《有機(jī)高分子》課件

有機(jī)高分子有機(jī)高分子是由碳原子為主鏈構(gòu)成的聚合物。它們?cè)诓牧峡茖W(xué)、生物化學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。課程內(nèi)容簡(jiǎn)介高分子基礎(chǔ)知識(shí)介紹高分子的定義、分類、命名、合成方法等基本概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。高分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)探討高分子的分子量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)等，深入了解高分子的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的關(guān)系。高分子材料的應(yīng)用介紹高分子材料在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和科技領(lǐng)域中的應(yīng)用，展現(xiàn)高分子材料的廣闊應(yīng)用前景。高分子材料發(fā)展趨勢(shì)探討高分子材料的發(fā)展方向，包括高性能化、功能化、綠色化、可再生和循環(huán)利用等方面。高分子的定義和特點(diǎn)高分子是由許多小分子（單體）通過(guò)化學(xué)鍵連接而成的長(zhǎng)鏈狀物質(zhì)。高分子鏈的長(zhǎng)度可以從幾十個(gè)到幾萬(wàn)個(gè)單體，甚至更多。高分子材料具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，如高強(qiáng)度、高韌性、高彈性、良好的絕緣性能等。高分子的分類天然高分子天然高分子是自然界存在的，它們?cè)谏矬w中扮演著重要角色，例如蛋白質(zhì)、核酸和纖維素。合成高分子合成高分子是由人工合成的，它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域，例如塑料、橡膠和合成纖維。高分子的命名11.結(jié)構(gòu)命名法根據(jù)高分子的結(jié)構(gòu)單元來(lái)命名，例如聚乙烯，聚丙烯。22.來(lái)源命名法根據(jù)高分子的來(lái)源命名，例如天然橡膠，纖維素。33.性能命名法根據(jù)高分子的性能命名，例如耐高溫樹(shù)脂，阻燃塑料。44.商業(yè)命名法一些高分子材料有自己的商品名，例如尼龍，滌綸。高分子的合成方法單體單體是組成高分子的基本結(jié)構(gòu)單元，它們是小的分子，可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)連接起來(lái)形成長(zhǎng)鏈。引發(fā)劑引發(fā)劑是用于啟動(dòng)聚合反應(yīng)的物質(zhì)，它們可以提供自由基、離子或其他活性物質(zhì)。聚合反應(yīng)單體在引發(fā)劑的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)，形成長(zhǎng)鏈的高分子。終止反應(yīng)聚合反應(yīng)可以通過(guò)終止反應(yīng)停止，例如自由基之間的結(jié)合或離子之間的中和。鏈增長(zhǎng)聚合鏈增長(zhǎng)聚合，又稱加成聚合。它是一類重要的聚合反應(yīng)，是單體通過(guò)不飽和鍵打開(kāi)的方式，一個(gè)接一個(gè)地加到活性中心的自由基或離子，形成聚合物的過(guò)程。1引發(fā)引發(fā)劑產(chǎn)生活性中心。2增長(zhǎng)單體不斷添加到活性中心。3終止活性中心相互反應(yīng)。鏈增長(zhǎng)聚合主要用于生產(chǎn)各種合成高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。縮聚聚合1反應(yīng)機(jī)理縮聚反應(yīng)通常涉及兩種或多種單體，它們通過(guò)反應(yīng)生成小分子副產(chǎn)物，如水、甲醇或氯化氫等。2產(chǎn)物結(jié)構(gòu)縮聚產(chǎn)物通常具有線性、支鏈或交聯(lián)結(jié)構(gòu)，取決于單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件。3反應(yīng)類型酯化反應(yīng)酰胺化反應(yīng)醚化反應(yīng)共聚合1隨機(jī)共聚兩種單體在聚合物鏈中隨機(jī)排列。2交替共聚兩種單體在聚合物鏈中交替排列。3嵌段共聚兩種單體在聚合物鏈中形成不同的鏈段。4接枝共聚一種單體在另一種單體的聚合物鏈上形成分支。共聚合是指兩種或多種單體相互反應(yīng)生成聚合物的過(guò)程。共聚合可以改變聚合物的性能，例如提高強(qiáng)度、改善耐熱性、增加韌性等。高分子的分子量概念單個(gè)高分子鏈的平均質(zhì)量單位克/摩爾(g/mol)類型數(shù)均分子量、重均分子量影響高分子材料的物理性質(zhì)和性能高分子的結(jié)構(gòu)線性結(jié)構(gòu)高分子鏈呈線性排列，如聚乙烯、聚氯乙烯。支化結(jié)構(gòu)高分子鏈上存在分支，如淀粉、聚丙烯。交聯(lián)結(jié)構(gòu)高分子鏈之間通過(guò)化學(xué)鍵連接，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如橡膠、樹(shù)脂。環(huán)狀結(jié)構(gòu)高分子鏈形成閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如環(huán)狀聚合物、環(huán)狀聚合物。高分子的形態(tài)線形線形高分子鏈像一條長(zhǎng)線，可分為無(wú)支鏈和有支鏈兩種。例如，聚乙烯、聚丙烯等。支鏈支鏈高分子鏈上長(zhǎng)著一些支鏈，例如，低密度聚乙烯、淀粉等。網(wǎng)狀網(wǎng)狀高分子鏈相互交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，例如，橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂等。非晶高分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)非晶高分子結(jié)構(gòu)無(wú)序，鏈段排列不規(guī)則。分子鏈以纏繞的形式存在，缺乏規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)。特性沒(méi)有明顯的熔點(diǎn)，具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。材料透明，韌性好，易于加工，可制成薄膜、纖維等。結(jié)晶高分子有序排列結(jié)晶高分子中的鏈段以規(guī)則的排列方式，形成三維晶格結(jié)構(gòu)，這使得材料具有更高的強(qiáng)度、硬度和耐熱性。結(jié)晶度結(jié)晶度是指高分子材料中結(jié)晶區(qū)域所占的比例。結(jié)晶度越高，材料的性能就越好。影響因素溫度、壓力、溶劑、分子量等因素都會(huì)影響結(jié)晶高分子的結(jié)晶度和性能。高分子的玻璃化轉(zhuǎn)變1從剛性到柔性高分子鏈段運(yùn)動(dòng)受限2玻璃態(tài)硬而脆，類似玻璃3橡膠態(tài)柔軟有彈性，類似橡膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高分子材料的一個(gè)重要物理性質(zhì)。當(dāng)溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，高分子材料處于玻璃態(tài)，表現(xiàn)出剛性和脆性。當(dāng)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，高分子材料處于橡膠態(tài)，表現(xiàn)出柔軟性和彈性。高分子的熔融高分子的熔融是指高分子材料從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過(guò)程。熔融溫度是高分子材料的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了高分子鏈之間相互作用力的強(qiáng)弱。1熔融溫度熔融溫度越高，表示高分子鏈之間相互作用力越強(qiáng)。2分子量分子量越大，熔融溫度越高。3結(jié)構(gòu)支鏈結(jié)構(gòu)、交聯(lián)結(jié)構(gòu)等會(huì)影響熔融溫度。影響高分子熔融溫度的因素主要有分子量、結(jié)構(gòu)和極性等。熔融后的高分子材料具有流動(dòng)性，可以進(jìn)行加工成型。高分子的溶解溶解定義高分子溶解是指高分子鏈分散在溶劑中形成均相體系的過(guò)程。溶解條件溶解過(guò)程需要滿足高分子與溶劑間的相互作用力大于高分子鏈之間的相互作用力，以及溶劑的極性和高分子的極性相匹配。溶解過(guò)程高分子溶解是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及高分子鏈段的解纏繞、溶劑分子進(jìn)入高分子鏈間形成溶劑化層等步驟。溶解度參數(shù)溶解度參數(shù)是衡量高分子與溶劑相互作用力的一個(gè)重要指標(biāo)，可以幫助預(yù)測(cè)高分子在不同溶劑中的溶解性。高分子的溶脹1溶脹過(guò)程高分子材料在溶劑中吸收溶劑并膨脹的過(guò)程，表現(xiàn)為體積增大，密度降低。2溶脹程度溶脹程度取決于高分子與溶劑的親和力、高分子的交聯(lián)密度和溶劑的性質(zhì)。3溶脹平衡當(dāng)高分子吸收的溶劑量達(dá)到平衡時(shí)，溶脹過(guò)程停止，此時(shí)高分子網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定狀態(tài)。高分子的固化1交聯(lián)反應(yīng)固化是通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)使高分子鏈之間形成化學(xué)鍵的過(guò)程。交聯(lián)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致高分子材料發(fā)生硬化、變脆，提高強(qiáng)度和耐熱性。2熱固性樹(shù)脂熱固性樹(shù)脂在固化過(guò)程中形成不可逆的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。固化后無(wú)法再次熔融或溶解。3應(yīng)用固化技術(shù)廣泛應(yīng)用于制造橡膠、塑料、樹(shù)脂等高分子材料。固化可使材料具有不同的性能，例如強(qiáng)度、彈性、耐熱性等。高分子的常見(jiàn)物理性質(zhì)11.機(jī)械性質(zhì)高分子材料的機(jī)械性質(zhì)多種多樣，例如強(qiáng)度、硬度、韌性、彈性等，這些性質(zhì)取決于其結(jié)構(gòu)和分子量。22.熱性質(zhì)高分子材料的熱性質(zhì)包括熔點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱穩(wěn)定性等，這些性質(zhì)決定其使用溫度范圍和加工條件。33.光學(xué)性質(zhì)高分子材料的光學(xué)性質(zhì)包括透明度、顏色、折射率等，這些性質(zhì)取決于其結(jié)構(gòu)和組成。44.電學(xué)性質(zhì)高分子材料的電學(xué)性質(zhì)包括電阻率、介電常數(shù)、電導(dǎo)率等，這些性質(zhì)決定其在電子和電氣領(lǐng)域的應(yīng)用。高分子的常見(jiàn)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)反應(yīng)高分子材料可能會(huì)發(fā)生降解、交聯(lián)、氧化等化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)會(huì)改變材料的性能。溶解性不同的高分子材料對(duì)不同溶劑的溶解性不同，這取決于材料的極性、結(jié)構(gòu)等因素。著色許多高分子材料可以被染料染色，改變其顏色，應(yīng)用于各種領(lǐng)域。穩(wěn)定性高分子材料的化學(xué)穩(wěn)定性取決于其結(jié)構(gòu)和組成，不同材料對(duì)酸、堿、氧化劑等化學(xué)物質(zhì)的耐受性不同。天然高分子存在于自然界源于植物、動(dòng)物、微生物等自然資源，天然高分子是生物體的基本組成部分?？稍偕蕴烊桓叻肿硬牧暇哂锌稍偕?，可降低對(duì)石油資源的依賴，減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。生物降解性多數(shù)天然高分子材料具有生物降解性，可降解為無(wú)害物質(zhì)，不會(huì)造成環(huán)境污染。種類繁多天然高分子包括纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)、橡膠等，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。合成高分子聚乙烯廣泛應(yīng)用于塑料袋、薄膜、容器等。具有耐腐蝕、耐低溫、絕緣性好等特點(diǎn)。聚丙烯常用在食品包裝、纖維、日用品等。具有強(qiáng)度高、耐熱、耐化學(xué)性好等優(yōu)點(diǎn)。聚氯乙烯應(yīng)用于管道、門窗、地板等。具有阻燃性好、耐酸堿、耐候性強(qiáng)等特點(diǎn)。聚酯纖維廣泛用于服裝、地毯、繩索等。具有強(qiáng)度高、耐磨損、耐洗滌等優(yōu)點(diǎn)。高分子材料的應(yīng)用日常生活用品塑料、橡膠、纖維等高分子材料廣泛應(yīng)用于衣物、家具、餐具等領(lǐng)域，為人們的生活提供便利。建筑材料高分子材料可用于制造建筑材料，如防水涂料、絕緣材料和新型建材。工業(yè)制造高分子材料在汽車、航空航天、電子、醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，為工業(yè)制造提供關(guān)鍵材料。其他領(lǐng)域高分子材料在農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，為可持續(xù)發(fā)展提供解決方案。高分子材料的發(fā)展趨勢(shì)高性能化提高強(qiáng)度、耐熱性、耐腐蝕性等性能，滿足航空航天、電子信息等領(lǐng)域的需求。智能化開(kāi)發(fā)具有感知、響應(yīng)、自修復(fù)等功能的智能高分子材料，應(yīng)用于可穿戴設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。綠色化研制可降解、可回收、生物基的高分子材料，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。納米化將高分子材料制備成納米尺寸，獲得優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等性能，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。高分子綠色化與可再生生物降解塑料生物降解塑料可由生物質(zhì)資源制成，如玉米淀粉、纖維素等，降解后不會(huì)造成環(huán)境污染?？稍偕茉蠢每稍偕茉?，如太陽(yáng)能、風(fēng)能等，生產(chǎn)高分子材料，減少化石燃料的消耗。循環(huán)利用對(duì)廢舊高分子材料進(jìn)行回收利用，減少?gòu)U棄物的排放。綠色化學(xué)采用綠色化學(xué)工藝，減少有害物質(zhì)的排放，生產(chǎn)環(huán)境友好的高分子材料。高分子的循環(huán)利用塑料回收利用廢舊塑料可以回收再利用，制成新的塑料制品，例如塑料瓶、塑料袋等。橡膠輪胎回收利用廢舊輪胎可以回收再利用，制成橡膠粉、橡膠顆粒、橡膠地板等。紙張回收利用廢舊紙張可以回收再利用，制成再生紙，例如紙箱、紙袋、筆記本等。紡織品回收利用廢舊紡織品可以回收再利用，制成填充物、再生纖維等。高分子的環(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)生大量廢棄物，對(duì)環(huán)境造成污染。資源浪費(fèi)許多高分子材料難以生物降解，造成資源浪費(fèi)。生態(tài)破壞塑料微粒的污染會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)，危害生物生存。健康風(fēng)險(xiǎn)一些高分子材料含有有害物質(zhì)，對(duì)人體健康造成威脅。高分子的未來(lái)發(fā)展方向性能提升高分子材料的性能不斷改進(jìn)，例如強(qiáng)度、耐熱性、耐腐蝕性、導(dǎo)電