合成:缩聚反应（酚醛缩聚反应（酚醛19071907、尼龙、尼龙-661931-661931）自由基聚合（自由基聚合（PVC1926PVC1926、PS1931PS1931）配位聚合（配位聚合（19501950年代年代PE/PPPE/PP）活性离子聚合活性离子聚合(M.Szwarc 1950(M.Szwarc 1950年代年代)等等高分子的大量应用

7、：高分子的大量应用：高分子时代高分子时代B.B.高分子科学史：高分子科学史：Hermann Staudinger:Hermann Staudinger:1920-30 1920-30把把“高高分子分子”这个概念引进科学领域，并确立这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（系（19531953年诺贝尔奖）。年诺贝尔奖）。Carothers:Carothers:建立缩聚反应理论。建立缩聚反应理论。Karl Ziegler,Giulio NattaKarl Ziegler,Giulio Natta:1953-:1953-5656乙烯、丙烯配位

8、聚合（乙烯、丙烯配位聚合（19631963年诺贝尔年诺贝尔奖）。奖）。Paul J.Flory:Paul J.Flory:聚合反应原理、高分聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系（子物理性质与结构的关系（19741974年诺贝年诺贝尔奖）。尔奖）。R.B.MerrifieldR.B.Merrifield：合成聚肽合成聚肽 8484年诺贝尔年诺贝尔奖奖De Gennes:De Gennes:液晶、自相似、临界、标度液晶、自相似、临界、标度率率19911991年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。Hideki Shirakawa,Alan G.Hideki Shirakawa,Alan G.MacDi

9、armid,Alan J.eegerMacDiarmid,Alan J.eeger：对导电聚对导电聚合物的发现和发展（合物的发现和发展（20002000年诺贝尔奖）。年诺贝尔奖）。1-3.高分子学科高分子科学高分子科学=应用学科应用学科+基础学科基础学科一门新兴学科。一门新兴学科。基础：基础：基础：基础：有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学学 分支：分支：分支：分支：高分子化学高分子化学聚合反应和高分子化学反应原理，聚合反应和高分子化学反应原理，选择原料、确定路线、寻找催化剂、制订合成工艺等。选择原料、确定路线、寻找催化剂、制订合成工艺等。高分子物

10、理高分子物理研究聚合物的结构与性能的关系，研究聚合物的结构与性能的关系，为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导是沟通合为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导是沟通合成与应用的桥梁。成与应用的桥梁。高分子工程高分子工程研究聚合物工业合成、加工成型研究聚合物工业合成、加工成型的原理与工艺。的原理与工艺。(对高分子物理、高分子化学与化工、对高分子物理、高分子化学与化工、机械等领域知识的融合。机械等领域知识的融合。)高分子科学前沿：高分子科学前沿：A.A.高分子化学高分子化学 可控可控可控制反应物的空间立构及其分子量，分可控制反应物的空间立构及其分子量，分子量分布的可控聚合，活性聚合；子量分布的可控聚

11、合，活性聚合；聚合方法聚合方法生物酶催化聚合，微生物合成；生物酶催化聚合，微生物合成；分子设计与合成分子设计与合成新功能化合物的分子设计及合新功能化合物的分子设计及合成，高性能成，高性能(耐高温、高强度、高模量耐高温、高强度、高模量)化合物的分子化合物的分子设计及合成；设计及合成；功能材料化学功能材料化学纳米粒子的合成方法，各种有机纳米粒子的合成方法，各种有机一无机分子内杂化材料的合成，超分体系组装化学；一无机分子内杂化材料的合成，超分体系组装化学；反应加工反应加工聚合物加工成型过程中的化学反应；聚合物加工成型过程中的化学反应；化学改性化学改性聚合物材料的化学改性方法聚合物材料的化学改性方法(

12、表面改性、表面改性、分子改性分子改性)；B.B.高分子物理高分子物理结构结构高分子链结构和聚集态结构的新观点、新现象、高分子链结构和聚集态结构的新观点、新现象、新的研究方法，对聚集态本质及其变化过程的理论归纳。新的研究方法，对聚集态本质及其变化过程的理论归纳。动态结构动态结构高分子的高分子的“动态动态”结构研究，诸如分子链结构研究，诸如分子链运动及动力学行为、聚集态的亚稳态结构现象及其变化运动及动力学行为、聚集态的亚稳态结构现象及其变化规律、聚合物流体的非线性粘弹性行为等。规律、聚合物流体的非线性粘弹性行为等。结构与性能结构与性能聚合物的表面、界面结构和性质研究、聚合物的表面、界面结构和性质研

13、究、材料力学性质材料力学性质(韧性、破坏等韧性、破坏等)的分子运动依据等。的分子运动依据等。功能高分子功能高分子电子功能聚合物的分子原理、生物高分电子功能聚合物的分子原理、生物高分子子(例如多肽、多糖例如多肽、多糖)的链结构和聚集态结构、生物高分的链结构和聚集态结构、生物高分子聚集态结构和生命现象的关系以及难溶高分子分子量子聚集态结构和生命现象的关系以及难溶高分子分子量的表征研究等。的表征研究等。理论研究理论研究采用新观点、新模型、新概念对实验现象采用新观点、新模型、新概念对实验现象进行理论归纳，在新概念、新理论指导下采用数学、计进行理论归纳，在新概念、新理论指导下采用数学、计算机方法解决高分

14、子科学实验中的实际问题算机方法解决高分子科学实验中的实际问题(例如功能高例如功能高分子的分子设计、高性能材料的分子设计、实验现象的分子的分子设计、高性能材料的分子设计、实验现象的模拟和理论解释等模拟和理论解释等)。C.C.高分子工程高分子工程 用于制备新塑料、纤维、弹性体、粘合剂用于制备新塑料、纤维、弹性体、粘合剂等高分子化合物的前期工业合成技术研究等高分子化合物的前期工业合成技术研究(超高超高分子量化合物，嵌段聚合物、接枝共聚物、新合分子量化合物，嵌段聚合物、接枝共聚物、新合成方法等成方法等)，聚合物新成型方法、新成型技术聚合物新成型方法、新成型技术(振动振动剪切塑化成型、气辅成型、反应加工

15、成型、特种剪切塑化成型、气辅成型、反应加工成型、特种纤维的纺制、新成纤技术等纤维的纺制、新成纤技术等)、成型工艺过程和、成型工艺过程和聚合物结构控制的关系等。聚合物结构控制的关系等。高分子工程是高分子科学三个主要分支中形成高分子工程是高分子科学三个主要分支中形成最晚的一个学科分支，而这个分支学科研究水平最晚的一个学科分支，而这个分支学科研究水平的高低，直接影响着高分子工业的发展。的高低，直接影响着高分子工业的发展。1-4.高分子的分类与命名1.分类：2.2.命名：命名：I.I.I.I.习惯命名法习惯命名法习惯命名法习惯命名法天然高分子：天然高分子：一般有与其来源、化学性能与作用、主一般有与其来

16、源、化学性能与作用、主要用途相关的专用名称。如纤维素（来源）、核要用途相关的专用名称。如纤维素（来源）、核酸（来源与化学性能）、酶（化学作用）。酸（来源与化学性能）、酶（化学作用）。合成高分子：合成高分子：（1 1）由一种单体合成的高分子：）由一种单体合成的高分子：“聚聚”+单体名称单体名称 如聚氯乙烯、聚乙烯等高分子如聚氯乙烯、聚乙烯等高分子 （2 2）由两种单体通过缩聚反应合成的高分子：表明或）由两种单体通过缩聚反应合成的高分子：表明或不表明产物类型不表明产物类型 表明产物类型：表明产物类型：“聚聚”+两单体生成的产物名称，如两单体生成的产物名称，如 “聚聚对苯二甲酸乙二酯对苯二甲酸乙二酯”、“聚己二酸己二胺聚己二酸己二胺”不表明产物类型：两单体名称或简称加后缀不表明产物类型：两单体名称或简称加后缀“树脂树脂”，如苯酚，如苯酚+甲醛甲醛“酚醛树脂酚醛树脂”;尿素尿素+甲醛甲醛“脲醛树脂脲醛树脂”（3 3）由两种单体通过链式聚合反应合成的共聚物：）由两种单体通过链式聚合反应合成的共聚物：两单体名称或简称之间两单体名称或简称之间+“-”+“共聚物共聚物”：如乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物叫