自然科學(xué)概論高分子材料專題

1、人類發(fā)展材料本質(zhì)的改變 新型金屬材料 新型無(wú)機(jī)非金屬材料 納米材料 高分子材料 功能高分子材料 高性能復(fù)合材料 無(wú)機(jī)材料高分子材料 材料 我們?cè)谌粘Ｉ钪杏龅竭^的有機(jī)高分子化合物有哪些？我們?cè)谌粘Ｉ钪杏龅竭^的有機(jī)高分子化合物有哪些？ 高分子化合物高分子化合物 有機(jī)高分子有機(jī)高分子 天然高分子：天然高分子：淀粉、纖維素和蛋白質(zhì)、天然橡膠等。淀粉、纖維素和蛋白質(zhì)、天然橡膠等。 合成高分子：合成高分子： 合成纖維、合成樹脂、合成橡膠等合成纖維、合成樹脂、合成橡膠等 合成有機(jī)高分子材料改變了我們的生活合成有機(jī)高分子材料改變了我們的生活 高分子作為結(jié)構(gòu)材料具有質(zhì)輕、不腐、不蝕、色彩絢麗等優(yōu)點(diǎn)，高分子作

2、為結(jié)構(gòu)材料具有質(zhì)輕、不腐、不蝕、色彩絢麗等優(yōu)點(diǎn)， 廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療器械、家用器具、文化體育、娛樂用品，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療器械、家用器具、文化體育、娛樂用品， 兒童玩具等，大大豐富和美化了人們的生活。兒童玩具等，大大豐富和美化了人們的生活。 一座年產(chǎn)一座年產(chǎn)8萬(wàn)萬(wàn) 噸的合成橡膠噸的合成橡膠 廠相當(dāng)于廠相當(dāng)于145 萬(wàn)畝橡膠園的萬(wàn)畝橡膠園的 年產(chǎn)量。年產(chǎn)量。 一座年產(chǎn)萬(wàn)噸一座年產(chǎn)萬(wàn)噸 的合成纖維廠的合成纖維廠 相當(dāng)于相當(dāng)于30萬(wàn)畝萬(wàn)畝 棉田或棉田或250萬(wàn)頭萬(wàn)頭 綿羊的棉毛產(chǎn)綿羊的棉毛產(chǎn) 量。量。 耐高溫、耐耐高溫、耐 腐蝕的塑料腐蝕的塑料 王特氟王特氟 隆隆 塑料塑料 合成纖維

3、合成纖維 合成橡膠合成橡膠 高分子實(shí)例： v人 肌肉、粘膜、脂肪、皮膚 高分子材料科學(xué)的歷史回顧高分子材料科學(xué)的歷史回顧 高分子的概念始于高分子的概念始于20世紀(jì)世紀(jì)20年代，但應(yīng)用更早。年代，但應(yīng)用更早。 v1839年，美國(guó)人年，美國(guó)人Goodyear發(fā)明硫化橡膠。發(fā)明硫化橡膠。 v1855年，英國(guó)人年，英國(guó)人Parks用硝化纖維素與樟腦混合制用硝化纖維素與樟腦混合制 得賽璐珞。得賽璐珞。 v1889年，法國(guó)人年，法國(guó)人De Chardonnet（夏爾多內(nèi)）發(fā)明（夏爾多內(nèi)）發(fā)明 人造絲人造絲。 v1907年，酚醛樹脂誕生。年，酚醛樹脂誕生。 v1920年，德國(guó)人年，德國(guó)人Staudinger

4、發(fā)表了發(fā)表了“論聚合論聚合”的論的論 文，提出了高分子的概念，并預(yù)測(cè)了聚氯乙烯和聚文，提出了高分子的概念，并預(yù)測(cè)了聚氯乙烯和聚 甲基丙烯酸甲酯等聚合物的結(jié)構(gòu)。甲基丙烯酸甲酯等聚合物的結(jié)構(gòu)。 v1935年，年，Carothes發(fā)明尼龍發(fā)明尼龍66，1938年工業(yè)化。年工業(yè)化。 v30年代，一系列烯烴類加聚物被合成出來并工業(yè)化，年代，一系列烯烴類加聚物被合成出來并工業(yè)化， PVC（19271937），），PVAc（1936），），PMMA （19271931），），PS（19341937），），LDPE （1939）。自由基聚合發(fā)展。）。自由基聚合發(fā)展。 v高分子溶液理論在高分子溶液理論在30年代

5、建立，并成功測(cè)定了聚合年代建立，并成功測(cè)定了聚合 物的分子量。物的分子量。Flory為此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。為此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 v40年代，二次大戰(zhàn)促進(jìn)了高分子材料的發(fā)展，一大年代，二次大戰(zhàn)促進(jìn)了高分子材料的發(fā)展，一大 批重要的橡膠和塑料被合成出來。丁苯橡膠批重要的橡膠和塑料被合成出來。丁苯橡膠 （1937），丁腈橡膠（），丁腈橡膠（1937），丁基橡膠（），丁基橡膠（1940），）， 有機(jī)氟材料（有機(jī)氟材料（1943），），ABS（1947），滌綸樹脂），滌綸樹脂 （19401950）。）。 v50年代，年代，Ziegler和和Natta發(fā)明配位聚合催化劑，制得發(fā)明配位聚合催化劑，制得 高密度高密

6、度PE和有規(guī)和有規(guī)PP，低級(jí)烯烴得到利用，低級(jí)烯烴得到利用。 v1956年，美國(guó)人年，美國(guó)人Szwarc發(fā)明活性陰離子聚合，開創(chuàng)發(fā)明活性陰離子聚合，開創(chuàng) 了高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先河。了高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先河。 v50年后期至年后期至60年代，大量高分子工程材料問世。聚年代，大量高分子工程材料問世。聚 甲醛（甲醛（1956），聚碳酸酯（），聚碳酸酯（1957），聚砜（），聚砜（1965），）， 聚苯醚（聚苯醚（1964），聚酰亞胺（），聚酰亞胺（1962）。）。 v60年代以后，特種高分子和功能高分子得到發(fā)展。年代以后，特種高分子和功能高分子得到發(fā)展。 特種高分子：高強(qiáng)度、耐高溫、耐輻射、高頻絕緣、特

7、種高分子：高強(qiáng)度、耐高溫、耐輻射、高頻絕緣、 半導(dǎo)體等。半導(dǎo)體等。 功能高分子：分離材料（離子交換樹脂、分離膜功能高分子：分離材料（離子交換樹脂、分離膜 等）、導(dǎo)電高分子、感光高分子、高分子催化劑、等）、導(dǎo)電高分子、感光高分子、高分子催化劑、 高吸水性樹脂、醫(yī)用高分子、藥用高分子、高分高吸水性樹脂、醫(yī)用高分子、藥用高分子、高分 子液晶等。子液晶等。 v80年代以后，新的聚合方法和新結(jié)構(gòu)的聚合物不年代以后，新的聚合方法和新結(jié)構(gòu)的聚合物不 斷出現(xiàn)和發(fā)展。斷出現(xiàn)和發(fā)展。 v新的聚合方法：陽(yáng)離子活性聚合、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合、新的聚合方法：陽(yáng)離子活性聚合、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合、 活性自由基聚合、等離子聚合等等；活性自

8、由基聚合、等離子聚合等等； v新結(jié)構(gòu)的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共新結(jié)構(gòu)的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共 聚物、星狀聚合物、樹枝狀聚合物、超支化聚合聚物、星狀聚合物、樹枝狀聚合物、超支化聚合 物、含物、含C60聚合物等等。聚合物等等。 H. Staudinger 德國(guó)的德國(guó)的K. Ziegler和意大利的和意大利的J. Natta Paul J. Flory The Nobel Prize in Chemistry 1974 美國(guó)科學(xué)家美國(guó)科學(xué)家Heeger, MacDiarmid和日本白川英樹和日本白川英樹 高分子的高分子的發(fā)展方向：發(fā)展方向： 通用高分子的高性能化和高分子的多功能

9、化通用高分子的高性能化和高分子的多功能化 偏光顯微鏡下的高分子液晶 功能高分子功能高分子 電致發(fā)光高分子 高分子化合物高分子化合物 與普通小分子有何不同？與普通小分子有何不同？ （1 1）小分子小分子：相對(duì)分子質(zhì)量通常不上千，：相對(duì)分子質(zhì)量通常不上千， 有明確的數(shù)值，通常稱為低分子化合物，簡(jiǎn)稱有明確的數(shù)值，通常稱為低分子化合物，簡(jiǎn)稱 小分子；小分子；如：如：烴、醇、醛、羧酸、酯、葡萄糖、烴、醇、醛、羧酸、酯、葡萄糖、 蔗糖等蔗糖等 （2 2）高分子高分子：相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)幾萬(wàn)甚至幾：相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)幾萬(wàn)甚至幾 千萬(wàn)，只是一個(gè)平均值，通常稱為高分子化合千萬(wàn)，只是一個(gè)平均值，通常稱為高分子化合 物，簡(jiǎn)

10、稱高分子，有時(shí)，又稱高聚物；物，簡(jiǎn)稱高分子，有時(shí)，又稱高聚物；如：如：淀淀 粉、纖維素、蛋白質(zhì)、聚乙烯、聚氯乙烯、酚粉、纖維素、蛋白質(zhì)、聚乙烯、聚氯乙烯、酚 醛樹脂等醛樹脂等 相對(duì)分子質(zhì)量大小不同相對(duì)分子質(zhì)量大小不同 高分子的特點(diǎn)之一：分子量很大 常見高分子分子量的范圍常見高分子分子量的范圍 塑料塑料 MW(104)纖維纖維 MW(104)橡膠橡膠 MW(104) 低壓聚乙烯低壓聚乙烯 630 滌綸滌綸 1.82.3 天然橡膠天然橡膠 2040 聚氯乙烯聚氯乙烯 515尼龍尼龍66 1.21.8 丁苯橡膠丁苯橡膠1520 聚苯乙烯聚苯乙烯 1030維尼綸維尼綸 67.5 順丁橡膠順丁橡膠253

11、0 聚碳酸酯聚碳酸酯 26纖維素纖維素 50100 氯丁橡膠氯丁橡膠1012 聚合物的分子量分布曲線聚合物的分子量分布曲線 分子量分子量 聚合物的質(zhì)量分聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù) 高分子的特點(diǎn)之二：分子量不均一 結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)不同 小分子小分子：結(jié)構(gòu)單一：結(jié)構(gòu)單一 高分子高分子：由若干個(gè)重復(fù)結(jié)構(gòu)單元組成：由若干個(gè)重復(fù)結(jié)構(gòu)單元組成 性質(zhì)有較大差異性質(zhì)有較大差異 橡膠硫化后，其柔韌性和彈性都會(huì)增大。橡膠硫化后，其柔韌性和彈性都會(huì)增大。 線型結(jié)構(gòu)線型結(jié)構(gòu) 支鏈型結(jié)構(gòu)支鏈型結(jié)構(gòu) 無(wú)規(guī)共聚物：無(wú)規(guī)共聚物： 在高分子鏈中不同單體單元的序列分布無(wú)規(guī)則。在高分子鏈中不同單體單元的序列分布無(wú)規(guī)則。 兩種單元在鏈中的排列順

12、序是不能預(yù)測(cè)的。兩種單元在鏈中的排列順序是不能預(yù)測(cè)的。 在烯類單體自由基共聚合時(shí)在烯類單體自由基共聚合時(shí), ,通常得到的是無(wú)規(guī)共通常得到的是無(wú)規(guī)共 聚物，其性質(zhì)與相應(yīng)的均聚物是大不相同的。聚物，其性質(zhì)與相應(yīng)的均聚物是大不相同的。 -A-B-A-A-B-A-B-B-A-A-B-A-B-B-A-B-A-B-A-A-B-A-B-B-A-A-B-A-B-B-A-B- 共聚物共聚物 交替共聚物：交替共聚物： 顧名思義，交替共聚物就是顧名思義，交替共聚物就是A A和和B B兩種結(jié)構(gòu)單元兩種結(jié)構(gòu)單元 在高分子鏈中交替排列。在高分子鏈中交替排列。 通過特定的烯類聚合能得到交替共聚物，其性通過特定的烯類聚合能得

13、到交替共聚物，其性 能與兩類均聚物的性質(zhì)也大不相同。能與兩類均聚物的性質(zhì)也大不相同。 -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B- 嵌段共聚物：嵌段共聚物： 高分子鏈中由一種結(jié)構(gòu)單元鏈段和另一種結(jié)構(gòu)高分子鏈中由一種結(jié)構(gòu)單元鏈段和另一種結(jié)構(gòu) 單元鏈段相接組成。兼具有兩種均聚物單元鏈段相接組成。兼具有兩種均聚物 的性質(zhì)。的性質(zhì)。 -A-A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B-B-A-A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B-B- 接技共聚物：接技共聚物： v共聚物的主鏈?zhǔn)且环N均聚物，

14、支鏈?zhǔn)橇硪环N均聚共聚物的主鏈?zhǔn)且环N均聚物，支鏈?zhǔn)橇硪环N均聚 物稱接枝共聚物?？捎脙深惥畚锵嗷シ磻?yīng)生成，物稱接枝共聚物。可用兩類均聚物相互反應(yīng)生成， 也可由也可由A A種均聚物的主鏈上引人一些可反應(yīng)的基團(tuán)，種均聚物的主鏈上引人一些可反應(yīng)的基團(tuán)， 再接上由再接上由B B形成的支鏈構(gòu)成接枝共聚物。接枝共聚形成的支鏈構(gòu)成接枝共聚物。接枝共聚 物的性質(zhì)是兩類均聚物的加合。物的性質(zhì)是兩類均聚物的加合。 接枝改性 有機(jī)高分子有機(jī)高分子 天然（棉花、蠶絲、麻）天然（棉花、蠶絲、麻） 合成合成 合成材料合成材料 功能高分子材料功能高分子材料 復(fù)合材料復(fù)合材料 塑料塑料 合成纖維合成纖維 合成橡膠合成橡膠 二二

15、. .合成纖維合成纖維 纖維纖維 天然纖維天然纖維化學(xué)纖維化學(xué)纖維 棉花棉花 羊毛羊毛 蠶絲蠶絲 麻麻 合成纖維合成纖維 人造纖維人造纖維 滌綸滌綸 錦綸錦綸 腈綸腈綸 丙綸丙綸 維綸維綸 氯綸氯綸 六大綸六大綸 三三. .合成橡膠合成橡膠 橡膠橡膠 天然橡膠天然橡膠 合成橡膠合成橡膠 通用橡膠通用橡膠特種橡膠特種橡膠 丁苯橡膠丁苯橡膠 順丁橡膠順丁橡膠 氯丁橡膠氯丁橡膠 硅橡膠硅橡膠 塑料：前后保險(xiǎn)桿、裝飾條、車燈、觀后鏡、安全氣囊橡膠：密封條、輪胎、雨刷、 纖維：坐墊、腳墊、安全帶 涂料：涂層 高分子在汽車工業(yè)的應(yīng)用 膠粘劑：擋風(fēng)玻璃、 電路板 v功能高分子之藥用高分子 時(shí)間 藥物濃度 無(wú)

16、效區(qū) 治療區(qū) 有毒區(qū) A B 藥物控制釋放體系藥物控制釋放體系 Drug controlled released system 高分子載體藥長(zhǎng)效、靶向和無(wú)毒 功能高分子之醫(yī)用高分子 人工骨材料人工骨材料 人工關(guān)節(jié)人工關(guān)節(jié) 手術(shù)縫合線用手術(shù)縫合線用PLA類材料類材料 v齒科用粘合劑齒科用粘合劑 功能高分子之感光性高分子感光性高分子 NN() N H N() NN() N H N H () H 全氧 化態(tài)PNB +e-e 中 間 氧 化態(tài)EB n +e-e 全還原態(tài)LEB + nn 紫色 藍(lán) 色 淡黃 色 綠色 -0.2V 0.8V 0.5V + 變色材料 v光固化涂料、油墨、膠粘劑光固化涂料、油

17、墨、膠粘劑 印刷版印刷版 印刷電子線路板制作工藝簡(jiǎn)圖印刷電子線路板制作工藝簡(jiǎn)圖 清潔,電鍍光刻膠(抗蝕劑) 曝光 顯影 刻蝕 去保護(hù)絲印阻焊油墨 光固化蘸錫焊接原件 成品電子線路板 光固化型絲印阻焊油墨 光盤制造光盤制造 CD、VCD、DVD、CD-ROM、CD-R 功能高分子之智能高分子智能高分子 高分子之高性能化 復(fù)合材料：纖維+高分子 (1)GFRP 玻璃鋼應(yīng)用于體育用品玻璃鋼應(yīng)用于體育用品 波音波音757 AV8B 鷂式飛機(jī)鷂式飛機(jī) 波音787：環(huán)保省油、舒適 CFRP在空間站大型結(jié)構(gòu)以及太陽(yáng)能電池支在空間站大型結(jié)構(gòu)以及太陽(yáng)能電池支 架中的應(yīng)用架中的應(yīng)用 v高分子（塑料）污染 回收利用

18、、降解高分子 可降解高分子材料可降解高分子材料 可降解高分子材料是指在使用后的特定環(huán)可降解高分子材料是指在使用后的特定環(huán) 境條件下境條件下, ,在一些環(huán)境因素如光、氧、風(fēng)、在一些環(huán)境因素如光、氧、風(fēng)、 水、微生物、昆蟲以及機(jī)械力等的作用下水、微生物、昆蟲以及機(jī)械力等的作用下, , 使其化學(xué)結(jié)構(gòu)在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生明顯變化使其化學(xué)結(jié)構(gòu)在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生明顯變化, , 從而引起物性下降從而引起物性下降, ,最終成為可被環(huán)境所消最終成為可被環(huán)境所消 納的高分子材料。納的高分子材料。 降解高分子降解高分子 生物降解生物降解 淀粉添加劑淀粉添加劑 天然大分子天然大分子 合成聚合物合成聚合物 光降解光降解 添加光敏劑型添加光敏劑型 化學(xué)合成化學(xué)合成 氧化降解氧化降解 復(fù)合降解復(fù)合降解 光生物雙降解光生物雙降解 vThank you v考試時(shí)間：13周周一下午2：004：00 v考試地點(diǎn)：E階梯101 v考試形式：開卷 新型金屬材料 新型無(wú)機(jī)非金屬材料 納米材料 高分子材料 功能高分子材料 高性能復(fù)合材料 無(wú)機(jī)材料高分子材料 材料 Paul J. Flory The Nobel Prize in Chemistry 1974 交替共聚物：交替共聚物： 顧名思義