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1、,高分子化学与物理基础,高分子科学,高分子科学是当代发展最迅速的学科之一高分子科学既是一门应用科学，又是一门基础科学高分子科学已经发展成高分子化学和高分子物理两个主要分支,高分子材料的应用,衣,食,行,住,用,科技,我国高分子工业振兴,外壳集成电路板（电路板黏合剂导热胶灌封胶等等）光盘构件,铁路,高速公路,电子封装,弹头,推进剂,发动机壳(复合材料）,衬层,烧蚀层,菲尔普斯,全运会比赛时所选用的泳衣只能是速比涛(speedo)、蓝七十(blueseventy)、耐克(nike)三个品牌已被列入国际泳联于今年6月19日所公布的批准泳衣清单内的产品，以及国产品牌泳衣。其它品牌的快速泳衣不得使用。,
2、游泳世锦赛刚在罗马落下帷幕，高科技泳衣帮助泳池名将一共打破三十多项世纪纪录，其中在已经创造的单项世界纪录中(不包括接力)：JAKED01和ARENAX-GLIDE“军团”并驾齐驱，都是打破了13项世界纪录。JAKED泳衣以允许运动员凭证免费领取一件的营销策略及其泳衣的高科技功效成为泳将们的“新宠”，,博尔特,伊辛巴耶娃,高分子家族,Insulation,Easy molding,Extremely light weight 重量轻,Transparency,Colorability 色彩,General Characteristics,High Toughness 高韧性,High Elast
3、icity 高弹性,Chemical resistance 化学惰性,一般性质,绝缘,易加工,透明,最早的“天然塑料物质”,高分子材料的发现和应用经过了从天然高分子材料的直接使用，到天然高分子材料的改造再利用，再到化学合成高分子材料的过程。2500多年前，南美印地安人将天然橡胶树汁涂覆在脚上，依赖空气中的氧连接天然橡胶树汁中的长链分子使其变硬，制成了早期的靴子。在一个多世纪前，依赖天然塑料物质-毛发、蹄脚、角质物等为原料，生产各式各祥的梳篦、风挡、刷把、钮扣等传统工艺产品。显然塑料工业的产生与发展也与其它化学化工产品一样。经历了一段自身发展的过程.毛发、蹄脚、角质物、羽毛等纤维蛋白都是含有高硫
4、量的聚合物。它们对于溶剂和化学品是不溶性的，相对说来不起化学作用。这些天然塑料物质浸入热水中而后冷却至室温可以成型。在钮扣生产中，牛蹄脚是常常易于获得的一种固体材料。18世纪时老的制造工艺为热压模技术所代替，它通过磨碎蹄脚用热压模制造钮扣，因为存在于跷脚中的天然胶适合作为模压扣的胶结剂,高分子材料发展史大事记,人类在长期的生产斗争中获得了利用天然有机材料的丰富知识，这些天然有机材料包括蚕丝、羊毛、皮革、棉花、木材以及天然橡胶等。它们的化学结构有很大的共同点，都是由天然高分子化合物所组成，因此它们可统称为天然高分子物或天然高聚物材料。,高分子材料发展史大事记,高分子材料发展史大事记,早期的塑料之
5、王赛璐珞,由“象牙问题”引发的研究一个多世纪前，当利用骨头、蹄脚、龟甲等生产“天然塑料物质”制品被摒弃之时、象牙的需要量却不断增加。当时为了获取象牙，每年要杀死2万头以上的的大象。出乎意外的是苏格兰传教士和研究者李温士敦(David Livingstone，18131871)博士却认为大象的供给是消耗不完的。幸好英国的史毕尔(Daniel Spill)和帕克斯(Alexander Parkes)及美国的J.W.海厄特(J.W.Hyatt)与I.S.海厄特(I.S.Hyatt)兄弟俩并未为上述见解所禁锢。他们试图通过研究发明代用的物质以解决这一“象牙问题”，因而导致了赛璐珞的出现。,天然橡胶的硫
6、化处理,1826年，法拉第通过元素分析发现橡胶的单体分子是C5H8，后来人们测出C5H8的结构是异戊二烯。就这样，人们逐步了解了构成某些天然高分子化合物的单体。 1839年，有个名叫古德意尔的美国人，偶然发现天然橡胶与硫磺共热后明显地改变了性能，使它从硬度较低、遇热发粘软化、遇冷发脆断裂的不实用的性质，变为富有弹性、可塑性的材料。这一发现的推广应用促进了天然橡胶工业的建立。天然橡胶这一处理方法，在化学上叫作高分子的化学改性，在工业上叫作天然橡胶的硫化处理。,纤维素硝酸酯-赛璐珞的合成,纤维素分子中的羟基与硝酸生成酯，称之纤维素硝酸酯，它是用硝酸硝化纤维素(多数情况下是棉花) 制备的。纤维素分子
7、中的羟基都与硝酸酯化。硝酸酯化程度较高的，含氮量12.613.4%的硝化纤维素称为火棉(Guncotton)，它易燃烧和爆炸，是无烟火药的主要原料，也可用于生产硝基漆；含氮量1011%硝化度较低的硝化纤维素称为火棉胶纤维素，其乙醇、乙醚溶液就是一般封瓶口用的火棉胶。1869年海厄特(J.W.Hyatt，1837-1920)在寻求制台球的象牙代用品时，把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，然后在常压下硬化，研制出第一个合成塑料-“赛璐珞”。“赛璐珞”是一种坚韧材料，具有很大的抗张强度，耐水， 耐油、耐酸，能够低成本地生产各种颜色的产品，为现代塑料工业的发展开拓了道路。赛璐珞一度作为专利产品
8、的还有眼镜框架、钢笔杆、安全(不碎）玻璃及弹子球等，在追本溯源塑料发展史时，尤其为了寻找象牙的代用品而发明赛璐珞这一史实，是值得科技界称道的!,创立高分子化学的施陶丁格(Hermann Staudinger 1881-1965),历史背景天然高分子的化学改性的实践和在合成塑料、合成橡胶方面的探索，使人们深切地感到必须弄清高分子化合物的组成、结构及合成方法。对于这个基础理论问题人们所知甚少，这一理论发展的缓慢与高分子本身的复杂特性有关。化学家们一直搞不清它们的分子量究竟是多少？它为什么难于透过半透膜而有点像像胶体？它为什么没有固定的熔点和沸点，不易形成结晶？这些独特的性质以当时流行的化学观来看是
9、很难理解的。,创立高分子化学的施陶丁格(Hermann Staudinger 1881-1965),早在1861年，胶体化学的奠基人，英国化学家格雷阿姆曾将高分子与胶体进行比较，认为高分子是由一些小的结晶分子所形成。并从高分子溶液具有胶体性质着眼，提出了高分子的胶体理论，得到许多学者的认同，格雷阿姆的高分子胶体理论的称为胶体论者。 例如：认为纤维素是葡萄糖的缔合体。所谓缔合即小分子的物理集合。他们还因当时无法测出高分子的未端基团，而提出它们是环状化合物 。,创立高分子化学的施陶丁格(Hermann Staudinger 1881-1965),当时只有德国有机化学家施陶丁格等少数儿个人不同意胶体
10、论者的上述看法。施陶丁格发表了“关于聚合反应”的论文，他从研究甲醛和丙二烯的聚合反应出发，认为聚合不同于缔合，它是分子靠正常的化学键结合起来。天然橡胶应该具有线性直链的价键结构式。这篇论文的发表，从而引起了一场激烈的论战。,创立高分子化学的施陶丁格(Hermann Staudinger 1881-1965),1925年召开的德国化学会的会议上详细地介绍了自己的大分子理论，与胶体论者展开了面对面的辩论。辩论主要围绕着两个问题：一、施陶了格认为测定高分子溶液的粘度可以换算出其分子量，分子量的多少就可以确定它是大分子还是小分子。胶体论者则认为粘度和分子量没有直接的联系，当时由于缺乏必要的实验证明，施
11、陶丁格显得较被动，处于劣势。施陶丁格没有却步，而是通过反复的研究，终于在粘度和分子量之间建立了定量关系式，这就是著名的施陶丁格方程。,创立高分子化学的施陶丁格(Hermann Staudinger 1881-1965),二、双方都使用X射线衍射法来观测纤维素，都发现单体（小分子）与晶胞大小很接近。对此双方的看法截然不同。胶体论者认为一个晶胞就是一个分子，晶胞通过晶格力相互缔合，形成高分子。施陶丁格认为晶胞大小与高分子本身大小无关，一个高分子可以穿过许多晶胞。1926年瑞典化学家斯维德贝格等人设计出一种超离心机，用它测量出蛋白质的分子量：证明高分子的分子量的确是从几万到几百万。这一事实成为大分子
12、理论的直接证据。,创立高分子化学的施陶丁格(Hermann Staudinger 1881-1965),1932年，施陶丁格总结了自己的大分子理论，出版了划时代的巨著高分子有机化合物成为高分子科学诞生的标志。认清了高分子的面目，合成高分子的研究就有了明确的方向，从此新的高分子被大量合成，高分子合成工业获得了迅速的发展。为了表彰施陶丁格在建立高分子科学上的伟大贡献，1953年他被授予诺贝尔化学奖。,创立高分子化学的施陶丁格(Hermann Staudinger 1881-1965),1881年3月23日，海尔曼施陶丁格出生在德国，施陶丁格在高分子科学研究中取得成功之后，他开始按照早年的设想，将研
13、究的重点逐步转入植物学领域。事实上，他选择高分子课题时，就曾考虑到它与植物学的密切关系。在1926年他就预言大分子化合物在有生命的有机体中，特别是蛋白质之类化合物中起重要的作用。他顺理成章地将大分子的概念引人生物化学并和他的妻子、植物生理学家玛格达福特合作研究大分子与植物生理。1947年出版了著作大分子化学及生物学。在这一著作中，它尝试地描绘了分子生物学的概貌，为分子生物学这一前沿学科的建立和发展奠定了基础。为了配合高分子科学的发展， 1947年起他主持编辑了高分子化学这一专业杂志。他晚年的兴趣主要在分子生物学的研究，由于年事已高，成就不多，但是培养了许多高分子研究方面的人才，1965年9月8
14、日，施陶丁格安然去世，享年84岁。,华莱士H卡罗瑟斯（Wallace H. Carothers,18961937),卡罗瑟斯1896年4月27出生于美国洛瓦的伯灵顿。 1928年杜邦公司在特拉华州威尔明顿的总部所在地成立了基础化学研究所，32岁的卡罗瑟斯博士受聘担任该所有机化学部的负责人。卡罗瑟斯来到杜邦公司的时候，正值国际上对德国有机化学家施陶丁格提出的高分子理论展开了激烈的争论，卡罗瑟斯赞扬并支持施陶丁格的观点，决心通过实验来证实这一理论的正确性，因此他把对高分子的探索作为有机化学部的主要研究方向。一开始卡罗瑟斯选择了二元醇与二元羧酸的反应，想通过这一被人熟知的反应来了解有机分子的结构及其
15、性质间的关系。在进行缩聚反应的实验中，得到了分子量约为5000的聚酯分子。为了进一步提高聚合度，卡罗瑟斯改进了高真空蒸馏器并严格控制反应的配比，使反应进行得很完全，在不到两年的时间里使聚合物的分子量达到10000-20000。,华莱士H卡罗瑟斯（Wallace H. Carothers,18961937),1930年卡罗瑟斯用乙二醇和癸二酸缩合制取聚酯，在实验中卡罗瑟斯的同事希尔在从反应器中取出熔融的聚酯时发现了一种有趣的现象：这种熔融的聚合物能像棉花糖那样抽出丝来，而且这种纤维状的细丝即使冷却后还能继续拉伸，拉伸长度可以达到原来的几倍，经过冷拉伸后纤维的强度和弹性大大增加。这种从未有过的现象
16、使他们预感到这种特性可能具有重大的应用价值，有可能用熔融的聚合物来纺制纤维。他们随后又对一系列的聚酯化合物进行了深入的研究。由于当时所研究的聚酯都是脂肪酸和脂肪醇的聚合物，具有易水解、熔点低（100）、易溶解在有机溶剂中等缺点，卡罗瑟斯因此得出了聚酯不具备制取合成纤维的错误结论，最终放弃了对聚酯的研究。卡罗瑟斯放弃了这一研究以后，英国的温费尔德在汲取这些研究成果的基础上，改用芳香族羧酸(对苯二甲酸)与二元醇进行缩聚反应，1940年合成了聚酯纤维涤纶，这对卡罗瑟斯不能不说是一件很遗憾的事情。,华莱士H卡罗瑟斯（Wallace H. Carothers,18961937),为了合成出高熔点和高性能
17、的聚合物，卡罗瑟斯和他的同事们将注意力转到二元胺与二元羧酸的缩聚反应上，几年的时间里卡罗瑟斯和他的同事们从二元胺和二元酸的不同聚合反应中制备出了多种聚酰胺，然而这此物质的性能并不太理想。1935年初卡罗瑟斯决定用戊二胺和癸二酸合成聚酰胺（即聚酰胺510），实验结果表明，这种聚酰胺拉制的纤维其强度和弹性超过了蚕丝，而且不易吸水，很难溶，不足之处是熔点较低，所用原料价格很高，还不适宜于商品生产。紧接着卡罗瑟斯又选择了己二胺和己二酸进行缩聚反应，终于在1935年2月28日合成出聚酰胺66。这种聚合物不溶于普通溶剂，具有263的高熔点，由于在结构和性质上更接近天然丝，拉制的纤维具有丝的外观和光泽，其耐磨性和强度超过当时任何一种纤维，而且原料价格也比较便宜，杜邦公司决定进行商品生产开发。1938年10月27日杜邦公司正式宣布世界上第一种合成纤维正式诞生了，并将聚酰胺66这种合成纤维命名为尼龙（nylon），这个词后来在英语中变成了聚酰胺类合成纤维的通用商品名称。,
