高分子材料化学1

1、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

2、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=lni所有分子链加合 S=Si=klni ! 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

3、(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。1

4、970-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u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

5、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

6、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

7、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1-2m，需要

8、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

9、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2.1.1高分子基本概念高分子：相对分子质量1046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CH2=CH-(CH2CH2CONH)-CONH2n聚酰胺是另外一种结构聚合度：重复单元数，nNH(CH2)6NHCO(CH2)4

10、CO()n结构单元重复单元结构单元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（SCoMMA）聚乙烯嵌甲基丙烯酸甲酯P（SbMMA） b：block聚乙烯接甲基丙烯酸甲酯P（SgMMA） g：graftIUPAC(international unite of pure and applied c

11、hemistry)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(CH2)nCHCH 异构化聚合： CH2CHCONH-分子内氢转移CH2=CHCONH2加聚CH2CHCONH2 脱除聚合：CH2N2-CH2-+N2阳离子聚合机理CH2C 有机过氧化物H2ONCRNCO + HOROHOCNRNHC-OROCNHRNHC-OROHOOOn-1链式聚合与逐步聚合反应的差异链式聚合逐步聚合活性中心：自由基；阳离子；阴离子单体与大分子；活性大分子基元反应：各步速率及活化能不同聚合物分子量不随时间改变转化率随时间增加而增加反应逐步进行分子量随时