第一章 高分子材料简介

1、聚合物合成与制备聚合物合成与制备韩丙勇韩丙勇010-l几个相关问题：教材：无授课方式：三个老师各讲一部分（韩丙勇，赵东（韩丙勇，赵东林，赵京波）。林，赵京波）。以课堂讲解为主，课下阅读参考书为辅。课堂纪律：结课方式：成绩评定：考试纪律材料分类l属性：属性：l金属；无机非金属；有机材料；复合材料l使用性能使用性能:l结构材料：用途广，用量大l功能材料：用量少，附加值大内容与安排：内容与安排：l材料简介l自由基聚合及其材料l阴（负）离子聚合及其材料l阳（正）离子聚合及其材料l配位聚合及其材料l缩聚合和其它逐步聚合及其材料l其它高分子材料的发展l从天然树脂到合成树脂1909年美国贝克兰制成酚醛树脂

2、l从天然橡胶到合成橡胶1912年德国化学家霍夫曼人工合成橡胶成功 l从天然纤维到合成纤维1935年 合成纤维问世（尼龙-66）(美国人卡罗泽斯 目前：高分子材料品种丰富；应用广泛。目前：高分子材料品种丰富；应用广泛。l 第一个人造高分子硝酸纤维素（1845、瑞士舍恩拜恩）l 第一个合成高分子酚醛树脂（1909、美国贝克兰）l 高分子概念的提出20世纪20年代（德国施陶丁格）l 第一个合成橡胶丁钠橡胶（1910年俄国列别捷夫）l 初期的合成聚合物聚苯乙烯、聚醋酸乙烯酯、有机玻璃等（20世纪30年代前）l 加聚产物高压聚乙烯，1934年英国福西特和吉布森l 缩聚产物尼龙和聚酯，1935年美国卡罗瑟

3、斯（Dupont)l 高分子溶液理论及分子量测定50年代，美国弗洛里l 金属有机络合引发剂的发明50年代，齐格勒-纳塔l 工程塑料的出现50年代l 功能高分子材料的出现和应用l 高分子发展的新时代新理论、新方法、新材料和新工艺高分子化学的发展l 高分子概念的提出：1920年Staudingerl 加聚和缩聚合：1929年Carothersl 活性负离子聚合：1952年Szwracl 配位聚合：1953年Ziegler-Nattal 活性自由基聚合：二十世纪九十年代面对材料合成的需要，高分子化学应怎样应对面对材料合成的需要，高分子化学应怎样应对聚合物合成化学基础l有机化学中的反应。l反应中心l第

4、一章第一章 高分子材料简介高分子材料简介人类进入了高分子的时代人类进入了高分子的时代高分子已成为本世纪最重要的材料产量大、品种多、应用广l 聚合物已成为用量最大的材料。l 高分子材料的品种繁多，可以用于制备性能优异的各种制品。l 高分子材料已应用于国民经济所有的技术领域和人们的日常生活之中聚合物的组成简单、结构千变万化l 链单元：由相同的结构单元组成，以共价键连结。每个高分子链包含成百上千个单体分子CH2CHCln1 通用高分子材料l1. 性能特点密度小：聚合物的密度小，仅是金属的1/10绝缘性好l 聚合物的导电性差，是优良的绝缘体。如电线绝缘层做电气绝缘材料l 导电高分子例外隔热性好l 隔热

5、性保暖性好，是优良的保温材料。化学稳定性好，耐酸碱、耐霉变。阻隔性好（透气、透湿性差）熔融温度低、加工性能好(耐温性差)。2. 种类l 塑料：l 聚乙烯PE、聚丙烯PP(最轻的塑料)、聚氯乙烯PVC(通用性强)、聚苯乙烯PS(富于装饰性)、PMMA和PC（光学塑料）l 橡胶：l 天然橡胶NR、聚丁二烯PB（顺丁、中乙烯基、低顺丁等）、丁苯橡胶（S-SBR，E-SBR）、热塑性弹性体TPE、乙丙橡胶、丁基橡胶、硅橡胶等l纤维：l涤纶、尼龙、维尼龙、芳纶等2 新型高分子材料l1. 高性能高分子材料l(1) 工程塑料l五大工程塑料：聚酰胺PA、聚甲醛POM、聚碳酸酯PC、改性聚苯醚、热塑性聚酯l特种

6、工程塑料：聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜l性能特点：l与通用塑料相比：耐热性优良、抗拉、抗弯和抗冲击强度高，不易变形l与金属相比：密度低、比强度高、电气绝缘性能优良、耐磨、减摩性好、吸震、消声性能优异；耐化学品腐蚀、成型加工和成本较低等。l用途：耐热、高比强和耐磨的轻型材料l (2) 高强度、高模量高分子材料l 超细PE纤维：270GPal 聚对亚苯基苯并噻唑PPBTl 碳纤维l 芳纶（3）特种胶氟橡胶和硅橡胶l 氟橡胶优良的耐化学品性、耐溶剂性、耐热性、耐油性 ,优良的耐磨性。l 用于制备橡胶密封圈(商品名：Vitron)、旋转轴密封、手套、防护服、化学软管、泵用隔膜、化学装置衬

7、里等。硅橡胶导导电电按按钮钮高压锅垫圈等l 弹性高、卫生性好、耐水、耐溶剂性及阻燃性好。耐寒性（-70 ）和耐高温性（150 ）俱佳。l 用作高温密封（如高压锅垫圈）和低温密封件。电加热器绝缘、导电按钮、密封胶及美容材料。l(4) 高分子合金l第一代：高抗冲聚苯乙烯HIPSl第二代：苯乙烯-丁二烯-丙烯腈ABSl第三代：超韧品种，工程塑料合金，分子复合材料等2 功能高分子材料l (1) 化学功能l 离子交换树脂、螯合树脂、感光树脂、氧化还原树脂、高分子试剂、高分子催化剂。l (2) 物理功能l 导电性高分子、高介电性高分子、高分子光电导体、电磁性高分子l (3)介于化学与物理功能之间l 高吸水

8、高分子、高分子染料、高分子稳定剂、高分子相容剂、高分子功能膜、高分子功能电极离子交换l原理：通过离子交换除去水中的重离子主要用于锅炉水软化和电子工业超纯水制备,能去离子，但不能去除细菌H+Ca+ CHCH2SO3-H+nCHCH2SO3- 0.5Ca+nOH-+CHCH2N+(CH3)3Cl-Cl-+ CHCH2N+(CH3)3OH-nn离子交换树脂和离子交换膜高分子催化剂：酯化反应催化剂SO3HSO3HSO3HSO3Hn 可以代替硫酸，做酯化反应的催化剂，反应结束后，通过简单的过滤，就能同产物分离。二、固定化酶l 酶是一种生物催化剂，优点：催化效率高，专一性强，反应条件温和，活性可调。缺点：

9、容易失活，对环境敏感，同产物分离困难。l 解决途径：将其固定在高分子链上，可提高酶的活性和使用寿命。l 用途：酶电极海藻酸钠凝胶+过氧化酶，用于催化氧化含酚废水。感光树脂l重铬酸盐（光敏剂）+聚乙烯醇重铬酸盐具有感光性，受光照时，使PVA交联缺点：铬盐有毒，对环境有污染，保存性差。l重氮盐（光敏剂） + 聚乙烯醇无毒，制版图像清晰， 保存期长。l光聚合型感光树脂。如丙烯酸酯类。感光树脂与光刻胶不溶部分的图像： 同底片相反 同底片相同光刻图形的原子力（AFM）照片超强吸水性树脂l 常用吸水性材料。纤维类物质，如：脱脂棉，毛巾，抹布，卫生纸、尿布等水凝胶：凉粉、明胶、琼脂、等干燥剂：硅胶、氯化钙、

10、氧化钙、活性碳、分子筛、硫酸等吸水效率仅几倍到几十倍l 超强吸水性树脂，吸水性强，达10002000倍。而且保水性特别强。树脂吸水性高的原因l 树脂必须是亲水的，含有大量能吸水的基团，如 OH， NH2 或 COONa等。主要原料：淀粉，纤维素，聚丙烯酸盐等。但亲水性太强树脂会溶解在水中。l 具有交联结构。可以防止亲水性树脂溶解在水中。形成网状结构，有利于提高树脂的吸水性。l交联度太高，吸水性会降低。树脂吸水机理亲水聚合物吸水后网状结构张开容纳大量的水超强吸水性树脂的用途l医用：吸水药棉、卫生巾、尿不湿l农用：吸水保水、改造沙漠。l工业：吸水剂l建筑：防水涂料、堵漏剂。l防洪抗涝：代替砂包l食

11、品工业：食品吸水防汛袋使用方法l整个防汛阻水袋自重约0.5Kg，使用时，只需将产品浸泡水中或直接在产品上淋水，内部填充物的体积和重量能够在24分钟内迅速增加80倍以上。l 注意：要用淡水，不能用盐水。质子交换膜燃料电池n在负极侧(氢极)， 催化剂(铂金)使氢离子化，成为易于反应的H+离子。n在正极侧(氧极)， H+离子通过电解液(如KOH)输送到正极，并与正极上的氧分子结合，形成水。n被分离开的电子经过外部电路移到正极上，形成电流。质子交换膜材料 DuPont全氟磺酸膜Nafion ，800$/m2NafionR 全氟磺酸膜（Du Pont)(CF2CF2)nCF2CFOCF2CFCF3OCF

12、2CF2SO3H+nm燃料电池应用燃料电池l对燃料电池用作汽车能源的基本要求：成本：低于50美元/1KW时行驶公里：几百公里l目前水平：丰田：最远行驶距离：100km奔驰：最高时速： 150km/h微孔膜的结构皮层皮层过渡层过渡层支撑层支撑层无纺布无纺布反渗透膜的断面照片指状孔指状孔海绵状孔海绵状孔其他微孔膜制净水的方法l纳滤、超滤和微滤微滤微滤可去除水中的微生物和细菌，操作压力0.05MPa超滤超滤可去除水中的细菌和病毒，操作压力0.2MPa纳滤纳滤：可去除水中的细菌、病毒和有机物，操作压力0.7MPal3. 生物医用高分子材料l人工器官用高分子材料l控制药物释放的高分子材料（缓释、定点释放

13、）l仿生高分子材料l4. 树脂基复合材料l第一代：玻璃纤维增强l第二代：碳纤维3高分子材料应用举例A、种田不靠天,作物得高产l 塑料农用薄膜塑料温室，大棚，地膜等l 作物生长期缩短，不受季节影响；l 产量增加；l 抑止杂草生长，减少病虫害l 蔬菜供应得到保障农用塑料大棚B、打鱼不晒网,鱼儿愿上钓过去：三天打渔、两天晒网l 天然纤维渔网：吸水性强，易发霉，易腐蚀强度差，不透明l 合成纤维渔网：不吸水，不会发霉，耐腐蚀强度高，透明或不透明劳动强度减轻产量增加C、机器不加油, 车间静悄悄用尼龙、聚甲醛等塑料制齿轮、活塞摩擦系数小、自润滑性好，噪声小。随身听全塑机芯织布车间D、人造器官拯救千百万患者的生命人工心E、计算机越做越小、越做越快F、新一代的OLED显示器l 一种能折叠的有机平板显示器(OLED)l 同液晶显示器相比电耗小、亮度高、视角大、厚度小、重量轻、可折叠。G、组织工程未来的器官制造厂l 高分子材料是这些组织工程的支架材料，干细胞的培养基。人工耳气管软管尿管上海交通大学医学院附属第九人民医院曹谊林教授科研团队上海交通大学医学院附属第九人民医院曹谊林教授科研团队 先制定设计图，再用一种高分子化学材料聚羟基乙酸做成模型支架，先