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1、第十章高分子化合物第十章高分子化合物第十章高分子化合物第十章高分子化合物1.了解有关高分子的一些基本概念及特性了解有关高分子的一些基本概念及特性2.对一些合成高分子和功能高分子有初步了解。对一些合成高分子和功能高分子有初步了解。第十章高分子化合物第十章高分子化合物高分子化学：高分子化学：研究链状大分子的合成、大分子的研究链状大分子的合成、大分子的链结构和聚集态结构，以及大分子聚合物做为高分子链结构和聚集态结构，以及大分子聚合物做为高分子材料的成型及应用。材料的成型及应用。在在20世纪，高分子材料已是人类社会文明的标志之一。世纪，高分子材料已是人类社会文明的标志之一。10.1高分子化合物的概述高
2、分子化合物的概述10.1.1高分子化合物的基本概念高分子化合物的基本概念聚氯乙烯的结构式聚氯乙烯的结构式：高分子化合物的相对分子量很大，但化学组成并不复杂。高分子化合物的相对分子量很大，但化学组成并不复杂。高分子化合物也称聚合物或高聚物。高分子化合物也称聚合物或高聚物。第十章高分子化合物第十章高分子化合物链节：链节：聚合度聚合度单体单体聚合度和高分子的相对分子质量有如下关系：聚合度和高分子的相对分子质量有如下关系：Mr=nm第十章高分子化合物第十章高分子化合物表表10-1某些有机高分子的链节与单体某些有机高分子的链节与单体名称名称符号符号单体单体商品名商品名聚乙烯聚乙烯PE腈纶腈纶乙纶乙纶丙纶
3、丙纶聚丙烯聚丙烯聚丙烯睛聚丙烯睛聚氯乙烯聚氯乙烯聚四氟乙烯聚四氟乙烯PPPANPVC氯纶氯纶氟纶氟纶PTFE第十章高分子化合物第十章高分子化合物10.1.2高分子化合物的命名高分子化合物的命名高分子化合物的命名有系统命名法和通俗命名法。高分子化合物的命名有系统命名法和通俗命名法。天然高分子化合物天然高分子化合物： 纤维素、淀粉、蛋白质等。纤维素、淀粉、蛋白质等。合成高分子化合物合成高分子化合物常按合成方法、所用原料或高聚物常按合成方法、所用原料或高聚物的用途来命名。的用途来命名。聚苯乙烯、聚己二酰己二胺、聚对苯二甲酸已二酯；也有在聚苯乙烯、聚己二酰己二胺、聚对苯二甲酸已二酯；也有在两种原料缩写
4、的名称后加两种原料缩写的名称后加“树脂树脂”来命名的。如苯酚和甲醛合来命名的。如苯酚和甲醛合成的聚合物称酚醛树脂。成的聚合物称酚醛树脂。有些高分子化合物常使用习惯名称或商品名称及简写代号。有些高分子化合物常使用习惯名称或商品名称及简写代号。例如聚甲基丙烯酸甲酯，商品名称为有机玻璃，简写代号：例如聚甲基丙烯酸甲酯，商品名称为有机玻璃，简写代号：PMMA。第十章高分子化合物第十章高分子化合物10.1.3高分子化合物的结构和特性高分子化合物的结构和特性高分子化合物根据分子的几何形状，分为高分子化合物根据分子的几何形状，分为线型长链状不带支线型长链状不带支链的、带支链的和体型网状链的、带支链的和体型网
5、状的。的。无规线图无规线图直线图直线图螺旋形螺旋形片状片状(a)线型链状不带支链线型链状不带支链(b)线型链状带支链线型链状带支链(c)体型网壮体型网壮第十章高分子化合物第十章高分子化合物特性：特性：1.线型分子属于热塑性，加热可以塑化变型，冷却可以线型分子属于热塑性，加热可以塑化变型，冷却可以凝固，并能反复进行，有利于成型加工。凝固，并能反复进行，有利于成型加工。2.体型高分子属于热固性。一旦加工成型后，不能通过加体型高分子属于热固性。一旦加工成型后，不能通过加热重新回到原来的状态。热重新回到原来的状态。3.高分子材料相对密度小，但强度高，有的工程塑料的高分子材料相对密度小，但强度高，有的工
6、程塑料的强度超过钢铁和其他金属材料。强度超过钢铁和其他金属材料。泡沫塑料的相对密度只有泡沫塑料的相对密度只有0.01，比水轻，比水轻100倍，是非常好的救生材料。倍，是非常好的救生材料。玻璃钢的强度比合金钢大玻璃钢的强度比合金钢大1.7倍，比铝大倍，比铝大1.5倍，比钛钢大倍，比钛钢大1倍。倍。取代金属材料的位置，全塑汽车的问世。取代金属材料的位置，全塑汽车的问世。第十章高分子化合物第十章高分子化合物3.高分子具有耐酸、耐腐蚀等特性高分子具有耐酸、耐腐蚀等特性著名的著名的“塑料王塑料王”聚四氟乙烯，在王水中煮也不会变质，其聚四氟乙烯，在王水中煮也不会变质，其耐酸程度远超过金。耐酸程度远超过金。
7、4.高分子具有绝缘性，电线的包皮、电插座等都是用高分子具有绝缘性，电线的包皮、电插座等都是用塑料制成。塑料制成。10.1.4高分子化合物的分类高分子化合物的分类来源分，来源分，可分为天然高分子化合物、合成高分子化合物和可分为天然高分子化合物、合成高分子化合物和天然改性高分子化合物。天然改性高分子化合物。10.2合成高分子材料合成高分子材料第十章高分子化合物第十章高分子化合物1907年世界上第一个合成高分子材料年世界上第一个合成高分子材料酚醛塑料酚醛塑料诞生，诞生，3040年代又合成了许多高分子材料，包括塑料、年代又合成了许多高分子材料，包括塑料、合成纤维和合成橡胶，此后合成高分子工业发展迅速。
8、合成纤维和合成橡胶，此后合成高分子工业发展迅速。195019601970197819861988塑塑料料合合成纤成纤维维合合成橡成橡胶胶总总量量1.01.51.03.56.01.53.010.525.05.05.035.042.012.04.058.058.511.45.475.373.015.310.198.410-2世界合成高分子材料的消费量（单位：百万吨）世界合成高分子材料的消费量（单位：百万吨）第十章高分子化合物第十章高分子化合物10.2.1塑料塑料塑料是指在加热、加压下可塑制成型、而在通常塑料是指在加热、加压下可塑制成型、而在通常条件下能保持固定形状的合成高分子材料。条件下能保持固定
9、形状的合成高分子材料。热塑性塑料热塑性塑料在加热到一定程度后变软或成为粘流态，可塑造在加热到一定程度后变软或成为粘流态，可塑造成型，冷却后定型。再加热后又可变软，可再成形，反复若干次成型，冷却后定型。再加热后又可变软，可再成形，反复若干次性能基本不变。如聚乙烯、聚苯乙烯、性能基本不变。如聚乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂。树脂。热固性塑料热固性塑料是指成型时需加入引发剂、固化剂等，固化成型后是指成型时需加入引发剂、固化剂等，固化成型后再次加热不能再熔融成型的塑料。如环氧树脂、聚氨脂等。再次加热不能再熔融成型的塑料。如环氧树脂、聚氨脂等。塑料按性能和用途来分类塑料按性能和用途来分类，可分为通用塑料、工
10、程塑料、特种，可分为通用塑料、工程塑料、特种塑料和增强塑料。塑料和增强塑料。第十章高分子化合物第十章高分子化合物第十章高分子化合物第十章高分子化合物10.2.2合成纤维合成纤维人造纤维人造纤维是以天然高分子纤维素或蛋白质为原料，经过化学是以天然高分子纤维素或蛋白质为原料，经过化学改性而制成的，如粘胶纤维（人造棉）、醋酸纤维（人造丝）、改性而制成的，如粘胶纤维（人造棉）、醋酸纤维（人造丝）、再生蛋白质纤维等。再生蛋白质纤维等。合成纤维合成纤维是由合成高分子为原料，通过拉丝工艺获得的纤维。是由合成高分子为原料，通过拉丝工艺获得的纤维。合成纤维的品种很多，最重要的品种是聚酯（涤纶）、聚酰胺合成纤维的
11、品种很多，最重要的品种是聚酯（涤纶）、聚酰胺（尼龙、锦纶）、聚丙烯腈（腈纶），它们占世界合成纤维总产（尼龙、锦纶）、聚丙烯腈（腈纶），它们占世界合成纤维总产量的量的90以上。以上。第十章高分子化合物第十章高分子化合物合成纤维一般都具有强度高、弹性大、耐磨、耐化学腐蚀、合成纤维一般都具有强度高、弹性大、耐磨、耐化学腐蚀、耐光、耐热等特点。广泛用作衣料等生活用品。耐光、耐热等特点。广泛用作衣料等生活用品。表表10-3一些合成纤维的性能一些合成纤维的性能名称名称化学组成化学组成相对密度相对密度耐晒耐晒性性耐酸耐酸性性耐碱耐碱性性耐蛀性耐蛀性耐霉耐霉性性涤纶涤纶尼龙尼龙腈纶腈纶维纶维纶氯纶氯纶丙纶丙纶
12、聚对苯二甲酸二聚对苯二甲酸二乙酯乙酯聚酰胺聚酰胺聚丙烯腈聚丙烯腈聚乙烯醇聚乙烯醇聚氯乙烯聚氯乙烯聚丙烯聚丙烯1.381.141.141.171.261.31.390.91优优差差优优良良良良差差优优良良优优良良优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优优良良优优优优优优优优优优良良优优优优第十章高分子化合物第十章高分子化合物10.2.3合成橡胶合成橡胶橡胶分天然橡胶和合成橡胶橡胶分天然橡胶和合成橡胶名称名称结构结构性能性能用途用途丁苯橡胶丁苯橡胶耐耐油油、耐耐磨磨、电电绝绝缘缘性性比比天天然然橡橡胶胶好好，但但弹弹性性、抗抗拉拉强强度和粘着力不如天然橡胶度和粘着力不如天然橡胶制制造造轮轮胎胎、
13、传传输输带带、密密封封配配件件、电绝缘材料、胶管等电绝缘材料、胶管等氯丁橡胶氯丁橡胶耐耐油油、耐耐气气候候、耐耐臭臭氧氧的的性性能能好好，机机械械性性能能与与天天然然橡橡胶胶相似，但弹性、耐寒性较差相似，但弹性、耐寒性较差制制造造耐耐油油制制品品，海海底底电电缆缆，胶胶管等管等丁腈橡胶丁腈橡胶耐耐油油、耐耐磨磨、耐耐热热、耐耐酸酸、耐耐碱碱，气气密密性性好好。但但弹弹性性、耐寒性、电绝缘性较差耐寒性、电绝缘性较差制制造造特特殊殊耐耐油油制制品品、汽汽车车轮轮胎胎，工工业业垫垫圈圈、运运输输带带及及耐耐热热橡橡胶胶制品制品硅橡胶硅橡胶优优良良的的电电绝绝缘缘性性和和很很高高的的耐耐热热性性、耐耐
14、寒寒性性和和耐耐氧氧化化性性。但机械强度低，耐油性差但机械强度低，耐油性差制制造造电电绝绝缘缘材材料料及及衬衬垫垫密密封封、耐高温、低温和耐臭氧制品耐高温、低温和耐臭氧制品氟橡胶氟橡胶分分子子结结构构中中含含有有氟氟原原子子的的橡胶的总称橡胶的总称具具有有高高度度的的热热稳稳定定性性和和化化学学稳稳定定性性，使使用用范范围围宽宽，耐耐高高真真空空，但但耐耐寒寒性性差差，加加工工性能不好性能不好制制造造飞飞机机零零件件，高高真真空空设设备备及及宇宇宙宙飞飞行行器器中中最最重重要要的的橡橡胶胶部部件等件等表表10-4一些合成橡胶的结构、性能和用途一些合成橡胶的结构、性能和用途第十章高分子化合物第十
15、章高分子化合物10.3新型高分子材料新型高分子材料功能高分子功能高分子：在合成高分子的主链或支链上接上：在合成高分子的主链或支链上接上带有显示某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功带有显示某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功能，满足光、电、磁、化学、生物、医学等方面的功能，满足光、电、磁、化学、生物、医学等方面的功能要求。能要求。链接链接10.3.1导电高分子导电高分子聚吡咯、聚噻吩、聚噻唑、聚苯硫醚等都具有导电性聚吡咯、聚噻吩、聚噻唑、聚苯硫醚等都具有导电性导电塑料做成的塑料电池已进入市场。塑料电池具有体积小，导电塑料做成的塑料电池已进入市场。塑料电池具有体积小，工作寿命长的特点。据报道美
16、国以把导电聚合物用到隐形飞机上。工作寿命长的特点。据报道美国以把导电聚合物用到隐形飞机上。第十章高分子化合物第十章高分子化合物功能高分子的品种和分类功能高分子的品种和分类返回返回第十章高分子化合物第十章高分子化合物10.3.2医用高分子医用高分子某些合成高分子与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的某些合成高分子与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因此用高分子材料做成的人工器官具有很好化学结构和物理性能，因此用高分子材料做成的人工器官具有很好的生物相容性，不会因与人体接触而产生排斥和其他作用。的生物相容性，不会因与人体接触而产生排斥和其他作用。人造器官人造器官医用高分子
17、材料医用高分子材料人造心脏人造心脏人造血管人造血管人造器官人造器官人造肾人造肾人造鼻人造鼻人造肺人造肺人造骨人造骨人造肌肉人造肌肉人造皮肤人造皮肤硅橡胶、聚氨酯橡胶硅橡胶、聚氨酯橡胶聚氨酯橡胶、聚对苯二甲酸乙二酯聚氨酯橡胶、聚对苯二甲酸乙二酯有机硅橡胶、聚乙烯有机硅橡胶、聚乙烯醋酸纤维素、聚酯纤维醋酸纤维素、聚酯纤维有机硅橡胶、聚乙烯有机硅橡胶、聚乙烯聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树脂聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树脂硅橡胶和涤纶织物硅橡胶和涤纶织物硅橡胶、聚多肽硅橡胶、聚多肽表表10-5医用高分子材料及用途医用高分子材料及用途第十章高分子化合物第十章高
18、分子化合物10.3.3可降解高分子可降解高分子生物降解塑料、化学降解塑料和光照降解塑料，这类可降解生物降解塑料、化学降解塑料和光照降解塑料，这类可降解高分子将在解决环境污染方面起到重要的作用。高分子将在解决环境污染方面起到重要的作用。10.3.4高吸水性高分子高吸水性高分子高吸水性高分子是一种很好的保鲜包装材料，也适宜高吸水性高分子是一种很好的保鲜包装材料，也适宜做人造皮肤的材料，也可防止土地沙漠做人造皮肤的材料，也可防止土地沙漠10.4复合材料复合材料采用适当的工艺方法，把两种或两种以上物化性能不同采用适当的工艺方法，把两种或两种以上物化性能不同的材料复合起来，形成一种多相固体材料，其性能比
19、组成它的各组的材料复合起来，形成一种多相固体材料，其性能比组成它的各组分材料的性能更好。这样的多相固体材料称为分材料的性能更好。这样的多相固体材料称为复合材料。复合材料。第十章高分子化合物第十章高分子化合物复合材料的重要特点：，就是其性能要比其组分材料的性能复合材料的重要特点：，就是其性能要比其组分材料的性能好。这种性能变得更好的效应称为复合效应。好。这种性能变得更好的效应称为复合效应。10.4.1复合材料的分类复合材料的分类两类原材料构成两类原材料构成基体和分散材料基体和分散材料按增强材料的形状分类按增强材料的形状分类：颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料：颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和
20、纤维增强复合材料。和纤维增强复合材料。基体分类：基体分类：树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。10.4.1.1纤维增强树脂基复合材料纤维增强树脂基复合材料1.玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料是以塑料作为基体材料，玻璃纤维增强塑料是以塑料作为基体材料，2.而以玻璃纤维作为增强材料的复合材料。而以玻璃纤维作为增强材料的复合材料。第十章高分子化合物第十章高分子化合物将玻璃纤维用合成树脂浸渍后，以层压或缠绕的方法成型。将玻璃纤维用合成树脂浸渍后，以层压或缠绕的方法成型。以这样的方法制作得到的复合材料又称为以这样的方法制作得到的
21、复合材料又称为玻璃钢。玻璃钢。材料的材料的强度大大提高强度大大提高，可达到某些合金钢的水平，而密度却，可达到某些合金钢的水平，而密度却只有钢铁的只有钢铁的15左右，即材料的比强度很高。仍具有的较好的耐左右，即材料的比强度很高。仍具有的较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和易加工性能。化学腐蚀性、电绝缘性和易加工性能。玻璃钢的玻璃钢的缺点缺点是它的刚性不如钢铁，即受力后易发生形变。是它的刚性不如钢铁，即受力后易发生形变。再者，玻璃钢耐高温性能较差，当温度超过再者，玻璃钢耐高温性能较差，当温度超过40时，强度不时，强度不易保持。易保持。2.碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料碳纤维的特点是耐高温、质轻且硬、强度高
22、。碳纤维的特点是耐高温、质轻且硬、强度高。第十章高分子化合物第十章高分子化合物新一代的运动器材如羽毛球拍、网球拍、高尔夫球杆、新一代的运动器材如羽毛球拍、网球拍、高尔夫球杆、滑雪杖、滑雪板、撑杆、弓箭等都采用滑雪杖、滑雪板、撑杆、弓箭等都采用碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料来做，来做，为运动员创造世界记录做出了贡献。为运动员创造世界记录做出了贡献。10.4.1.2纤维增强陶瓷基复合材料纤维增强陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料为改变陶瓷的脆性，将石墨或聚合物纤维包埋陶瓷基复合材料为改变陶瓷的脆性，将石墨或聚合物纤维包埋在陶瓷中，制成的复合材料有一定的韧性，不易碎裂，且还可在陶瓷中，制成的复合材料有一定的
23、韧性，不易碎裂，且还可在极高的温度下使用。在极高的温度下使用。汽车、火箭发动机的新型结构材料汽车、火箭发动机的新型结构材料第十章高分子化合物第十章高分子化合物齐格勒为德国化学家。齐格勒为德国化学家。对自由基化学反应、金属有机对自由基化学反应、金属有机化学等都有深入的研究。化学等都有深入的研究。1953年年.通过一系列筛选试验发现，通过一系列筛选试验发现，由四氯化钛和三乙基铝组成的催由四氯化钛和三乙基铝组成的催化剂可以使乙烯在低压下的聚合化剂可以使乙烯在低压下的聚合物完全是线型的，并且易结晶、物完全是线型的，并且易结晶、密度高、硬度大，称高密度聚乙烯密度高、硬度大，称高密度聚乙烯（低压聚乙烯）。
24、低压聚乙烯和（低压聚乙烯）。低压聚乙烯和高聚乙烯相比，具有生产成本低、高聚乙烯相比，具有生产成本低、设备投资少、工艺简单等优点设备投资少、工艺简单等优点。第十章高分子化合物第十章高分子化合物意大利科学家纳塔经过改进意大利科学家纳塔经过改进将此催化剂用在丙烯聚合反应中，将此催化剂用在丙烯聚合反应中，制得了结晶形聚丙烯。制得了结晶形聚丙烯。由于齐格勒和纳塔发明了乙烯、由于齐格勒和纳塔发明了乙烯、丙烯聚合的新催化剂，奠定了定向丙烯聚合的新催化剂，奠定了定向聚合的理论基础，改进了高压聚合聚合的理论基础，改进了高压聚合工艺，使聚乙烯、聚丙烯等工业得工艺，使聚乙烯、聚丙烯等工业得到巨大的发展，为此他们两人
25、于到巨大的发展，为此他们两人于1963年共同获得诺贝尔化学奖。年共同获得诺贝尔化学奖。齐格勒在从事科学研究的同时，齐格勒在从事科学研究的同时，也特别重视对科技人才的培养。也特别重视对科技人才的培养。他对助手的要求极为严格，制定了一他对助手的要求极为严格，制定了一些特殊些特殊“诫规诫规”，如要求他的助手必须，如要求他的助手必须把某重要书籍从第一页背到最后一页把某重要书籍从第一页背到最后一页。第十章高分子化合物第十章高分子化合物他自己也是以身作则，有些危险而重要的实验，常是自己亲他自己也是以身作则，有些危险而重要的实验，常是自己亲自动手，昼夜不离开实验室，而且暂时不让别人进入实验室，自动手，昼夜不离开实验室，而且暂时不让别人进入实验室，以防发生事故。以防发生事故。为纪念这二位科学家的业绩，在德国的普朗克煤炭研究院有为纪念这二位科学家的业绩，在德国的普朗克煤炭研究院有一座塑有齐格勒、纳塔的两人铜牌头像。一座塑有齐格勒、纳塔的两人铜牌头像。第十章高分子化合物第十章高分子化合物
