高分子材料_第一章_绪论

1PolymerMaterials高分子材料教材：《高分子材料》黄丽主编化学工业出版社，2005年主讲教师：周忠诚40h2聚乙烯丙纶高分子防水胶复合防水卷材人类正进入合成材料时代新时代，新生活新工艺，新产品高分子材料3我被高分子包围了呀！酚醛塑料涤纶聚氯乙烯有机玻璃聚苯乙烯聚四氟乙烯塑料聚丙烯4高分子材料四大塑料“四烯”聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯合成纤维“六纶”涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶合成橡胶“四胶”顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶以及聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯、有机玻璃等都是经过聚合反应得到的高分子化合物。5高分子材料阿斯匹林(Aspirin)是一个“古老”的解热镇痛药物，而缓释长效阿斯匹林又使阿斯匹林焕发了青春。近年，科学家通过乙二醇的桥梁作用把阿斯匹林连接在高聚物上，制成缓释长效阿斯匹林，用于关节炎和冠心病的辅助治疗，缓释长效阿斯匹林可分为三部分：①高分子载体（聚甲基丙烯酸）；②低分子药物（阿斯匹林）；③作为桥梁作用的乙二醇。肠胃中水解变为阿斯匹林。【高分子药物】现代医药发展方向之一：合成药物长效化和低毒化，其有效途径是低分子药物高分子化。例如可将药物分子连在安全无毒的高分子链上。缓释长效阿斯匹林的结构简式如下：6高分子材料缓释长效阿斯匹林在体内的分解过程人造器官组织人造器官组织人造器官组织7高分子化学【光致变色高分子】螺苯并吡喃类衍生物是一类典型的光致变色化合物，将其引入纤维素类聚合物分子链上，用这种聚合物仿制的纤维就具有光致变色功能。变色反应式如下：共轭链变化引起颜色变化通过上述反应实现了人们的服装可以随光线强弱变化而变化。8高分子材料人造器官组织人造器官组织人造器官组织人造器官组织【人造器官组织】由于某些合成高分子材料（如：有机硅聚合物、有机氟聚合物、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、醋酸纤维素等）与生物体中的天然高分子有极其相似的化学结构，生物相容性较好，较少受到排斥，安全无毒，可用于制作医用组织和人造器官的高分子材料。从皮肤到内脏，从血液到五官都有用医用高分子材料制成的人造器官组织，如人造血管、人造心脏、人造肾脏、人造皮肤、人造骨髓等，最早应用的医用高分子材料是代替手术缝合线的聚乳酸。使聚乳酸作为外科手术的缝合线，因聚乳酸极易水解、缝合伤口愈合后，不需拆线，缝合线经体液水解为乳酸，由代谢循环排出体外。9《高分子材料》讲授内容及课时分配第一章绪论……………………..（4h）第二章通用塑料……………....（6h）第三章工程塑料…………..……(6h)第四章合成纤维……………….（6h）第五章橡胶………………………（6h）第六章涂料和粘合剂…………..（4h）第七章功能高分子材料………….（4h）第八章高分子共混和复合材料..（4h）高分子材料10教学目标：通过本课程的学习，应使学生了解常用的高分子材料，掌握各种高分子材料的结构、性能及使用要求，在实践中会选用合适的材料，并初步具有工艺实践的能力。教学要求：熟悉各种合成高分子材料，如塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂以及功能高分子材料，如离子交换树脂、离子选择性薄膜等的种类与性能及应用。重点与难点：各种合成高分子材料的结构、性能及应用。考核：平时30％考试70％11第一章绪论主要内容：高分子材料的发展史高分子材料的类型和特征高分子材料的成型加工*121.1高分子材料的发展史15世纪美洲玛雅人用天然橡胶做容器，雨具等生活用品。1839年美国人CharlesGoodyear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。1869年美国人JohnWesleyHyatt把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，制造出了第一种人工合成塑料“赛璐珞”。1887年法国人CountHilairedeChardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝，制得了第一种人造丝。131909年美国人LeoBaekeland用苯酚与甲醛反应制造出第一种完全人工合成的塑料——酚醛树酯。1920年德国人HermannStaudinger发表了“关于聚合反应”的论文提出：高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应（聚合），通过化学键连接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一词即源于此。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。1926年美国化学家WaldoSemon合成了聚氯乙烯，并于1927年实现了工业化生产。141930年聚苯乙烯(PS)发明。1932年HermannStaudinger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》成为高分子化学作为一门新兴学科建立的标志。1935年杜邦公司基础化学研究所有机化学部的WallaceH.Carothers合成出聚酰胺66，即尼龙。尼龙在1938年实现工业化生产。1930年德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出丁钠橡胶和丁苯橡胶。151940年英国人T.R.Whinfield合成出聚酯纤维（PET）。1940年代PeterDebye发明了通过光散射测定高分子物质分子量的方法。1948年PaulFlory建立了高分子长链结构的数学理论。1953年德国人KarlZiegler与意大利人GiulioNatta分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。161955年美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯，首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然橡胶。1956年Szwarc提出活性聚合概念。高分子进入分子设计时代。1971年S.LWolek发明可耐300℃高温的Kevlar。1970'以后高分子合成新技术不断涌现，高分子新材料层出不穷。171953HermannStaudinger(1881-1965)施陶丁格(HermannStaudinger)是德国著名的化学家，1881年3月23日生于德国的沃尔姆斯(Worms)，1965年8月8日在弗赖堡(Freiburg)逝世，终年84岁。他是1953年诺贝尔化学奖的获得者。1947年，他编辑出版了《高分子化学》(DiemakromolekulareChemie)杂志，形象地描绘了高分子(Macromolecules)存在的形式。从此，他把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系，创立了确定分子量的粘度的理论(后来被称为施陶丁格尔定律)。他的科研成就对当时的塑料、合成橡胶、合成纤维等工业的蓬勃发展起了积极作用。由于他对高分子科学的杰出贡献，1953年,他以72岁高龄，走上了诺贝尔奖金的领奖台。181963KarlZiegler(1903-1979)GiulioNatta(1898-1973)德国人齐格勒(KarlZiegler)与意大利人纳塔(GiulioNatta)分别发明用三乙基铝和三氧化钛组成的金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法。这种催化剂被统称为齐格勒－纳塔型催化剂。1963年12月10日，他们共享诺贝尔化学奖的崇高荣誉。191974PaulJ.Flory(1910-1985)美国高分子物理化学家弗洛里(PaulJ.Flory)由于在高分子科学领域，尤其在高分子物理性质与结构的研究方面取得巨大成就，1974年荣获瑞典皇家科学院授予的诺贝尔化学奖。201991Pierre-GillesdeGennes法国科学家吉尼(Pierre-GillesdeGennes)成功地将研究简单体系中有序现象的方法推广到高分子、液晶等复杂体系。1991年被授予诺贝尔物理学奖。212000HidekiShirakawaAlanJ.HeegerAlanG.MacDiarmid2000年10月10日，日本筑波大学都得白川英树(HidekiShirakawa)，美国加利福尼亚大学的黑格(AlanJ.Hegger)和美国宾夕法尼亚大学的马克迪尔米德(AlanG.MacDiarmid)因对导电聚合物的发现和发展而获得2000年度诺贝尔化学奖。221.2高分子材料的类型和特征高分子材料也叫做聚合物材料天然高分子：天然橡胶、纤维素、淀粉、甲壳素、蚕丝等。合成高分子材料：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料、功能高分子材料、聚合物合金和聚合物基复合材料、生物高分子材料（用途和物理形态）。23•例1.生产1kt天然橡胶，要300万株橡胶树，占地约3万亩，而且需5000-6000人。而生产1kt合成橡胶，厂房占地仅l0亩左右，仅需几十人。现代化的合成橡胶生产装置一条生产线年产量可高达5-8万t。年产100万t天然橡胶可节约1000万亩土地，节约种植劳动力500万人。例2.一个年产10万t合成纤维工厂相当于200多万亩棉田的产量，也相当于2000万多头绵羊的年产毛量，我国如能年产100万t合成纤维，可节约2000多万亩土地，可养活3000-4000万人口。241.2.1塑料：塑料是以合成树脂为基本成分，它是在加工过程中可塑制成一定形状，而产品最后能保持形状不变的材料。它具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等优点。其主要缺点是绝大多数塑料制品易燃烧，在长期使用过程中发生老化现象。根据受热后的情况，塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。前者可反复受热软化或融化，后者经固化成型后，再受热则不能熔化，强热则分解。根据生产量与使用情况可以分为通用塑料和工程塑料251.2.2合成橡胶合成橡胶是用化学合成方法生产的高弹性体。经硫化加工可制成各种橡胶制品。其成型基本过程包括：塑炼、混炼、压延或挤出、成型和硫化等基本工序。特征：大分子链具有足够的柔性；玻璃化温度比室温低得多；在使用条件下不结晶或结晶很少，比较理想的情况是在拉伸时可结晶，除去外力之后结晶又消失。某些合成橡胶具有较天然橡胶为优良的耐热、耐磨、耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。缺点是发生老化现象。26根据产量和使用情况合成橡胶可分为通用合成橡胶与特种合成橡胶两大类。通用合成橡胶主要代替部分天然橡胶生产轮胎、胶鞋、橡皮管、带等橡胶制品，包括丁苯橡胶、顺丁橡胶(顺式聚丁二烯橡胶)、丁基橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶等品种。特种合成橡胶主要制造耐热、耐老化、耐油或耐腐蚀等特殊用途的橡胶制品，包括氟橡胶、有机硅橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶等。271.2.3合成纤维线型结构的高分子量合成树脂，经过适当方法纺丝得到的纤维称为合成纤维。与天然纤维相比较强度高、耐摩擦、防蛀、耐腐蚀等优点。缺点是不易着色，未经处理时易产生静电，多数合成纤维的吸湿性差。因此制成的衣物易污染，不吸汗，透气性差。工业生产的合成纤维品种有：聚酯纤维(涤纶纤维)、聚丙烯腈纤维(腈纶纤维)、聚酰胺纤维(绵纶纤维或尼龙纤维)等。尚有具有耐高温、耐腐蚀或耐辐射的特种用途的合成纤维，如聚芳酰胺纤维、酰亚胺纤维等。281.2.4涂料和粘合剂涂料是指涂布在物理表面而形成的具有保护和装饰作用的膜层材料。主要组分：成膜物、颜料、溶剂。粘合剂是一种把各种材料紧密地结合在一起的物质。291.2.5聚合物基复合材料复合材料是有两种或两种以上物理和化学性质不同的材料组成的，并具有复合效应的多相固体材料。复合材料组成：基体、增强材料聚合物基复合材料是以高分子聚合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。30聚合物基复合材料的优异性能具有很高的比强度及比模量耐疲劳性能好减振性能好过载安全性好耐高温性好具有很强的可设计性，可以具备各向异性的性能311.2.6聚合物合金聚合物共混物是指两种或以上均聚物或共聚物的混合物。聚合物共混物通常又称为聚合物合金或高分子合金，两者是等义的，这在塑料工程界比较常见。在科学研究领域中，大多把具有良好的相容性的多组分聚合物体系称为聚合物合金，其形态结构应为均相或微观非均相。所以，按后一种概念，那些相容性不很好，形态结构呈亚微观非均相或宏观相分离的聚合物共混物不属于高分子