材料化学第讲实用新型高分子材料a

材料化学第讲实用新型高分子材料a1第一页，共五十页，2022年，8月28日主要内容：7.1高分子材料概述

7.2高性能高分子材料■新型工程塑料■特种纤维■特种橡胶

7.3功能高分子材料

■导电性高分子

■医用高分子

■高分子催化剂

第二页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述高分子在材料科学中的地位高分子材料材料：无机非金属金属复合材料密切相关

衣、食、住、行 与 国民经济建设 国防建设第三页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.1基本概念InternationalUnionofPureandAppliedChemistry(IUPAC)国际纯粹与应用化学联合会

1996年建议：何谓高分子？

具有高的相对分子量，其结构必须是由多个重复单元所组成，并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来。Polymermolecule,Macromolecule高分子/聚合物/大分子聚氯乙烯聚乙烯醇实际上概念上第四页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.1基本概念高分子的特征：1,分子量高，>1042,原子间以共价键相连接（？）3,结构与性能区别于小分子4,通常由小分子通过聚合反应来合成如：聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。第五页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.1基本概念链原子

ChainAtoms构成高分子主链骨架的单个原子。聚丙烯聚乙二醇链单元（链节）ChainUnits

由链原子及其取代基组成的原子或原子团。第六页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.1基本概念高分子Polymer聚合反应Polymerization单体Monomer单体：能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子。

第七页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.1基本概念结构单元：ConstitutionalUnit构成高分子主链结构一部分的单个原子或原子团，可包含一个或多个链单元。重复(结构)单元：ConstitutionalRepeatingUnit,CRU

重复组成高分子分子结构的最小的结构单元。第八页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.1基本概念聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元。单体单元：Monomer(ic)Unit单个聚合物分子所含单体单元的数目。聚合度：DegreeofPolymerization，DP

聚合物单体单体单元聚合度2n聚对苯二甲酸乙二酯，涤纶，PETn第九页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.1基本概念均聚物Homopolymer

—由一种单体（真实的、隐含的或假设的）聚合而成的聚合物共聚物Copolymer

—由两种以上单体（真实的、隐含的或假设的）共聚而成的聚合物杂链聚合物

—[NH-(CH2)6-NH—CO-(CH2)4-

CO]n— ︱←结构单元→︱←结构单元→︱ ︱← 重复单元 →︱

此时，两种结构单元的总数称为聚合度：Xn

Xn=2DP=2n第十页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.1基本概念氯乙烯真实单体“假设单体”：乙烯醇生成均聚物的聚合反应称均聚反应（Homopolymerization)。生成共聚物的聚合反应称共聚反应（Copolymerization)。由对苯二甲酸和乙二醇反应生成的“隐含单体”：HOOC-Ph-COOCH2CH2OH判别均聚物：聚合物分子有且只有一种CRU，并且该CRU可以只由一种（真实的、隐含的或假设的）单体衍生而来。第十一页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.1基本概念HOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-隐含单体HOOC-Ph-COOCH2CH2OHHOOC-Ph-COOHHOCH2CH2OHHO(CH2)3OH-(OC-Ph-COOCH2CH2O)n-(OC-Ph-COOCH2CH2CH2O)m-HO-(CH2)5COOHHOCH2COOH-[O(CH2)5CO]m-[OCH2CO]n-共聚物共聚物均聚物CH2=CH2CH2=CHCH3假设隐含单体？交替共聚物第十二页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.1基本概念含有反应性末端基团、能进一步聚合的高分子。遥爪高分子：TelechelicPolymers高分子链的末端结构单元。末端基团：EndGroupsCH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3聚乙烯：涤纶：第十三页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.2高分子的分类按用途分类：

塑料Plastic、橡胶Rubber、纤维Fiber、 涂料Coating、粘合剂Adhesive、 功能高分子FunctionalPolymer按主链化学组成分类：

碳链CarbonChain、杂链HeteroChain、元素有机

ElementalOrganic、无机Inorganic高分子按来源分类：

合成Synthetic、天然Natural（生物Bio高分子）按受热行为分类：

热塑性Thermoplastic、热固性thermoset高分子第十四页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.2高分子的分类来源天然高分子：自然界天然存在的高分子。半天然高分子：经化学改性后的天然高分子。主链元素（链原子）组成杂链高分子：链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。元素有机高分子：链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组成。合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子。碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。无机高分子：聚合物的主链及侧链均无碳原子。第十五页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.2高分子的分类碳链高分子杂链高分子聚乙烯聚丙烯聚乙二醇尼龙—6第十六页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.2高分子的分类元素有机高分子聚二甲基硅氧烷无机高分子聚氯化磷氰聚氯化硅氧烷第十七页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.2高分子的分类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第十八页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.2高分子的分类塑料橡胶纤维第十九页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.2高分子的分类粘胶剂涂料第二十页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.2高分子的分类功能高分子第二十一页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.3高分子命名1、参照单体名称命名

①聚+单体名，如：聚乙烯、聚乙烯醇 ②两单体的简化名+树脂，如：酚醛树脂 ③两单体的简化名+橡胶，如：丁苯橡胶2、以聚合物的化学特征命名

如：聚酰胺，聚己二酰己二胺 聚酯，聚对苯二甲酸乙二（醇）酯3、习惯名及商品名

涤纶、锦纶、维尼纶、腈纶、丙纶、尼龙-610一、习惯命名法①确定重复单元结构②给次级结构单元排序③给重复单元命名④在重复单元名称前加“聚”字如：聚[氧化（1-氟代乙烯）]；聚（1-氯代乙烯）二、IUPAC系统命名法第二十二页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述I.习惯命名法天然高分子一般有与其来源、化学性能与作用、主要用途相关的专用名称。如纤维素（来源）、核酸（来源与化学性能）、酶（化学作用）。合成高分子（1）由一种单体合成的高分子：“聚”+单体名称如聚氯乙烯、聚乙烯等7.1.3高分子命名第二十三页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述I.习惯命名法（2）由两种单体通过缩聚反应合成的高分子：表明或不表明产物类型表明产物类型：“聚”+两单体生成的产物名称，如对苯二甲酸和乙二醇的缩聚产物叫“聚对苯二甲酸乙二酯”己二酸和己二胺的缩聚产物叫“聚己二酸己二胺”不表明产物类型：两单体名称或简称加后缀“树脂”，如苯酚和甲醛的缩聚产物叫“酚醛树脂”尿素和甲醛的缩聚产物叫“脲醛树脂”7.1.3高分子命名第二十四页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述I.习惯命名法7.1.3高分子命名（3）由两种单体通过连锁聚合反应合成的共聚物：

两单体名称或简称之间+“-”+“共聚物”：如乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物叫“乙烯-乙酸乙烯酯共聚物”（4）“聚”+高分子主链结构中的特征功能团：

指的是一类高分子，而非单种高分子，如聚酰胺：聚酯：第二十五页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述II.IUPAC系统命名法(1)确定重复结构单元；(2)按规定排出重复结构单元中的二级单元循序：规定主链上带取代基的C原子写在前，含原子最少的基团先写；(3)给重复结构单元命名：按小分子有机化合物的IUPAC命名规则给重复结构单元命名；(4)给重复结构单元的命名加括弧，并冠以前缀“聚”。括弧必不可少7.1.3高分子命名第二十六页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述II.IUPAC系统命名法7.1.3高分子命名重复结构单元为：聚（1-氯代乙烯）Poly(1-chloroethylene)请写出聚（1,1-二氯代乙烯）的结构举例1思考？第二十七页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.4高分子发展简史天然高分子的直接利用天然高分子的化学改性天然橡胶的硫化,硝化纤维的合成等淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等缩聚反应，自由基、配位、离子聚合等高分子合成高分子时代第二十八页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.4高分子发展简史1840前 天然高分子的直接使用、简单加工十九世纪中期以后 天然高分子的化学改性十九世纪末 天然高分子化学组成的确定二十世纪初 合成高分子的出现

1907 酚醛树脂

1912 丁钠橡胶

1926 醇酸树脂

1927 醋酸纤维

1929 脲醛树脂经典化学基础第二十九页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.4高分子发展简史1920

高分子概念的提出

HermannStaudinger:

把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺贝尔奖）。

1935

缩聚反应研究 Carothers三、四十年代 高分子的蓬勃发展 尼龙-66 1935 PVC 1927–1937 PVAc 1936 PMMA 1927–1931 PSt 1934–1937 LDPE 1939经典化学概念的突破第三十页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.4高分子发展简史

丁苯橡胶(1937) 乳液聚合、共聚合 丁腈橡胶(1937) 不饱和聚酯(1942)

丁基橡胶(1940) 有机硅(1943) F树脂(1943) 聚胺酯(1943) ABS树脂(1948) 环氧树脂(1947)PaulJ.Flory:

溶液理论、分子量测定、聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系（1974年诺贝尔奖）。第三十一页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.4高分子发展简史五十年代 配位聚合、工程塑料

配位Coordination聚合 KarlZiegler,GiulioNatta:

乙烯、丙烯配位聚合（1963年诺贝尔奖）

HDPE 1953–1955 PP 1955–1957

顺丁橡胶 1959

异戊橡胶、乙丙橡胶 1960

活性阴离子LivingAnionic聚合 Szwarc

SBS热塑弹性体thermoelastomer

工程塑料EngineeringPlastics

聚甲醛(1956) 聚碳酸酯(1957)聚砜(1965)

聚苯醚(1964)聚酰亚胺(1962)第三十二页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.4高分子发展简史六、七十年代

提高产量、改进性能、发展功能七十年代

功能高分子FunctionalPolymer

如：HidekiShirakawa（白川英树）,AlanG.MacDiarmid,AlanJ.Heeger：对导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖）。第三十三页，共五十页，2022年，8月28日7.1高分子材料概述7.1.4高分子发展简史八十年代 高分子的精密合成PreciseSynthesis

立构规整性Stereo-regular聚合

单中心Singlesite触媒Kaminsky

易位Methathesis聚合,Grubbs,Shrock

活性聚合LivingPolymerization

阳离子Cationic,Kenedy,Higashimura

自由基Radical,Matyjaszewsky,Sawamoto九十年代 超分子与高分子的自组装

Supra-molecule,Self-Assembly

艺术性高分子？？！！！第三十四页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料“十一五”国家科技支撑计划重点项目：

在国内已有技术和产业的基础上，集成国内力量重点对聚苯醚、聚碳酸酯等工程塑料及高性能氟橡胶、高氯化聚乙烯等产业化技术进行攻关，实现若干产业化技术突破，满足国民经济和社会发展对工程和特种高分子材料产业主要产品的迫切需求。

“工程塑料及特种高分子材料产业化关键技术开发”第三十五页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料高性能工程塑料高性能高分子材料特种纤维特种橡胶PA/PI聚酰胺/聚酰亚胺聚甲醛POM聚酯/聚碳酸酯PC聚苯醚/聚砜PPO/PSF氟树脂ABS树脂PI纤维PA纤维聚氨酯橡胶UR硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶等氟纤维第三十六页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料结构特点举例7.2.1新型工程塑料1.PI聚酰亚氨主链上含有这种杂环结构迄今为止可应用温度范围最宽的工程塑料。热分解温度达到600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。可耐极低温，如在－269℃的液态氦中不会脆裂。

突出性能："没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"第三十七页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料结构特点举例7.2.1新型工程塑料2.PA聚酰氨(尼龙)主链上含有这种结构优良的机械强度、耐磨性(自润滑性好)突出性能：第三十八页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料结构特点7.2.1新型工程塑料3.POM聚甲醛聚甲醛塑料是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种，具有优良的综合性能。特别是优良的耐磨性，自润滑性，耐疲劳性突出性能：第三十九页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料结构特点举例7.2.1新型工程塑料4.聚酯PET、PBT主链上含有这种重复结构吸水率低、尺寸稳定性好突出性能：纤维级聚酯用于制造涤纶短纤维和涤纶长丝，是供给涤纶纤维企业加工纤维及相关产品的原料，涤纶作为化纤中产量最大的品种，占据着化纤行业近80%的市场份额。第四十页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料结构特点举例7.2.1新型工程塑料5.PC聚碳酸酯主链上含有这种交替结构，属于聚酯一类无色透明和优异的抗冲击性金属的机械强度、玻璃的光学性质突出性能：常见的应用有光碟，眼睛片，水瓶，防弹玻璃，护目镜、银行防子弹之玻璃、车头灯等等。还被用来制作登月太空人的头盔面罩。第四十一页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料结构特点PPO就是二甲基苯酚的聚合物，全称为聚二甲基苯醚。英文：Polyphenyleneoxide7.2.1新型工程塑料6.PPO聚苯醚主链上含有这种结构具有高绝缘性、蠕变小、尺寸稳定性好等特点

突出性能：PPO和MPPO主要用于电子电器、汽车、家用电器、办公室设备和工业机械等方面的壳、板、面等。

第四十二页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料结构特点举例7.2.1新型工程塑料7.PSF聚砜主链上含有这种结构除浓硝酸、浓硫酸、卤代烃外，化学稳定性好；具有良好的电气性能，甚至在水中和潮湿的空气中，在190℃高温下也能保持良好的电性能；具有抗氧化性能。

突出性能：PSF是电气工业、电子工业比较理想的工程塑料，适合作各种电器零部件。第四十三页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料结构特点举例7.2.1新型工程塑料8.氟树脂PTFEC链单元上含有取代氢的氟原子优异的化学性能，“塑料之王”；应用温度范围较宽-200～250℃；电绝缘性好。突出性能：用作耐热性高、介电性能好的电工器材和无线电零件；各种不同腐蚀介质中使用的密封件，耐腐蚀的化工设备和元器件；航空航天和核工业中的超低温材料等

-[CH2-CF2]n-第四十四页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料结构特点举例7.2.1新型工程塑料9.ABS树脂丙烯睛(A)、丁二烯(B)和苯乙烯(s)三种单元组成。

优异的电性能和成型加工性能；化学性能良好；价格适中，最受欢迎的工程塑料之一。突出性能：ABS大量用于家用电器、汽车和仪器仪表外壳，以代替金属；也可制作家具，以代替木材；还可以作卫生洁具、装饰材料等。第四十五页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性能高分子材料特种纤维含义起源7.2.2特种纤维特种纤维是指有别于通常纺织纤维的一个广泛名词，并无科学上的含意，主要是按其应用性能区分的。特种纤维最初是与军事工业相联系的。从19世纪开始，伴随着枪、炮更多的使用，刀、剑、弩等冷兵器逐渐淡出了战争的历史舞台，对个体的防护也逐渐从防刺（砍）等转变为防枪弹（破片）的伤害。个体防护材料则经历了从天然植物纤维到金属材料再到高强度合成材料的发展。

l965年美国杜邦公司推出了比强度和比模量是钢铁的10倍纺纶纤维——凯芙拉（Kevlar）；

1979年，荷兰DSM公司率先生产出比强度又高出芳纶纤维1.5倍左右的超高分子量聚乙烯纤维，并将其应用于弹道防护领域。它所表现出的优异特性在很多重要方面超过了一度被称为终极防弹材料的“凯芙拉”。

第四十六页，共五十页，2022年，8月28日7.2高性