高分子合成材料课件.ppt

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1、高分子合成材料第1页，此课件共44页哦高分子材料的重要性与人类的生活密切相关与人类的生活密切相关：衣、食、住、行、用：衣、食、住、行、用衣衣 棉、麻、丝、毛、皮革、尼龙、涤纶等棉、麻、丝、毛、皮革、尼龙、涤纶等食食 蛋白质、淀粉、纤维素等蛋白质、淀粉、纤维素等住住 竹、木、涂料、塑料管材等竹、木、涂料、塑料管材等行行 鞋、轮胎、车船内饰等鞋、轮胎、车船内饰等用用 杯盆碗碟、薄膜、玩具、家电外壳、杯盆碗碟、薄膜、玩具、家电外壳、光盘、泡沫塑料光盘、泡沫塑料第2页，此课件共44页哦 高分子材料的消耗率高分子材料的消耗率 第3页，此课件共44页哦高分子材料的重要性自然界的生命现象都与高分子有关自然界

2、的生命现象都与高分子有关：人体人体机机体的体的20%是高分子物质是高分子物质遗传物质遗传物质DNA是高分子，是是高分子，是 4 种核苷酸种核苷酸单体的共聚物单体的共聚物蛋白质是蛋白质是 20 种氨基种氨基酸酸的共聚物的共聚物第4页，此课件共44页哦高分子材料高分子材料l 高分子是由低分子量分子通过共价键结合而高分子是由低分子量分子通过共价键结合而形成的分子量很大的化合物，相对分子质量通形成的分子量很大的化合物，相对分子质量通常在常在10000以上以上。l 这些低分子原料称为这些低分子原料称为单体单体，把单体连接起，把单体连接起来形成高分子的过程叫聚合。来形成高分子的过程叫聚合。第5页，此课件共

3、44页哦 单体单体 CH2=CH2 CH2=CH R聚合物聚合物 CH2 CH CH2 CH R R第6页，此课件共44页哦l 均均聚聚物物 由由一一种种单单体体聚聚合合而而成成的的聚聚合合物物，如如聚聚乙乙烯烯、聚聚丙丙烯烯、聚聚氯氯乙乙烯、聚苯乙烯等。烯、聚苯乙烯等。l 共共聚聚物物 由由两两种种以以上上单单体体共共聚聚而而成成的的聚聚合合物物，如如氯氯乙乙烯烯-醋醋酸酸乙乙烯烯共共聚聚物物、乙烯乙烯-丙烯共聚物。丙烯共聚物。第7页，此课件共44页哦 三大高分子合成材料三大高分子合成材料 1、合成树脂及塑料、合成树脂及塑料 2、合成橡胶、合成橡胶 3、合成纤维、合成纤维第8页，此课件共44

4、页哦 合成树脂及塑料合成树脂及塑料l 合成树脂合成树脂是人工合成的某些性能与天然是人工合成的某些性能与天然树脂相似的高分子聚合物，是塑料的主要树脂相似的高分子聚合物，是塑料的主要原料。原料。l 塑料制品塑料制品是由树脂粒子添加填料、增塑剂、是由树脂粒子添加填料、增塑剂、稳定剂、颜料等辅助原料经混合、成型所稳定剂、颜料等辅助原料经混合、成型所得到的产品。得到的产品。第9页，此课件共44页哦天然树脂天然树脂是由自然界中是由自然界中动植物分泌物所得的无动植物分泌物所得的无定形有机物质，如定形有机物质，如松香松香、琥珀琥珀、虫胶虫胶（紫胶虫分泌（紫胶虫分泌物）等。物）等。琥珀琥珀松香松香虫胶虫胶第10

5、页，此课件共44页哦几种常用的塑料几种常用的塑料l 聚乙烯（聚乙烯（PE）单体单体：乙烯（：乙烯（CH2=CH2）性质性质：热塑性、绝缘性高，化：热塑性、绝缘性高，化学稳定性好。学稳定性好。用途用途：电缆、薄膜制品，日用：电缆、薄膜制品，日用品等。品等。第11页，此课件共44页哦l 聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC）单体单体：氯乙烯（：氯乙烯（CH2=CH Cl）性质性质：热塑性、耐化学腐蚀性好。：热塑性、耐化学腐蚀性好。用途用途：硬聚氯乙烯塑料，制化工设备材料；软：硬聚氯乙烯塑料，制化工设备材料；软聚氯乙烯塑料，制电线绝缘材料、薄膜、雨衣、聚氯乙烯塑料，制电线绝缘材料、薄膜、雨衣、软管等。软管等。

6、几种常用的塑料几种常用的塑料第12页，此课件共44页哦l 酚醛塑料（酚醛塑料（PF）单体单体：甲醛、苯酚：甲醛、苯酚性质性质：热固性、电绝缘性良好。：热固性、电绝缘性良好。用途用途：电器工业材料、日用品、机器：电器工业材料、日用品、机器 零件及各种模压制品等。零件及各种模压制品等。几种常用的塑料几种常用的塑料酚醛树脂层压板酚醛树脂层压板第13页，此课件共44页哦工程塑料工程塑料工程塑料工程塑料指适于作工程机构件和化工设备等工业用途的塑料，如指适于作工程机构件和化工设备等工业用途的塑料，如指适于作工程机构件和化工设备等工业用途的塑料，如指适于作工程机构件和化工设备等工业用途的塑料，如聚聚聚聚酰胺

7、（酰胺（酰胺（酰胺（PAPA）、）、）、）、PCPC、聚甲醛（、聚甲醛（、聚甲醛（、聚甲醛（POMPOM）、聚苯醚（）、聚苯醚（）、聚苯醚（）、聚苯醚（PPOPPO）、）、）、）、PBT/PETPBT/PET、ABSABS、特氟隆、特氟隆、特氟隆、特氟隆 (Teflon)(Teflon)优点优点优点优点：与通用塑料相比，工程塑料具有更优异的机械性能、电性能、：与通用塑料相比，工程塑料具有更优异的机械性能、电性能、：与通用塑料相比，工程塑料具有更优异的机械性能、电性能、：与通用塑料相比，工程塑料具有更优异的机械性能、电性能、耐化学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性、耐候性等优点，比金属材耐化学性、耐

8、热性、耐磨性、尺寸稳定性、耐候性等优点，比金属材耐化学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性、耐候性等优点，比金属材耐化学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性、耐候性等优点，比金属材料轻，成型时能耗小，当今塑料工业发展中增长速度最快的材料。料轻，成型时能耗小，当今塑料工业发展中增长速度最快的材料。料轻，成型时能耗小，当今塑料工业发展中增长速度最快的材料。料轻，成型时能耗小，当今塑料工业发展中增长速度最快的材料。缺点缺点缺点缺点：产量相对小，成本较高。：产量相对小，成本较高。：产量相对小，成本较高。：产量相对小，成本较高。工程塑料第14页，此课件共44页哦热塑性塑料热塑性塑料 以以热热塑塑性性树树脂脂为为基基

9、本本成成分分的的塑塑料料，一一般般具具有有链链状状线线形形结结构构，受受热热软软化化，可可反反复复塑塑制制成成型型，如如聚聚乙乙烯烯、聚聚氯氯乙烯、聚苯乙烯等。乙烯、聚苯乙烯等。热固性塑料热固性塑料 以以热热固固性性树树脂脂为为基基本本成成分分的的塑塑料料，加加工工成成形形后后变变为为不不溶溶不不熔熔状状态态。一一般般具具有有网网状状的的体体形形结结构构，成成型型后后受受热热不不再再软软化化，不不可可反反复复塑塑制制，如如酚酚醛醛塑塑料料、氨基塑料等。氨基塑料等。第15页，此课件共44页哦 合成橡胶合成橡胶l 橡橡胶胶是是具具有有高高弹弹性性的的高高分分子子化化合合物物，由由比比较少量的交联键

10、连成网状的柔性分子所组成。较少量的交联键连成网状的柔性分子所组成。除除高高弹弹性性外外，橡橡胶胶还还具具有有高高电电绝绝缘缘性性、耐耐水水性性、不不透透气气性性。某某些些橡橡胶胶还还具具有有耐耐化化学学腐蚀、耐高温、耐磨损等特殊性能。腐蚀、耐高温、耐磨损等特殊性能。第16页，此课件共44页哦l 顺丁橡胶（顺丁橡胶（BR）单体单体：1,3-丁二烯丁二烯性质和用途性质和用途：弹性好、耐磨、耐低温、耐老化：弹性好、耐磨、耐低温、耐老化性能好。用作轮胎、耐热胶管、胶鞋、三角皮性能好。用作轮胎、耐热胶管、胶鞋、三角皮带等。带等。几种常用的合成橡胶几种常用的合成橡胶第17页，此课件共44页哦l 丁苯橡胶（

11、丁苯橡胶（SBR）单体单体：1,3-丁二烯、苯乙烯丁二烯、苯乙烯性质和用途性质和用途：耐磨性好、抗老化性能好，弹：耐磨性好、抗老化性能好，弹性较差。用于制作轮胎和其他通用工业制品。性较差。用于制作轮胎和其他通用工业制品。几种常用的合成橡胶几种常用的合成橡胶第18页，此课件共44页哦l 丁腈橡胶（丁腈橡胶（NBR）单体单体：1,3-丁二烯、丙烯腈丁二烯、丙烯腈性质和用途性质和用途：耐油性能好，耐磨、耐热性好，：耐油性能好，耐磨、耐热性好，有良好的物理机械性能，电绝缘性能差。主要有良好的物理机械性能，电绝缘性能差。主要用作耐油橡胶制品。用作耐油橡胶制品。几种常用的合成橡胶几种常用的合成橡胶第19页

12、，此课件共44页哦合成纤维合成纤维 合成纤维由单体小分子聚合而成。用作合成纤维由单体小分子聚合而成。用作纤维的聚合物必须具有很高的拉伸强度，这纤维的聚合物必须具有很高的拉伸强度，这要求聚合物分子为线形而不是网状结构。常要求聚合物分子为线形而不是网状结构。常见的合成纤维有：见的合成纤维有：聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（尼龙）、聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（尼龙）、聚丙烯腈纤维（腈纶）等。聚丙烯腈纤维（腈纶）等。第20页，此课件共44页哦2010广州亚运会广州亚运会“行云流水行云流水”颁奖礼仪服颁奖礼仪服装装 第21页，此课件共44页哦阿波罗号太空服一件水冷尼龙内衣一件水冷尼龙内衣 一件多层加压服

13、一件多层加压服 内层：带有织物排气孔的轻质尼龙内层：带有织物排气孔的轻质尼龙 中间层：氯丁橡胶涂层尼龙，可保持压力中间层：氯丁橡胶涂层尼龙，可保持压力 外层：用于约束内部加压层的尼龙外层：用于约束内部加压层的尼龙 五层铝化聚酯薄膜与四层涤纶织物交织以五层铝化聚酯薄膜与四层涤纶织物交织以提供热保护提供热保护 用于提供额外热保护的两层用于提供额外热保护的两层Kapton聚酰亚聚酰亚胺薄膜胺薄膜 一层用于防止刮擦的涂有聚四氟乙烯的一层用于防止刮擦的涂有聚四氟乙烯的布（不可燃）布（不可燃）一层白色的聚四氟乙烯布（不可燃）一层白色的聚四氟乙烯布（不可燃）第22页，此课件共44页哦 合成聚合物的原料合成聚

14、合物的原料l 单体单体 加成聚合单体加成聚合单体（具有不饱和化学结构）（具有不饱和化学结构）缩合聚合单体（具有二个以上反应性官能团）缩合聚合单体（具有二个以上反应性官能团）l 引发剂和催化剂引发剂和催化剂l 溶剂及其他助剂溶剂及其他助剂第23页，此课件共44页哦高分子材料典型生产工艺高分子材料典型生产工艺l 高压法生产聚乙烯高压法生产聚乙烯 生产低密度聚乙烯（生产低密度聚乙烯（LDPE），相对分子质），相对分子质量量10-50万。聚合条件：压力为万。聚合条件：压力为100-300MPa，温度为，温度为200-300。制做薄膜、包装袋等。制做薄膜、包装袋等。第24页，此课件共44页哦l 低压法生

15、产聚乙烯低压法生产聚乙烯 生产高密度聚乙烯（生产高密度聚乙烯（HDPE）。聚）。聚合条件：压力为合条件：压力为5MPa以下；温度为以下；温度为60-80，铝、钛催化剂。，铝、钛催化剂。制做管材、日用品等。制做管材、日用品等。第25页，此课件共44页哦功能高分子材料 功功能能高高分分子子材材料料既既具具有有一一般般高高分分子子的的特特性性，又又具具有有特特殊殊功功能能，如如光光学学功功能能、吸吸附附分分离离功功能能、化化学学功功能能、生生物物医医药药功功能能、电磁功能等。电磁功能等。第26页，此课件共44页哦 种 类 功能特性 应用示例1.1.吸附分离功能高分子材料吸附分离功能高分子材料离子交换

16、树脂离子交换树脂 离子交换作用离子交换作用 化工、制药、水净化化工、制药、水净化高分子分离膜高分子分离膜 传质作用传质作用 化工、制药、海水淡化、冶金化工、制药、海水淡化、冶金贮氢材料贮氢材料 吸着作用吸着作用 化工、能源化工、能源高吸水性材料高吸水性材料 吸着作用吸着作用 农业、纸制品农业、纸制品2.2.化学功能高分子材料化学功能高分子材料高分子催化剂和固定化酶高分子催化剂和固定化酶 催化作用催化作用 化工、食品加工、生物工化工、食品加工、生物工程程高分子试剂高分子试剂 反应性反应性 农药、医用、环保农药、医用、环保第27页，此课件共44页哦 种 类 功能特性 应用示例3.3.电磁功能高分子

17、材料电磁功能高分子材料导电高分子材料导电高分子材料 导电性导电性 防静电材料、屏蔽材料、防静电材料、屏蔽材料、固体固体 电解质材料、面状发热体电解质材料、面状发热体高分子半导体高分子半导体 导电性导电性 电子技术和电子器件电子技术和电子器件光导电材料光导电材料 光电效应光电效应 电子照相、光电池、传感电子照相、光电池、传感器器压电高分子压电高分子 力电效应力电效应 开关材料、仪器仪表测量开关材料、仪器仪表测量材料、材料、机器人触感材料机器人触感材料高分子磁性体高分子磁性体 导磁作用导磁作用 塑料磁石、磁性橡胶、微塑料磁石、磁性橡胶、微型电机型电机磁性记录材料磁性记录材料 磁性转换磁性转换 磁带

18、、磁盘磁带、磁盘电致变色材料电致变色材料 光电效应光电效应 显示、记录显示、记录 第28页，此课件共44页哦 种 类 功能特性 应用示例4.4.光功能高分子材料光功能高分子材料光致变色、显示和光致变色、显示和 光色、光电效应光色、光电效应 自动调光的太阳镜和窗玻璃自动调光的太阳镜和窗玻璃发光材料发光材料 等、显示、记录等、显示、记录液晶高分子液晶高分子 偏光效应偏光效应 显示、连接器显示、连接器荧光高分子材料荧光高分子材料 光化学作用光化学作用 情报处理、荧光染料情报处理、荧光染料光降解高分子材料光降解高分子材料 光化学光化学 环境保护环境保护光盘基板材料光盘基板材料 光学原理光学原理 高密度

19、记录和贮存信息高密度记录和贮存信息5.5.生物医用高分子材料生物医用高分子材料人工器官材料人工器官材料 仿人体功能与替仿人体功能与替 人体脏器人体脏器 代修补作用代修补作用药物高分子药物高分子 药理作用药理作用 治疗动脉硬化、抗血栓治疗动脉硬化、抗血栓降解性缝合材料降解性缝合材料 化学降解化学降解 非永久性外科材料非永久性外科材料第29页，此课件共44页哦l 离子交换树脂离子交换树脂 分分子子中中含含有有活活性性基基团团而而能能与与其其他他物物质质进进行行离离子子交交换换的的树树脂脂。其其主主要要原原料料为为苯苯乙乙烯烯和和二二乙乙烯烯基基苯苯，大分子呈网状结构。具有交换、吸附、催化等功能。大

20、分子呈网状结构。具有交换、吸附、催化等功能。第30页，此课件共44页哦例如：例如：强酸性阳离子型交换树脂带强酸性阳离子型交换树脂带有有-SO3H，用于去除，用于去除Ca2+、Mg2+等制取软化水。等制取软化水。其他离子交换树脂也可用于其他离子交换树脂也可用于各种化学品的分离、提纯、精制各种化学品的分离、提纯、精制以及废水处理等。以及废水处理等。离子交换树脂离子交换树脂第31页，此课件共44页哦 高高吸吸水水性性树树脂脂具具有有卓卓越越的的吸吸水水性性和和保保水水性性，能能迅迅速速吸吸收收自自重重成成百百上上千千倍倍的的水水分分。最最早早开开发的发的SAP是淀粉是淀粉-丙烯腈接枝共聚水解产物。丙

21、烯腈接枝共聚水解产物。n 按原料组成分：按原料组成分：改性天然高分子（包括淀粉类和纤维素类）改性天然高分子（包括淀粉类和纤维素类）人工合成高分子（包括聚丙烯酸系、聚丙烯腈人工合成高分子（包括聚丙烯酸系、聚丙烯腈系、聚乙烯醇系、聚环氧乙烷系等）系、聚乙烯醇系、聚环氧乙烷系等）通常情况下，纤维素类高吸水性树脂的吸水能力比淀通常情况下，纤维素类高吸水性树脂的吸水能力比淀粉类树脂低，但是吸水速度更快。粉类树脂低，但是吸水速度更快。l 高吸水性树脂（高吸水性树脂（SAP）第32页，此课件共44页哦高吸水性树脂的结构特征：高吸水性树脂的结构特征：a.分子中具有强亲水性基团，如羟基、分子中具有强亲水性基团，

22、如羟基、羧基，能够与水分子形成氢键；羧基，能够与水分子形成氢键；b.树脂具有交联结构；树脂具有交联结构；c.聚合物内部具有较高的离子浓度；聚合物内部具有较高的离子浓度；d.聚合物具有较高的分子量聚合物具有较高的分子量 高吸水性树脂的应用：高吸水性树脂的应用：已广泛应用于卫生医疗、农林园艺、改已广泛应用于卫生医疗、农林园艺、改造沙漠、建筑、涂料以及石油化工等诸多造沙漠、建筑、涂料以及石油化工等诸多领域。领域。第33页，此课件共44页哦含有高吸水性树脂，可吸收含有高吸水性树脂，可吸收自重几百倍的水，但仍保持干爽。自重几百倍的水，但仍保持干爽。第34页，此课件共44页哦l 高分子分离功能膜高分子分离

23、功能膜 当当膜膜处处在在某某两两相相之之间间时时，由由于于膜膜两两侧侧存存在在的的压压力力差差、浓浓度度差差以以及及电电位位差差等等，驱驱使使液液态态或或气气态态的的分分子子或或离离子子等等可可从从膜膜的的一一侧侧渗渗透透到到另另一一侧侧。在在渗渗透透过过程程中中，由由于于分分子子或或离离子子的的大大小小、形形状状、化化学学性性质质、所所荷荷电电荷荷等等不不同同，其其渗渗透透速速率率也也不不同同，即即膜膜对对渗渗透透物物具具有有选选择择性性，因因此此可可利利用用膜膜的的这这种种渗渗透透选选择择性性来来分分离离不不同的化合物，具有这种分离功能的高分子膜称同的化合物，具有这种分离功能的高分子膜称高

24、分子分离功能膜高分子分离功能膜。第35页，此课件共44页哦n 高分子分离功能膜分类 按被分离物质的不同按被分离物质的不同：可分为：可分为气体分离膜气体分离膜、液体分离膜液体分离膜、固体分固体分离膜离膜、离子分离膜离子分离膜和和微生物分离膜微生物分离膜等。等。按膜的孔径或被分离物的体积大小按膜的孔径或被分离物的体积大小：1005000nm，微滤膜微滤膜，可用于清除溶液中的微生物以及其他悬浮微粒可用于清除溶液中的微生物以及其他悬浮微粒(0.110um)，如除菌，如除菌(饮用水处理等）、果汁澄清、分离血细胞等饮用水处理等）、果汁澄清、分离血细胞等 2100nm，超滤膜超滤膜，常用于清除液体中的胶体级

25、微粒以及大分子溶质常用于清除液体中的胶体级微粒以及大分子溶质(2100nm，分子量，分子量10001000,000)，如分离白蛋白、胃蛋白酶等，如分离白蛋白、胃蛋白酶等 10，纳滤膜纳滤膜，主要用来处理一些中等分子量溶质主要用来处理一些中等分子量溶质(0.55nm,分子量分子量1001000)，可用于生活和生产用水的纯化和软化处理、药物的纯化与浓缩、活性多肽的，可用于生活和生产用水的纯化和软化处理、药物的纯化与浓缩、活性多肽的回收与浓回收与浓缩缩、溶剂回收、分离游离酸和糖等、溶剂回收、分离游离酸和糖等 ，反渗透膜反渗透膜，可在分子水平上分离可在分子水平上分离NaCl等，主要用于海水或苦咸水的等

26、，主要用于海水或苦咸水的脱盐、高硬水的软化、高纯水的制备等脱盐、高硬水的软化、高纯水的制备等第36页，此课件共44页哦第37页，此课件共44页哦l 导电性功能高分子材料导电性功能高分子材料 具具有有共共轭轭双双键键结结构构的的高高分分子子材材料料通通常常具具有有半半导导电电性性甚甚至至导导电电性性，例例如如聚聚炔炔类类的的聚聚乙乙炔炔、聚苯乙炔等。聚苯乙炔等。可可以以制制得得导导电电橡橡胶胶、导导电电塑塑料料、导导电电涂料等。涂料等。第38页，此课件共44页哦Alan J.Heeger、Alan G.MacDiamid、Hideki Shirakawa(白川英树，1971年制备聚乙炔薄膜)发现

27、聚乙炔等共轭高分子具有导电性，获发现聚乙炔等共轭高分子具有导电性，获2000年诺贝尔化年诺贝尔化学奖。学奖。第39页，此课件共44页哦（1）电子元件（二极管、晶体管、场效应晶体管等）电子元件（二极管、晶体管、场效应晶体管等）（2）导电性应用）导电性应用 透明导体、聚合物电容器、透明导体、聚合物电容器、反复充放电的二次电池的电极材料反复充放电的二次电池的电极材料（3）电磁屏蔽与隐身（吸波材料）电磁屏蔽与隐身（吸波材料）（4）抗）抗静电静电 导电高分子的应用导电高分子的应用 第40页，此课件共44页哦l 高分子液晶高分子液晶 具有流体的流动性，又不同于流体的各向同具有流体的流动性，又不同于流体的各

28、向同性特征，保留了晶体的有序排列性特征，保留了晶体的有序排列（有序流体）（有序流体），呈现既有晶体性质又有液体性质的过渡中间状态，呈现既有晶体性质又有液体性质的过渡中间状态，这类高分子材料称为高分子液晶。这类高分子材料称为高分子液晶。第41页，此课件共44页哦液晶示意图液晶示意图第42页，此课件共44页哦l 医用高分子医用高分子1）与生物组织不接触的材料）与生物组织不接触的材料 如医疗器械、输血用具、如医疗器械、输血用具、注射器等。注射器等。2）与人体组织接触的材料）与人体组织接触的材料 如手术中暂时使用的人如手术中暂时使用的人工脏器、人造血管、人工工脏器、人造血管、人工肾脏透析膜等。肾脏透析膜等。人人工工肾肾脏脏第43页，此课件共44页哦l 医用高分子医用高分子3）长期植入体内的高分子材料）长期植入体内的高分子材料 如植入体内的人工脏器、人如植入体内的人工脏器、人工骨骼、人工关节等。工骨骼、人工关节等。4）与皮肤接触的高分子材料）与皮肤接触的高分子材料 如手套、麻醉用品、绷带、如手套、麻醉用品、绷带、橡皮膏等。橡皮膏等。第44页，此课件共44页哦