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1、人类的文明史人类的文明史=材料的发展史材料的发展史 材料包括：材料包括： 无机非金属材料无机非金属材料 有机高分子材料有机高分子材料 复合材料复合材料高分子材料学简介第一章第一章：绪论绪论INTRODUCTION Advancement in technology is directly associated with the development of new materials History is often dated by the materials of most importance to the society, i.e., the Stone, Bronze, and Ir
2、on Ages The most important materials in the modern society are plastics, ceramics, and steelHISTORYNatural Macromolecules A living organism is a complex machine, most functions of which are performed by macromolecules. DNA, RNA, ribosomers, proteins, cellulose, starches, and a host of other biologic
3、ally important substances are all macromolecules. From the very beginning of civilization, humans made technological use of natural macromolecules: leather, fur, wool, wood, cotton, flax, paper, natural rubber, etc.Man-made (Synthetic) Macromolecules1839 Elastic property improvement of natural rubbe
4、r by vulcanization 1870 Commercialization of celluloid (75% cellulose nitrate + 25% camphor)1892 Preparation of rayon textile fibbers1910 Phenol-formaldehyde resins - first fully-synthetic polymers1920 Staudingers hypothesis of macromolecules1930Firm establishment of the concept of polymersNobel Pri
5、zes for Polymer Science1953 H. StaudingerIntroduction of the concept of polymers (but not colloids)1963 K. Ziegler and G. NattaDiscovery of coordination polymerization catalysts and preparation of stereoregular polymers1974 P. J. FloryTheoretical and experimental contributions to fundamental princip
6、les of polymer science1991 G. de GennesSuccessful mathematical treatment of phase transition phenomena of polymers, liquid crystals, and super-conducting materials2000 A. J. Heeger, A. G. MacDiarmid, and H. Shirakawa Discovery and development of conductive polymersPolymers Are Everywhere高分子材料的应用高分子材
7、料的应用衣衣食食行行住住用用科技科技Polymers Are EverywhereNational Missile Defense我们骄傲：我们骄傲：高高分分子子概概念念的的形形成成和和高高分分子子科科学学的的出出现现始始于于20世世纪纪20年年代代，但但高高分分子子材料是近材料是近50年发展最快的材料年发展最快的材料1996年年塑塑料料与与金金属属材材料料的的体体积积比比达达到到130%我们责任重大：我们责任重大：*我国高分子研究起步于我国高分子研究起步于20世纪世纪50年代初年代初*1995年，我国高分子材料进口总量：年，我国高分子材料进口总量：*塑料：塑料：370万吨万吨*合成纤维：合成
8、纤维：207万吨万吨*橡胶：橡胶：31万吨万吨*占国内消耗量的占国内消耗量的50%，投资，投资100亿美元亿美元*1998年年，国国内内高高分分子子材材料料的的总总消消耗耗量量为为1446万万吨吨，占占世世界界总总消消耗耗量量的的1/10，其其中中803万万吨吨为为进进口，人均消耗量仅为发达国家的口，人均消耗量仅为发达国家的1/7现代高分子材料学的三个基础性分支学科l高分子化学高分子物理 （结构与性能关系研究）l高分子工程 （聚合反应工程和高分子成型）高分子高分子聚合物聚合物塑料塑料橡胶橡胶纤维纤维涂料涂料 粘合剂粘合剂热固性塑料热固性塑料(酚醛、脲醛酚醛、脲醛)热塑性塑料热塑性塑料(PE,P
9、P,PVC,PS,PMMA,尼尼龙龙) 天然橡胶天然橡胶(聚异戊二烯聚异戊二烯)合成橡胶合成橡胶( 顺丁顺丁,丁苯丁苯,丁腈丁腈,丁基丁基橡胶橡胶)腈纶腈纶(PAN),丙纶丙纶(PP),聚酯纤维聚酯纤维(PET),尼龙尼龙研究对象研究对象研究对象之一研究对象之一塑料的发展塑料的发展1869年31岁的印刷工人约翰海阿特发明赛璐珞取取代代象象牙牙的的塑塑料料1909年贝克兰发明酚醛树脂年贝克兰发明酚醛树脂酚醛塑料制作的门把手酚醛塑料制作的门把手1909年贝克兰合成年贝克兰合成酚醛树脂，酚醛树脂，1911年年英国的马修斯合成英国的马修斯合成出聚苯乙烯，出聚苯乙烯，1912年聚氯乙烯被合成，年聚氯乙烯
10、被合成，1927年合成出聚甲年合成出聚甲基丙烯酸甲酯，基丙烯酸甲酯，1933年高压聚乙烯年高压聚乙烯问世，问世，1938年四氟年四氟乙烯被聚合乙烯被聚合聚合产生的奇迹聚合产生的奇迹 1953年齐格勒在低压条件下年齐格勒在低压条件下合成出聚乙烯，随后纳塔合成出合成出聚乙烯，随后纳塔合成出聚丙烯，聚丙烯，1963齐格勒、纳塔获得齐格勒、纳塔获得诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖。研究对象之二研究对象之二橡胶的发展橡胶的发展橡橡树树之之泪泪丑却受宠的合成橡胶丑却受宠的合成橡胶蚕说：还是人类有能耐蚕说：还是人类有能耐1855年瑞士人奥年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到放在硝酸中得到硝化纤维素
11、溶液，硝化纤维素溶液，制得第一根人造制得第一根人造纤维；纤维；1884年查年查唐纳脱把硝化纤唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和维素放在酒精和乙醚中得到溶液，乙醚中得到溶液，得到人造丝；得到人造丝；研究对象之三研究对象之三纤维的发展纤维的发展 从上面所叙述材料的发展可从上面所叙述材料的发展可以看到，科学发展是无止境的，以看到，科学发展是无止境的，一时的满足和安于现状就会导致一时的满足和安于现状就会导致落后，不断进取、不断创新才更落后，不断进取、不断创新才更有所作为。有所作为。 人类需求是推动科学发展的人类需求是推动科学发展的动力。动力。绪论绪论一、高聚物的基本概论一、高聚物的基本概论高聚物高聚物高聚物
12、（high polymer）是高分子化合物（macromolecular compound）的简称，是由成千上万个原子通过化学键连接而成的高分子（macromolecule）所组成的化合物。高聚物的基本特点高聚物的基本特点相对分子质量大高聚物的基本特点分子链长相对分子质量具有多分散性常用的术语常用的术语单体结构单元重复结构单元聚合度常用的术语绪论绪论实例分析实例分析以氯乙烯（VC）为单体，通过聚合生成聚氯乙烯（PVC）。n CH2CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2CH以对苯二甲酸、乙二醇为单体，通过聚合生成聚对苯二甲酸乙二酯（的确良）。ClClClClCl简写ClCH2CHn结构单元重复
13、结构单元n HOCH2CH2OHn HOOCCOOH HOCCOCH2CH2OHOOn重复结构单元结构单元结构单元绪论绪论单体（单体（monomer）能够形成结构单元的分子所组成的化合物，即聚合时的小分子原料。结构单元（结构单元（structural unit）组成高聚物重复结构单元的基本单元。重复结构单元（重复结构单元（structural repeat unit）高分子链中重复出现的单元，即链节（chain element）。聚合度（聚合度（degree of polymerization）重复结构单元数目，即链节数。单独提出用DP或Xn表示，在结构式中用n表示。三个关系的处理三个关系的处
14、理结构单元与重复结构单元的关系结构单元与重复结构单元的关系单一单一高分子的相对分子质量与聚合度、重复结构单元相对分子质量的关系高分子的相对分子质量与聚合度、重复结构单元相对分子质量的关系重复结构单元重复结构单元结构单元结构单元绪论绪论单一相对分子质量与平均相对分子质量的关系单一相对分子质量与平均相对分子质量的关系单一相对分子质量只对个体高分子，平均相对分子质量是体系内所有个体相对分子质量的平均值。个体高分子的个体高分子的相对分子质量没有实用价值，真正有价值的是平均平均相对分子质量的大小。原因：原因：高聚物是由相对分子质量不等的同系聚合物组成的混合物，即高聚物的相对分子质量具有多分散性。多分散性
15、的描述：多分散性的描述：分布曲线法、分散系数HI法。常见三大合成材料的相对分子质量范围常见三大合成材料的相对分子质量范围塑料相对分子质量橡胶相对分子质量纤维相对分子质量高密度聚乙烯聚氯乙烯聚苯乙烯聚碳酸酯630万515万1030万26万天然橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶2040万1620万2530万1012万锦纶-66涤纶维尼纶腈纶1.21.8万1.82.3万67.5万58万绪论绪论二、高聚物的命名与分类二、高聚物的命名与分类高聚物的命名高聚物的命名通俗命名法通俗命名法“聚聚”单体名称单体名称实例聚聚氯乙烯、聚聚乙烯、聚聚丙烯、聚聚苯乙烯、聚聚甲基丙烯酸甲酯、聚聚四四氟乙烯、聚聚异异丁烯、聚聚偏
16、偏二氯乙烯等。注意：取代基的位置用文字代替。原料名称简字原料名称简字“树脂树脂”实例酚醛树脂树脂、脲醛树脂树脂（聚合单体简字）扩充：聚氯乙烯树脂树脂、聚乙烯树脂树脂等（成型加工原料）高聚物的命名习惯或商品命名法系统命名法通俗命名法树脂命名法橡胶命名法结构特征命名法“聚”单体名称绪论绪论单体简字单体简字“橡胶橡胶”实例丁苯橡胶橡胶、丁腈橡胶橡胶、氯丁橡胶橡胶、顺丁橡胶橡胶结构特征命名结构特征命名具有“酯COO结构”的高聚物称为聚聚酯酯；具有“酰胺CONH结构”的高聚物称为聚聚酰酰胺胺；具有“醚O结构”的高聚物称为聚聚醚醚。习惯名称与商品名称习惯名称与商品名称高聚物的重复结构单元通俗名称系统名称习惯或商品名称英文缩写CH2CH2CH2CH(CH3)CH2CH(Cl)CH2C(CH3)-COOCO(CH2)2O-NH(CH2)5CO聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚对苯二甲酸乙二酯聚已内酰胺聚亚乙基聚亚丙基聚(1-氯亚乙基)聚(1-甲氧基酰基)-1-甲基亚乙基聚(氧亚乙基对苯二酰)高密度聚乙烯低密度聚乙烯（丝用）丙纶（丝用）氯纶有机玻璃涤纶锦纶-6或尼龙-6HDPELDPEPPPVCPM
