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1、,高分子材料 第一篇 高分子材料化学,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
2、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,
3、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 (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
4、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。,1970- 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,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
5、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
6、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
7、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
8、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）
9、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高分子化合物的概述 2.1.1高分子基
10、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,聚酰胺是另外一种结构 聚合度：重复单元数，n,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）
11、 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：graft,IUPAC(international unite of pure and applied chemistry) 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,异构化聚合：,脱除聚合：,聚氨酯重键加成反应,链式聚合与逐步聚合反应的差异,多分散性 (1)结构多分散性：相同分子组成有不同的连接方式；不同的聚集态结构 (2)分子运动单元的多重性； (3)性能多分散性：也呈现出一定的变化范围，这一点和小分子有显著不同。 (4)分子量多分散性：有不同的表征；分布,选择=结果,汇报结束 谢谢观看！ 欢迎提出您的宝贵意见！,
