第一章 緒論 - 2012高分子材料課件

高分子材料基礎(chǔ)

主講：黃龍男E-mail:hln@電話(huà)：5687479高分子材料基礎(chǔ)主講：黃龍男1學(xué)習(xí)高分子材料的意義應(yīng)用廣泛：無(wú)處不在、無(wú)所不有；工業(yè)：占飛機(jī)總重量的65%，占汽車(chē)總重的18%，信息產(chǎn)業(yè)中如沒(méi)有感光樹(shù)脂用于集成電路的制造，就不可能有今天的計(jì)算機(jī)技術(shù)。衣食住行：服裝、容器、涂料、食物等—我被高分子包圍了!!人：肌體除60%的水分外，剩下40%的一半以上是蛋白質(zhì)、核酸等天然高分子。材料科學(xué)的重要組成部分：金屬材料、高分子材料、無(wú)機(jī)非金屬材料組成最重要的三個(gè)領(lǐng)域。學(xué)習(xí)高分子材料的意義應(yīng)用廣泛：無(wú)處不在、無(wú)所不有；2高分子材料與專(zhuān)業(yè)的聯(lián)系：材料學(xué)：高分子材料方向、陶瓷方向、復(fù)合材料方向的主干課程之一；先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備陶瓷：又稱(chēng)聚合物浸漬裂解法（PIP），可制備陶瓷纖維、薄膜、塊體陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料。該法一般采用有機(jī)硅聚合物作為先驅(qū)體，在一定條件下固化，然后在一定溫度和氣氛下裂解轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)陶瓷。高分子材料與專(zhuān)業(yè)的聯(lián)系：先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備陶瓷：又稱(chēng)聚合物浸漬3材料加工：塑料成型與加工模具、金屬粉末注射成型、密封材料、金屬材料的防腐蝕、潤(rùn)滑等；材料加工：塑料成型與加工模具、金屬粉末注射成型、密封材料、金4焊接：高分子材料的焊接、高分子材料與金屬高分子材料與陶瓷的焊接技術(shù)（冷焊、激光焊、擴(kuò)散焊等），點(diǎn)焊密封膠和焊接膠帶；焊接：高分子材料的焊接、高分子材料與金屬高分子材料與陶瓷的焊5電子封裝：集成電路基板、封裝材料、導(dǎo)電高分子、感光材料、液晶材料等液晶顯示器導(dǎo)電高分子：一類(lèi)具有導(dǎo)電功能,電導(dǎo)率在10S／m以上的聚合物材料。高分子導(dǎo)電材料具有密度小、易加工、耐腐蝕、可大面積成膜以及電導(dǎo)率可在十多個(gè)數(shù)量級(jí)的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，不僅可作為多種金屬材料和無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料的代用品，而且已成為許多先進(jìn)工業(yè)部門(mén)和尖端技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的一類(lèi)材料。具有良好的導(dǎo)電性和電化學(xué)可逆性，充電電池的電極材料,是制作超級(jí)電容器的理想材料。如采用摻雜后的聚吡咯，電導(dǎo)率高達(dá)100S/cm，頻率特征非常出色，尤其在高頻區(qū)的特性與以前電容器相比有很大改善。感光性高分子：指在吸收了光能后，能在分子內(nèi)或分子間產(chǎn)生化學(xué)、物理變化的一類(lèi)功能高分子材料。而且這種變化發(fā)生后，材料將輸出其特有的功能。光導(dǎo)電材料、光電轉(zhuǎn)換材料、光能儲(chǔ)存材料、光記錄材料、光致變色材料和光致抗蝕材料聚酰亞胺：高集成柔性線(xiàn)路板光刻膠封裝材料電子封裝：集成電路基板、封裝材料、導(dǎo)電高分子、感光材料、液晶6參考書(shū)1.王槐三，寇曉康.《高分子化學(xué)教程》，科學(xué)出版社；2.張興英，程玨，趙京波.《高分子化學(xué)》，化學(xué)工業(yè)出版社。3.王槐三，寇曉康.《高分子物理教程》，科學(xué)出版社；參考書(shū)1.王槐三，寇曉康.《高分子化學(xué)教程》，科學(xué)出版社7第一章緒論

學(xué)習(xí)目的掌握高分子材料的定義、特點(diǎn)、分類(lèi)、命名方法和發(fā)展現(xiàn)狀第一章緒論學(xué)習(xí)目的81.1高分子材料科學(xué)概述

高分子化合物的定義高分子化合物的基本特點(diǎn)高分子合成的基本概念1.1高分子材料科學(xué)概述高分子化合物的定義91.1.1高分子材料的定義高分子化合物（也稱(chēng)聚合物、高聚物）：是指那些眾多原子或原子團(tuán)主要以共價(jià)鍵結(jié)合而成的相對(duì)分子質(zhì)量在一萬(wàn)以上的化合物。高分子材料：高分子化合物作為材料應(yīng)用時(shí)。1.1.1高分子材料的定義高分子化合物（也稱(chēng)聚合物、高聚101.1.2高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）化學(xué)組成簡(jiǎn)單，分子結(jié)構(gòu)有規(guī)律性：組成大分子的原子數(shù)目成千上萬(wàn)，但以C、H、O、N最為普遍，也有S、Cl、P、Si、F。2）主要為共價(jià)鍵：主鏈的元素大都以共價(jià)鍵相互連結(jié)；極少數(shù)聚合物的主鏈含有配位鍵；一些聚合物的分子側(cè)基或側(cè)鏈上有離子鍵或配位鍵。3）分子量較大：不同聚合物，具備高分子特性所必需的分子量下限相去甚遠(yuǎn)。例如一般縮聚物在1萬(wàn)左右；而一般加聚物>1萬(wàn)、有些>100萬(wàn)，表1-1。1.1.2高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）化學(xué)組成簡(jiǎn)單，分子結(jié)構(gòu)111.1.2高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4）分子量的多分散性：一般聚合物實(shí)際上是由分子量大小不等的同系物組成的混合物。5）分子形態(tài)多樣化：絕大多數(shù)合成聚合物的大分子均為長(zhǎng)鏈線(xiàn)型的，還有支鏈型、體型結(jié)構(gòu)、星形等，同分異構(gòu)體。1.1.2高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4）分子量的多分散性：一般121.1.3高分子化合物的性能特點(diǎn)高性能：聚合物分子量很大，因而具有與低分子同系物完全不同的物理性能。如聚合物具有高軟化點(diǎn)、高強(qiáng)度、高彈性、其溶液和熔體具有高粘度等性質(zhì)。乙烯與PE比較：氣體&固體性能與結(jié)構(gòu)相關(guān)：相同組成和分子量的高分子，如果結(jié)構(gòu)形態(tài)不同，其性能有很大差異，如：全同立構(gòu)PP：結(jié)晶度高，熔點(diǎn)為160℃無(wú)規(guī)立構(gòu)PP：結(jié)晶度低，熔點(diǎn)為75℃1.1.3高分子化合物的性能特點(diǎn)高性能：聚合物分子量很大，131.1.4高分子合成的基本概念高分子的合成是通過(guò)聚合反應(yīng)完成聚合反應(yīng)：由某些符合特定條件的低分子化合物（單體）合成高聚物的化學(xué)反應(yīng)。1.1.4高分子合成的基本概念高分子的合成是通過(guò)聚合反應(yīng)141）加聚反應(yīng)和加聚物定義：生成的聚合物結(jié)構(gòu)單元與其單體相比較除電子結(jié)構(gòu)有改變外，所含原子的種類(lèi)、數(shù)目均未發(fā)生變化的聚合反應(yīng)和產(chǎn)物。如：由乙烯加聚合成PE1）加聚反應(yīng)和加聚物定義：生成的聚合物結(jié)構(gòu)單元與其單體相152）縮聚反應(yīng)和縮聚物定義：生成的聚合物在組成上比原料單體少了一些原子的聚合反應(yīng)。反應(yīng)特點(diǎn)：縮聚反應(yīng)均伴隨著小分子的生成。例：己二酸與己二胺的縮聚反應(yīng)生成尼龍66：2）縮聚反應(yīng)和縮聚物定義：生成的聚合物在組成上比原料單體16縮聚反應(yīng)和縮聚物的重要概念重復(fù)結(jié)構(gòu)單元（鏈接）：大分子鏈上可重復(fù)的最小單元。如尼龍66中的-OC(CH2)4COHN(CH2)6NH-結(jié)構(gòu)單元：與單體組成相同，只是電子結(jié)構(gòu)不同的重復(fù)單元。如尼龍66中的-OC(CH2)4CO-和-HN(CH2)6NH-聚合度：衡量高分子大小的指標(biāo)，表示方法1）以重復(fù)結(jié)構(gòu)單元數(shù)表示，記作2）以結(jié)構(gòu)單元數(shù)表示，記作縮聚反應(yīng)和縮聚物的重要概念重復(fù)結(jié)構(gòu)單元（鏈接）：大分子鏈上171.2高分子材料的分類(lèi)

合成高分子

定義：從結(jié)構(gòu)和分子量都已知的小分子原料出發(fā)，通過(guò)一定的化學(xué)反應(yīng)和聚合方法合成的聚合物。分類(lèi)：按性能和用途分為橡膠、纖維、塑料、涂料、膠粘劑和功能高分子等六大類(lèi)。有機(jī)高分子：主鏈以C-C為主，偶有O、N、S等；無(wú)機(jī)高分子：主鏈上沒(méi)有C，如硅橡膠、聚二硫化硅。天然高分子

無(wú)機(jī)高分子：石棉、石墨、金剛石、云母；有機(jī)高分子：如動(dòng)物的毛、皮、骨、爪和植物的纖維素，天然橡膠、蛋白質(zhì)、糖等。1.2高分子材料的分類(lèi)合成高分子181.2高分子材料的分類(lèi)合成高分子

定義：從已知的小分子原料出發(fā)，通過(guò)一定的聚合反應(yīng)方法合成的聚合物。分類(lèi)：按性能和用途分為橡膠、纖維、塑料、涂料、膠粘劑和功能高分子等六大類(lèi)。有機(jī)高分子：主鏈以C-C為主，偶有O、N、S等；無(wú)機(jī)高分子：主鏈上沒(méi)有C，如硅橡膠、聚二硫化硅、聚氟磷氮。天然高分子無(wú)機(jī)高分子：石棉、石墨、金剛石、云母；有機(jī)高分子：如動(dòng)物的毛、皮、骨、爪和植物的纖維素，天然橡膠、蛋白質(zhì)、糖等。1.2高分子材料的分類(lèi)合成高分子191.3高分子材料的命名

通俗命名法：“聚”+“單體名稱(chēng)”命名法“單體名稱(chēng)”+“共聚物”命名法單體簡(jiǎn)稱(chēng)+聚合物用途或物性類(lèi)別命名法“IUPAC”系統(tǒng)命名法1.3高分子材料的命名通俗命名法：201.3.1“聚”+“單體名稱(chēng)”命名法最簡(jiǎn)單最常用的命名法。適用范圍：僅限于由烯類(lèi)單體合成的加成聚合物，以及個(gè)別特殊的縮聚物。例如：

1.3.1“聚”+“單體名稱(chēng)”命名法最簡(jiǎn)單最常用的命名法。211.3.2“單體名稱(chēng)”+“共聚物”命名法適用范圍：適用于兩種或兩種以上烯類(lèi)單體制備的加聚共聚物的命名，通常情況下不得用于縮聚物的命名。例如：將苯乙烯與甲基丙烯酸甲酯的共聚物命名為“苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物”；但己二酸與己二胺進(jìn)行縮聚反應(yīng)得到的聚合物不得命名為“己二酸己二胺共聚物”。1.3.2“單體名稱(chēng)”+“共聚物”命名法適用范圍：適用于兩221.3.3單體簡(jiǎn)稱(chēng)+聚合物用途或物性類(lèi)別命名法命名規(guī)則：三大合成材料，分別以“樹(shù)脂”、“橡膠”或“綸”作為后綴，在前面加上單體或聚合物的全名或簡(jiǎn)稱(chēng)。如：PE樹(shù)脂、丁苯橡膠、丙綸等。類(lèi)型：

1）樹(shù)脂類(lèi)命名法2）橡膠類(lèi)命名法3）纖維類(lèi)命名法4）化學(xué)結(jié)構(gòu)類(lèi)別命名法1.3.3單體簡(jiǎn)稱(chēng)+聚合物用途或物性類(lèi)別命名法命名規(guī)則：三231）樹(shù)脂類(lèi)命名法命名規(guī)則：一些由兩種或兩種以上單體合成的混縮聚物，取單體簡(jiǎn)稱(chēng)再加“樹(shù)脂”，如（苯）酚+（甲）醛→酚醛樹(shù)脂尿（素）+（甲）醛→脲醛樹(shù)脂（丙三）醇+（鄰苯二甲）酸（酐）→醇酸樹(shù)脂1）樹(shù)脂類(lèi)命名法命名規(guī)則：一些由兩種或兩種以上單體合成的混242）橡膠類(lèi)命名法命名規(guī)則：多數(shù)合成橡膠是由一種或兩種烯類(lèi)單體合成的加聚物，通常在“橡膠”二字加上單體的簡(jiǎn)稱(chēng)二字。共聚物：兩種單體的名稱(chēng)各取一字再加“橡膠”；均聚物：兩個(gè)字可能均取自該單體名稱(chēng)，也可能一個(gè)字取自單體名稱(chēng)，另一個(gè)字取自聚合反應(yīng)的引發(fā)劑或催化劑名稱(chēng)。例：?。ǘ?苯（乙烯）→丁苯橡膠?。ǘ?（丙烯）腈→丁腈橡膠（2-）氯（代）丁（二烯）→氯丁橡膠?。ǘ?金屬鈉（催化劑）→丁鈉橡膠2）橡膠類(lèi)命名法命名規(guī)則：多數(shù)合成橡膠是由一種或兩種烯類(lèi)單253）纖維類(lèi)命名法命名規(guī)則：英文后綴的音譯字“綸（lon）”命名具有纖維狀的合成聚合物或說(shuō)明其制成品的原料材質(zhì)。例如：聚對(duì)苯二甲酸乙二（醇）酯（原料樹(shù)脂）滌綸（纖維）聚丙烯腈（原料樹(shù)脂）腈綸（纖維）熔融紡絲法紡制溶液紡絲紡制3）纖維類(lèi)命名法命名規(guī)則：英文后綴的音譯字“綸（lon）”264）結(jié)構(gòu)特征命名法規(guī)則：按聚合物的有機(jī)化合物的類(lèi)別將其冠以“聚”字，例如“聚酯”、“聚酰胺”、“聚氨酯”等。如：對(duì)苯二甲酸+乙二醇→聚對(duì)苯二甲酸乙二（醇）酯（PET聚酯）己二酸+己二胺→聚己二酰己二胺（尼龍-66，一種聚酰胺）甲苯-2，4-二異氰酸酯+丁二醇→聚甲苯-2，4-二氨基甲酸丁二（醇）酯（一種聚氨酯）4）結(jié)構(gòu)特征命名法規(guī)則：按聚合物的有機(jī)化合物的類(lèi)別將其冠以27聚酰胺類(lèi)特殊命名法商業(yè)上以尼龍（nylon）作為聚酰胺的統(tǒng)稱(chēng)命名規(guī)則：為了體現(xiàn)聚合物與單體之間的關(guān)系，在尼龍之后按照“胺前酸后”的次序依次加上原料單體二元胺和二元酸的碳原子數(shù)。如：尼龍-610：己二胺和葵二酸的聚合物；尼龍-1010：葵二胺和葵二酸的聚合物；尼龍-6：原料可以是己內(nèi)酰胺，也可以是6-氨基己酸。聚酰胺類(lèi)特殊命名法商業(yè)上以尼龍（nylon）作為聚酰胺281.3.4“IUPAC”系統(tǒng)命名法是純化學(xué)及應(yīng)用化學(xué)國(guó)際聯(lián)合會(huì)于1972年提出的以大分子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)命名法。并建議在國(guó)際學(xué)術(shù)交流中應(yīng)盡量采用此命名法。命名規(guī)則：確定聚合物的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元；將重復(fù)結(jié)構(gòu)單元中的取代基按由小到大、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的順序進(jìn)行書(shū)寫(xiě)；命名重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，并在前面加“聚”字。例：聚丙烯腈→聚（1-腈基亞乙基）；聚甲基丙烯酸甲酯→聚（1-甲氧基?；?1-1-甲基亞乙基）1.3.4“IUPAC”系統(tǒng)命名法是純化學(xué)及應(yīng)用化學(xué)國(guó)際291.4高分子科學(xué)高分子化合物合成原理、反應(yīng)條件、改性方法。高分子組成、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，表征方法。聚合物的成型工藝條件、影響因素、設(shè)備。1.4高分子科學(xué)高分子化合物合成原理、反應(yīng)條件、改性方法。301.5高分子材料科學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的重要成果：1920年史道丁格首次提出以共價(jià)鍵連結(jié)為核心的高分子概念，公認(rèn)為高分子科學(xué)的的奠基人。1953年齊格勒和納塔各自獨(dú)立采用絡(luò)合催化劑成功地合成出高密度聚乙烯（HDPE）以及PP，并于1955年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。這是高分子科學(xué)史上又一個(gè)里程碑。20世紀(jì)40-70年代弗洛里提出了聚合反應(yīng)的等活性理論并提出聚酯動(dòng)力學(xué)和連鎖聚合反應(yīng)機(jī)理。白川英樹(shù)、艾倫.黑格、艾倫.馬克迪爾米德在有關(guān)導(dǎo)電高分子材料方面的成就。1.5高分子材料科學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的重要成果：31現(xiàn)狀產(chǎn)量2010年世界合成高分子材料總產(chǎn)量