高分子基本知识复习

关于高分子基本知识复习人类从起源以来

就同高分子结下不解之缘

生命体系其根本都是由高分子组成

衣食住行离不开高分子材料第2页,共46页，星期六，2024年，5月一、高分子基本概念什么是高分子？定义：高分子量的化合物(>10000)

别称：聚合物－Polymer

高聚物－Highpolymer

大分子－Macromolecule

对应：低聚物(<10000)－Oligomer

或齐聚物，寡聚物。第3页,共46页，星期六，2024年，5月什么是聚合反应？聚合反应－Polymerization

小分子化合物

聚合物聚合物(Polymer):聚乙烯（Polyethylene，PE）单体

(Monomer):乙烯（Ethylene）第4页,共46页，星期六，2024年，5月

聚合物聚合度与分子量结构式：

聚合度：大分子中的重复单元数或结构单元数，n。分子量：数均分子量、重均分子量。数均聚合度、重均聚合度。尼龙66：己二胺与己二酸缩合聚合生成的聚酰胺第5页,共46页，星期六，2024年，5月

聚合物结构类型线型

LinearPolymer支化型

BranchedPolymer交联型

CrosslinkedPolymer星型及树状

StarPolymerDendrimer第6页,共46页，星期六，2024年，5月

石器时代(Stoneage)新石器时代(Neolithicage)青铜时代(Bronzeage)铁器时代(Ironage)高分子时代(Polymerage)材料与时代二、高分子材料第7页,共46页，星期六，2024年，5月高分子材料

60％陶瓷10％金属30％三分天下有其一地位与关联第8页,共46页，星期六，2024年，5月

高分子材料PolymerMaterials信息Information生物Biology能源Energy环境Environment左右逢源

化学第9页,共46页，星期六，2024年，5月高分子材料分类天然高分子材料

(Naturalpolymer)

纤维素(Cellulose)、淀粉(Starch)、天然橡胶(Naturalrubber)等。

人造高分子材料

(Artificialpolymer)

硝化纤维素（塑料、电影胶片、炸药）、粘胶纤维等。

合成高分子材料

(Syntheticpolymer)

有机玻璃、涤纶、尼龙等。从来源分：第10页,共46页，星期六，2024年，5月高分子材料分类

塑料

(Plastics)

橡胶

(Rubber)

纤维

(Fiber)

涂料

(Coating)

粘合剂

(Adhesive)从用途分：第11页,共46页，星期六，2024年，5月高分子材料分类有机高分子

(OrganicPolymer)

主链以碳氢为主，如聚乙烯、聚丙烯等。无机高分子

(InorganicPolymer)

主链由杂原子构成,如SiO2等。复合高分子材料

(Polymer

Composite)

聚合物与无机材料复合，如玻璃钢，轮胎。生物高分子

(Biopolymer)

具有生物功能,如蛋白质(Protein)、核酸

(Nucleicacid)等。

从组成及功能分：第12页,共46页，星期六，2024年，5月高分子材料的特点质轻：常用塑料的密度为1g/cm3，是钢铁的1/10。耐温范围宽：硅橡胶(-80℃)

聚苯并咪唑（600℃)

碳纤维（4000℃）性能优异：高强度（Kevlar，比强度为钢的8倍）高模量高弹性（伸长率1000％）透明性好抗腐蚀好光、电、磁等功能种类多：满足不同的需求。易加工：节能、低成本。第13页,共46页，星期六，2024年，5月三、发展历程天然高分子利用

7000多年前，天然油漆

我国已使用天然油漆涂饰船只。中国漆(大漆)1839年，天然橡胶硫化美国人古德伊尔（CharlersGoodyear）。

1869年，第一种人工塑料赛璐珞（Celluloid，硝化纤维素）美国人海厄特（JhonWesleyHyatt）。

1887年，第一种人造丝

硝化纤维素，CountHilairedeChardonnet.第14页,共46页，星期六，2024年，5月合成高分子问世

1909年，第一种合成塑料

酚醛树脂，美国人

贝克兰德（LeoBaekeland）。大分子概念提出

1920年，提出聚合反应生成高分子量化合物。施道丁格（HermannStaudinger）。奠定基础

1930－40年代，聚合方法及理论发展。

卡罗瑟斯（Carothers），美国人。

弗洛里（PaulFlory），美国人。

第15页,共46页，星期六，2024年，5月大发展

1950年代，配位聚合（CoordinationPolymerization)

齐格勒（KarlZiegler），德国人。纳塔（GiulioNatta），意大利人。

1960－70年代，高性能化，特种高分子合成

高强度、高模量、耐高温等。功能、复合高分子材料

1980－90年代，

功能高分子：

导体和半导体高分子、磁性高分子、光敏高分子、光导高分子、生物医用高分子、液晶高分子、高分子催化剂等等。

高分子合金：

不同的高分子混合。

复合高分子材料：

与玻璃纤维、碳纤维等复合，如玻璃钢等。第16页,共46页，星期六，2024年，5月四、高分子材料的工业生产塑料

2亿吨（2003年）纤维

3790万吨（天然2410万吨）橡胶

1136万吨（天然775万吨）塑料增产迅猛，过去40年，美国增长100倍。全世界塑料产量上世纪90年代初超过钢铁（体积）。第17页,共46页，星期六，2024年，5月主要国家生产及消费量国家

产量（千万吨）

消量（千万吨）美国4．85．1中国1．84．0德国1．61．2日本1．41．0韩国1．00．5第18页,共46页，星期六，2024年，5月高分子材料的应用高分子材料无处不在,以塑代木、以塑代金属。

尖端技术:

航天飞行器，卫星、火箭等用材。工业：电子元器件、电缆、信息记录储存传输等。农业：地膜、大棚、滴灌设备、高吸水树脂（1000倍）等。

衣：服装、防弹衣、消防服等。

食：包装、不粘锅等。住：装饰、门窗、家电、家具等。行：飞机、汽车、自行车等交通工具用材。

医：接触眼镜、一次性医疗用具、人工脏器等。第19页,共46页，星期六，2024年，5月塑料

Plastics通用塑料：

聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。工程塑料：

尼龙、聚甲醛、聚酯、聚碳酸酯等。特种塑料：

聚四氟乙烯、Kevlar等。第20页,共46页，星期六，2024年，5月

家庭中的聚乙烯制品

身边的高分子材料

聚丙烯制品

碳纤维复合材料

第21页,共46页，星期六，2024年，5月由碳纤维和铝合金制成的赛车底盘法拉利F1车队第22页,共46页，星期六，2024年，5月塑料

Plastics热塑性塑料

(Thermoplastics)

聚乙烯,

Polyethylene：产量最大，结构最简单。

聚丙烯,Polypropylene：最轻的塑料。

聚氯乙烯，Polyvinylchloride：全能的塑料，价格低廉。

聚甲基丙烯酸甲酯，Poly(methylmethacylate)：最透明的塑料，不会碎的玻璃。第23页,共46页，星期六，2024年，5月塑料

Plastics热固性塑料(

Thermosetts)

环氧树脂

(Epoxyresins)：用作复合材料，粘合剂等。

酚醛树脂

(Phenolicresins)：电器绝缘材料等。聚酯树脂

(Polyesterresins)：玻璃钢等。第24页,共46页，星期六，2024年，5月纤维

Fibers天然纤维：棉、麻、丝人造纤维：粘胶纤维(Viscosefiber)：

醋酸纤维(Acetatefiber)

硝酸纤维

合成纤维：尼龙（Nylon）：结实耐磨涤纶（Polyesterfiber）:最挺括纤维腈纶：最耐晒的纤维氯纶：保暖性最好的纤维丙纶：最轻的纤维特种纤维：碳纤维第25页,共46页，星期六，2024年，5月天然橡胶(Naturalrubber)

：综合性能最好，生产受地域限制。合成橡胶(Syntheticrubber)

丁苯橡胶

：产量最大（占80％）。

氯丁橡胶：用途广泛，价廉物美。

丁腈橡胶：耐油性好。

乙丙橡胶：比重最轻。

顺丁橡胶：弹性最好。

丁基橡胶：气密性最好。

硅橡胶：低温性能最好。氟橡胶：全能橡胶，在最恶劣条件下使用。橡胶Rubber第26页,共46页，星期六，2024年，5月橡胶园轮胎高弹性第27页,共46页，星期六，2024年，5月高分子科学与诺贝尔奖

1953

施道丁格(HermannStaudinger)1963齐格勒(KarlZiegler)和纳塔(GiulioNatta)1974弗洛里(PaulJ.Flory)1991:德让纳(Pierre-GillesdeGennes)2000:黑格(AlanJ.Hegger)、马克迪尔米德(AlanG.MacDiarmid)和白川英树(HidekiShirakawa)第28页,共46页，星期六，2024年，5月高分子科学Nobel奖获得者

突破有机化学的传统观念，首先提出了高分子的概念，以大量先驱性工作为高分子化学奠基开创了高分子学科。“forhisdiscoveriesinthefieldofmacromolecularchemistry”H.Staudinger(德)1953年化学奖

第29页,共46页，星期六，2024年，5月高分子科学Nobel奖获得者

K.Ziegler(德)、G.Natta(意)1963化学奖

1953年，Ziegler：

Ziegler催化剂，低压聚乙烯合成方法；

1954年，Natta：改进Ziegler催化剂，提出有规立构聚丙烯的概念。KarlZiegler

GiulioNatta

“fortheirdiscoveriesinthefieldofthechemistryandtechnologyofhighpolymers”第30页,共46页，星期六，2024年，5月Isotacticpolymer

（全同立构聚合物）Syndiotacticpolymer

（间同立构聚合物）StereoregularPolymers第31页,共46页，星期六，2024年，5月高分子科学Nobel奖获得者P.J.Flory（美)1974化学奖

利用等活性假设及直接的统计方法，他计算了高分子分子量分布，即最可几分布，并利用动力学实验证实了等活性假设；引入链转移概念，将聚合物统计理论用于非线性分子，产生了凝胶理论；Flory-Huggins格子理论；1948年作出了最重要的贡献，即提出“排除体积”理论和θ温度概念；他的著作“Principlesofpolymerchemistry”

（1953）是高分子学科中的Bible。“Forhisfundamentalachievements,boththeoreticalandexperimental,inthephysicalchemistryofthemacromolecules”PaulJ.Flory第32页,共46页，星期六，2024年，5月高分子科学Nobel奖获得者DeGennes（法)1991物理奖

对液晶和高分子物质有序现象提出了标度理论从临界现象认识分子，在物理-化学之间架设了桥梁提出“软物质”概念“fordiscoveringthatmethodsdevelopedforstudyingorderphenomenainsimplesystemscanbegeneralizedtomorecomplexformsofmatter,inparticulartoliquidcrystalsandpolymers”DeGennes第33页,共46页，星期六，2024年，5月高分子科学Nobel奖获得者Heeger、MacDiarmid(美)、白川英树(日)

2000化学奖导电高分子研究，聚乙炔掺杂后，电导率从

3.2x10-6Ω-1cm-1增加到38Ω-1cm-1，提高了1000万倍（接近铝、铜）提出孤子概念AlanJ.Heeger1936AlanG.MacDiarmid

b.1936b.1927HidekiShirakawa

第34页,共46页，星期六，2024年，5月白川英树（Shirakawa）从事聚乙炔聚合机理研究韩国研修生出现幸运的失误，使白川得到膜状聚乙炔偶然的机遇，麦克迪尔米德（MacDiarmid）首先注意到白川的聚乙炔膜。三人在美国合作研究。黑格（Heeger）为了说明聚乙炔的导电性，提出孤子的概念，才有了薄膜显示材料的诞生。第35页,共46页，星期六，2024年，5月高分子科学Nobel奖获得者“Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers”第36页,共46页，星期六，2024年，5月五、发展前景可持续发展

高分子材料再利用

天然高分子的利用发展新的高分子合成方法功能、智能高分子超分子高分子及纳米结构软物质与软物理第37页,共46页，星期六，2024年，5月高分子材料再利用聚合物的再利用

例如,聚烯烃－柴油轮胎－沥青

可降解聚合物的循环利用

例如，涤纶、有机玻璃降解为单体。第38页,共46页，星期六，2024年，5月天然高分子的利用利用天然高分子生产塑料

淀粉生成塑料。乳酸生产聚乳酸。

纤维素、甲壳素的利用

功能化，可加工化。天然高分子－生物质能源气化、液化作为生物质油；利用玉米生成乙醇汽油燃料等。第39页,共46页，星期六，2024年，5月聚乳酸第40页,共46页，星期六，2024年，5月发展新的高分子合成方法利用生物方法

如，通过微生物或酶催化合成聚合物。合成具有生物功能的高分子

如多糖，蛋白质，核糖核酸等。人工仿生方法

在环境友好条件下生成聚