我們身邊的高分子材料

1、上次課的內(nèi)容,1.基本概念2.聚合物的分類(lèi)及命名3.聚合反應(yīng)類(lèi)型（重點(diǎn)）4.高分子的歷史,2,四大塑料“四烯”聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯合成纖維“六綸”滌綸、 尼龍、腈綸、維尼綸、丙綸、氯綸合成橡膠“四膠” 丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠,,,常見(jiàn)的高分子材料（需要記下）,尼龍：尼龍6、尼龍66,其他重要的高分子,碳鏈高分子：聚異丁烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚

2、氯丁二烯雜鏈高分子：聚甲醛、聚環(huán)氧乙烷、環(huán)氧樹(shù)脂、聚碳酸酯、不飽和聚酯、醇酸樹(shù)脂、聚氨酯、酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂元素有機(jī)高分子：有機(jī)硅橡膠在學(xué)習(xí)的過(guò)程中掌握,塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩類(lèi),Thermoplastics (熱塑性塑料)——Linear or branched polymers which can be melted upon the application of heat. Thermosets (熱固性塑料

3、)——Rigid materials and network polymers in which chain motion is greatly restricted by a high degree of crosslinking. Intractable (難加工) once formed. Degrade rather than melt upon heating.,體型結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂在塑制成型后，再加熱時(shí)就能固化成不溶的聚合物（熱固

4、性）。,線型或支鏈型樹(shù)脂加熱軟化后變?yōu)轲こ砹黧w，可塑制成型，冷卻后固化定型；但若再加熱，又將變軟而可以重塑（熱塑性）。,,,熱塑性塑料 (Thermoplastics)聚乙烯（Polyethylene）： 產(chǎn)量最大，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。聚丙烯(Polypropylene)：最輕的塑料。聚氯乙烯(Polyvinyl chloride)：全能的塑料，價(jià)格低廉。 聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacylate)：

5、 最透明的塑料，不會(huì)碎的玻璃。,熱固性塑料(Thermosets) 環(huán)氧樹(shù)脂 (Epoxy resins )：用作復(fù)合材料，粘合劑等。酚醛樹(shù)脂 (Phenolic resins)：電器絕緣材料等。聚酯樹(shù)脂 (Polyester resins )：玻璃鋼等。脲醛樹(shù)脂（ Urea formaldehyde resin ）：粘合劑,纖 維 Fibers,天然纖

6、維： 棉、麻、絲人造纖維： 粘膠纖維 (Viscose fiber)： 醋酸纖維 (Acetate fiber) 硝酸纖維 合成纖維： 尼龍（Nylon）：結(jié)實(shí)耐磨 滌綸（Polyester fiber）:

7、 最挺括纖維 腈綸：最耐曬的纖維 氯綸：保暖性最好的纖維 丙綸：最輕的纖維特種纖維： 碳纖維,橡 膠 Rubber,天然橡膠 (Natural rubber) ： 綜合性能最好，生產(chǎn)受地域限制。合成橡膠 (Synthetic rubber)

8、 丁苯橡膠 ：產(chǎn)量最大（占80％）。 氯丁橡膠 ：用途廣泛，價(jià)廉物美。 丁腈橡膠 ：耐油性好。 乙丙橡膠 ：比重最輕。 順丁橡膠 ：彈性最好。 丁基橡膠 ：氣密性最好—內(nèi)胎。 硅橡膠 ：低溫性能最好。 氟橡膠：全能橡膠，在最?lèi)毫訔l件下使用。,為什么要學(xué)

9、習(xí)聚合物的結(jié)構(gòu)？,高分子材料千差萬(wàn)別，有的硬、有的軟，有的脆，有的韌，是什么導(dǎo)致它們性能上的不同？是結(jié)構(gòu)。高分子的制備、結(jié)構(gòu)和性能之間存在著必然聯(lián)系，原料及制備條件決定了結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)又決定了性能，結(jié)構(gòu)和性能又會(huì)影響聚合的進(jìn)行。高分子化學(xué)家的目標(biāo)就是通過(guò)聚合反應(yīng)，獲得具有特定結(jié)構(gòu)形態(tài)和預(yù)期性能的高分子，以滿足應(yīng)用的要求。因此，只有認(rèn)識(shí)了結(jié)構(gòu)，才能對(duì)高分子進(jìn)行設(shè)計(jì)，并指導(dǎo)合成出這樣的結(jié)構(gòu)。,9,高分子結(jié)構(gòu),,鏈結(jié)構(gòu),,近程結(jié)構(gòu)(一級(jí)結(jié)

10、構(gòu)),遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（二級(jí)結(jié)構(gòu)）：指單個(gè)大分子的大小和在空間的存在的各種形狀（構(gòu)象）,凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)（三級(jí)結(jié)構(gòu)）：是指大分子之間的堆砌方式，包括晶態(tài)，非晶態(tài)，取向態(tài)，液晶態(tài)，織態(tài)等。與,高分子結(jié)構(gòu)的多層次性,化學(xué)結(jié)構(gòu)：分子鏈的組成、取代基和端基、單體單元的鏈接方式、共聚物序列結(jié)構(gòu)、分子鏈的幾何形態(tài),立體化學(xué)結(jié)構(gòu)：幾何異構(gòu)和立體異構(gòu),紅字部分是由化學(xué)反應(yīng)控制的結(jié)構(gòu),10,近程結(jié)構(gòu)：直接影響熔點(diǎn)、溶解性、粘度、粘附性。,凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)：決定聚合物制品使用

11、性能的主要因素。不同層次結(jié)構(gòu)都會(huì)影響聚合物性能,遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu): 賦予高分子鏈柔性，使聚合物有高彈性（小分子沒(méi)有，大分子獨(dú)有）。,聚合物結(jié)構(gòu)決定其性能,,凝膠滲透色譜(GPC)測(cè)定分子量,單分散性PS作為標(biāo)樣進(jìn)行校正,,聚合物的性能與應(yīng)用（高分子的今天）,聚合物的性能,與小分子相比，高分子具有高的分子量、高彈性、高粘度、低結(jié)晶度和無(wú)氣態(tài)的特點(diǎn)（簡(jiǎn)稱(chēng)為“三高一低一消失”）高粘度的聚合物熔體和溶液是聚合體系的特征之一。,聚合物的熱轉(zhuǎn)

12、變,聚合物的分子運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈地依賴于溫度及時(shí)間，聚合物的力學(xué)三態(tài)：玻璃態(tài)（具有脆性和剛性）高彈態(tài)（具有高的彈性）粘流態(tài)（可流動(dòng)，但粘性大）玻璃化轉(zhuǎn)變是聚合物的普遍現(xiàn)象,聚合物的力學(xué)性能,聚合物的力學(xué)性能可通過(guò)測(cè)定聚合物的應(yīng)力－應(yīng)變曲線來(lái)獲得,不同聚合物的應(yīng)力－應(yīng)變曲線,1-質(zhì)輕一般密度為1-2泡沫塑料只有0.01其它性能,聚合物的其它性能,泡沫塑料打撈沉船法,將比重輕的閉孔型泡沫塑料輸入沉船艙內(nèi)，排去海水，可使沉船浮起。泡沫塑

13、料打撈法的優(yōu)點(diǎn)是可省去在沉船下穿引船底鋼纜，減少或免去封艙工作而能獲得較大浮力。此外，對(duì)海上風(fēng)浪的適應(yīng)性也優(yōu)于其他方法。,2 高比強(qiáng)度,玻璃鋼（一種聚合物基復(fù)合材料），一般指用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚脂。質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，機(jī)械強(qiáng)度高（其比強(qiáng)度比合金鋼高1.7倍），耐腐蝕。可以代替鋼材制造機(jī)器零件和汽車(chē)、船舶外殼等。,,高分子材料強(qiáng)度一般比較大。 如把10kg高分子材料與金屬材料各制成100m長(zhǎng)的繩子，可吊起物體的重量如下表：,3

14、絕緣、保溫,大多為不良導(dǎo)體，用作電線電纜包皮泡沫塑料用于冷藏、隔熱,部分物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)（括號(hào)內(nèi)數(shù)值為導(dǎo)熱系數(shù)值，單位為w/（m·℃））,聚合物材料不易傳熱,對(duì)于放熱反應(yīng)，如何將放出的熱量排出反應(yīng)體系，是聚合反應(yīng)順利實(shí)施的關(guān)鍵。,4 耐腐蝕和化學(xué)穩(wěn)定性,金屬防腐蝕涂料涂層隔絕水、空氣，防止金屬腐蝕。塑料王：聚四氟乙烯,5 優(yōu)良的透光性,有機(jī)玻璃膠卷光盤(pán)塑料大棚光纖光纖之父——高錕2009No

15、bel物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者首次提出光纖用于通訊傳輸?shù)脑O(shè)想,,6 耐磨性,地板涂層、塑膠跑道等光固化聚丙烯酸酯涂層、聚氨酯涂層軸承、齒輪、鞋底、輪胎等等,7 可加工性,指將各種形態(tài)的塑料(粉、粒料、溶液或分散體)制成所需形狀的制品或坯件。成型的方法多達(dá)三十幾種，例如擠出、注射成型、壓延、吹塑、熱成型、模壓、模塑，注射成型等。,加工,8 阻隔性,防止水、氣透過(guò)，主要用作包裝材料阻隔放射線,高分子材料無(wú)處不在,尖端技術(shù): 航天飛行

16、器、衛(wèi)星、火箭等用材。工業(yè)：電子元器件、電纜、信息記錄儲(chǔ)存?zhèn)鬏?、管道等。農(nóng)業(yè)：地膜、大棚、滴灌設(shè)備、高吸水樹(shù)脂（1000倍）等。衣：服裝、防彈衣、消防服等。食：包裝、不粘鍋等。住：裝飾、門(mén)窗、家電、家具等。行：飛機(jī)、汽車(chē)、自行車(chē)等交通工具用材—“輕量化”。 醫(yī)：接觸眼鏡、一次性醫(yī)療用具、人工臟器、縫合線等。其它：體育、采油、能源、通訊、軍事、水處理、環(huán)保

17、 —巨大的市場(chǎng)、廣闊的就業(yè)機(jī)會(huì)— —造福人類(lèi)，大有作為—,29,我被高分子包圍了呀！,酚醛塑料,,,滌綸,,聚氯乙烯,有機(jī)玻璃,,聚苯乙烯,,,聚四氟乙烯,,神奇的高 分 子 世 界,身邊的高分子材料,醫(yī)用高分子材料—人工器官,高分子藥物,阿斯匹林(Aspirin)是一個(gè)“古老”的解熱鎮(zhèn)痛藥物，通過(guò)乙二醇的橋梁作用把阿斯匹林連接在高聚物上，制成緩釋長(zhǎng)效阿斯匹

18、林，用于關(guān)節(jié)炎和冠心病的輔助治療，,【高分子藥物】合成藥物長(zhǎng)效化和低毒化，其有效途徑是低分子藥物高分子化。例如可將藥物分子連在安全無(wú)毒的高分子鏈上。緩釋長(zhǎng)效阿斯匹林的釋放：,,,,尼龍漁網(wǎng)、釣魚(yú)線,“三天打魚(yú)兩天曬網(wǎng)”—比喻學(xué)習(xí)或做事不能持之以恒。古代人用棉線織成漁網(wǎng)的，這種網(wǎng)在海水里浸泡得時(shí)間稍長(zhǎng)，網(wǎng)線便會(huì)變得疏松，極易被魚(yú)蝦撞破。所以，漁民打漁回來(lái)需要馬上晾曬網(wǎng)?，F(xiàn)代漁網(wǎng)99%以上用合成纖維加工而成，主要有尼龍6、聚乙烯、聚酯等

19、纖維。其具有更長(zhǎng)的使用周期，和更高的捕撈效率。不僅結(jié)實(shí)，而且抗拉拽，不怕在水里長(zhǎng)時(shí)間的浸泡。也可作釣魚(yú)線。,水處理用高分子,地球表面有大約四分之三被水覆蓋著，但仍缺水。通過(guò)高分子分離膜選擇性濾去海水中過(guò)多的電解質(zhì)離子、微生物雜質(zhì)等，海水就淡化了。,絮凝劑(如聚丙烯酰胺),防垢劑，能抑制水中鈣、鎂等鹽類(lèi)形成水垢的化學(xué)品，例如聚丙烯酸鹽、水解聚馬來(lái)酸酐等。,緩蝕劑: 可以防止或減緩水對(duì)金屬材料或設(shè)備腐蝕的化學(xué)品，例如膦?；人峁簿畚?。,高

20、分子領(lǐng)域?yàn)榛瘜W(xué)與化工科系學(xué)生最佳未來(lái)選擇 （臺(tái)灣交通大學(xué)張豐志教授）,美國(guó)化學(xué)與化工系學(xué)生畢業(yè)後工作有60-70%與高分子領(lǐng)相關(guān)；任何理工科均可輕易進(jìn)入；不須特別聰明只須努力有創(chuàng)意均可；未來(lái)就業(yè)機(jī)會(huì)可永久保證；未來(lái)研究領(lǐng)域發(fā)展與應(yīng)用無(wú)限。,小結(jié),材料是人類(lèi)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類(lèi)文明的重要里程碑。當(dāng)今有人將能源、信息和材料并列為新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。社會(huì)對(duì)材料提出越來(lái)越高的要求，從