潘祖仁-高分子化學(xué)課件

高分子化學(xué)高分子化學(xué)是研究高分子材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成和應(yīng)用的化學(xué)學(xué)科。高分子材料廣泛應(yīng)用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，例如塑料、橡膠、纖維和涂料。by什么是高分子化學(xué)巨型分子高分子化學(xué)研究的是由大量重復(fù)結(jié)構(gòu)單元組成的巨型分子。這些分子通常具有特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)，例如柔韌性、彈性、粘性等。材料科學(xué)高分子化學(xué)是材料科學(xué)的重要分支，它為我們提供了各種合成材料，包括塑料、橡膠、纖維、涂料等。應(yīng)用廣泛高分子材料在現(xiàn)代生活中無處不在，應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如電子產(chǎn)品、建筑材料、醫(yī)療器械、交通運(yùn)輸、服裝、食品包裝等等。高分子化學(xué)的重要性生活中的應(yīng)用高分子材料廣泛應(yīng)用于衣食住行等各個(gè)方面，如合成纖維、塑料、橡膠等。高分子材料的應(yīng)用改善了人們的生活水平，提高了生活質(zhì)量。科技領(lǐng)域的應(yīng)用高分子材料在航空航天、醫(yī)療器械、電子信息等高科技領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。例如，高性能纖維可用于制造飛機(jī)、火箭等，生物醫(yī)用高分子材料可用于制造人工器官和藥物載體。高分子化學(xué)的歷史1早期發(fā)展19世紀(jì)初期，科學(xué)家開始研究天然高分子，如橡膠、纖維素和蛋白質(zhì)。這些研究奠定了高分子化學(xué)的基礎(chǔ)。2高分子概念的提出20世紀(jì)20年代，德國化學(xué)家赫爾曼·施陶丁格提出了高分子概念，他認(rèn)為高分子是由許多小分子通過化學(xué)鍵連接而成的長鏈結(jié)構(gòu)。3現(xiàn)代高分子化學(xué)20世紀(jì)中期，隨著合成高分子材料的不斷發(fā)展，高分子化學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科，并取得了巨大的進(jìn)展。高分子的基本概念巨型分子高分子是由許多重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元通過共價(jià)鍵連接形成的巨型分子。高分子鏈高分子鏈通常是線形的，但也有支化、環(huán)狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。分子量高分子的分子量很大，通常用平均分子量來表示。高分子鏈的結(jié)構(gòu)高分子鏈的結(jié)構(gòu)是指高分子鏈中各原子或原子團(tuán)的排列方式和空間關(guān)系，是決定高分子材料性能的關(guān)鍵因素。高分子鏈的結(jié)構(gòu)包括主鏈結(jié)構(gòu)、側(cè)鏈結(jié)構(gòu)、支鏈結(jié)構(gòu)以及鏈的末端結(jié)構(gòu)等，每種結(jié)構(gòu)對高分子材料的物理、化學(xué)性質(zhì)都有重要的影響。例如，聚乙烯的結(jié)構(gòu)簡單，沒有側(cè)鏈和支鏈，屬于直鏈結(jié)構(gòu)，因此其具有較高的結(jié)晶度和較好的機(jī)械強(qiáng)度。而聚丙烯由于存在側(cè)鏈，其結(jié)晶度較低，機(jī)械強(qiáng)度也相對較差。高分子鏈的形態(tài)線性結(jié)構(gòu)線性高分子鏈由許多重復(fù)單元線性連接而成，類似于鏈條，例如聚乙烯、聚丙烯等。支化結(jié)構(gòu)支化高分子鏈由許多支鏈連接到主鏈上，例如淀粉、纖維素等。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀高分子鏈由許多鏈段交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，例如橡膠、環(huán)氧樹脂等。球形結(jié)構(gòu)球形高分子鏈由許多鏈段折疊形成球形結(jié)構(gòu)，例如蛋白質(zhì)、酶等。高分子的分類11.天然高分子天然高分子來源于自然界，例如蛋白質(zhì)、淀粉和纖維素等，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和材料領(lǐng)域。22.合成高分子合成高分子是通過化學(xué)合成方法制備的，例如聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，在工業(yè)和生活中有廣泛應(yīng)用。33.生物降解高分子生物降解高分子是指在自然環(huán)境中能夠被微生物降解的，例如聚乳酸、聚羥基丁酸酯等，具有環(huán)保優(yōu)勢。44.功能性高分子功能性高分子是指具有特殊功能的高分子，例如導(dǎo)電高分子、光學(xué)高分子和生物活性高分子等，在電子、光學(xué)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。聚合反應(yīng)的基本原理單體聚合通過化學(xué)反應(yīng)將小分子單體連接成大分子聚合物的過程。鏈增長聚合單體通過逐步添加反應(yīng)形成聚合物的反應(yīng)。步增長聚合單體通過逐步反應(yīng)形成二聚體、三聚體等，最后形成高分子。鏈增長聚合反應(yīng)1引發(fā)自由基或離子引發(fā)劑2增長單體不斷加到活性中心3終止活性中心被消除鏈增長聚合反應(yīng)是通過活性中心逐步添加單體，形成高分子鏈的反應(yīng)。反應(yīng)通常分為引發(fā)、增長和終止三個(gè)階段。步增長聚合反應(yīng)步增長聚合反應(yīng)是一種逐步生成高分子鏈的聚合反應(yīng)。它通常涉及單體之間的反應(yīng)，形成二聚體，然后是三聚體，依此類推，最終形成高分子鏈。1單體反應(yīng)單體分子之間相互反應(yīng)，形成二聚體2二聚體反應(yīng)二聚體與單體或其他二聚體反應(yīng)，形成三聚體或更高聚體3鏈增長反應(yīng)逐步進(jìn)行，鏈逐漸增長4高分子形成最終形成高分子鏈與鏈增長聚合反應(yīng)不同，步增長聚合反應(yīng)通常發(fā)生在較高的溫度下，并具有較長的反應(yīng)時(shí)間。共聚合反應(yīng)定義共聚合反應(yīng)是指兩種或多種單體通過聚合反應(yīng)生成的一種聚合物。共聚物由兩種或多種單體單元組成，這些單元以一定方式排列。分類共聚合反應(yīng)可以分為多種類型，例如：隨機(jī)共聚、交替共聚、嵌段共聚和接枝共聚。這些共聚反應(yīng)的類型取決于單體單元在共聚物鏈中的排列方式。應(yīng)用共聚合反應(yīng)是高分子化學(xué)中重要的反應(yīng)類型，它可以用來合成具有特殊性能的聚合物材料。例如，共聚合反應(yīng)可以用來改善聚合物的機(jī)械性能、熱性能、光學(xué)性能以及阻燃性能。舉例常見的共聚物例子包括：ABS樹脂、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）共聚物、聚乙烯-乙烯醇（EVOH）共聚物、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）共聚物。高分子量的測定高分子量的測定是研究高分子材料性質(zhì)和應(yīng)用的重要基礎(chǔ).準(zhǔn)確測定高分子量可以幫助理解其物理化學(xué)性質(zhì)，例如熔點(diǎn)、粘度、溶解度等.1K道爾頓高分子量的單位10方法常用的測定方法1M分子量高分子量分布100影響影響高分子材料的性能高分子材料的性能物理性能高分子材料的物理性能包括強(qiáng)度、硬度、韌性、彈性、耐熱性、耐寒性、耐磨性等。強(qiáng)度是指材料抵抗外力破壞的能力，硬度是指材料抵抗表面壓痕的能力，韌性是指材料抵抗斷裂的能力，彈性是指材料在外力作用下發(fā)生形變后恢復(fù)原狀的能力?；瘜W(xué)性能高分子材料的化學(xué)性能包括耐腐蝕性、耐溶劑性、耐氧化性、耐酸堿性等。耐腐蝕性是指材料抵抗腐蝕性介質(zhì)侵蝕的能力，耐溶劑性是指材料抵抗溶劑溶解的能力，耐氧化性是指材料抵抗氧化作用的能力。高分子材料的加工1混合將高分子材料與其他物質(zhì)混合，以改變其性能或制造復(fù)合材料。2成型將混合后的高分子材料塑造成所需的形狀，常見方法有注塑、擠出、吹塑等。3固化使高分子材料通過化學(xué)反應(yīng)或物理變化固化，獲得最終的性能和形狀。4后處理對加工完成的高分子材料進(jìn)行表面處理、涂覆等操作，以改善其性能。高分子材料的加工過程包含多個(gè)步驟，每個(gè)步驟都對材料的最終性能至關(guān)重要。選擇合適的加工工藝，可以有效提高材料的性能和產(chǎn)品質(zhì)量。高分子材料的應(yīng)用日常生活從服裝、食品包裝到家具、電子產(chǎn)品，高分子材料無處不在，提高了生活質(zhì)量。工業(yè)領(lǐng)域高分子材料在汽車、航空航天、建筑、能源等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)科技進(jìn)步。醫(yī)療衛(wèi)生高分子材料制成的醫(yī)療器械、生物材料，為人類健康保駕護(hù)航，造福社會(huì)。環(huán)境保護(hù)可降解高分子材料、吸附劑，為環(huán)境保護(hù)提供解決方案，可持續(xù)發(fā)展。高分子材料的回收與再利用11.回收利用減少塑料廢棄物，保護(hù)環(huán)境，緩解資源壓力。22.再生利用將廢棄塑料分解成單體或低聚物，用于生產(chǎn)新的塑料制品。33.物理處理將廢棄塑料粉碎、造粒，用于制造塑料地板、塑料制品。44.化學(xué)處理通過化學(xué)方法改變塑料結(jié)構(gòu)，使其可用作燃料或其他材料。生物相容性高分子材料生物相容性是指材料與生物體之間相互作用的能力，不會(huì)引起生物體的排斥或不良反應(yīng)。生物降解性是指材料在體內(nèi)可以被生物體酶或水解，最終降解成無害的產(chǎn)物，并被機(jī)體吸收或排出體外。應(yīng)用領(lǐng)域生物相容性高分子材料在醫(yī)療領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如人工器官、藥物緩釋系統(tǒng)、組織工程等。發(fā)展趨勢隨著生物醫(yī)學(xué)工程和材料科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物相容性高分子材料將擁有更大的應(yīng)用潛力。功能性高分子材料導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子材料具有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)，可用于制造有機(jī)發(fā)光二極管、傳感器和太陽能電池等。生物降解高分子生物降解高分子材料可以被生物降解成無害的物質(zhì)，如水和二氧化碳，具有環(huán)境友好性。智能高分子智能高分子材料對環(huán)境刺激，如溫度、pH值或光照，具有響應(yīng)性，可用于制造藥物釋放系統(tǒng)和生物傳感器等。智能高分子材料響應(yīng)性智能高分子材料對環(huán)境變化敏感，可以根據(jù)外部刺激改變形狀、尺寸或性質(zhì)。自修復(fù)一些智能高分子材料具有自我修復(fù)能力，能夠在受損后自動(dòng)恢復(fù)功能?？煽蒯尫胖悄芨叻肿硬牧峡梢愿鶕?jù)需要釋放藥物、營養(yǎng)物質(zhì)或其他物質(zhì)，在藥物控制和生物工程領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用?？沙掷m(xù)性一些智能高分子材料可生物降解或可循環(huán)利用，有助于減少環(huán)境污染。高分子納米復(fù)合材料增強(qiáng)性能納米材料的加入可以提高高分子材料的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和阻隔性能，使其在各種應(yīng)用中發(fā)揮更優(yōu)異的性能。功能化納米材料賦予高分子材料新的功能，例如導(dǎo)電性、磁性、光學(xué)特性和生物活性，擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。應(yīng)用領(lǐng)域高分子納米復(fù)合材料在航空航天、汽車制造、電子器件、生物醫(yī)學(xué)和能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，助力科技進(jìn)步。高分子材料的環(huán)境影響環(huán)境污染高分子材料的生產(chǎn)和使用會(huì)產(chǎn)生廢棄物和污染物。這些污染物可能會(huì)污染空氣、水和土壤，并對生態(tài)系統(tǒng)造成負(fù)面影響。資源消耗高分子材料的生產(chǎn)需要大量的化石燃料和原材料。這會(huì)導(dǎo)致資源枯竭并加劇氣候變化。高分子材料的可持續(xù)發(fā)展循環(huán)利用塑料、橡膠等高分子材料可以回收再利用，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。生物降解開發(fā)可降解高分子材料，如生物塑料，減少環(huán)境污染?？稍偕Y源使用可再生資源，如植物油、淀粉等，代替石油基高分子材料。綠色設(shè)計(jì)采用綠色設(shè)計(jì)理念，降低高分子材料生產(chǎn)和使用過程中的環(huán)境影響。高分子材料的未來發(fā)展方向納米材料納米材料的應(yīng)用將提高高分子材料的性能，例如強(qiáng)度，韌性和抗腐蝕性。生物降解可生物降解的高分子材料將在減少塑料污染方面發(fā)揮重要作用。智能材料智能高分子材料可以根據(jù)環(huán)境變化改變其性能，例如形狀和顏色。可再生資源利用可再生資源生產(chǎn)高分子材料，例如植物和生物質(zhì)。高分子材料的安全與健康11.安全使用高分子材料的生產(chǎn)和使用應(yīng)符合安全規(guī)范。使用過程中，要避免接觸皮膚和眼睛，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施。22.健康風(fēng)險(xiǎn)一些高分子材料可能釋放有害物質(zhì)，對人體健康造成危害。因此，應(yīng)選擇環(huán)保型材料，并注意其使用環(huán)境。33.材料降解高分子材料的降解過程會(huì)釋放某些物質(zhì)，這些物質(zhì)可能對環(huán)境造成污染，影響人體健康。44.食品安全用于食品包裝的材料，應(yīng)確保其安全無毒，避免對食品造成污染。高分子材料的倫理問題環(huán)境影響高分子材料的生產(chǎn)和使用會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，例如塑料垃圾和溫室氣體排放。資源消耗高分子材料的生產(chǎn)需要大量的化石燃料和資源，加劇了資源的枯竭。健康風(fēng)險(xiǎn)一些高分子材料可能含有有害物質(zhì)，會(huì)對人體健康造成危害。道德爭議高分子材料的使用和發(fā)展可能引發(fā)道德爭議，例如動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和基因工程。高分子化學(xué)在生活中的應(yīng)用玩具塑料玩具是高分子材料應(yīng)用的典型例子。它們輕便、耐用、易于成型，并且價(jià)格低廉。常見的塑料玩具包括積木、玩偶、汽車和飛機(jī)。服裝合成纖維，如尼龍、滌綸和聚酯纖維，是高分子材料在服裝行業(yè)的應(yīng)用。它們具有耐磨、防皺、保暖和易洗滌的優(yōu)點(diǎn)，深受消費(fèi)者青睞。高分子化學(xué)在科技領(lǐng)域的應(yīng)用航空航天聚合物復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、重量輕的特點(diǎn)，在飛機(jī)和火箭制造中得到廣泛應(yīng)用。醫(yī)療領(lǐng)域生物相容性高分子材料用于制造人工器官、藥物緩釋系統(tǒng)等，提高醫(yī)療水平。電子設(shè)備高分子材料在電子設(shè)備中起到絕緣、封裝等重要作用，促進(jìn)電子行業(yè)發(fā)展。高分子化學(xué)的前沿研究可控/活性聚合精確控制聚合物結(jié)構(gòu)和性能，如分子量和鏈結(jié)構(gòu)。這將有助于生產(chǎn)高性能材料并開發(fā)新型應(yīng)用。生物降解高分子研究開發(fā)可降解的、生物相容性高分子，以解決塑料污染和環(huán)境問題。高分子納米材料將高分子與納米材料結(jié)合，形成具有獨(dú)特性能的