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1、1,高 分 子 物 理,Polymer Physics,主讲：李桂英 guiyingli 13256627828,2,课程内容,第1章：高分子链的结构（8学时） 第2章： 高分子的聚集态结构（8学时） 第3章： 高分子溶液 （6学时） 第4章： 聚合物的分子量与分子量分布 （4学时） 第5章： 聚合物的分子运动和转变（8学时） 第6章： 橡胶高弹性（2学时） 第7章：聚合物粘弹性（6学时） 第8章：聚合物的屈服和断裂（6学时） 第9章：聚合物的流变性（2学时）,高分子 结构,高分子 性能,考核方式：平时成绩30% (其中考试平时作业） 期末考试70%,3,如何学好高分子物理？,高分子物理内容多
2、、概念多、关系多。紧紧抓住高分子结构与性能关系这一主线，将分子运动作为联系结构与性能关系的桥梁，把零散的知识融合成一体。 课堂内认真听讲，做好笔记，勤于思考，总结规律。 培养自学能力，课外及时复习，查阅资料，独立思考。,4,高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。,引言,5,高分子科学是研究高分子化合物的合成与改性、高分子的结构与性能，以及高分子材料的成型加工等内容的一门综合性学科。,高 分 子 科 学,高 分 子 化 学,研究高分子的结构与性能间的关系,高 分 子 物 理,高 分 子 工程,研究
3、高分子的性能与应用间的关系,研究高分子化合物的合成和反应间的关系,6,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（1839）,赛璐珞（1869） 、硝化纤维（1855）的合成,淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等,缩聚反应，自由基聚合等 合成PVC，PS，PE, 丁苯橡胶, 尼龙，聚酯纤维,高 分 子 合 成,高 分 子 时 代,20世纪50年代以后：,19世纪中期：,19世纪以前：,20世纪初 ：,高分子科学的发展,1920年， Hermann Staudinger提出高分子概念,7,我们的衣、食、住、行等都离不开高分子。塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘
4、剂几大类高分子材料己广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、包装、建筑、纺织等各个领域。 目前世界上合成高分子材料的年产量已经超过2亿吨,占所有合成材料的60。 各种功能高分子材料，如导电高分子、光导高分子、压电及热电高分子、磁性高分子、液晶高分子和信息高分子材料等近年发展迅速。,8,1953, Hermann Staudinger,H. Staudinger (1881-1965),“for his discoveries in the field of macromolecular chemistry”,1920年，德国Staudinger(施陶丁格)发表了“论聚合”的论文，提出
5、了高分子的概念。1932年出版高分子有机化合物，成为高分子科学诞生的标志。1953年获诺贝尔化学奖。,Polymer Science and Nobel Prize,第一个里程碑,9,1920 On Polymer 论聚合,首次提出聚合就是小分子依靠化学键结合起来，形成大分子的过程的理论，并提出了聚苯乙烯、聚甲醛、天然橡胶的线型长链结构式,1932 The high-molecular compounds 高分子有机化合物,首次提出了合成大分子具有多分散性，且物理性质具有分子量依赖性，标志着高分子化学的诞生。,10,1963， Karl Ziegler and Giulio Natta,Kar
6、l Ziegler (1903-1979),Giulio Natta (1898-1973),“for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers“,发明配位聚合催化剂，制得高密度PE和有规PP。,11,1974, Paul J. Flory,Paul J. Flory (1910-1985),“for his fundamental achievements, both theoretical and experimental, in the physical chemistr
7、y of the macromolecules（高分子物理的结构与性质）“,第二个里程碑,12,1991, Pierre-Gilles de Gennes,“for discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter, in particular to liquid crystals and polymers（简单体系中的有序性推广到高分子、液晶等复杂体系）“,Pierre-Gill
8、es de Gennes (1932 ),第三个里程碑,13,2000, Hideki Shirakawa, Alan J. Heeger and Alan G. MacDiarmid,“for the discovery and development of conductive polymers“,Hideki Shirakawa（白川英树）(1936 ),Alan J. Heeger（黑格）(1936 ),Alan G. MacDiarmid（麦克迪尔米德）(1927 ),14,高分子物理,？What 研究对象,？How 研究方法,？Why 研究目的,15,高分子也叫高分子化合物、大分子
9、化合物、大分子、高聚物、聚合物等(polymer， macromolecules)。 是指分子量很高、由许多简单的结构单元以共价键重复连接形成的一类化合物.,What?研究对象高分子,如：聚氯乙烯（PVC),常用高分子的分子量104106 g/mol.,若未达到足够长度：低聚物（齐聚物）oligmer,16,什么是高分子？ 塑料是高分子,塑料：以聚合物为基础，经加工形成的塑性材料,热固性塑料(酚醛、脲醛),热塑性塑料 (PE,PP,PVC,PS,PMMA,PC,尼龙),17,研究对象之一塑料的发展,1869年31岁的印刷工人约翰海阿特发明赛璐珞（硝化纤维塑料 ，celluloid)-人造塑料的
10、始祖。,取代象牙的塑料,18,什么是高分子？ 橡胶是高分子,橡胶：具有可逆形变的高弹性材料。,天然橡胶(聚异戊二烯),合成橡胶 ( 顺丁,丁苯,丁腈,丁基橡胶),19,研究对象之二橡胶的发展,橡树之泪,固特异轮胎（始建于1898年） ，至今世界驰名,1839 Goodyear发明硫化橡胶,20,什么是高分子？ 纤维是高分子,纤维：聚合物加工形成的纤细而柔软的丝状物，,涤纶(聚酯纤维PET), 锦纶（尼龙6） 腈纶(PAN), 丙纶(PP),21,蚕说：还是人类有能耐,1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中制得第一根人造纤维；1884年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造丝
11、；,研究对象之三纤维的发展,22,什么是高分子？ 涂料、粘合剂是高分子,23,自然界里还有多种多样的天然高分子,与数量庞大的天然高分子相比，,人工合成高分子只是冰山一角哦！,天然高分子：如淀粉、纤维素、多糖类、DNA、蛋白质、核酸等,24,DNA分子的双螺旋结构 deoxyribonucleic acid,两股DNA长链像转圈的楼梯扶手 架，围绕一个中心轴盘旋，走向相反， 外侧为磷酸基团，内侧为四种碱基，通 过碱基对(30亿)的氢键形成双螺旋结构。,H,O,C、N ： 在碱基中,C ：在磷酸酯键中,P,25,H | H2NCCOOH |,R,COOH | H-NHCH |,R,+,H COOH
12、 | | H2NCCONHCH | |,R,R,肽键,C，H，O，N，S,蛋白质Protein,26,高分子材料的基本特性,比重小，比强度高 高弹性、高韧性 可塑性、易加工 绝缘性, 化学惰性，耐腐性，耐磨性等,27,Why？研究目的,为研究开发新型高分子材料、指导大分子设计打下基础 为高分子材料的成型、加工及改性创造条件 了解科学研究的思路和方法，培养对高分子科学的兴趣,发展高分子材料,28,高分子的结构与性能及其相互关系,How？ 研究方法,结构：链结构、聚集态结构,性能：力学、热学、电学性能,29,高分子结构与性能的联系,高分子的结构(1-4),高分子的性能(6-10),高分子的运动(5
13、),30,聚集态结构 （三级结构） （2章）,链结构 （1章）,远程结构： 形态（构象）、 （二级结构） 大小（分子量与分布，4章）,近程结构 （一级结构， 化学结构）,结构单元的化学组成 构造,构型 共聚物的序列结构,非晶态结构 结晶态结构 液晶态结构 取向态结构 织态结构（高层次结构）,高分子结构的内容,31,高分子结构的特点,分子量高，具有链式结构：由很大数目(103）的结构单元组成。 高分子链的柔顺性：链的内旋转产生非常多的构象,使主链弯曲而具有柔性（如：DP=100的PE，构象数1094） 。 高分子结构具有多分散性，不均一性。 高分子凝聚态结构复杂：非晶态、晶态（球晶、串晶、单晶、
14、伸直链晶）、液晶态结构、取向态结构等。,32,第一章 高分子链的结构,高分子链的结构 (近程结构或一级结构）,高分子链的形态 (远程结构或二级结构）,单根高分子链的结构与形态,Polymer Chain Structure,33,结构单元的化学组成 Chemical composition 高分子链的构型Configuration 分子构造Architecture 共聚物的序列结构 Sequential structure,1.1 化学组成、构型、构造和共聚物的序列结构（高分子链的近程结构）,34,一个大分子往往是由许多相同的结构单元通过共价键重复连接而成。例如：,1.1.1 结构单元的化学组
15、成,聚合,单体,大分子,缩写成,结 构 单 元：聚合物分子结构中出现的以单体结构为基础的原子团,聚合度,35,The Chemical Structures of some Polymers,聚丙烯 PP Polypropylene,聚异丁烯 PIB Polyisobutylene,聚丙烯腈 PAN Polyacrylonitrile,聚氯乙烯 PVC Polyvinyl Chloride,36,聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA Poly (methyl methacrylate),聚醋酸乙烯酯 PVAc Polyvinyl acetate,聚四氟乙烯 PTFE,聚丙烯酸 PAA,聚偏二氯乙烯 PVDC Polyvinylidene Chloride,37,聚己内酰胺 Nylon 6,聚甲醛 POM,聚氧化乙烯 PEO,聚对苯二甲酸乙二酯 PET,聚碳酸酯 PC,38,聚异戊二烯 PI Polyisoprene,聚丁二烯 PB Polybutadiene,39,聚氯乙烯 (PVC),结构单元,主链,侧链基团 或取代基,根据主链分类：,碳链高分子 杂链高分子 元素高分子,高分子结构单元的化学组成不同，则性能不同,元素有机高分子,无机高分子,40,1. 碳链高分子,分子主链全部由碳原子以共价键连接的高分子，大多由加聚得到，如P
