高分子基本知識復(fù)習(xí).ppt

高分子基本知識復(fù)習(xí),人類從起源以來 就同高分子結(jié)下不解之緣,生命體系其根本都是由高分子組成 衣食住行離不開高分子材料,一、高分子基本概念,什么是高分子？ 定義：高分子量的化合物 (10000) 別稱：聚合物 Polymer 高聚物High polymer 大分子Macromolecule 對應(yīng)：低聚物(10000)Oligomer 或齊聚物，寡聚物。,什么是聚合反應(yīng)？,聚合反應(yīng)Polymerization 小分子化合物 聚合物,聚合物 (Polymer): 聚乙烯（Polyethylene，PE） 單體 (Monomer): 乙烯（Ethylene）,聚合物聚合度與分子量,結(jié)構(gòu)式：,聚合度：大分子中的重復(fù)單元數(shù)或結(jié)構(gòu)單元數(shù)，n。,分子量：數(shù)均分子量 、重均分子量 。,數(shù)均聚合度 、重均聚合度 。,尼龍66：己二胺與己二酸縮合聚合生成的聚酰胺,聚合物結(jié)構(gòu)類型,線型 Linear Polymer 支化型 Branched Polymer 交聯(lián)型 Crosslinked Polymer 星型及樹狀 Star Polymer Dendrimer,石器時代 (Stone age) 新石器時代 (Neolithic age) 青銅時代 (Bronze age) 鐵器時代 (Iron age) 高分子時代 (Polymer age),材料與時代,二、高分子材料,高分子材料 60,陶瓷 10,金屬 30,三分天下有其一,地位與關(guān)聯(lián),高分子材料 Polymer Materials,信息 Information,生物 Biology,能源 Energy,環(huán)境 Environment,左右逢源,化學(xué),高分子材料分類,天然高分子材料 (Natural polymer) 纖維素(Cellulose)、淀粉(Starch)、天然橡膠(Natural rubber)等。 人造高分子材料 (Artificial polymer) 硝化纖維素（塑料、電影膠片、炸藥）、粘膠纖維等。 合成高分子材料 (Synthetic polymer) 有機玻璃、滌綸、尼龍等。,從來源分：,高分子材料分類,塑料 (Plastics) 橡膠 (Rubber) 纖維 (Fiber) 涂料 (Coating) 粘合劑 (Adhesive),從用途分：,高分子材料分類,有機高分子 (Organic Polymer) 主鏈以碳氫為主，如聚乙烯、聚丙烯等。 無機高分子 (Inorganic Polymer) 主鏈由雜原子構(gòu)成, 如SiO2等。 復(fù)合高分子材料 (Polymer Composite) 聚合物與無機材料復(fù)合，如玻璃鋼，輪胎。 生物高分子 (Biopolymer) 具有生物功能, 如蛋白質(zhì)(Protein)、核酸 (Nucleic acid)等。,從組成及功能分：,高分子材料的特點,質(zhì)輕：常用塑料的密度為1g/cm3，是鋼鐵的1/10。 耐溫范圍寬：硅橡膠(-80) 聚苯并咪唑（600) 碳纖維（4000） 性能優(yōu)異：高強度（Kevlar，比強度為鋼的8倍） 高模量 高彈性（伸長率1000） 透明性好 抗腐蝕好 光、電、磁等功能 種類多：滿足不同的需求。 易加工：節(jié)能、低成本。,三、發(fā)展歷程,天然高分子利用 7000多年前，天然油漆 我國已使用天然油漆涂飾船只。中國漆(大漆) 1839年，天然橡膠硫化 美國人古德伊爾（Charlers Goodyear）。 1869年，第一種人工塑料 賽璐珞（ Celluloid，硝化纖維素） 美國 人海厄特（Jhon Wesley Hyatt）。 1887年，第一種人造絲 硝化纖維素，Count Hilaire de Chardonnet.,合成高分子問世 1909年，第一種合成塑料 酚醛樹脂，美國人 貝克蘭德（Leo Baekeland）。 大分子概念提出 1920年，提出聚合反應(yīng)生成高分子量化合物。 施道丁格（Hermann Staudinger）。 奠定基礎(chǔ) 193040年代，聚合方法及理論發(fā)展。 卡羅瑟斯（Carothers），美國人。 弗洛里（Paul Flory），美國人。,大發(fā)展 1950年代，配位聚合（Coordination Polymerization) 齊格勒（Karl Ziegler）， 德國人。 納塔（Giulio Natta），意大利人。 196070年代，高性能化，特種高分子合成 高強度、高模量、耐高溫等。 功能、復(fù)合高分子材料 198090年代， 功能高分子： 導(dǎo)體和半導(dǎo)體高分子、 磁性高分子、光敏高分子、 光導(dǎo)高分子、生物醫(yī)用高分子、液晶高分子、 高分子催化劑等等。 高分子合金： 不同的高分子混合。 復(fù)合高分子材料： 與玻璃纖維、碳纖維等復(fù)合，如玻璃鋼等。,四、高分子材料的工業(yè)生產(chǎn),塑料 2億噸（2003年） 纖維 3790萬噸（天然2410萬噸） 橡膠 1136萬噸（天然775萬噸） 塑料增產(chǎn)迅猛，過去40年，美國增長100倍。 全世界塑料產(chǎn)量上世紀90年代初超過鋼鐵（體積）。,主要國家生產(chǎn)及消費量,國家 產(chǎn)量（千萬噸） 消量（千萬噸） 美國 48 51 中國 18 40 德國 16 12 日本 14 10 韓國 10 05,高分子材料的應(yīng)用,高分子材料無處不在, 以塑代木、以塑代金屬。 尖端技術(shù): 航天飛行器，衛(wèi)星、火箭等用材。 工業(yè)：電子元器件、電纜、信息記錄儲存?zhèn)鬏數(shù)取?農(nóng)業(yè)：地膜、大棚、滴灌設(shè)備、高吸水樹脂（1000倍）等。 衣：服裝、防彈衣、消防服等。 食：包裝、不粘鍋等。 ?。貉b飾、門窗、家電、家具等。 行：飛機、汽車、自行車等交通工具用材。 醫(yī)：接觸眼鏡、一次性醫(yī)療用具、人工臟器等。,塑料 Plastics,通用塑料： 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。 工程塑料： 尼龍、聚甲醛、聚酯、聚碳酸酯等。 特種塑料： 聚四氟乙烯、Kevlar等。,家庭中的聚乙烯制品,身邊的高分子材料,聚丙烯制品,碳纖維復(fù)合材料,由碳纖維和鋁合金 制成的賽車底盤,法拉利F1車隊,塑料 Plastics,熱塑性塑料 (Thermoplastics) 聚乙烯, Polyethylene： 產(chǎn)量最大，結(jié)構(gòu)最簡單。 聚丙烯,Polypropylene：最輕的塑料。 聚氯乙烯，Polyvinyl chloride：全能的塑料，價格低廉。 聚甲基丙烯酸甲酯，Poly(methyl methacylate)：最透明的 塑料，不會碎的玻璃。,塑料 Plastics,熱固性塑料( Thermosetts) 環(huán)氧樹脂 (Epoxy resins )：用作復(fù)合材料，粘合劑等。 酚醛樹脂 (Phenolic resins)：電器絕緣材料等。 聚酯樹脂 (Polyester resins )：玻璃鋼等。,纖 維 Fibers,天然纖維：棉、麻、絲 人造纖維：粘膠纖維 (Viscose fiber)： 醋酸纖維 (Acetate fiber) 硝酸纖維 合成纖維：尼龍（Nylon）：結(jié)實耐磨 滌綸（Polyester fiber）:最挺括纖維 腈綸：最耐曬的纖維 氯綸：保暖性最好的纖維 丙綸：最輕的纖維 特種纖維：碳纖維,天然橡膠 (Natural rubber) ： 綜合性能最好，生產(chǎn)受地域限制。 合成橡膠 (Synthetic rubber) 丁苯橡膠 ：產(chǎn)量最大（占80）。 氯丁橡膠 ：用途廣泛，價廉物美。 丁腈橡膠 ：耐油性好。 乙丙橡膠 ：比重最輕。 順丁橡膠 ：彈性最好。 丁基橡膠 ：氣密性最好。 硅橡膠 ： 低溫性能最好。 氟橡膠：全能橡膠，在最惡劣條件下使用。,橡 膠 Rubber,橡膠園,輪胎,高彈性,高分子科學(xué)與諾貝爾獎,1953 施道丁格(Hermann Staudinger) 1963 齊格勒(Karl Ziegler)和納塔(Giulio Natta) 1974 弗洛里(Paul J. Flory) 1991:德讓納(Pierre-Gilles de Gennes) 2000:黑格(Alan J. Hegger)、馬克迪爾米德(Alan G. MacDiarmid)和白川英樹(Hideki Shirakawa),高分子科學(xué)Nobel獎獲得者,突破有機化學(xué)的傳統(tǒng)觀念，首先提出了高分子的概念，以大量先驅(qū)性工作為高分子化學(xué)奠基開創(chuàng)了高分子學(xué)科。,“for his discoveries in the field of macromolecular chemistry”,H. Staudinger(德) 1953年化學(xué)獎,高分子科學(xué)Nobel獎獲得者,K. Ziegler (德)、G.Natta(意) 1963 化學(xué)獎 1953年， Ziegler： Ziegler催化劑，低壓聚乙烯合成方法； 1954年， Natta：改進Ziegler催化劑，提出有規(guī)立構(gòu)聚丙烯的概念。,Karl Ziegler,Giulio Natta,“for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers ”,Isotactic polymer （全同立構(gòu)聚合物）,Syndiotactic polymer （間同立構(gòu)聚合物）,Stereoregular Polymers,高分子科學(xué)Nobel獎獲得者,P.J.Flory（美) 1974 化學(xué)獎 利用等活性假設(shè)及直接的統(tǒng)計方法，他計算了高分子分子量分布，即最可幾分布，并利用動力學(xué)實驗證實了等活性假設(shè)； 引入鏈轉(zhuǎn)移概念，將聚合物統(tǒng)計理論用于非線性分子，產(chǎn)生了凝膠理論； Flory-Huggins格子理論； 1948年作出了最重要的貢獻，即提出“排除體積” 理論和溫度概念； 他的著作“Principles of polymer chemistry” （1953）是高分子學(xué)科中的Bible。,“For his fundamental achievements, both theoretical and experimental, in the physical chemistry of the macromolecules”,Paul J. Flory,高分子科學(xué)Nobel獎獲得者,De Gennes（法) 1991 物理獎 對液晶和高分子物質(zhì)有序現(xiàn)象提出了標度理論 從臨界現(xiàn)象認識分子，在物理-化學(xué)之間架設(shè)了橋梁 提出“軟物質(zhì)”概念,“for discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter, in particular to liquid crystals and polymers ”,De Gennes,高分子科學(xué)Nobel獎獲得者,Heeger、 MacDiarmid(美)、 白川英樹(日) 2000 化學(xué)獎 導(dǎo)電高分子研究，聚乙炔摻雜后，電導(dǎo)率從 3.2x10-6-1cm-1增加到38-1cm-1，提高了1000萬倍（接近鋁、銅） 提出孤子概念,Alan J. Heeger,1936,Alan G. MacDiarmid,b. 1936,b. 1927,Hideki Shirakawa,白川英樹（Shirakawa）從事聚乙炔聚合機理研究 韓國研修生出現(xiàn)幸運的失誤，使白川得到膜狀聚乙炔 偶然的機遇，麥克迪爾米德（MacDiarmid）首先注意 到白川的聚乙炔膜。 三人在美國合作研究。 黑格（Heeger）為了說明聚乙炔的導(dǎo)電性，提出孤子的 概念，才有了薄膜顯示材料的誕生。,高分子科學(xué)Nobel獎獲得者,“For the discovery and development of conductive polymers”,五、發(fā)展前景,可持續(xù)發(fā)展 高分子材料再利用 天然高分子的利用 發(fā)展新的高分子合成方法 功能、智能高分子 超分子高分子及納米結(jié)構(gòu) 軟物質(zhì)與 軟物理,高分子材料再利用,聚合物的再利用 例如,聚烯烴柴油 輪胎瀝青 可降解聚合物的循環(huán)利用 例如，滌綸、有機玻璃降解為單體。,天然高分子的利用,利用天然高分子生產(chǎn)塑料 淀粉生成塑料。 乳酸生產(chǎn)聚乳酸。 纖維素、甲殼素的利用 功能化，可加工化。 天然高分子生物質(zhì)能源 氣化、液化作為生物質(zhì)油； 利用玉米生成乙醇汽油燃料等。,聚乳酸,發(fā)展新的高分子合成方法,利用生物方法 如，通過微生物或酶催化合成聚合物。 合成具有生物功能的高分子 如多糖，蛋白質(zhì)，核糖核酸等。 人工仿生方法 在環(huán)境友好條件下生成 聚合物。 精確控制組成與結(jié)構(gòu)，如多肽等,功能、智能高分子,電致發(fā)光高分子 聚合物發(fā)光二極管（Polymer light emitting diodes, PLED) 可折疊彩色顯示屏。,40 inch full colour display prototype,PLEDs can be used to provide light of almost any visible hue and beyond,功能、智能高分子,智能高分子（對環(huán)境有相應(yīng)特性） 高分子凝膠 人工肌肉 形狀記憶高分子 免熨襯衣、高分子繃帶。 隱身高分子 醫(yī)