高分子材料高分子材料化学高分子材料科学基础11高ppt课件.ppt

高分子材料第一篇高分子材料化学 第一章高分子材料科学基础 1 1高分子材料发展历史1 1 1蒙昧时期 19世纪中叶前使用天然高分子 棉麻丝竹木草藤1839 天然橡胶硫化1868 硝化纤维素 化学改性1893 黏胶纤维的生产 1 1 2萌芽时期 本世纪三十年代1821 热降解淀粉1839 天然橡胶1868 硝酸纤维素1924 发明乙酸纤维素1877 F A Kekule提出 蛋白质 淀粉 纤维素等由长链分子组成1893 E Fischer 制备出聚合度为30的多肽 氨基酸通过酰胺键连接 1909 第一个合成大分子 酚醛树脂工业化1920 H Staudinger 发表 论聚合 奠定现代高分子科学基础 高分子由单体聚合 链式大分子 结构与相对分子质量的多分散性 1 1 3发展时期 至今 1 W Kuhn E Guth H Mark等 提出高分子统计构象学阐述了单个分子链 网络 宏观力学性能与微观网络间相关性第i根高分子链固定在三维空间 用统计方法得到构象数 i 构象熵Si ln i所有分子链加合S Si kln i k Boltzman常数唯象理论 从实验现象发现规律 确定关系 2 T Svedberg 超离心技术首次测得蛋白质相对分子质量及分布高分子溶液中沉降与布朗运动抵消 在离心场中则依分子大小而沉降 形成浓度梯度 3 1942年 P J Flory推导出高分子溶液的热力学性质 使高分子稀溶液的性质得到了解释 4 P Debye B N Zimm等光散射法测定重均相对分子质量 5 1953年 X 射线确定了脱氧核糖核酸的双螺旋结构及其等同周期 6 1965年 牛胰岛素合成 51种氨基酸按一定顺序连接而成 是第一个人工合成的有生物活性的蛋白质目前已达到130多肽 20世纪50年代 K Ziegler 德 Q Natt 意 配位配合催化剂 TiCl4 AlR3立构规整性高分子合成20世纪60年代 M Sware 活性高分子制备特定结构的高分子 星形 梳形 梯形 远螯 嵌段 接枝远螯预聚物 反应性低聚物 分子量小于1万 链端带有活性功能基 多呈液体 如液体橡胶 加工方便 先浇铸后加交联剂固化 1970 通用高分子 功能高分子 吸附功能交换功能催化功能反应功能分离功能医用功能光电磁功能 1 1 4我们已进入聚合物时代 1 和生活工作紧密相关 2 三大材料衡量综合国力 金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料合成橡胶产量超过天然橡胶合成纤维产量与天然纤维相近塑料全部合成或改性 3 1 3研究人员与聚合物的结构与性能有关 1 2高分子材料在国民经济和科学技术中地位 材料 能源 信息是科学技术三大支柱材料是一切技术发展的物质基础材料科学建立只有三十多年的历史 是新兴和交叉科学高分子材料不可代替的作用 用途广泛 相当于金属 木材 水泥之合现代材料学的任务 制备 结构 性能和加工及相互关系高分子材料科学的任务 合成 结构与性能 工艺加工成型 1 3材料的类别 化学组成 金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料三类结构形态 单晶 多晶 非晶 复合材料作用 结构材料和功能材料结构材料强调力学性能功能材料具有特殊的物理化学和生物功能使用的领域 电子材料 耐火材料 耐蚀材料 建筑材料等 1 3 1金属材料纯金属和合金工业 黑色金属和有色金属黑色金属 铁和铁合金有色金属 除上以外的其余金属 分为以下四类 重 铜 轻 钠 贵 金 稀有金属 锗镧铀现在 稀有金属往往从有色金属中划出来 与黑色金属 有色金属并列 1 3 2无机非金属材料无机化合物构成 主要硅酸盐 二氧化硅和其他金属氧化物如氧化钙结合形成陶瓷 玻璃 水泥的主要成分锗和硅是半导体主要材料新型无机非金属材料 氧化铝制成的刚玉制品 焦炭和石英制成的碳化硅制品钛酸钡铁电体材料等 1 3 3高分子材料以高分子为基体 配合其他添加物或助剂天然高分子材料和合成高分子材料主链 碳链高分子材料 杂链高分子材料 元素有机高分子材料性能和用途 三大合成材料 功能高分子 粘合剂 涂料 聚合物基复合材料 1 3 4复合材料二种或二种以上物理和化学组成不同的物质以不同方式组合 多相结构连续相基体 树脂分散相 添加剂 其他填料 纤维等如玻璃钢 玻璃纤维增强塑料 有机硅材料 其他高强度和高性能 主要用于航天工业 1 4高分子材料发展趋势 1 4 1高分子材料科学发展趋势 1 高性能化新型分子结构的聚合物工艺条件及催化剂等改变现有高分子的结构新的加工方法改变聚集态结构微观复合 分子复合 原位复合 自增强 2 高功能化电功能 磁功能 生物功能 吸附功能 3 复合化克服单一材料的缺点 发挥组合优势高分子树脂是复合材料的基体 如玻璃 碳 纤维增强树脂复合材料高分子树脂主要是热固性树脂 但热塑性近年受到重视 主要研究方向 高强度高模量纤维增强材料 高强度成型加工和耐热性的新基体材料界面特性 提高粘接性无损检测技术 提高可靠性微观复合材料和宏观复合材料综合利用新成型加工技术 4 精细化高纯化 超净化 精细化 功能化如纳米材料如超细微光刻技术分辨率1 2 m 需要新型光致抗蚀剂 5 智能化生物材料性能 自我修复 环境应答 自我增殖 认识识别能力刺激反应性 预知预告性人造医用高分子材料 1 4 2高分子材料生产技术发展趋势 1 综合利用原料 石油化工原料的充分合理利用 生物资源中制造新材料 通用高分子采用本体聚合成型加工 高速化 大型化 自动化 新技术的采用如粒子束 微波 超声波 等离子体高分子助剂的高效能 多功能 无毒性 2 绿色高分子节省资源 能源和无公害 1 4 3高分子材料性能测试及评价技术材料评估技术包括材料性能的预测及判定 材料设计 测试技术三个方面性能 耐候性 老化性能 极端环境中应用性能及稳定性检测 缺陷 无损检测技术结构表征和性能检测 功能评价 1 4 4高分子设计和材料设计高分子结构与分子运动对性能的影响按需要合成或制备指定结构的高分子材料加工成型方法决定材料聚集态结构和高次结构工艺条件与结构间的相关性高分子科学与其他现代技术手段的结合如分子量的测定 设计软件 计算机辅助合成和设计软件 专家系统和数据库等 第二章高分子材料化学基础 2 1高分子化合物的概述2 1 1高分子基本概念高分子 相对分子质量104 6单体 可聚合活性基如双键 反应性基团链节 组成聚合物的最小结构单元重复单元 即链节结构单元 如一种单体聚合 则结构单元为链节 聚酰胺是另外一种结构聚合度 重复单元数 n 2 1 2分类和命名按主链结构分 碳链 杂链元素有机高分子无机高分子按性能分 三大材料 涂料 粘合剂 功能高分子按组分分 链式聚合物逐步聚合物 缩聚 环化缩聚 重键加成 亲核取代 脱氢 命名习惯命名法天然高分子 淀粉等合成高分子一种结构单元组成 如PS PE POE多种结构单元 如乙丙共聚物弹性体 乙醋树脂等 苯乙烯 甲基丙烯酸甲酯共聚物P S Co MMA 聚乙烯 嵌 甲基丙烯酸甲酯P S b MMA b block聚乙烯 接 甲基丙烯酸甲酯P S g MMA g graft IUPAC internationaluniteofpureandappliedchemistry 确定结构单元 排序 按小分子IUPAC原则命名 前加聚字 NHCO CH2 5 聚 亚胺基 1 氧代六亚甲基 PMMA 聚 1 甲基 1 甲氧基羰基乙烯 POE 聚氧化乙烯 2 1 3高分子特性聚合反应类别加聚与缩聚 早期新聚合反应 开环聚合 POE 聚已内酯 聚环烯 保留双键 异构化聚合 脱除聚