有機(jī)高分子材料與高分子化合物優(yōu)秀課件

第五章有機(jī)高分子化合物與高分子材料

棉、麻、絲、毛、角、膠、塑料、橡膠、纖維┄它們是人們?cè)絹?lái)越熟悉的有機(jī)或高分子材料。無(wú)論是天然的或合成的這類(lèi)材料，在人們的生活和工程技術(shù)中都占有越來(lái)越重要的地位。1

高分子化合物的基礎(chǔ)是相對(duì)分子質(zhì)量較小的有機(jī)化合物。本章第一節(jié)，既作為高分子化合物的基礎(chǔ)部分，又作為高中化學(xué)的復(fù)習(xí)部分，請(qǐng)同學(xué)自己閱讀教材。第二節(jié)高分子化合物的基本概念一高分子化合物2因此，每一個(gè)大分子的相對(duì)分子質(zhì)量都不相同。⑵高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量只有平均意義。常用數(shù)均摩爾質(zhì)量表示。⑶由于聚合度不同引起的高聚物相對(duì)分子質(zhì)量各不相同的現(xiàn)象—高聚物相對(duì)分子質(zhì)量的多分散性⑷

高聚物—鏈節(jié)相同而聚合度不同的混合物。4三高分子化合物的幾何形狀1線(xiàn)型結(jié)構(gòu)。分子易蜷曲，制品有彈性(熱塑性)；大分子被化學(xué)鍵交聯(lián)起來(lái)，不易蜷曲，制品無(wú)彈性和塑性（熱固性）。52體型(網(wǎng)狀)結(jié)構(gòu)。第三節(jié)高分子化合物的制備一加聚反應(yīng)

1不飽和的低分子化合物相互加成，或易開(kāi)環(huán)的環(huán)狀化合物相互作用形成高聚物的反應(yīng)，如：nCH2=CH2→聚乙烯聚氧化乙烯6nHO-R-OH+nHOOC-R′二元醇

二元酸HOR-OCO-R′-COnOH

+(n-1)H2O聚酯2縮聚反應(yīng)可以得到體型高聚物；3縮聚反應(yīng)可分為：（按產(chǎn)物）體型縮聚，線(xiàn)型縮聚；（按單體）均縮，混縮，共縮。8-COOH→

第四節(jié)高聚物的結(jié)構(gòu)和性能一高聚物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量很大，所以，分子間力很強(qiáng)。因此，高聚物無(wú)氣態(tài)，機(jī)械強(qiáng)度較高。92高分子鏈中有許多C-C鍵，此單鍵可按鍵角自由旋轉(zhuǎn)。因此，高分子的形狀便有無(wú)數(shù)可能（構(gòu)象）——高分子鏈的柔順性。高分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)形成許多構(gòu)象可示意如右：高分子由此產(chǎn)生的屈撓性可演示如下：10高聚物整體無(wú)序，但在小區(qū)域內(nèi)有不同狀態(tài)：晶區(qū)和非晶區(qū)。12一個(gè)大分子可穿過(guò)幾個(gè)不同的區(qū)域。高聚物中晶區(qū)多稱(chēng)結(jié)晶度大，力學(xué)性能強(qiáng)。二高聚物的物理狀態(tài)線(xiàn)性、非晶態(tài)高聚物恒壓下的形變-溫度曲線(xiàn)：Tg：玻璃化溫度Tf：粘流化溫度13分子動(dòng)能大。大分子可運(yùn)動(dòng)，具有流動(dòng)性和可塑性，不會(huì)復(fù)原，屬塑性變形。是高聚物的工藝狀態(tài)；分子動(dòng)能不大，大分子不動(dòng)，鏈段可動(dòng)。141粘流態(tài)：T>Tf

，2高彈態(tài)：Tf>T>Tg，

⑴玻璃態(tài)（對(duì)塑料）、高彈態(tài)（對(duì)橡膠）是使用狀態(tài)，粘流態(tài)是工藝狀態(tài)。

⑵

塑料的Tg應(yīng)高于室溫。

Tg是塑料使用的最高溫度；

橡膠的Tg應(yīng)低于室溫。

Tg是橡膠使用的最低溫度。⑶為便于加工，Tf應(yīng)低些。如塑料，Tf-Tg差應(yīng)小;為利于使用，Tf應(yīng)高些。如橡膠。164討論討論題：以下三種溫度-形變曲線(xiàn)，各對(duì)應(yīng)于何種高分子材料？

①對(duì)應(yīng)于塑料。使用狀態(tài)是玻璃態(tài)，處于室溫；Tg-Tf差值??；②對(duì)應(yīng)于橡膠。使用狀態(tài)是高彈態(tài)，處于室溫；Tg-Tf差值大；17討論：③對(duì)應(yīng)于纖維。使用狀態(tài)是玻璃態(tài)，處于室溫；Tg-Tf差值較大。三高聚物的性能1.基本性能：質(zhì)輕，有彈性，塑性，絕緣，耐蝕。2.機(jī)械性能：聚合度n大，分子間力大，強(qiáng)度大（結(jié)晶度，極性基團(tuán)都能增強(qiáng)分子間力）。18①溶脹—溶劑分子進(jìn)入高分子鏈，使鏈距增大，體積增大；

四高聚物的老化1.高聚物的老化—受內(nèi)外因素影響，使高聚物性能破壞，以至喪失使用價(jià)值的現(xiàn)象。20②溶解—溶脹到使高分子鏈彼此分離，分子進(jìn)入溶劑。體型高分子只溶脹不溶解。

⑴外觀變化—粘、軟、硬、脆、龜裂、變形、失光、變色、剝落、斑點(diǎn)。⑶機(jī)械性能—拉伸強(qiáng)度、硬度、耐磨性的下降。212老化的特征：⑵物化性能—相對(duì)分子質(zhì)量及分布、溶解度、密度、透光率、透氣性、耐熱、耐寒性的下降或喪失。⑷電性能—絕緣性的破壞。上述變化并不同時(shí)出現(xiàn)，但是，老化是不可逆轉(zhuǎn)的。3老化的實(shí)質(zhì)—高聚物的降解和交聯(lián)①

氧化降解

—在O2或O3作用下，生成過(guò)氧化物再分解；22⑴降解

—聚合度降低的過(guò)程。分為：②

水解

—在H+或OH-催化下，與水反應(yīng)而降解。

⑴

防老劑：抗氧劑、光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑能防止、抑制、延緩光、熱、氧的破壞作用。244防老化的主要方法：⑵

物理防護(hù)：防護(hù)層。⑶

改性：改變結(jié)構(gòu)，提高耐老化性能。如:共混、共聚、交聯(lián)、增強(qiáng)。第五節(jié)幾種高分子材料一高分子材料的組成⑴高聚物—主體（30-60%）；填料；增塑劑（5-30%）；

根據(jù)制品的具體性能要求而定，不盡相同，也不一定樣樣都加入。25⑵添加劑：固化劑、穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑、阻燃劑、著色劑、抗靜電劑等。工程塑料—能承受載荷，可代替金屬做結(jié)構(gòu)材料。如：PA(尼龍)、PC(聚碳酸酯)、ABS、POM(聚甲醛)、F-4(聚四氟乙烯)等。隨工程技術(shù)的發(fā)展，二者已難嚴(yán)格區(qū)分。28聚碳酸酯（PC）①

結(jié)構(gòu):②

特點(diǎn)：線(xiàn)型結(jié)構(gòu),熱塑性塑料.無(wú)毒，無(wú)味，無(wú)臭透光率高，沖擊強(qiáng)度高，絕緣性能優(yōu)異，吸水性低；29③

用途：代替金屬木材玻璃；做電器部件、汽車(chē)部件；防護(hù)玻璃，安全帽，包裝薄膜、人工內(nèi)臟。耐熱耐寒性好，耐稀酸堿；耐氧化劑、還原劑、油;不耐芳烴、酮、酯，不耐有機(jī)溶劑、強(qiáng)堿,耐侯性差。30ABS（丙烯氰-丁二烯-苯乙烯共聚物）①結(jié)構(gòu):②特點(diǎn)：質(zhì)硬，剛而韌。熱塑性塑料。緩燃材料。無(wú)毒無(wú)味，不透水，吸水率低，略透氣。耐蝕，耐磨耐油，耐熱。有一定的強(qiáng)度。31③用途：汽車(chē)部件，電器零件，電器外殼，紡織器材。尼龍（聚酰胺PA）①

結(jié)構(gòu):尼龍6尼龍6632②

特點(diǎn)：線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，熱塑性塑料。由于有氫鍵，分子間力大，結(jié)晶度高強(qiáng)度高，韌性好。耐油耐溶劑耐熱,阻燃性良好。絕緣。③

用途：汽車(chē)部件。機(jī)械、化工、電氣工業(yè)中做輪、管、閥，密封圈，儲(chǔ)油器，電池箱，繩索，電纜。33三合成橡膠橡膠—在室溫下具有顯著高彈性能的高聚物。其Tg低而Tf高。天然橡膠的主要成分是聚異戊二烯：34只要能夠合成結(jié)構(gòu)相似的高聚物，就可以獲得與天然橡膠性能類(lèi)似的合成橡膠順丁橡膠①結(jié)構(gòu):CH2-CH=CH-CH2n②特點(diǎn)：彈性好，耐磨耐寒，優(yōu)于天然橡膠?？箯垙?qiáng)度低，抗?jié)窕圆涣饥蹜?yīng)用：85-90%用于制造輪胎，也用于三角皮帶，減振器；耐熱膠管，絕緣制品，膠鞋。35硅橡膠①結(jié)構(gòu)：②特點(diǎn)：線(xiàn)型聚硅醚，具有良好柔順性。穩(wěn)定性、彈性好。耐高、低溫，-65-250℃間保持良好性能。36②特點(diǎn)：防油、水，不易老化；電絕緣性好，無(wú)毒、無(wú)味、透氣，耐光、O3、O2，耐候、防振。機(jī)械性能差，不耐酸、堿。昂貴。③用途：制耐高、低溫制品，絕緣制品，醫(yī)療衛(wèi)生制品。37丁氰橡膠①結(jié)構(gòu)：②特點(diǎn)：氰基極性強(qiáng)，分子間力大。強(qiáng)度高，耐油、耐燃、耐溶劑、耐腐蝕。耐磨、耐熱、耐寒性差;彈性透氣性差③用途：做輸油膠管,油料容器襯里,印刷輥，高溫運(yùn)輸皮帶，減振零件。38四合成纖維合成纖維的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：線(xiàn)型結(jié)構(gòu)，鏈比較直，排列較整齊，支鏈少，分子中有極性基團(tuán)。這種結(jié)構(gòu)有利于定向排列，形成局部結(jié)晶區(qū)，保證纖維的強(qiáng)度；分子中排列不整齊部分，構(gòu)成無(wú)定型區(qū)，其中，鏈可運(yùn)動(dòng)，使纖維有彈性。39細(xì)長(zhǎng)柔韌的物質(zhì)稱(chēng)纖維，如：綿、毛、絲、麻等。②

特點(diǎn)：“強(qiáng)而韌”，耐磨性最好的纖維。柔順性好。③

用途：繩索，簾子線(xiàn)，漁網(wǎng)，飛行服，運(yùn)輸帶，降落傘，襪子。40①

結(jié)構(gòu)：聚酰胺纖維（尼龍錦綸PA）聚酯纖維（滌綸的確良）①

結(jié)構(gòu)：②特點(diǎn)：極性分子,分子間力大,強(qiáng)度高柔順性差。“挺拔不皺”，耐熱性好(-70-170℃間),耐水,耐磨僅次于PA。③用途：衣料，薄膜，漁網(wǎng)，救生圈，絕緣材料。41五功能高分子有些高分子化合物，在光、電、生物等方面具有特殊功能。如離子交換樹(shù)脂:RSO3H+Na+→RSO3Na+H+

強(qiáng)酸性R’N+(CH3)OH-+Cl-→R’N(CH3)3Cl+OH-

強(qiáng)堿性又如光敏性高分子、氧化還原高分子等。42第六節(jié)復(fù)合材料一復(fù)合材料1定義：由兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合起來(lái)得到的一種多相固體材料。2組成：基體材料（金屬或高聚物）；

增強(qiáng)材料（纖維、粒子）。433類(lèi)型：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（增強(qiáng)材料是纖維）

粒子改性復(fù)合材料(增強(qiáng)材料是粒子)

夾層復(fù)合材料（芯、面料間以膠粘劑結(jié)合）44二增強(qiáng)材料和增強(qiáng)作用包括：玻璃纖維，陶瓷纖維，合成纖維，金屬絲包括：SiO2、CaCO3、CaSO4

石棉、碳黑、陶土；451纖維增強(qiáng)材料2粒子增強(qiáng)材料作用：承受載荷，傳遞和分散應(yīng)力，提高強(qiáng)度。作用：阻止基體位錯(cuò)，提高強(qiáng)度，降低成本。

包括：機(jī)械力（釘、鉤、鉚），分子間力，氫鍵，化學(xué)鍵。三復(fù)合材料的應(yīng)用⑴組成：以樹(shù)脂為基體（環(huán)氧樹(shù)脂，酚醛樹(shù)脂，不飽和聚酯樹(shù)脂，有機(jī)硅）。以玻璃纖維為增強(qiáng)材料。463復(fù)合材料界面結(jié)合力1玻璃纖維增強(qiáng)塑料——玻璃鋼⑵特點(diǎn)：質(zhì)輕，耐熱，耐蝕，耐老化，絕緣，加工性好。剛度不及金屬。

⑴組成：以樹(shù)脂（環(huán)氧酚醛F-4）為基體，以碳纖維（有機(jī)纖維，絕氧碳化）為增強(qiáng)材料。47⑶應(yīng)用：車(chē)體，船體，罐，管，泵，塔，零部件。2碳纖維增強(qiáng)塑料⑵特點(diǎn)：質(zhì)輕、耐熱、導(dǎo)熱、強(qiáng)度高。⑴母材：銅、鋼、不銹鋼。⑵被復(fù)材料：Al、Cu、Ag、Au、Zn、Sn、Ni等。⑶方法：電鍍，熱鍍，浸鍍，噴涂，冷壓，熱壓。48

以物理、化學(xué)方法將不同金屬組合在一起的材料。3金屬包層復(fù)合材料⑶應(yīng)用：航天器等高技術(shù)領(lǐng)域。①聚異戊二烯和聚丙烯，——，因?yàn)椤?；②聚乙烯和聚氯乙烯，——，因?yàn)椤?；③聚?甲基乙烯和聚苯乙烯——；因?yàn)椤?。解：①聚異戊二?gt;聚丙烯，前者主鏈有雙鍵；②聚乙烯>聚氯乙烯，后者有極性基；③聚α-甲基乙烯>聚苯乙烯，