贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,第四章 高分子材料的结构,THE STRUCTURE OF POLYMER MATERIALS,高分子材料概述 高分子链的结构及构象 高分子的聚集态结构 高分子材料的性能与结构,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,高分子材料的定义,高分子材料：以高分子化合物为主要组分，与各种添加剂配合而形成的材料 高分子化合物：由碳、氢、氧、硅、硫等元素原子彼此以共价键结合形成相对分子量特别大、具有重复结构单元的化合物贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,高分子材料的发展,第一次世界大战前后 酚醛树脂（1907） 异戊二烯（1909） 丁纳橡胶（1912） 醋酸纤维（1927） 脲醛树脂（1929）,1）早期发展,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,2）规模发展,第二次世界大战前,尼龙—66（1938） 涤 纶（1941） 丁苯橡胶（1937） 丁腈橡胶（1937） 丁基橡胶（1940）,塑料工业 聚氯乙烯（1928） 聚苯乙烯（1930） 聚醋酸乙烯酯（1936） 聚甲基丙烯酸甲酯（1930） 聚四氟乙烯（1938）,1920年，德国科学家Staudinger 首先提出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。
贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,3）疯狂发展,第二次世界大战后50-70年代,20世纪50年代，Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂1956年，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开创了高分子结构设计的先河 50年代后期至60年代，大量高分子工程材料问世ABS(1948)，聚甲醛(1956)，聚碳酸酯(1957)，顺丁橡胶(1959)，聚砜(1965)，聚苯醚(1964)，聚酰亚胺(1962)贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,60年代以后，特种高分子和功能高分子得到发展 特种高分子：高模量高强度、耐高低温、耐辐射、半导体等 功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜等）、导电高分子、感光高分子、高分子催化剂、高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、高分子液晶等 80年代后，新结构的聚合物有：新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合物等。
2000年诺贝尔奖得主 导电聚合物的发现,疯狂发展的原因：石油工业产生丰富的原料来源,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,高分子材料的应用,高分子材料不仅具有重量轻、耐腐蚀和电绝缘等诸多优良性能，而且具有可塑性好、易加工成型、原料丰富、价格低廉等特点，其应用已经遍及人们的衣、食、住、行，以及信息、能源、医疗和航空航天等领域贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,衣——“四纶”,尼龙纤维：聚酰胺，坚固耐磨 涤纶纤维：聚对苯二甲酸乙二醇酯，“的确良”，美观、易洗免烫 腈纶纤维：聚丙烯腈，保暖、不蛀不霉，便于洗涤 维尼纶纤维：聚乙烯醇缩甲醛，透气干爽,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,食,塑料大棚：丰富高寒地区的蔬菜品种 塑料地膜：保温保湿，增加粮食作物产量 塑料包装：日常食品的包装、储存、保鲜等 海水淡化：由芳香聚酰胺或醋酸纤维素制成的反渗透中空纤维膜可以淡化海水，解决沿海地区或岛屿的农田灌溉和生活用水问题。
贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,住,墙壁、地面、窗户等装饰材料 卫生洁具、上下水管道等配套材料和消声、隔热保温、防水等各种材料 各种家具及其涂料 活动板房：酚醛或脲醛树脂压制,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,行,汽车：内饰、座椅、方向盘、轮胎等部件 轮船：玻璃纤维复合材料 飞机：碳纤维复合材料,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,第一节 高分子材料概述,INTRODUCTION TO POLYMER MATERIALS,高分子材料的基本概念 高分子材料的合成 高分子材料的命名和分类,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,一、高分子材料的基本概念,1. 高分子化合物 (Macromolecule),由多个结构相同、简单的重复单元以共价键相连接而构成的大分子所组成的化合物。
例如： 聚苯乙烯,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,分子量多大才算是高分子？,其实，并无严格界限，通常把分子量5000的称为高分子化合物高分子的强度与其 分子量密切相关，应该根据物质特性来判定其是不是高分子化合物贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,2.单体 (Monomer),合成聚合物的低分子量原料,尼龙-66的单体 己二酸： HOOC(CH2)4COOH 己二胺：NH2(CH2)6NH2,苯乙烯 氯乙烯,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,常见的无机高分子,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,3.重复结构单元(Repeating structure unit),大分子链上化学组成和结构均可重复出现的最小基本单元，简称重复单元，也称链节(Chain element),尼龙-66的重复单元,聚氯乙烯的重复单元,重复单元的特点： 以单体结构为基础 在聚合物链中重复出现,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,结构单元(Structure unit),单体分子通过聚合反应进入大分子链的基本单元。
结构单元的元素组成可以与单体的元素组成相同，也可以不同单体分子通过聚合反应形成的元素组成与单体完全相同的结构单元单体单元(Monomer unit),,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,例1：聚合物是由一种单体聚合而生成，且重复结构单元的元素组成与单体组成完全相同例2：两种结构单元构成一个重复结构单元,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,4.聚合度(Degree of polymerization),大分子链中链节的重复次数，也称链节数，反映了大分子链的长短和相对分子量的大小，在聚合物的分子结构中以n表示由聚合度可计算出高分子的分子量M：,M = n × m,m：重复单元的分子量,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,5.官能度(Degree of functionality),一个单体上能与别的单体发生键合的位置数目。
如：聚乙烯单体（CH2=CH2）的官能度为2，是双官能的单体,单体分子的官能度决定着高分子的结构,单官能的单体：可作为链聚合的终止剂,双官能的单体：只能聚合为链状结构，形成热塑性塑 料，有较低的强度,三官能的单体：可聚合为三维网状结构，有更高的强度,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,6.平均分子量,多分散性：高分子化合物中各个分子的相对分子质量不相等的现象,高分子分子量的研究意义 了解高分子聚合、解聚及老化过程的重要结构参数 与高分子材料的机械性能有密切关系 对高分子材料的流变特性、溶液性质、加工性能有重要影响,高分子分子量描述需给出分子量的统计平均值,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,数均分子量,就是以数量为统计权重，或者说平均每个高分子链的质量就是数均分子量重均分子量,就是以重量为统计权重，或者说单位重量上平均到的分子量。
式中，i=1~∞，Ni代表相对分子质量为Mi的分子在聚合物中所占的分子分数,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,例题：聚合物A和B等质量m混合，A和B的分子量分别为4.02×105g/mol和1.25×105g/mol，求数均、重均分子量？,通常，用重均分子量表征聚合物比用数均分子量更恰当,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY,粘均分子量,稀溶液粘度法测得的平均分子量,α为马克-豪温方程中的指数,马克-豪温方程：描述分子量与粘度的关系方式,,,,,贵州师范大学,化学与材料科学学院,SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIA。