高分子化学第1章-绪论.ppt

1 PolymerChemistry高分子化学 教材 高分子化学 潘祖仁主编 2 高分子化学 讲授内容 第一章绪论第二章缩聚和逐步聚合第三章自由基聚合第四章自由基共聚合第五章聚合方法第六章离子聚合第七章配位聚合第八章开环聚合第九章聚合物的化学反应 高分子化学 3 聚乙烯丙纶高分子防水胶复合防水卷材 人类正进入合成材料时代 新时代 新生活 新工艺 新产品 高分子化学 4 我被高分子包围了呀 酚醛塑料 涤纶 聚氯乙烯 有机玻璃 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 5 人类正进入合成材料时代 高分子化学 6 高分子化学 通用塑料包装材料 农膜容器 管材建材 门 窗等 家电 日用品 家具电气绝缘材料医疗器械 高分子的主要用途举例 7 高分子化学 8 高分子化学 高分子的主要用途举例 工程塑料与特种高分子汽车车体与内部结构材料机械零部件 工具仪器外壳 支架电路板 电子封装等航空 航天等要求高强度 耐高温 耐腐蚀的特种材料 9 高分子化学 10 高分子化学 合成橡胶轮胎防水材料绝缘材料密封材料 圈 垫等 日用橡胶制品其它特种橡胶制品 高分子的主要用途举例 11 高分子化学 高分子的主要用途举例 合成纤维服装用纺织品装饰用纺织品工业用纺织品医用纤维特种纤维 过滤 增强等 12 高分子化学 四大塑料 四烯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯合成纤维 六纶 涤纶 锦纶 腈纶 丙纶 维纶 氯纶合成橡胶 四胶 顺丁橡胶 丁苯橡胶 乙丙橡胶 异戊橡胶以及聚四氟乙烯 聚醋酸乙烯 有机玻璃等都是经过聚合反应得到的高分子化合物 三大合成材料 13 高分子化学 高分子的主要用途举例 精细高分子涂料 油漆 油墨粘合剂表面活性剂 化妆品油田化学品 降凝剂 驱油剂 减阻剂等 絮凝剂 造纸化学品等吸水树脂 14 高分子化学 高分子的主要用途举例 15 高分子化学 高分子的主要用途举例 功能高分子生物医用高分子材料导电高分子 半导体光电转换 发光等换能材料磁性高分子材料其它信息处理与存贮材料高分子电介质离子交换树脂 螯合树脂高分子试剂 催化剂高分子药物 药物载体 光敏高分子 光刻胶 高分子分离膜材料 16 高分子化学 阿斯匹林 Aspirin 是一个 古老 的解热镇痛药物 而缓释长效阿斯匹林又使阿斯匹林焕发了青春 近年 科学家通过乙二醇的桥梁作用把阿斯匹林连接在高聚物上 制成缓释长效阿斯匹林 用于关节炎和冠心病的辅助治疗 缓释长效阿斯匹林可分为三部分 高分子载体 聚甲基丙烯酸 低分子药物 阿斯匹林 作为桥梁作用的乙二醇 肠胃中水解变为阿斯匹林 高分子药物 现代医药发展方向之一 合成药物长效化和低毒化 其有效途径是低分子药物高分子化 例如可将药物分子连在安全无毒的高分子链上 缓释长效阿斯匹林的结构简式如下 17 高分子化学 缓释长效阿斯匹林在体内的分解过程 人造器官组织 人造器官组织 人造器官组织 18 高分子化学 人造器官组织 人造器官组织 人造器官组织 人造器官组织 人造器官组织 由于某些合成高分子材料 如 有机硅聚合物 有机氟聚合物 聚氨酯 聚乙烯 聚丙烯 聚乙烯醇 醋酸纤维素等 与生物体中的天然高分子有极其相似的化学结构 生物相容性较好 较少受到排斥 安全无毒 可用于制作医用组织和人造器官的高分子材料 从皮肤到内脏 从血液到五官都有用医用高分子材料制成的人造器官组织 如人造血管 人造心脏 人造肾脏 人造皮肤 人造骨髓等 最早应用的医用高分子材料是代替手术缝合线的聚乳酸 使聚乳酸作为外科手术的缝合线 因聚乳酸极易水解 缝合伤口愈合后 不需拆线 缝合线经体液水解为乳酸 由代谢循环排出体外 水解反应式如 19 高分子化学 聚乳酸材料的合成与降解 degradation 20 组织工程 TissueEngineering 21 组织工程 TissueEngineering 组织工程的基本原理和方法 将体外培养的组织细胞吸附扩增于一种生物相容性良好并可被人体逐步降解吸收的生物材料上 形成细胞 生物材料复合物 该生物材料为细胞提供一个生存的三维空间 有利于细胞获得足够的营养物质 进行营养物交换 并且能排除废物 使细胞能在按照预制设计的三维形状支架上生长 然后 将此细胞生物材料复合体植入机体组织病损部位 种植的细胞在生物支架逐步降解吸收过程中 继续增殖并分泌基质 形成新的具有与自身功能和形态相应的组织和器官 这种具有生命力的活体组织能对病损组织进行形态 结构和功能的重建并达到永久性替代 研究重点 细胞支架材料 22 高分子纳米材料在组织工程中的应用 纳米纤维材料用于细胞支架 纳米纤维制备装置 23 组织工程 高分子纳米纤维支架材料的电子显微镜照片 24 组织工程 高分子纳米纤维支架材料的电子显微镜照片 25 组织工程 细胞在高分子纳米纤维支架材料上生长的电子显微镜照片 26 有机太阳能电池 27 Chapter1绪论 高分子化学 28 高分子是由碳 氢 氧 氮 硅 硫等元素组成的分子量足够高的有机物 常用高分子材料分子量在一万到几百万之间 高分子量对化合物性质的影响就是使它具有一定强度 从而可作材料使用 这也是高分子不同于一般化合物之处 又因高分子一般具有长链结构 每个分子好像一条长长的线 许多分子纠集在一起 就成了一个扯不开的线团 这就是高分子化合物具有较高强度 可以作为结构材料使用的根本原因 另一方面 还可以通过各种手段 用物理的或化学的方法 或者使高分子与其他物质相互作用后产生物理或化学变化 从而使高分子成为能完成特殊功能的功能高分子材料 高分子化合物简介 高分子化学 29 高分子具有许多优良性能 高分子材料是当今世界发展最迅速的产业之一 目前世界上合成高分子材料的年产量已经超过1 4亿吨 通用高分子材料 塑料 橡胶 纤维 涂料 粘合剂 几大类高分子材料己广泛应用到电子信息 生物医药 航天航空 汽车工业 包装 建筑等各个领域 功能高分子材料 生物医用高分子材料 高分子半导体 光导电高分子 压电及热电高分子 磁性高分子 光功能高分子 液晶高分子和信息高分子 导电高分子等近年发展迅速 具有特殊功能 高分子材料De应用 高分子化学 30 高分子科学是当代发展最迅速的学科之一 它既是一门应用科学 又是一门基础科学 它是建立在有机化学 物理化学 生物化学 物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科 目前 已经发展成四个主要分支 高分子化学继 四大化学 之后被称为 第五大化学 1 1高分子化学研究对象 高分子化学 31 1 1高分子化学研究对象 高分子化学 32 高分子化学 提高产量 增加品种 改进性能 处理三废 拓宽应用领域 研制新型引发剂 降低能源和材料消耗 使得合成方便易行 采用新的聚合方法获得新性能 新品种 新用途的高聚物 开发功能高分子材料和生物工程高分子材料 1 1高分子化学研究对象 发展方向 33 1 2高分子的基本概念 34 1 2高分子的基本概念 聚合物分子结构必须是由多个重复单元所组成 并且这些重复单元是由相应的小分子衍生而来 高分子化学 35 1 2高分子的基本概念 36 1 2高分子的基本概念 高分子化学 37 1 2高分子的基本概念高分子的三种组成情况 高分子化学 38 1 由一种结构单元组成的高分子 1 2高分子的基本概念高分子的三种组成情况 例如 聚苯乙烯 说明 n表示重复单元数 也称为链节数 在此等于聚合度 高分子化学 39 1 2高分子的基本概念 40 1 2高分子的基本概念 41 1 2高分子的基本概念 2 由两种结构单元组成的高分子合成尼龙 66的特征 其重复单元由两种结构单元组成 且结构单元与单体的组成不尽相同 所以 不能称为单体单元 高分子化学 42 1 2高分子的基本概念 高分子化学 43 1 2高分子的基本概念 例1 以氯乙烯单体为原料 聚合得到的聚氯乙烯的分子量 根据其用途不同可在5万至15万之间 其结构单元的分子量为62 5 计算其聚合度 解 50000 150000 62 5 800 2400通过计算可知 聚氯乙烯的平均聚合度应在800 2400 聚氯乙烯分子约由800 2400个氯乙烯单元组成 44 1 2高分子的基本概念 例2 以对苯二甲酸与乙二醇为原料 经缩聚制得聚对苯二甲酸乙二醇酯 其分子量一般在2万左右 计算及 解 已知 O CH2 2O 结构单元分子量为60 OC C6H5 CO 结构单元分子量为132 由 M M 2得 20000 60 132 2则 208 2 104 高分子化学 45 1 2高分子的基本概念 46 生成均聚物的聚合反应称均聚反应 Homopolymerization 1 2高分子的基本概念 47 说明 x y为任意值 故在分子链上结构单元的排列是任意的 M1M2M1M1M2M1M2M2M2 在这种情况下 无法确定它的重复单元 仅 结构单元 单体单元 1 2高分子的基本概念 48 1 2高分子的基本概念 49 1 2高分子的基本概念 50 1 3高分子化合物的分类和命名 高分子化学 51 1 3高分子化合物的分类和命名 高分子化学 52 1 3高分子化合物的分类和命名 高分子化学 53 1 3高分子化合物的分类和命名 高分子化学 聚合物的结构形态 线型聚合物 体型聚合物 指具有线型结构的聚合物 加热可熔融 加溶剂时可溶解 为热塑性聚合物 如聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯 聚丙烯 聚四氟乙烯 聚碳酸酯 尼龙 聚对苯二甲酸甲酯 氯乙烯 醋酸乙烯共聚物 氯乙烯 醋酸乙烯共聚物 无规线团折叠链螺旋链 交联链 指具有体型交联结构的聚合物 加热不能熔融 加溶剂时不能溶解 为热固性聚合物 如酚醛树脂 脲醛树脂 环氧树脂和聚氨酯等等 支链型聚合物 梳型链星型链 线形高分子上带有侧枝 可溶解在适当溶剂中 加热可以熔融 54 1 3高分子化合物的分类和命名 梳形聚合物 星形聚合物 55 高分子化学 树枝形聚合物 Dendrimer 当今高分子化学的前沿领域 56 高分子化学 树枝形聚合物 Dendrimer 当今高分子化学的前沿领域 57 高分子化学 树枝形聚合物 Dendrimer 当今高分子化学的前沿领域 卟啉分子为核 58 1 3高分子化合物的分类和命名 高分子化学 59 2 由两种单体经缩聚反应合成的高分子 表明或不表明产物类型 表明产物类型 聚 两单体生成的产物名称 如对苯二甲酸和乙二醇的缩聚产物叫 聚对苯二甲酸乙二酯 己二酸和己二胺的缩聚产物叫 聚己二酸己二胺 不表明产物类型 单体名称或简称加后缀 树脂 或 橡胶 如苯酚和甲醛的缩聚产物叫 酚醛树脂 尿素和甲醛的缩聚产物叫 脲醛树脂 甘油 丙三醇 和邻苯二甲酸酐产物叫 醇酸树脂 丁二烯和苯乙烯产物叫 丁苯橡胶 1 3高分子化合物的分类和命名 高分子化学 60 1 3高分子化合物的分类和命名 高分子化学 61 1 3高分子化合物的分类和命名 高分子化学 62