高分子科學概論第1章緒論課件

1.1高分子的世界

1.1.1高分子科學的歷史、現(xiàn)狀和未來

1839年——天然橡膠硫化成功1868年——硝酸纖維素的發(fā)現(xiàn)1909年——酚醛樹脂的合成1912年——丁鈉橡膠的合成1920年——史道丁格[德](Staudinger)提出“高分子”“長鏈大分子”的概念（直到1932年高分子學說被確立）1927年——醇酸樹脂的合成1929年——聚乙酸乙烯酯和脲醛樹脂的合成1933年——聚苯乙烯的合成1935年——聚氯乙烯和尼龍-66的合成1936年——聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇縮甲醛的合成1938年——尼龍-6的合成

1939年——高壓聚乙烯和聚偏氯乙烯的合成

1940年——丁基橡膠的合成

1941年——聚酯（滌綸）的合成

1942年——不飽和聚酯的合成

1943年——聚氨酯的合成

1947年——環(huán)氧樹脂的合成

1948年——聚丙烯腈和ABS樹脂的合成

1954年——低壓（高密度）聚乙烯的合成

1957年——丙烯的配位聚合

1958年——順丁橡膠和聚碳酸酯的合成

1959年——異戊橡膠和聚甲醛的合成

1960年——乙丙橡膠的合成

1963年——聚酰亞胺的合成

1965年——聚砜和聚苯醚的合成

1968年——聚苯硫醚的合成2000年，全世界的合成材料年總產量已達2億噸

塑料的特點：原料多，生產易，成本低，加工快，比強度大，性能好。已大量地取代傳統(tǒng)材料（木材，皮革，水泥，玻璃，陶瓷，金屬）塑料總產量已超過木材和水泥的總產量合成橡膠的產量已超過天然橡膠的產量合成纖維的產量已超過天然纖維和人造纖維總和的2倍其中塑料1.63億噸，約占81%合成橡膠0.11億噸，約占5%合成纖維0.28億噸，約占14%圖1-1近60年來全世界塑料年產量的比較圖1.1.2高分子科學的重要性

高分子科學的范疇：高分子化學

高分子物理

高分子的成型、加工和應用高分子材料約占飛機總質量的65%，汽車的18%若以體積計算，已遠超過金屬材料的用量高分子感光材料的出現(xiàn)使集成電路的微型化和超大集成化人們的日常生活，工作和娛樂，休閑，處處都被高分子包圍著建立在有機化學、物理化學、生物化學、物理學、力學等學科基礎上的新興的獨立學科，既是基礎學科也是應用學科

高分子化學——與無機化學，有機化學，分析化學，物理化學并列的二級學科（屬于化學這一級學科之下）

高分子材料又與無機材料，金屬材料構成三大材料現(xiàn)代生活中的高分子材料－塑料現(xiàn)代生活中的高分子材料－工程塑料現(xiàn)代生活中的高分子材料－橡膠高分子材料的應用性質和用途塑料纖維橡膠涂料膠粘劑功能高分子以聚合物為基礎，加入（或不加）各種助劑和填料，經(jīng)加工形成的塑性材料或剛性材料。具有可逆形變的高彈性材料。纖細而柔軟的絲狀物，長度至少為直徑的100倍。涂布于物體表面能成堅韌的薄膜、起裝飾和保護作用的聚合物材料能通過粘合的方法將兩種以上的物體連接在一起的聚合物材料具有特殊功能與用途但用量不大的精細高分子材料2006年廣東省材料領域高新技術產品統(tǒng)計

單位：億元產品類別工業(yè)總產值銷售收入利潤總額金屬材料716.08635.2550.95無機非金屬材料302.83286.7831.20有機高分子材料956.89895.2974.78復合材料215.82207.7917.11合計2191.632025.11174.062006年我國的塑料總產量2801.9萬噸，廣東省的塑料總產量680萬噸，總產值1300億元，均占全國的1/4，居全國的第一位1.2高分子科學的基本概念高聚物，亦即聚合物，與高分子化合物同義結構單元、重復單元、單體單元由單體經(jīng)聚合反應生成高分子的通式可表示為：高分子化合物：分子量很大（104～106）的一類化合物單體、低聚物、高聚物（聚合物）單體：合成高分子(聚合物)的起始原料低聚物：分子量處于高分子量與低分子量之間的化合物(齊聚物)結構單元：構成大分子鏈的基本結構單元，也稱為（最?。┲貜蛦卧?。

單體單元：相同于單體的元素組成及原子排列順序的結構單元。

聚合度、分子量聚合度DP：分子鏈的單體單元(或結構單元)數(shù)分子量M：等于結構單元分子量m0與聚合度的乘積

M=m0×DP(或M=m0×n)例如鏈節(jié)：重復結構單元

鏈節(jié)數(shù)n：重復單元數(shù),也即鏈節(jié)數(shù)聚苯乙烯苯乙烯1.3聚合物的命名和分類1.3.1聚合物的命名1.3.1.1習慣命名天然高分子有其專門的名稱。(如纖維素、淀粉、木質素、多糖、蛋白質等)。合成高分子在原料單體名稱前冠以“聚”字聚異丁烯異丁烯對–苯二甲酸乙二醇聚對–苯二甲酸乙二醇酯

某些縮聚物在原料后面附以“樹脂”來命名如：酚醛樹脂、脲醛樹脂、醇酸樹脂

1.3.1.2根據(jù)主鏈結構命名Oii.聚醚NHOCiii.聚酰胺i.聚酯OCO1.3.1.3商品名稱法例如：聚酯纖維－－滌綸(的確涼)

聚酰胺纖維－－錦綸塑料－－尼龍聚丙烯腈纖維－－腈綸聚氯乙烯纖維－－氯綸1.3.1.4系統(tǒng)命名法（也稱IUPAC命名）命名步驟：確定結構重復單元排好次序按小分子有機化合物的IUPAC命名規(guī)則給結構單元命名并加括弧在名稱前冠以“聚”字即為聚合物的系統(tǒng)名稱1.3.2聚合物的分類按主鏈結構分碳鏈聚合物雜鏈聚合物元素有機聚合物按性能和用途分塑料纖維橡膠按來源分天然高分子合成高分子按聚合機理分鏈式聚合物（加聚物）逐步聚合物（縮聚物）按熱性能分熱塑性聚合物熱固性聚合物按幾何形狀分線型高分子支鏈型高分子網(wǎng)狀（體型）高分子1.4聚合物的平均分子量和分子量分布數(shù)均分子量重均分子量Z均分子量粘均分子量

式中的a是高分子溶液特性粘度[h]和分子量M之間的關系式[h]＝KMa

中的a值當a＝1時，MV=MW當a＝0.5時，MV>Mn一般情況下0.5<a<1，故Mn<MV<MW分子量分散性系數(shù)Mnd=MWd>1時，MZMW>>>MVMnMZMW===MVMnd=1時，

平均分子量和分子量分布是控制聚合物性能的重要指標平均分子量相同的聚合物其分子量分布很可能是不一樣的對不同用途的聚合物其對平均分子量的要求不同合成纖維：1.5×104~8×104合成橡膠：2×105塑料的平均分子量在兩者之間12硝酸纖維素（平均聚合度800）2.聚苯乙烯（平均聚合度800）重量分數(shù)×104聚合度分布曲線圖聚合度×100-11.5高分子結構的一般特點高分子的結構很復雜，由四個不同層次組成，即一級結構，二級結構，三級結構，四級結構（高級結構）1.5.1一級結構指單個大分子內與基本結構單元有關的結構（結構單元的化學組成，連接方式，構型，支化和交聯(lián)）（1）鍵接方式頭-尾鍵接頭-頭鍵接（2）構型指分子中由化學鍵所固定的原子在空間的排列，有兩類構型不同的異構體，即旋光異構體和幾何異構體i旋光異構甲烷的四面體結構旋光異構體的互為鏡像關系單烯類高分子的旋光異構體ii幾何異構雙烯類高分子主鏈上存在雙鍵而形成的順式和反式構型同時還會存在有1,2加成（聚異戊二烯還有3,4加成）雙烯類高分子聚丁二烯的有規(guī)異構體（3）分子構造

指高分子鏈的幾何形狀，一般有線形，支鏈形和體（交聯(lián)）形幾種典型的非線形高分子鏈a.短鏈和長鏈支化高分子；b.接枝低聚物側鏈的梳形高分子；c.星形高分子；d.交聯(lián)網(wǎng)絡（4）共聚物的序列結構如果聚合物由兩種（或以上）單體聚合而成，即為共聚物，按照其單體單元的排列序列方式，可分為無規(guī)共聚物，交替共聚物，嵌段共聚物和接枝共聚物四種無規(guī)共聚物交替共聚物嵌段共聚物接枝共聚物1.5.2二級結構指的是若干鏈節(jié)組成的一段鏈或整根分子鏈的排列形狀高分子鏈由于單鍵內旋轉而產生的分子在空間的不同形態(tài)稱為構象（或內旋轉異構體），屬于二級結構高分子鏈有五種基本構象：無規(guī)線團伸直鏈折疊鏈螺旋鏈鋸齒形鏈高分子的二級結構1.5.3三級結構和四級結構三級結構是指許多大分子聚集在一起而形成的聚集態(tài)結構，也稱為超分子結構，包括有結晶結構，非晶結構，液晶結構和取向結構高分子結晶中的晶區(qū)與非晶區(qū)同時存在高分子極難100%地結晶，往往是一根高分子鏈同時穿過晶區(qū)和非晶區(qū)四級結構是指高分子在材料中的堆砌方式,如高分子與加工添加劑之間、兩種高分子（共混）所形成的復雜結構，屬于織態(tài)結構1.6高分子性質的一般特點

聚合物的相對分子質量很大，其力學性質、熱性質、溶解性等與小分子化合物大為不同1.6.1力學性質高分子的力學性質變化范圍很大——從軟的橡膠狀到硬的金屬狀有好的強度、斷裂伸長率、彈性、硬度、耐磨性、低密度（