高分子材料概論第一章國內外高分子科學的發(fā)展概況與趨勢課件

高分子材料概論匯報人：某某某匯報時間：2024.X.X

塑料、橡膠、纖維、涂料、膠粘劑按組成金屬材料無機非金屬材料高分子材料按結構結構材料功能材料按使用醫(yī)用材料、耐蝕材料電子材料、耐火材料建筑材料等按結構單晶材料多晶材料非晶材料復合材料材料課程簡介國內外高分子科學的發(fā)展概況與趨勢高分子基本知識高分子化學（合成）聚合物的結構與性能聚合物成型原理及技術簡介功能高分子與新技術聚合物基復合材料人類的文明史=材料的發(fā)展史

高分子（macromolecule、polymer）由許多結構相同的單元通過共價鍵重復連接而成的相對分子量很大的化合物天然高分子合成高分子：塑料、橡膠、纖維、膠粘劑、涂料、功能高分子等高分子材料具有基本性質：比重小，比強度高，韌性、可塑性，高彈性、耐磨性，絕緣性，耐腐蝕性，抗射線。高分子及其應用

高分子材料的消耗率

第一章

國內外高分子科學的發(fā)展

概況與趨勢15世紀

美洲瑪雅人用天然橡膠做容器，雨具等生活用品。1839年

美國人固特異(CharlesGoodyear)發(fā)現(xiàn)天然橡膠與硫磺共熱后明顯地改變了性能，使它從硬度較低、遇熱發(fā)粘軟化、遇冷發(fā)脆斷裂的不實用的性質，變?yōu)楦挥袕椥浴⒖伤苄缘牟牧稀?869年

美國的海厄特(JohnWesleyHyatt,1837-1920)把硝化纖維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱，制造出了第一種人工合成塑料“賽璐珞”(cellulose)。緒論1.高分子材料科學的歷史回顧HistoryofPolymers1887年

CountHilairedeChardonnet（夏爾多內

）用硝化纖維素的溶液進行紡絲，制得了第一種人造絲。

1909年

美國人貝克蘭德(LeoBaekeland)用苯酚與甲醛反應制造出第一種完全人工合成的塑料--酚醛樹酯。

1920年

史道丁格(HermannStaudinger)發(fā)表了"關于聚合反應"(UberPolymerization)的論文提出：高分子物質是由具有相同化學結構的單體經(jīng)過化學反應(聚合)，通過化學鍵連接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一詞即源于此。

1926年

瑞典化學家斯維德貝格等人設計出一種超離心機，用它測量出蛋白質的分子量：證明高分子的分子量的確是從幾萬到幾百萬。1926年

美國化學家WaldoSemon（沃爾多?

沙門）合成了聚氯乙烯，并于1927年實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

1930年

聚苯乙烯(PS)發(fā)明。1932年史道丁格(HermannStaudinger)總結了自己的大分子理論，出版了劃時代的巨著《高分子有機化合物》成為高分子化學作為一門新興學科建立的標志。1935年杜邦公司基礎化學研究所有機化學部的卡羅瑟斯(WallaceH.Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼龍。尼龍在1938年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

1936年

德國人用金屬鈉作為催化劑，用丁二烯合成出丁鈉橡膠和丁苯橡膠。1940年

英國人溫費爾德(T.R.Whinfield,1901-1966)合成出聚酯纖維(PET)

。1940年

PeterDebye發(fā)明了通過光散射測定高分子物質分子量的方法。

1948年

PaulFlory（弗洛里

）建立了高分子長鏈結構的數(shù)學理論。

1950年

德國人齊格勒(KarlZiegler)與意大利人納塔(GiulioNatta)分別用金屬絡合催化劑合成了聚乙烯與聚丙烯。1971年

S.LWolek（沃勒克

）發(fā)明可耐300oC高溫的Kevlar（凱芙拉

）纖維。

1955年

美國人利用齊格勒-納塔催化劑聚合異戊二烯，首次用人工方法合成了結構與天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠。

20世紀20年代staudinger首次提出高分子概念

40年代形成高分子物理理論

50年代出現(xiàn)高分子工程：聚合反應工程、成型加工60年代高分子工業(yè)大發(fā)展時期：通用塑料：.PE、PP、PVC、PS(80%)PFUF、PU、UP工程塑料：ABS、PA、PC、PPO、POM、PBT合成纖維：PET、PAN、PP、PVA、nylon合成橡膠：SBR、NR、順丁橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠

近十年高分子的發(fā)展方向：高性能化、高功能化、精細化、智能化、復合化在高分子科學的形成和發(fā)展的過程中，世界上許多科學家作出了巨大的貢獻，我們不應忘記他們。TheNobelPrizesandpolymerscientists。1953HermannStaudinger(1881-1965)

施陶丁格(HermannStaudinger)是德國著名的化學家，1881年3月23日生于德國的沃爾姆斯(Worms)，1965年8月8日在弗賴堡(Freiburg)逝世，終年84歲。他是1953年諾貝爾化學獎的獲得者。1947年，他編輯出版了《高分子化學》(DiemakromolekulareChemie)雜志，形象地描繪了高分子(Macromolecules)存在的形式。從此，他把“高分子”這個概念引進科學領域，并確立了高分子溶液的粘度與分子量之間的關系，創(chuàng)立了確定分子量的粘度的理論(后來被稱為施陶丁格爾定律)。他的科研成就對當時的塑料、合成橡膠、合成纖維等工業(yè)的蓬勃發(fā)展起了積極作用。由于他對高分子科學的杰出貢獻，1953年,他以72歲高齡，走上了諾貝爾獎金的領獎臺。

Forhisdiscoveriesinthefieldofmacromolecularchemistry

H.Staudinger(1881-1965)1963

KarlZiegler(1903-1979)

GiulioNatta(1898-1973)

德國人齊格勒(KarlZiegler)與意大利人納塔(GiulioNatta)分別發(fā)明用三乙基鋁和三氧化鈦組成的金屬絡合催化劑合成低壓聚乙烯與聚丙烯的方法。這種催化劑被統(tǒng)稱為齊格勒－納塔型催化劑。1963年12月10日，他們共享諾貝爾化學獎的崇高榮譽。

KarlZiegler(1903-1979)GiulioNatta(1898-1973)"fortheirdiscoveriesinthefieldofthechemistryandtechnologyofhighpolymers"

1974PaulJ.Flory(1910-1985)

美國高分子物理化學家弗洛里(PaulJ.Flory)由于在高分子科學領域，尤其在高分子物理性質與結構的研究方面取得巨大成就，1974年榮獲瑞典皇家科學院授予的諾貝爾化學獎。Polymerthermodynamics,kenitics,molecularweightdistribution,solutiontheoryPaulJ.Flory(1910-1985)1991Pierre-GillesdeGennes

法國科學家吉尼(Pierre-GillesdeGennes)提出高分子鏈性質的非平衡態(tài)統(tǒng)計理論和標度理論。成功地將高分子物理理論引向新階段。1991年被授予諾貝爾物理學獎。

Pierre-GillesdeGennes(1932~)"fordiscoveringthatmethodsdevelopedforstudyingorderphenomenainsimplesystemscanbegeneralizedtomorecomplexformsofmatter,inparticulartoliquidcrystalsandpolymers"

2000HidekiShirakawa

AlanJ.Heeger

AlanG.MacDiarmid

2000年10月10日，日本筑波大學白川英樹(HidekiShirakawa)，美國加利福尼亞大學的黑格(AlanJ.Hegger)和美國賓夕法尼亞大學的馬克迪爾米德(AlanG.MacDiarmid)因對導電聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展(塑料電池－聚乙炔)而獲得2000年度諾貝爾化學獎。

"forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers"

2.階段回顧

1914年以前生物大分子本質的推測與聚合作用的觀察后期產(chǎn)生膠體概念首批高分子工業(yè)，人造高分子材料1914年—1942年經(jīng)典發(fā)展時期(ClassicalPolymerScience)Staudingers;Mark;Meyer;Carothers;Kuhn等物理、化學科學家展開聚合物研究Flory開始其高分子研究生涯長鏈結構確定，結晶學對大分子研究作用1942年—1960(70)年完全成熟期Flory作出了決定性的貢獻1970年—現(xiàn)代聚合物科學(ModernPolymerScience)deGennes的蛇行理論（reptation)Mogan液晶和Wichterle隱型眼鏡3.中國的高分子研究

唐敖慶先生于1951年再中國化學會上發(fā)表了我國首篇高分子科學論文（橡膠分子尺寸計算）;王保仁先生在我國高分子科學的形成和發(fā)展中進行了重要的組織工作;馮新德先生再自由基聚合、氧化－還原體系上開展了長期的基礎研究工作，錢人元先生――高分子物理的研究；徐禧――塑料成型加工；錢保功：橡膠研究。高分子科學研究概況及特點

三個基礎分支學科高分子化學高分子物理高分子工程兩個綜合性研究領域功能高分子高分子新材料

“高分子科學與工程”學科高分子化學

研究目標及思路(學科特點)：

創(chuàng)造新物質及提高已有物質的性能研究新高分子化合物的分子設計及合成；研究高分子合成、改性的新聚合反應、新的聚合方法；研究高分子有序結構及特定凝聚態(tài)結構的控制合成或組裝方法。

高分子化學學科基本成熟，研究領域很寬，但大多數(shù)課題是從事功能高分子的合成及用作各種新材料聚合物的合成研究。在高分子化學領域我國在國際上有影響的工作是：三元鎳系順丁橡膠合成和稀土催化合成順丁橡膠以及稀土催化劑的研究；自由基聚合的氧化還原引發(fā)體系；液晶高分子的設計和合成；雜環(huán)高分子的研究；全程自由基聚合反應動力學研究；配位聚合新催化劑研究等。

高分子物理

研究目標及思路(學科特點):

研究高分子的多層次的運動（鏈段運動、分子鏈運動）、多層次相互作用、多層次結構（高分子鏈節(jié)結構、序列結構、各種凝聚態(tài)結構），各種結構因素對聚合物材料性能及功能的影響，以及進行上述工作的手段（儀器）研究和新方法研究。

高分子物理學科也基本成熟，課題相對集中。在高分子物理領域我國在國際上有影響的工作是：高分子聚合反應統(tǒng)計理論；順丁橡膠的結構和性能研究；單鏈高分子的研究；高分子鏈結構和凝聚態(tài)結構的研究；切變流動下高分子體系相分離的研究等。

高分子工程

高分子工程的研究包含兩個部分，

(1)高分子成型加工;(2)聚合反應工程。主要研究在外場（剪切力、振動力、溫度、壓力）作用下，高分子的鏈運動、相態(tài)及結構的變化規(guī)律和控制條件，從而發(fā)展聚合物成型的新方法和新技術；以及研究高分子化合物工業(yè)規(guī)模合成中的尺度效應及工藝特點，從而發(fā)展工業(yè)合成的新技術、新設備、新流程。

我國高分子工程分支學科內涵正在形成之中。目前聚合物成型研究占了絕大部分，而在此研究中多數(shù)工作是聚合物新產(chǎn)品的制造和工藝條件的研究。

功能高分子和高分子新材料功能高分子領域和高分子新材料領域都是高分子的三個分支學科面向社會對材料的需求而形成的研究領域。運用高分子的學科知識與其他學科及領域進行學科交叉，研究和探索能滿足其他學科和領域所需的材料和新技術問題。

功能高分子領域研究用途特殊且用量不大的精細高分子材料。

高分子新材料則是研究實用性廣的通用高分子材料。

功能高分子醫(yī)用功能材料（醫(yī)療材料、藥物緩釋材料）研究；電子聚合物（導電、發(fā)光、非線性光學材料）研究；磁性高分子研究；高分子液晶研究；電磁流變液體研究；智能高分子凝膠研究；功能分離膜研究等。高分子新材料高性能工程塑料；復合材料；可環(huán)境降解材料；納米材料，有機－無機雜化材料；天然高分子改性材料；農用高分子材料；涂料；粘合劑；建筑用高分子材料功能高分子領域和高分子新材料領域目前存在的問題

研究較多地注意了新化合物的合成及應用，深入開展高分子結構與功能關系研究以及功能的原理研究不夠。學科交叉的特點，擴充從事功能高分子和高分子材料研究的知識積累以及開拓研究新的領域的研究思路也不夠。3.高分子科學發(fā)展趨勢和展望

高分子科學處于多種學科的交匯點上，涉及了物理學、數(shù)學、生命科學、電子學、各種工程學以及化學學科內部的其他分支學科，今后高分子科學的發(fā)展將主要從學科交叉種求開拓，從聯(lián)