电子聚合物的高分子材料.ppt

,高分子材料,金属材料长盛不衰金属材料与人类文明从神秘的形状记忆合金到未来能源材料之星储氢合金无机非金属材料陶瓷、玻璃、水泥从一个古老的材料王国到现代无机材料的再度辉煌。威力无比的先进结构陶瓷到奇妙无穷的功能陶瓷。年轻的高分子材料千姿百态20世纪新兴的材料王国现代生活的高分子材料功能高分子各显神通先进的复合材料巧夺天工新型功能材料人类文明进步的阶梯生物材料、信息材料、环境材料、纳米材料、能源材料和智能材料,材料人类社会文明大厦的基石,高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，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。,高分子科学,高分子化学,研究聚合反应和高分子化学反应原理，选择原料、确定路线、寻找催化剂、制订合成工艺等。,研究聚合物的结构与性能的关系，为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导，是沟通合成与应用的桥梁。,高分子物理,高分子加工,研究聚合物加工成型的原理与工艺。,高分子科学,1.1高分子材料科学的发展,远古时期天然高分子材料已得到应用（皮毛、天然橡胶、棉花、虫胶、蚕丝、木材等）15世纪，美洲玛雅人用天然橡胶做容器，雨具等生活用品。,19世纪中期到后期天然高分子的改性和加工工艺得到开发1839年美国人Goodyear发明了天然橡胶的硫化1855年英国人Parks实现硝化纤维产业化1870年Hyatt制得赛璐珞塑料（硝化纤维+樟脑+乙醇高压共热）1887年，法国人Chardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝，制得了第一种人造丝。,高分子材料种类的涌现,20世纪初合成高分子得到开发和应用,1907年，Baekeland为寻找虫胶的代用品，第一次用人工方法合成酚醛树脂1926年，美国Semon合成了聚氯乙烯1930年，合成聚苯乙烯1933年，英国ICI公司高压聚乙烯问世1935年，杜邦公司Carothers第一次用人工方法制成合成纤维尼龙661953年，低压PE，PP被聚合,高分子材料种类的涌现,通过控制苯酚和甲醛的摩尔比以及反应的pH值，可以合成出两种性能不同的酚醛树脂：（1）自固化热固性酚醛树脂：带羟甲基（2）热塑性酚醛树脂：酚基与亚甲基连接，不带羟甲基,返回,涤纶，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）,尼龙66（聚己二酰己二胺）,返回,1940年，英国的温费尔德,高分子（Macromolecular，Polymer）概念的形成和高分子科学的出现始于20世纪20年代。,高分子理论和聚合方法上的突破,胶体理论,聚合物,淀粉水解产物葡萄糖葡萄糖缔合体天然橡胶裂解产物异戊二烯二聚环状结构缔合体,高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应（聚合）用化学键连接在一起的,高分子理论和聚合方法上的突破,1920年德国Staudinger发表了“论聚合”的论文，提出高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚合)，通过化学键连接在一起的大分子化合物。,1932年出版了划时代的巨著高分子有机化合物，成为高分子化学作为一门新兴学科建立的标志。,1953年诺贝尔奖,PaulJ.Flory建立了高分子长链结构的数学理论（1948年）推出高分子溶液的热力学性质,使粘度、扩散、沉降等宏观性质与分子微观结构有了联系。,高分子理论和聚合方法上的突破,1974年诺贝尔奖,1953年德国人齐格勒TiCl4+Al(C2H5)3低压聚乙烯；意大利人纳塔TiCl3+Al(C2H5)3等规立构聚丙烯1963年齐格勒、纳塔获得诺贝尔化学奖。,高分子理论和聚合方法上的突破,KarlZiegler18981973,GiulioNatta19031979,石油裂解产物得到充分利用,定位聚合的实现,1956年，美国Szwarc提出活性聚合概念高分子进入分子设计时代。,高分子理论和聚合方法上的突破,活性聚合的实现,Styrene-Butadiene-Styrene,SBS弹性体,Hard,Hard,Soft,高分子理论和聚合方法上的突破,接枝共聚（graft）,ABS树脂,交替共聚（alternating）,高分子理论和聚合方法上的突破,导电聚合物的发现和发展20世纪70年代中期发现的导电高分子，改变了长期以来人们对高分子只能是绝缘体的观念，进而开发出了具有光、电活性的被称之为“电子聚合物”的高分子材料，有可能为21世纪提供可进行信息传递的新功能材料。HidekiShirakawa,AlanG.MacDiarmid,AlanJ.Heeger（2000年诺贝尔奖）,性质和用途,塑料,纤维,橡胶,涂料,胶粘剂,功能高分子,以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。,具有可逆形变的高弹性材料。,纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100倍。,涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和保护作用的聚合物材料,能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料,具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料,1.2高分子材料的应用,1.2.1塑料,1870年31岁的印刷工人约翰海厄特发明赛璐珞（硝化纤维+樟脑）,1907年贝克兰德发明酚醛树脂,30、40年代合成高分子蓬勃发展时期：特别是乙烯类单体的自由基聚合，如PVC、PS、PMMA、高压PE；50年代高分子化学的历史性发展时期：低压PE、PP；60年代由于航空航天的需要而出现高温高分子的研究热：工程塑料,塑料的分类,按受热行为分,热塑性塑料,按使用范围和用途分,通用塑料,线型结构，能重复进行熔融、加工，能溶于适当溶剂,热固性塑料,立体网状结构，固化后受热不熔融，在溶剂中也不溶解,工程塑料,通用工程塑料,特种工程塑料,PE、PP、PVC、PS、酚醛树脂、氨基树脂,PA、PC、POM、PPO等,PI、PSF、PPS、PEEK、PTFE等,（100150）,（150）,现代生活中的高分子材料塑料,现代生活中的高分子材料工程塑料,1.2.2橡胶,橡树之泪,天然橡胶,硫化橡胶,合成橡胶,18世纪法国人在南美发现野生橡胶树19世纪中叶，英国人取橡胶树的种子在斯里兰卡种植成功逐渐扩大到马来西亚与印尼等地,橡胶的特性：大分子链具有足够的柔性；Tg比室温低得多，在很宽的温度范围具有优异的弹性,橡胶的分类：,天然橡胶,特种合成橡胶,通用合成橡胶,合成橡胶,丁苯、顺丁、乙丙、丁基、氯丁橡胶等,丁腈、硅、氟、丙烯酸酯橡胶等,现代生活中的高分子材料橡胶,1.2.3纤维,天然纤维,人造纤维,合成纤维,动物纤维：蚕丝、羊毛等植物纤维：棉花、麻等矿物纤维：石棉等,再生蛋白质纤维再生纤维素纤维：粘胶纤维、铜铵纤维纤维素酯纤维：二乙酯、三乙酯纤维,杂链纤维,碳链纤维,尼龙涤纶氨纶,腈纶维伦氯纶丙纶,合成纤维,长丝纤维,短纤维,单丝：一根连续纤维复丝：8100单丝组成,棉型：2538mm，主要用于与棉混纺中长型：5176mm毛型：70150mm，主要用于与羊毛混纺,(km),(几十几cm),按加工长度分：,合成纤维,常规纤维,特种纤维,按用途分：,尼龙（锦纶）涤纶、维纶丙纶,高功能纤维：医用功能纤维、光导纤维等,高性能纤维：氨纶、芳纶纤维、碳纤维等,纤维的特点：长度比直径大很多具有一定的柔韧性,1.2.4涂料,涂布在物体表面而形成的具有保护和装饰作用的膜层材料多组分体系：主要成膜物质、颜料、溶剂三种组分，此外还包括填充剂、增塑剂、增稠剂、稀释剂等；,发展方向：水性涂料、粉末涂料、电泳涂料、光固化涂料等,保护作用：防腐、增加物体表面硬度；装饰作用：可赋予物体表面丰富的色彩，还可修饰物体表面缺陷；标志作用：利用不同色彩来标示警告、危险、安全、前进、停止等信号；特殊功能：隔热、防污、阻燃、导电、隐身（吸收电磁波）、阻尼（吸收声波）、示温等。,作用：,1.2.4涂料,2005年涂料行业发展报告,1.2.5胶粘剂,是一种把各种材料紧密粘合起来的物质一般为多组分体系：聚合物、固化剂、增塑剂、填料和溶剂等。,按主要成分分：,胶粘剂,合成胶粘剂,天然胶粘剂,无机胶粘剂,有机胶粘剂,动物胶：骨胶、虫胶、鱼胶植物胶：淀粉、松香、阿拉伯树胶矿物胶：沥青、矿物腊,热塑性树脂：PVAc、PVA、PA热固性树脂：酚醛、环氧橡胶型：氯丁、丁腈、硅橡胶等,按使用形式分：单组分胶粘剂双组分胶粘剂,1.2.5胶粘剂,按形态分：,胶粘剂,水性胶溶剂型胶：氯丁、丙烯酸酯类等无溶剂型胶：环氧热熔胶：SBS、EVA压敏胶,水溶液：水乳液：,考虑点：被粘物、使用条件、环保、价格等,1.2.6功能高分子材料,化学功能高分子材料,反应性高分子材料：高分子试剂、高分子催化剂,高吸水性高分子材料,离子交换树脂,高分子膜,光功能高分子材料,液晶高分子固态向液态转换时形成的一种具有特殊性质的中间相态，既具有液体的流动性，又具有晶体的双折射等光学各向异性；分子中具有刚性棒状结构。,制造具有高强度、高模量的纤维材料高分子液晶显示材料光开关,在塑料中加入蓄光型发光材料经加工就可制成发光塑料。发光塑料是近年来兴起的一种高附加值新型功能材料。其产品如：交通领域通道标识、楼梯标识、标志线；发光涂料、发光开光、发光壁纸、工艺品、玩具、体育休闲用品。,发光高分子材料,导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。目前，它已成为一门新型的多学科交叉的研究领域，并在世界范围内吸引了一大批材料设计专家。,电功能高分子材料,在共轭聚合物中掺杂碘以后，其电导率在104S/m左右，可以满足实际应用需要。,发光二极管,太阳能电池,生物功能高分子材料,生物功能高分子材料：用于与生物体接触以形成特定功能并相互作用的无生命材料。,生物功能高分子材料,医用高分子材料,药用高分子（药物）,仿生高分子材料,骨骼-肌肉系统修复和替换材料：骨、牙、关节、肌腱等,软组织材料：皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱等,心血管系统材料：人工心瓣膜、血管、心血管内插管等,医用膜材料：血液净化膜、分离膜、角膜接触镜等,组织粘合剂和缝线材料,临床诊断及生物传感器材料,齿科材料,医用高分子材料,50年代起，缓释型药物制剂,药用高分子材料,控释型药物制剂、靶向型药物制剂、智能型药物制剂,药物载体：,1.2.7聚合物基复合材料,热固性聚合