高分子物理发展历程.ppt

人类直接利用天然高分子，可以追溯到远古时期，比如利用纤维素造纸，利用蛋白质练丝和鞣革，利用生漆作涂料和利用动物胶作墨的粘合剂等等。但人工合成高分子化合物则是二十世纪才开始的。虽然在十九世纪的中后期人们已经知道对天然高分子进行改性，典型例子是天然橡胶的硫化成功(1839年)和硝酸纤维素的发现(1846年)。然而真正从小分子出发合成高分子化合物是从酚醛树脂开始的(1907年)。接着1912年出现了丁钠橡胶。,1920年德国人史道丁格(Standinger)发表了划时代的文献“论聚合”。他提出了“高分子”、“长链大分子”的概念。他预言了一些含有某些官能团的有机物可以通过官能团间的反应而聚合，比如聚苯乙烯、聚甲醛等，后来都得到了证实。但在1926年的“自然科学研究者”会议(德国)上大家都主张纤维素是低分子，只有史道丁格孤军奋战。4年之后，在法兰克德(德国)召开的“有机化学与胶体化学”年会上“高分子”学说终于取得了胜利，坚持纤维素是低分子的只有一人。史道丁格的学说在1932年法拉第学会上得到公认。史道丁格是高分子科学的奠基人，为了表彰他的杰出贡献，1953年72岁的他登上了诺贝尔化学奖的领奖台。,一旦高分子学说被确立起来，便有力地促进了高分子合成工业的发展。上世纪的二十年代末和三四十年代，大量重要的新聚合物被合成出来，比如醇酸树脂(1926)、聚氯乙稀(1928)、脲醛树脂(1929)、聚苯乙烯(1930)、聚甲基丙烯酸甲酯(1930)、高压聚乙烯(1935)、聚醋酸乙烯(1936)、丁基橡胶(1940)、涤纶纤维(1941)、聚氨酯(1943)、环氧树脂(1947)、ABS(1948)等。,到了五十年代，德国的齐格勒(Ziegler)和意大利的纳塔(Natta)发明了新的催化剂，使乙烯低压聚合制备高密度聚乙烯(1953)和丙烯定向聚合制备全同聚丙烯(1955)实现工业化。这是高分子科学又一个里程碑，1963年齐格勒和纳塔分享了当年的诺贝尔化学奖。此后，新的高效催化剂的问世，使聚乙烯、聚丙烯的生产更大型化，价格更便宜。顺丁橡胶(1959)、异戊橡胶(1959)和乙丙橡胶(1960)等弹性体获大规模发展，同时聚甲醛(1956)、聚碳酸酯(1957)、聚酰亚胺(1962)、聚砜(1965)、聚苯硫醚(1968)等工程塑料相继问世。各种新的高强度、耐高温等高分子材料层出不穷。所以从这一时期开始高分子全面走向了繁荣。,高分子合成工业的成就又反过来极大地促进了高分子科学理论的发展。美国化学家弗洛里(Flory)从上世纪四十年代至七十年代在缩聚反应理论、高分子溶液的统计热力学和高分子链的构象统计等方面作出了一系列杰出的贡献，进一步完善了高分子学说。弗洛里因此获得了1974年的诺贝尔化学奖，成为高分子科学史上第三个里程碑。后来法国的德热纳(deGennes)把现代凝聚态物理学的新概念如软物质、标度律、复杂流体、分形、魔梯、图样动力学、临界动力学等嫁接到高分子科学的研究中来。他的这些概念丰富了高分子学说，德热纳获得了1991年度诺贝尔物理奖。日本的白川英树（Shirakawa）因导电高分子方面的特殊贡献获得了2000年的诺贝尔化学奖。,当今，高分子科学与高分子工业的研究和发展方向是：（1）通过新型高效催化剂的开发，重要的通用高分子品种向更大型工业化发展；（2）通过新型聚合方法、化学和物理改性以及复合，获得新性能、新品种、新用途的高聚物；（3）开发功能高分子如生物高分子、光敏高分子、导电高分子等等。,1852年，美国化学家古特义在做试验时，无意之中把盛橡胶和硫磺的罐子丢在炉火上，橡胶和硫磺受热后流淌在一起，形成了块状胶皮，从而发明了橡胶硫化法。古特义的这一偶然行为，是橡胶制造业的一项重大发明，扫除了橡胶应用上的一大障碍，使橡胶从此成为了一种正式的工业原料，从而也使与橡胶相关的许多行业蓬勃发展成为了可能。随后，古特义又用硫化橡胶制成了世界上的第一双橡胶防水鞋。,30年代时，经济大萧条，化工公司急需新的“拳头产品”，好冲出困境。同时，科技新发现像雨后春笋，此起彼伏，但很多发现都是“撞”上的，并没有理论指导，所以很多公司的实验室里，都是四处撒网，希望捕到大鱼，英国的帝国化学公司（卜内门的后裔）也不例外。1933年3月24日，那是一个星期五，帝化的两个化学家E.W.Fawcett和R.O.Gibson一气搭起了好几十个实验，把有希望的基本有机物质有放在一起，设定各种反应条件，尤其是高温高压，希望“撞上”一个重大发现。其中有一个容器里，装的是乙烯气体和benzaldehyde，压力是170个大气压，温度是170度。星期一了，预期的反应没有发生，但是容器底部有一些白色的蜡状粉末。测试表明，这是乙烯的聚合物，和benzaldehyde没有关系，聚乙烯就这样意外地发现了。,第二次乙烯聚合要到1935年才实现，尽管实验器材在高温高压下发生泄漏，实验还是获取了少量聚乙烯。这期间，据科学家们发现聚乙烯具有极好的化学稳定性，防水，无异味，耐酸，耐碱，尤其出色的是绝缘性。,这时，第二次世界大战的阴云已经笼罩在欧洲头上。聚乙烯的出色的绝缘性能被寄予很大希望，尤其是用于潜艇通信设备或雷达的电缆绝缘，聚乙烯的性质和生产也成了机密。帝化根据实验室里合成的8克聚乙烯，断然决定建立一个年产100吨的聚乙烯厂，产量是根据潜艇部队的需要而定的。39年9月1日，帝化的聚乙烯厂投产了。同一天，德国入侵波兰。由于阴差阳错的原因，潜艇没有用上聚乙烯，但聚乙烯绝缘用于反潜飞机的机载雷达，在大西洋之战中，为猎获德国潜艇立下了汗马