高分子物理第一章1

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1、高分子物理主讲人: 王鲁燕联系电话: 15110262931公共邮箱: Pass word: polymerwl2012使用教材：高分子物理金日光, 华幼卿主编参考教材：高分子物理王德海主编高分子科学教程，韩哲文主编习题参考书高分子物理习题集徐世爱主编Date11. 讲授内容及课时分配 共48学时绪论1h第1章 高分子链的结构.4h第2章 高分子凝聚态结构. 6h第3章 高分子溶液6h第4章 聚合物分子量与分子量分布.4h第5章 聚合物的分子运动与转变6h教学要求与安排Date21. 讲授内容及课时分配 第6章 橡胶弹性4h第7章 聚合物的黏弹性4h第8章 聚合物的屈服与断裂4h第9章 聚合物

2、的流变性4h第10章 聚合物的电学性能、热性能、光学性能4h第11章：聚合物的表面与界面自学总复习1hDate32. 成绩评定:期末考试占70%; 期中考试占10%;作业占10%；考勤占10% 3. 学习方法：(1) 课前预习; (2) 课上认真听讲(3) 课后复习总结; (4) 做作业; 5. 作业内容: (1) 预习; (2)各章课后习题; (3) 章节总结作业格式要求：A4纸大小 6. 课堂纪律：Date4一、高分子科学的发展1 高分子科学2 高分子科学的发展3 通用高分子的发展及应用4 功能高分子的发展及应用二、高分子物理研究内容1. 高聚物结构的特点2. 高分子材料的性能特点3. 高

3、分子物理知识解决实际生产问题4. 高分子物理的学习方法绪 论Date5高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它是建立在有机化学、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。高分子科 学高分子化 学研究聚合反应和高分子化学反应 原理，选择原料、确定路线、寻 找催化剂、制订合成工艺等。 研究聚合物的结构与性能的关系 ，为设计合成预定性能的聚合物 提供理论指导，是沟通合成与应 用的桥梁。高分子物 理高分子加工研究聚合物加工成型的原理与工 艺。1. 高分子科学Date6l 1839年美国人Goodyear发明了天然橡胶的硫化。l 1855年英国人Parks制得赛

4、璐璐塑料（硝化纤维素纤维+樟脑（香樟树树汁）人类第一次合成塑料。l 1883年法国人de Chardonnet发明了人造丝（纤维素纤维）。l 1911年英国马修斯合成聚苯乙烯l 1872年德国化学家拜尔(A.Baeyer)首先合成了酚醛树脂,1907年比利时裔美国人贝克兰提出酚醛树脂加热固化法,使酚醛树脂实现工业化生产 l 1912年聚氯乙烯被合成2. 高分子科学的发展Date71920年德国Staudinger发表了他的划时 代的文献“论聚合”，提出高分子长链结 构的概念。 1927年合成出聚甲基丙烯酸甲酯1933年高压聚乙烯问世1938年四氟乙烯被聚合1953年 齐格勒 在低压条件下合成聚

5、乙烯，随后, 纳塔合成出聚丙烯，1963齐格勒、纳塔获得诺贝尔化学奖。(齐格勒-纳塔催化剂TiCl4/TiCl3-Al(C2H5)3:配位定向聚合, 生成立构规整性高分子化合物)Date8从上世纪60年代开始,高分子材料的研究、设计和工业化生产步入了全面大发展时期。到目前为止，除天然高分子外，人类合成的高分子材料主要可分为：1 通用高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料、粘 合剂等， 特点：规模大、产量高、价格低2 功能高分子材料：具有光、电、磁、医用等特殊功能的高分子 特点：规模小、产量低、附加值高Date93 通用高分子材料的发展及应用三大合成材料指：塑料、合成橡胶、合成纤维1塑料中的

6、“四烯” 聚乙烯 PE聚丙烯 PP聚氯乙烯 PVC聚苯乙烯 PS英文缩写塑料：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。Date10Date11 丁苯橡胶： 丁二烯和苯乙烯共聚 顺丁橡胶: 丁二烯为单体 乙丙橡胶 ,乙烯与丙烯为单体 异戊橡胶: 异戊二烯为单体 合成橡胶“四胶” Date12橡胶：具有可逆形变的高弹性材料。Date13聚对苯二甲酸乙二酯 PET(涤纶 )聚已二酰已二胺（尼龙-66） 聚已内酰胺（尼龙-6）聚丙烯腈 PAN (腈纶)聚乙烯醇 PVA(维尼纶)纤维中的“四纶” ：Date14纤维：纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100倍。此外

7、，常见通用高分子材料还用：涂料与粘胶剂。Date154 4 功能高分子材料的发展及应用功能高分子材料的发展及应用功能高分子材料于20世纪60年代末开始得到发展。 功能高分子是指具有化学反应活性、催化性、光敏性、导电性、磁性、生物相容性、药理性、选择分离性，或具有转换或贮存物质、能量和信息作用等功能的高分子及其复合材料。目前已达到实用化的功能高分子有：离子交换树脂、分离功能膜、光刻胶、感光树脂、高分子缓释药物、人工脏器等等。即将达到实用化阶段:高分子敏感元件、高导电高分子、高分辨能力分离膜、高感光性高分子、高分子太阳能电池等Date16高分子膜是指那些由具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜，能

8、有选择地分离物质。目前应用于海水 淡化、反渗透、膜萃取、膜蒸馏等技术领域。建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界上最大的海 水淡化厂，日供应淡水12000吨，主要使用醋酸纤维素分 离膜装置。Date17 光敏高分子材料以光敏树脂 为代表，主要用于照相、印 刷制版、印刷集成电路等。 印刷工业应用聚乙烯醇酸酯 ，光照时交联而不溶而保留 下来，得到凸版。 光解性的光刻胶，重氮醌接 到酚醛树脂上，光作用下重 氮醌分解，图像被保留，分 辨率达10纳米。光敏高分子材料光敏高分子材料Date181950年人们逐渐开始配戴材质是聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA）的隐形眼镜，具有优越的光学特性，又能矫 正角膜性散光。

9、1960年捷克学者利用十年的时间发明了 软性隐形眼镜的材料，就是 一直延用至今的聚甲基丙烯 酸羟乙酯（HEMA）。功能高分子功能高分子材料隐形眼镜材料隐形眼镜Date19生物降解高分子材料生物降解高分子材料目前自然界的污染存在“白色”（塑料）和“黑色”（橡胶） 垃圾。发展可生物降解的产品是必要而且急需的，但许多具体 问题不能解决。1、可降解塑料袋承重能力低； 2、可降解塑料袋色泽暗淡发黄 ，透明度低；3、是价格偏高，成本难以接受。Date20人造心脏 人造关节人工肾Date2122原子间排列方式 与键合类型 (结构)材料性能材料应用材料应用合成 与 加工R e l a ti o n s h i

10、 p材料结构性能制备应用关系二 高分子物理的研究内容结构性能高 分 子 物 理研 究 内 容Date221.高聚物结构的特点高分子的链式结构：高分子分子量很高, 是由很大数目（103105 数量级）的结构单元组成的,。高分子链的柔顺性：高分子链的内旋转，产生非常多的构象（如：DP=100的PE，构象数1094），可以使主链弯曲而具有柔性。高分子结构具有多分散性，不均一性。高分子凝聚态结构的复杂性：非晶态,晶态(球晶、串晶、单晶、伸直链晶)等。其聚集态结构对高分子材料的物理性能有很重要的影响。Date23聚合物材料具有以下优点：质量轻: 相对密度小。LDPE （0.91），PTFE（2.2） 良

11、好的电性能：绝缘性能。 优良的隔热保温性能：绝热材料。 良好的化学稳定性：耐化学溶剂。 良好的耐磨、耐疲劳性质：橡胶是轮胎不可替代的材料。良好的自润滑性：用于轴承、齿轮。 良好的透光率：树脂基光盘，树脂镜片。 宽范围内的力学性能：可选择性。原料来源广泛、加工成型方便：适宜大批量生产、成本低。 漂亮美观的装饰性：可任意着色、表面修饰。2.高分子材料的性能特点Date243.高分子物理知识解决实际生产问题分子量、分子量分布影响高分子材料性能：分子量大：材料强度大，但加工流动性变差，分子量要适中。分子量分布：纤维，分布窄些，高分子量组分对强度性能不利。b橡胶：平均分子量大，加工困难，所以经过塑炼，降

12、低分子量，使分布 变宽起增塑作用。凝聚态结构影响高分子材料性能： 结晶使材料强度，但脆性，韧性。另外球晶大小也影响性能，球晶不能过大。可加成核剂，减小球晶尺寸；改变结晶温度，多成核。 加工工艺影响高分子材料性能：聚碳酸酯：改变温度，降低粘度。聚乙烯：改变螺杆转速，提高注射压力和剪切力降低粘度。Date254.如何学好高分子物理？ 高分子物理内容多、概念多、头绪多、关系多、数学推导多。 紧紧抓住高聚物结构与性能关系这一主线，将分子运动和热转 变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，注意概念、方法，总结规律。 我们要注重培养自学能力，课外能够认真看教材及参考书。

13、养 成独立思考、亲自动手推演例题和习题的习惯。Date26Date27链结构 （单个高 分子）聚集态结 构（许多 高分子）高 分 子 结 构 层 次高分子结构一级结构 近程结构 （化学结构 ）包括结构单元的化学组成、构型 、构造和共聚物的序列结构二级结构 远程结构高分子链的形态（构象）以及 高分子的大小（分子量及分布）高分子链之间通过范德 华力和氢键形成具有一定 规则排列的聚集态结构。 包括晶态、非晶态、取向 态、液晶态及织态等。三级结构 远程结构近程结构：又称为化学结构， 因为它的形成与改变 会涉及到化学键的形成或断裂。Date28主链聚合度1.1结构单元的化学组成高分子：由千万个小分子化合

14、物通过化学聚合反应, 联结而成的大分子化合物。 或者说，是由许多重复结构单元键接而成的。 高分子又称高聚物或聚合物.结构单元侧链基团 或 取代基Date29 1.1结构单元及化学组成高分子分 类碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。杂链高分子：主链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。元素有机高分子：主链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原 子组成。按结构单元的主链元素组成：无机高分子：主链与侧链组成中均不含碳原子P2 表1-1Date30杂链高分子聚乙二醇尼龙6元素有机高分子聚二甲基硅氧烷碳链高分子聚乙烯聚丙烯例：Date31鉴别高分子链结构单元的方法X射线衍射法红外光谱法拉曼光谱法核磁共振法 Date32高聚物不同的异构体高聚物不同的异构体旋光异构旋光异构几何异构键接异构键接异构构型（configuration）是指分子中由化学键固定 的原子在空间的排列。这种排列是稳定的，要改 变构型必须经过化学键的断裂和重组。1.1.2 高分子链的构型Date33Nicol 棱镜旋光性物质光偏振光偏振光右旋物质D左旋物质L旋 光 异 构体1.1.2.1 旋光异构手性分子:能与其镜像重合的两个分子称为手性分子，具有旋光性旋光异构体: 这两个手性分子称为旋光异构体，右旋D/左旋L物质性质: 二者旋光性不同, 化学组成相同、