高分子合成材料及应用优秀PPT.ppt

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1、材料化学-高分子材料林志丹主要内容l高分子材料简介高分子材料简介l热塑性和热固性塑料热塑性和热固性塑料l橡胶橡胶l纤维纤维l功能高分子材料功能高分子材料l聚合物基复合材料聚合物基复合材料1.材料与材料分类材料与材料分类2.高分子科学的发展高分子科学的发展3.高分子材料在现代化建设中的作用高分子材料在现代化建设中的作用4.高分子的合成、结构及性能高分子的合成、结构及性能 高分子材料简介：1.1.1.1.什么是材料？什么是材料？什么是材料？什么是材料？具有满足指定条件下运用要求的形态和物理性状具有满足指定条件下运用要求的形态和物理性状具有满足指定条件下运用要求的形态和物理性状具有满足指定条件下运用

2、要求的形态和物理性状的物质称为材料。的物质称为材料。的物质称为材料。的物质称为材料。材料和物质这两个概念，具有不同的函义。材料和物质这两个概念，具有不同的函义。材料和物质这两个概念，具有不同的函义。材料和物质这两个概念，具有不同的函义。材料总是和确定的应用相联系的。材料可由一种材料总是和确定的应用相联系的。材料可由一种材料总是和确定的应用相联系的。材料可由一种材料总是和确定的应用相联系的。材料可由一种物质或若干种物质构成；物质或若干种物质构成；物质或若干种物质构成；物质或若干种物质构成；同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，同一种物质，由于制备方法

3、或加工方法的不同，同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可制成用途各异的不同类型的材料。可制成用途各异的不同类型的材料。可制成用途各异的不同类型的材料。可制成用途各异的不同类型的材料。如：化学组成相同的如：化学组成相同的如：化学组成相同的如：化学组成相同的PPPPPPPP，由于制备方法和成型加，由于制备方法和成型加，由于制备方法和成型加，由于制备方法和成型加工方法的不同，可制成纤维或塑料；工方法的不同，可制成纤维或塑料；工方法的不同，可制成纤维或塑料；工方法的不同，可制成纤维或塑料；由化学物质或原料转变成适于确定用途的材料，由化学物质或原料转变成适于确定用途的材料，由化学物质或原料转变成适

4、于确定用途的材料，由化学物质或原料转变成适于确定用途的材料，其转变过程称为材料化过程或称为材料工艺过程。其转变过程称为材料化过程或称为材料工艺过程。其转变过程称为材料化过程或称为材料工艺过程。其转变过程称为材料化过程或称为材料工艺过程。材料的类别材料的类别:材料可从不同角度进行分类：材料可从不同角度进行分类：材料可从不同角度进行分类：材料可从不同角度进行分类：化学组成分类化学组成分类金属材料金属材料无机材料无机材料有机材料（高分子材料）有机材料（高分子材料）物理状态分类物理状态分类气态气态液态液态固态固态单晶材料单晶材料多晶材料多晶材料非晶材料非晶材料复合材料复合材料作用分类作用分类结构材料结

5、构材料功能材料功能材料运用领域分类运用领域分类建筑材料、耐火材料建筑材料、耐火材料研磨材料、电子材料研磨材料、电子材料耐蚀材料、医用材料等耐蚀材料、医用材料等材材料料分分类类有机无机杂化材料有机无机杂化材料复合材料复合材料 l高分子材料高分子材料l按不同分类方法分类按不同分类方法分类l按来源：自然高分子材料和合成高分子材按来源：自然高分子材料和合成高分子材料料l按主链结构：碳链、杂链和元素有机高分按主链结构：碳链、杂链和元素有机高分子材料子材料l按性能和用途：橡胶、塑料、纤维、涂料、按性能和用途：橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂、功能高分子材料胶粘剂、功能高分子材料 2.2.高分子科学的发展高分

6、子科学的发展(1)(1)蒙昧时期蒙昧时期(2)(2)19 19世纪中叶以前世纪中叶以前无意识地运用高分子材无意识地运用高分子材料料(3)(3)棉、麻、羊毛、丝棉、麻、羊毛、丝绸、自然橡胶绸、自然橡胶(2)(2)(2)(2)萌芽时期萌芽时期萌芽时期萌芽时期 19 19世纪后期二十世纪初世纪后期二十世纪初世纪后期二十世纪初世纪后期二十世纪初 出现化学改性和人工合成的高分子出现化学改性和人工合成的高分子出现化学改性和人工合成的高分子出现化学改性和人工合成的高分子l l橡胶工业：橡胶工业：橡胶工业：橡胶工业：硫化工艺、硬橡胶、橡皮擦硫化工艺、硬橡胶、橡皮擦硫化工艺、硬橡胶、橡皮擦硫化工艺、硬橡胶、橡皮

7、擦l l塑料工业：塑料工业：塑料工业：塑料工业：纤维素的硝化和乙酰化、酚醛树脂纤维素的硝化和乙酰化、酚醛树脂纤维素的硝化和乙酰化、酚醛树脂纤维素的硝化和乙酰化、酚醛树脂18391839年，美国人年，美国人Charles GoodyearCharles Goodyear发觉发觉自然橡胶与硫磺共热后自然橡胶与硫磺共热后明显地变更了性能。明显地变更了性能。1869 1869 年，美国的年，美国的 John Wesley HyattJohn Wesley Hyatt（1837-1920)1837-1920)把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，制把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，制造出

8、了造出了第一种人工合成塑料第一种人工合成塑料“赛璐珞赛璐珞”(”(cellulose)cellulose)。1881884 4 年，法国人年，法国人Count Count Hilaire de ChardonnetHilaire de Chardonnet用硝化纤维素的溶液进用硝化纤维素的溶液进行纺丝，制得了第一种行纺丝，制得了第一种人造丝人造丝。1909 1909 年，美国人贝克兰年，美国人贝克兰(Leo Baekeland)Leo Baekeland)用苯酚与甲用苯酚与甲醛反应制造出醛反应制造出第一种完全人工合成的塑料第一种完全人工合成的塑料-酚醛树酯酚醛树酯。(3)(3)争鸣时期争鸣时期

9、二十世纪初到三十年头有机化学和胶体二十世纪初到三十年头有机化学和胶体化学打压高分子科学化学打压高分子科学次价键理论占统治地位，认为高分子物质是由次价键理论占统治地位，认为高分子物质是由小分子的缔合体或大环化合物所组成小分子的缔合体或大环化合物所组成自然橡胶自然橡胶酚醛树脂酚醛树脂19201920年，年，高分子科学创始人：高分子科学创始人：Hermann StaudingerHermann Staudinger发表了发表了“论聚合论聚合”19321932年，年，Hermann StaudingerHermann Staudinger总结了自己的大分子理论，出总结了自己的大分子理论，出版了划时代的

10、巨著高分子有版了划时代的巨著高分子有机化合物成为高分子科学作机化合物成为高分子科学作为一门新兴学科建立的标记。为一门新兴学科建立的标记。Hermann StaudingerHermann Staudinger（1881-19651881-1965）（德）（德）(4)(4)成熟时期成熟时期二十世纪三十年头到五十年头二十世纪三十年头到五十年头高分子科学学说基本形成高分子科学学说基本形成促进了高分子合成工业的发展促进了高分子合成工业的发展进一步供应试验材料进一步供应试验材料尼龙的诞生1934193419341934年美国化学家年美国化学家年美国化学家年美国化学家W.H.CarothersW.H.Ca

11、rothersW.H.CarothersW.H.Carothers独创尼龙独创尼龙独创尼龙独创尼龙66666666，1939193919391939年杜邦公司正年杜邦公司正年杜邦公司正年杜邦公司正式投产，引起极大的轰动式投产，引起极大的轰动式投产，引起极大的轰动式投产，引起极大的轰动l l40404040年头后，自由基聚合和缩合聚合理论逐步确立并年头后，自由基聚合和缩合聚合理论逐步确立并年头后，自由基聚合和缩合聚合理论逐步确立并年头后，自由基聚合和缩合聚合理论逐步确立并趋于成熟趋于成熟趋于成熟趋于成熟 在理论指导下，一些重要的聚合物品种在理论指导下，一些重要的聚合物品种在理论指导下，一些重要的

12、聚合物品种在理论指导下，一些重要的聚合物品种相继投产相继投产相继投产相继投产l l 如：高压聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机如：高压聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机如：高压聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机如：高压聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃、尼龙、涤纶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等玻璃、尼龙、涤纶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等玻璃、尼龙、涤纶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等玻璃、尼龙、涤纶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等l l70707070年头后，发展了精细高分子，如高强度高分子、年头后，发展了精细高分子，如高强度高分子、年头后，发展了精细高分子，如高强度高分子、年头后，发展了精细高分子，如高强度高分子、功能高分子、生

13、物医用高分子，向提高产量、改进功能高分子、生物医用高分子，向提高产量、改进功能高分子、生物医用高分子，向提高产量、改进功能高分子、生物医用高分子，向提高产量、改进性能、发展功能等方面发展，提出性能、发展功能等方面发展，提出性能、发展功能等方面发展，提出性能、发展功能等方面发展，提出“高分子设计高分子设计高分子设计高分子设计”目标目标目标目标 l l20202020世纪世纪世纪世纪80808080、90909090年头后，年头后，年头后，年头后，“新材料革命新材料革命新材料革命新材料革命”蓬勃兴起蓬勃兴起蓬勃兴起蓬勃兴起l l21212121世纪，发展环境友好高分子，不仅包括高分子材世纪，发展环

14、境友好高分子，不仅包括高分子材世纪，发展环境友好高分子，不仅包括高分子材世纪，发展环境友好高分子，不仅包括高分子材料本身，也包括环境友好的制造技术料本身，也包括环境友好的制造技术料本身，也包括环境友好的制造技术料本身，也包括环境友好的制造技术l l高分子材料的产量高分子材料的产量高分子材料的产量高分子材料的产量l l 4070 4070的的的的3030年间，每隔年间，每隔年间，每隔年间，每隔1010年全世界三大合成年全世界三大合成年全世界三大合成年全世界三大合成材料（塑料、橡胶、纤维）的产量就翻两翻多材料（塑料、橡胶、纤维）的产量就翻两翻多材料（塑料、橡胶、纤维）的产量就翻两翻多材料（塑料、橡

15、胶、纤维）的产量就翻两翻多l l 7080 7080年头，全世界三大合成材料的产量增年头，全世界三大合成材料的产量增年头，全世界三大合成材料的产量增年头，全世界三大合成材料的产量增加一倍多加一倍多加一倍多加一倍多塑料的产量以体积计已超过钢铁的产量塑料的产量以体积计已超过钢铁的产量合成橡胶的产量为自然橡胶的两倍以上合成橡胶的产量为自然橡胶的两倍以上化学纤维的产量已大大超过自然纤维化学纤维的产量已大大超过自然纤维三大合成材料三大合成材料获得诺贝尔奖的高分子科学家获得诺贝尔奖的高分子科学家美国高分子科学家布尔（美国高分子科学家布尔（Boor）评论说：）评论说：由于由于H.Staudinger，K.Z

16、iegler，G.Natta，W.H.Carothers，以及以及P.J.Flory等化学家所做出的成就，等化学家所做出的成就，为现代高分子化学开创了一个黄金时代。为现代高分子化学开创了一个黄金时代。科学家科学家科学家科学家时间时间时间时间贡献贡献贡献贡献H StaudingerH Staudinger19531953链状大分子物质的发现链状大分子物质的发现链状大分子物质的发现链状大分子物质的发现K Ziegle,G NattaK Ziegle,G Natta19631963Ziegler-NattaZiegler-Natta催化剂催化剂催化剂催化剂P J Flory P J Flory 19

17、741974大分子物理化学实验和大分子物理化学实验和大分子物理化学实验和大分子物理化学实验和理论带根本性的贡献理论带根本性的贡献理论带根本性的贡献理论带根本性的贡献A J HeegerA J HeegerA G Macdiarmid A G Macdiarmid H ShirakawaH Shirakawa 20002000导电聚合物导电聚合物导电聚合物导电聚合物3.高分子材料在现代化建设中的作用高分子材料在现代化建设中的作用l l高分子材料快速发展的缘由高分子材料快速发展的缘由l l在工业方面的应用在工业方面的应用l l在农业方面的应用在农业方面的应用l l在医疗卫生方面的应用在医疗卫生方面

18、的应用l l在国防和科学技术方面在国防和科学技术方面高分子合成材料快速发展的缘由l l高高高高分分分分子子子子合合合合成成成成材材材材料料料料有有有有很很很很多多多多优优优优良良良良性性性性能能能能：比比比比重重重重小小小小、比比比比强强强强度度度度大大大大、弹弹弹弹性性性性高高高高、电电电电绝绝绝绝缘缘缘缘性性性性好好好好、透透透透亮亮亮亮、耐耐耐耐热热热热寒寒寒寒、腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀及及及及一些特殊性能，可适应多种多样的需求。一些特殊性能，可适应多种多样的需求。一些特殊性能，可适应多种多样的需求。一些特殊性能，可适应多种多样的需求。l l以以以以石石石石油油油油、自自自自然然然然气气气气为为

19、为为原原原原料料料料，来来来来源源源源丰丰丰丰富富富富，适适适适合合合合现现现现代代代代化化化化生生生生产产产产，经经经经济济济济效效效效益益益益高高高高，且且且且不不不不受受受受地地地地域域域域、气气气气候候候候的的的的限限限限制制制制，不不不不受受受受自然灾难的影响，如：自然灾难的影响，如：自然灾难的影响，如：自然灾难的影响，如：l l 一一一一个个个个年年年年产产产产2020万万万万吨吨吨吨的的的的合合合合成成成成纤纤纤纤维维维维厂厂厂厂，相相相相当当当当于于于于400400万万万万亩亩亩亩高高高高产产产产棉棉棉棉田田田田的的的的产产产产量量量量，或或或或40004000万万万万头头头头

20、绵绵绵绵羊羊羊羊一一一一年年年年的的的的产产产产毛毛毛毛量量量量，可织可织可织可织1515亿米布。亿米布。亿米布。亿米布。l l 年年年年产产产产1 1万万万万吨吨吨吨自自自自然然然然橡橡橡橡胶胶胶胶，须须须须要要要要热热热热带带带带或或或或亚亚亚亚热热热热带带带带土土土土地地地地1010万万万万亩亩亩亩，栽栽栽栽种种种种30003000万万万万株株株株橡橡橡橡胶胶胶胶树树树树，须须须须要要要要劳劳劳劳力力力力5 5万万万万个个个个，且且且且栽栽栽栽树树树树到到到到割割割割胶胶胶胶需需需需用用用用6 68 8年年年年的的的的时时时时间间间间，只只只只相相相相当当当当于于于于一一一一个个个个15

21、0150人人人人规模的合成橡胶厂的年产量。规模的合成橡胶厂的年产量。规模的合成橡胶厂的年产量。规模的合成橡胶厂的年产量。高分子材料在工业方面的应用l l在机械工业上在机械工业上在机械工业上在机械工业上l l大量用来制造轴承、齿轮、阀门、导线、密封大量用来制造轴承、齿轮、阀门、导线、密封大量用来制造轴承、齿轮、阀门、导线、密封大量用来制造轴承、齿轮、阀门、导线、密封环、压缩环、叶片和各种泵叶等。环、压缩环、叶片和各种泵叶等。环、压缩环、叶片和各种泵叶等。环、压缩环、叶片和各种泵叶等。l l 可节约钢材和其他金属，而且成本低可节约钢材和其他金属，而且成本低可节约钢材和其他金属，而且成本低可节约钢材

22、和其他金属，而且成本低l l 1 1吨塑料大约可以替代吨塑料大约可以替代吨塑料大约可以替代吨塑料大约可以替代4 45 5吨有色金属吨有色金属吨有色金属吨有色金属l l一台一般塑料注射机，可年产一台一般塑料注射机，可年产一台一般塑料注射机，可年产一台一般塑料注射机，可年产1515万件塑料齿轮，万件塑料齿轮，万件塑料齿轮，万件塑料齿轮，相当于一个拥有二十台滚齿机和五台车床齿轮相当于一个拥有二十台滚齿机和五台车床齿轮相当于一个拥有二十台滚齿机和五台车床齿轮相当于一个拥有二十台滚齿机和五台车床齿轮车间的年产量车间的年产量车间的年产量车间的年产量 l l雷达的金属齿轮改用塑料来制造，工效提高二雷达的金属

23、齿轮改用塑料来制造，工效提高二雷达的金属齿轮改用塑料来制造，工效提高二雷达的金属齿轮改用塑料来制造，工效提高二十倍，成本降低二十倍十倍，成本降低二十倍十倍，成本降低二十倍十倍，成本降低二十倍 l l在化学工业上在化学工业上在化学工业上在化学工业上l l高分子合成材料基本上解决了防腐蚀问题高分子合成材料基本上解决了防腐蚀问题高分子合成材料基本上解决了防腐蚀问题高分子合成材料基本上解决了防腐蚀问题l l 据统计，全世界每年因腐蚀而损失的钢铁达据统计，全世界每年因腐蚀而损失的钢铁达据统计，全世界每年因腐蚀而损失的钢铁达据统计，全世界每年因腐蚀而损失的钢铁达1 1亿吨以上亿吨以上亿吨以上亿吨以上 l

24、l 在金属管道、反应器等表面上涂上高分子，就在金属管道、反应器等表面上涂上高分子，就在金属管道、反应器等表面上涂上高分子，就在金属管道、反应器等表面上涂上高分子，就可以防止腐蚀。干脆用塑料制成反应器、容器、可以防止腐蚀。干脆用塑料制成反应器、容器、可以防止腐蚀。干脆用塑料制成反应器、容器、可以防止腐蚀。干脆用塑料制成反应器、容器、管道、则防腐效果更佳管道、则防腐效果更佳管道、则防腐效果更佳管道、则防腐效果更佳l l在电子、电气工业上在电子、电气工业上在电子、电气工业上在电子、电气工业上l l聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等优良绝缘材聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等优良绝缘材聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟

25、乙烯等优良绝缘材聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等优良绝缘材料被广泛用于发电机、马达、变压器及导线的料被广泛用于发电机、马达、变压器及导线的料被广泛用于发电机、马达、变压器及导线的料被广泛用于发电机、马达、变压器及导线的制造。制造。制造。制造。l l有机硅绝缘材料可使电机在有机硅绝缘材料可使电机在有机硅绝缘材料可使电机在有机硅绝缘材料可使电机在180200180200高温及高温及高温及高温及相对温度为相对温度为相对温度为相对温度为9598%9598%的恶劣条件下运转，使电的恶劣条件下运转，使电的恶劣条件下运转，使电的恶劣条件下运转，使电机运用寿命延长十倍以上，而体积与重量可以机运用寿命延长十倍以上

26、，而体积与重量可以机运用寿命延长十倍以上，而体积与重量可以机运用寿命延长十倍以上，而体积与重量可以缩减缩减缩减缩减40%40%。l l在汽车工业上在汽车工业上在汽车工业上在汽车工业上l l汽车工业运用大量的高分子材料汽车工业运用大量的高分子材料汽车工业运用大量的高分子材料汽车工业运用大量的高分子材料l l 汽车中除了金属，几乎都是高分子材料汽车中除了金属，几乎都是高分子材料汽车中除了金属，几乎都是高分子材料汽车中除了金属，几乎都是高分子材料l l 一辆轿车，要运用几百公斤高分子一辆轿车，要运用几百公斤高分子一辆轿车，要运用几百公斤高分子一辆轿车，要运用几百公斤高分子l l 不少高分子都属于增加

27、塑料，如玻璃纤维增不少高分子都属于增加塑料，如玻璃纤维增不少高分子都属于增加塑料，如玻璃纤维增不少高分子都属于增加塑料，如玻璃纤维增加塑料加塑料加塑料加塑料l l在建筑工业上在建筑工业上在建筑工业上在建筑工业上l l展览厅、体育馆、游泳池、雷达站、战地医院、展览厅、体育馆、游泳池、雷达站、战地医院、展览厅、体育馆、游泳池、雷达站、战地医院、展览厅、体育馆、游泳池、雷达站、战地医院、飞机库等都是用塑料建立飞机库等都是用塑料建立飞机库等都是用塑料建立飞机库等都是用塑料建立 l l室内的装饰材料，很多都是用高分子材料室内的装饰材料，很多都是用高分子材料室内的装饰材料，很多都是用高分子材料室内的装饰材

28、料，很多都是用高分子材料l l 天花板、地毯、塑料窗帘、雨阳棚、各种涂天花板、地毯、塑料窗帘、雨阳棚、各种涂天花板、地毯、塑料窗帘、雨阳棚、各种涂天花板、地毯、塑料窗帘、雨阳棚、各种涂料料料料l l 塑料用在建筑上，不仅可减轻结构重量，提塑料用在建筑上，不仅可减轻结构重量，提塑料用在建筑上，不仅可减轻结构重量，提塑料用在建筑上，不仅可减轻结构重量，提高建筑质量，而且又可以提高装配化程度，缩高建筑质量，而且又可以提高装配化程度，缩高建筑质量，而且又可以提高装配化程度，缩高建筑质量，而且又可以提高装配化程度，缩短施工时间短施工时间短施工时间短施工时间 l l塑料薄膜塑料薄膜塑料薄膜塑料薄膜l l

29、地膜地膜地膜地膜l l 塑料薄膜用于水稻育秧，据有关单位调查，塑料薄膜用于水稻育秧，据有关单位调查，塑料薄膜用于水稻育秧，据有关单位调查，塑料薄膜用于水稻育秧，据有关单位调查，每亩秧田因防止烂秧可节约种子每亩秧田因防止烂秧可节约种子每亩秧田因防止烂秧可节约种子每亩秧田因防止烂秧可节约种子1010斤，则全国斤，则全国斤，则全国斤，则全国二亿二千万亩稻田如都用塑料薄膜育秧，可节二亿二千万亩稻田如都用塑料薄膜育秧，可节二亿二千万亩稻田如都用塑料薄膜育秧，可节二亿二千万亩稻田如都用塑料薄膜育秧，可节约种子约种子约种子约种子2222亿斤，相当于一个省稻谷总产量。亿斤，相当于一个省稻谷总产量。亿斤，相当于

30、一个省稻谷总产量。亿斤，相当于一个省稻谷总产量。l l塑料大棚塑料大棚塑料大棚塑料大棚l l改良土壤改良土壤改良土壤改良土壤l l高分子化合物，加到泥土中可使泥土加速熟化。高分子化合物，加到泥土中可使泥土加速熟化。高分子化合物，加到泥土中可使泥土加速熟化。高分子化合物，加到泥土中可使泥土加速熟化。运用脲醛树脂，可改良沙漠运用脲醛树脂，可改良沙漠运用脲醛树脂，可改良沙漠运用脲醛树脂，可改良沙漠l l高吸水性的树脂高吸水性的树脂高吸水性的树脂高吸水性的树脂 l l 可作为保水剂，种子涂覆剂，以及改良土壤可作为保水剂，种子涂覆剂，以及改良土壤可作为保水剂，种子涂覆剂，以及改良土壤可作为保水剂，种子涂

31、覆剂，以及改良土壤等等等等 高分子材料在农业上地应用l l高分子合成材料具有化学惰性、相容性、无毒、高分子合成材料具有化学惰性、相容性、无毒、高分子合成材料具有化学惰性、相容性、无毒、高分子合成材料具有化学惰性、相容性、无毒、易加工，可以它不仅用于修补、支撑人体器脏，易加工，可以它不仅用于修补、支撑人体器脏，易加工，可以它不仅用于修补、支撑人体器脏，易加工，可以它不仅用于修补、支撑人体器脏，而且具有生物化学功能，可替换人体器脏而且具有生物化学功能，可替换人体器脏而且具有生物化学功能，可替换人体器脏而且具有生物化学功能，可替换人体器脏 l l人造器官：人工皮、眼球角膜、喉、血管、心人造器官：人工

32、皮、眼球角膜、喉、血管、心人造器官：人工皮、眼球角膜、喉、血管、心人造器官：人工皮、眼球角膜、喉、血管、心脏瓣膜、颅骨和组织粘合剂脏瓣膜、颅骨和组织粘合剂脏瓣膜、颅骨和组织粘合剂脏瓣膜、颅骨和组织粘合剂l l整型、整容材料：隆胸、隆鼻（硅橡胶）整型、整容材料：隆胸、隆鼻（硅橡胶）整型、整容材料：隆胸、隆鼻（硅橡胶）整型、整容材料：隆胸、隆鼻（硅橡胶）l l骨科固定材料：聚乳酸骨科固定材料：聚乳酸骨科固定材料：聚乳酸骨科固定材料：聚乳酸高分子材料在医疗卫生上的应用 功能的高分子合成材料具有耐高温、耐辐射、功能的高分子合成材料具有耐高温、耐辐射、功能的高分子合成材料具有耐高温、耐辐射、功能的高分子

33、合成材料具有耐高温、耐辐射、高绝缘、高强度、耐低温及其他的光、电磁性高绝缘、高强度、耐低温及其他的光、电磁性高绝缘、高强度、耐低温及其他的光、电磁性高绝缘、高强度、耐低温及其他的光、电磁性能，所以无论在宇航、导弹、原子能、超音速能，所以无论在宇航、导弹、原子能、超音速能，所以无论在宇航、导弹、原子能、超音速能，所以无论在宇航、导弹、原子能、超音速飞机、大型集成电路以及军事装备稍微化方面飞机、大型集成电路以及军事装备稍微化方面飞机、大型集成电路以及军事装备稍微化方面飞机、大型集成电路以及军事装备稍微化方面缺少不了它缺少不了它缺少不了它缺少不了它 舰艇、潜水艇舰艇、潜水艇舰艇、潜水艇舰艇、潜水艇火

34、箭放射器，反坦克放射筒，防护具等。聚苯醚火箭放射器，反坦克放射筒，防护具等。聚苯醚火箭放射器，反坦克放射筒，防护具等。聚苯醚火箭放射器，反坦克放射筒，防护具等。聚苯醚玻璃钢可用作玻璃钢可用作玻璃钢可用作玻璃钢可用作175175毫米口径大炮的弹头毫米口径大炮的弹头毫米口径大炮的弹头毫米口径大炮的弹头防弹背心防弹背心防弹背心防弹背心高分子材料在国防和尖端技术上的应用4.4.高分子的合成、结构及性能高分子的合成、结构及性能l高分子化学高分子化学n n高分子化合物的合成高分子化合物的合成高分子化合物的合成高分子化合物的合成n n高分子的反应高分子的反应高分子的反应高分子的反应l高分子物理高分子物理n

35、n高分子的高分子的高分子的高分子的结构结构结构结构：单个分子；聚集态结：单个分子；聚集态结：单个分子；聚集态结：单个分子；聚集态结构构构构n n高分子材料的高分子材料的高分子材料的高分子材料的性能性能性能性能：粘弹性、力学性：粘弹性、力学性：粘弹性、力学性：粘弹性、力学性能能能能n n高分子的高分子的高分子的高分子的分子运动分子运动分子运动分子运动：联系结构与性能：联系结构与性能：联系结构与性能：联系结构与性能高分子化合物的合成高分子化合物的合成-聚合反应聚合反应l l按单体和聚合物在组成和结构上发生的变更分类按单体和聚合物在组成和结构上发生的变更分类按单体和聚合物在组成和结构上发生的变更分类

36、按单体和聚合物在组成和结构上发生的变更分类加聚反应加聚反应缩聚反应缩聚反应连锁聚合连锁聚合连锁聚合连锁聚合 ：绝大多数烯类单体的加聚反应：绝大多数烯类单体的加聚反应：绝大多数烯类单体的加聚反应：绝大多数烯类单体的加聚反应逐步聚合反应逐步聚合反应逐步聚合反应逐步聚合反应 ：绝大多数缩聚反应和合成：绝大多数缩聚反应和合成：绝大多数缩聚反应和合成：绝大多数缩聚反应和合成聚氨酯的反应聚氨酯的反应聚氨酯的反应聚氨酯的反应l l按聚合反应的按聚合反应的按聚合反应的按聚合反应的反应机理反应机理反应机理反应机理和和和和动力学动力学动力学动力学分类分类分类分类（1 1）加聚反应：烯类单体，通过打开双键相互联）加

37、聚反应：烯类单体，通过打开双键相互联结起来而形成聚合物的反应，其产物称为加聚物。结起来而形成聚合物的反应，其产物称为加聚物。如：如：加聚物的组成与单体相同；加聚物的组成与单体相同；聚合物主链由碳链组成，不含官能基团；聚合物主链由碳链组成，不含官能基团；加聚物的分子量是单体分子量的整数倍。加聚物的分子量是单体分子量的整数倍。特点：特点：1.1.1.1.按单体和聚合物在组成和结构上发生的变更分类按单体和聚合物在组成和结构上发生的变更分类按单体和聚合物在组成和结构上发生的变更分类按单体和聚合物在组成和结构上发生的变更分类（2 2）缩聚反应缩聚反应缩聚反应缩聚反应：通常是由单体分子的官能团间发生反应，

38、：通常是由单体分子的官能团间发生反应，伴随有水、醇等小分子副产物生成，其产物称为缩聚物。如：伴随有水、醇等小分子副产物生成，其产物称为缩聚物。如：特点：特点：在组成上，缩聚物和其单体不同；在组成上，缩聚物和其单体不同；在结构上，缩聚物主链上含官能团，如酰胺键、酯键；在结构上，缩聚物主链上含官能团，如酰胺键、酯键；分子量不再是单体分子量的整数倍。分子量不再是单体分子量的整数倍。酰胺键酰胺键2、按聚合反应的、按聚合反应的反应机理反应机理和和动力学动力学分类分类（1 1）连锁聚合）连锁聚合）连锁聚合）连锁聚合 （绝大多数烯类单体的加聚反应）（绝大多数烯类单体的加聚反应）（绝大多数烯类单体的加聚反应）

39、（绝大多数烯类单体的加聚反应）按聚合的活性中心可分为：按聚合的活性中心可分为：聚合特征：聚合特征：由链引发、链增长、链终止等基元反应组成，各步反由链引发、链增长、链终止等基元反应组成，各步反应速率和活化能差别很大应速率和活化能差别很大 体系始终由单体、高分子量聚合物和微量引发剂组成体系始终由单体、高分子量聚合物和微量引发剂组成 分子量随时间没有变更，而转化率随时间而增加分子量随时间没有变更，而转化率随时间而增加 自由基聚合自由基聚合 阴离子聚合阴离子聚合 阳离子聚合阳离子聚合 配位聚合配位聚合 整个聚合过程主要由链引发链引发（chain initiation）、链增链增长长（chain pro

40、pagation）、链终止链终止（chain termination）三个基元反应组成。连锁聚合：链引发链引发链增长链增长链终止链终止+,-活性中心：活性中心：可以是自由基自由基、阳离子阳离子和阴离子阴离子，它进攻单体的双键，使单体M的键打开，与之加成，形成单体活性种，而后进一步与单体加成，促使链增长。依据活性种的不同，可将烯类单体的聚合反应分为自由基聚合自由基聚合、阳离子聚合阳离子聚合和阴离子聚合阴离子聚合。依据单烯CH2=CHX中取代基取代基X电负性次序电负性次序和聚合聚合倾向的关系倾向的关系排列如下：电子效应：电子效应：连锁聚合特征：连锁聚合特征：由链引发、链增长、链终止等基元反应由链引

41、发、链增长、链终止等基元反应组成，各步反应速率和活化能差别很大组成，各步反应速率和活化能差别很大 体系始终由单体、高分子量聚合物和微体系始终由单体、高分子量聚合物和微量引发剂组成量引发剂组成 分子量随时间没有变更，而转化率随时分子量随时间没有变更，而转化率随时间而增加间而增加（2）逐步聚合反应）逐步聚合反应 （绝大多数缩聚反应和合成聚氨酯的反应）（绝大多数缩聚反应和合成聚氨酯的反应）特征：特征：反应逐步进行，每一步的反应速率和活化能大致相同反应逐步进行，每一步的反应速率和活化能大致相同 反应起始单体很快聚合成二聚体、三聚体等低聚物，反应起始单体很快聚合成二聚体、三聚体等低聚物，短期转化率很高，

42、低聚物之间可接着反应，分子量缓慢短期转化率很高，低聚物之间可接着反应，分子量缓慢增加增加 体系由单体和分子量递增的一系列中间产物所组成体系由单体和分子量递增的一系列中间产物所组成涤纶（涤纶（PET)的合成的合成n HOOC-Ph-COOH+n HOCHn HOOC-Ph-COOH+n HOCH2 2CHCH2 2OHOHH-(ORO-OC-Ph-CO)H-(ORO-OC-Ph-CO)n n-OH+-OH+(2n-1)H(2n-1)H2 2OO聚乙二醇的合成聚乙二醇的合成n HOCHn HOCH2 2CHCH2 2OHOHH-(OCHH-(OCH2 2CHCH2 2)n n-OH+-OH+(n-

43、1)H(n-1)H2 2OO尼龙尼龙-66的合成的合成n Hn H2 2N(CHN(CH2 2)6 6NHNH2 2+n HOOC(CH+n HOOC(CH2 2)4 4COOHCOOHH-HN(CHH-HN(CH2 2)6 6NH-OC(CHNH-OC(CH2 2)4 4CO)CO)n n-OH+-OH+(2n-1)H(2n-1)H2 2OO 聚硅氧烷化反应聚硅氧烷化反应 n HO-SiR n HO-SiR1 1R R2 2-OH+n HO-SiR-OH+n HO-SiR1 1RR2 2-OH-OHH-(OSiRH-(OSiR1 1RR2 2-OSiR-OSiR1 1R R2 2)n n-O

44、H+-OH+(2n-1)H(2n-1)H2 2OO图图图图1 1 1 1 分子量转化率关系分子量转化率关系分子量转化率关系分子量转化率关系1-1-自由基聚合；自由基聚合；自由基聚合；自由基聚合；2-2-阴离子活性聚合；阴离子活性聚合；阴离子活性聚合；阴离子活性聚合；3-3-缩聚反应缩聚反应缩聚反应缩聚反应v 不同聚合反应制备的聚合物的分子量和转化率关系比较：不同聚合反应制备的聚合物的分子量和转化率关系比较：聚合方法聚合方法:v逐步聚合方法逐步聚合方法本体聚合本体聚合溶液聚合溶液聚合悬浮聚合悬浮聚合乳液聚合乳液聚合超临界超临界CO2聚合聚合熔融缩聚熔融缩聚溶液缩聚溶液缩聚界面缩聚界面缩聚超临界超

45、临界CO2缩聚缩聚v自由基聚合自由基聚合方法方法方法方法高分子结构与性能l l探讨高分子结构的意义探讨高分子结构的意义探讨高分子结构的意义探讨高分子结构的意义l l 结构是对材料性能有结构是对材料性能有结构是对材料性能有结构是对材料性能有着确定性影响的因素着确定性影响的因素着确定性影响的因素着确定性影响的因素l l 高分子材料的物理性高分子材料的物理性高分子材料的物理性高分子材料的物理性能是分子运动的反映，能是分子运动的反映，能是分子运动的反映，能是分子运动的反映，结构是了解分子运动的结构是了解分子运动的结构是了解分子运动的结构是了解分子运动的基础基础基础基础l l 意义：在于了解高分子分子内

46、和分子间相互作用意义：在于了解高分子分子内和分子间相互作用意义：在于了解高分子分子内和分子间相互作用意义：在于了解高分子分子内和分子间相互作用的本质，即通过对分子运动的理解建立结构与性的本质，即通过对分子运动的理解建立结构与性的本质，即通过对分子运动的理解建立结构与性的本质，即通过对分子运动的理解建立结构与性能间的内在联系，驾驭结构与性能的关系能间的内在联系，驾驭结构与性能的关系能间的内在联系，驾驭结构与性能的关系能间的内在联系，驾驭结构与性能的关系分子运动分子运动结结 构构性性 能能高分子结构的层次高分子的结构高分子的结构高分子的链结构高分子的链结构高分子的聚集态结构高分子的聚集态结构高分子

47、链的远程结构高分子链的远程结构（二级结构）（二级结构）高分子链的近程结构高分子链的近程结构（一级结构）（一级结构）高分子链的近程结构高分子链的近程结构结构单元的化学组成结构单元的化学组成结构单元的化学组成结构单元的化学组成结构单元的键接方式结构单元的键接方式结构单元的键接方式结构单元的键接方式支化、交联支化、交联支化、交联支化、交联结构单元的键接序列结构单元的键接序列结构单元的键接序列结构单元的键接序列结构单元的构型结构单元的构型结构单元的构型结构单元的构型结构单元的化学组成 是影响聚合物性能的重要因素，高分子结构单元的化学组是影响聚合物性能的重要因素，高分子结构单元的化学组是影响聚合物性能的

48、重要因素，高分子结构单元的化学组是影响聚合物性能的重要因素，高分子结构单元的化学组成不同，其化学物理性能不同，如：成不同，其化学物理性能不同，如：成不同，其化学物理性能不同，如：成不同，其化学物理性能不同，如：l lPEPE、PPPP、PSPS，碳链聚合物是憎水的，不会水解，碳链聚合物是憎水的，不会水解，碳链聚合物是憎水的，不会水解，碳链聚合物是憎水的，不会水解l l主链含杂原子的聚合物较易起化学反应主链含杂原子的聚合物较易起化学反应主链含杂原子的聚合物较易起化学反应主链含杂原子的聚合物较易起化学反应 聚酰胺不耐强碱，易水解、醇解、酸解，但分子间力较聚酰胺不耐强碱，易水解、醇解、酸解，但分子间

49、力较聚酰胺不耐强碱，易水解、醇解、酸解，但分子间力较聚酰胺不耐强碱，易水解、醇解、酸解，但分子间力较强强强强l l主链含芳杂环的聚合物和元素有机聚合物的耐热性好主链含芳杂环的聚合物和元素有机聚合物的耐热性好主链含芳杂环的聚合物和元素有机聚合物的耐热性好主链含芳杂环的聚合物和元素有机聚合物的耐热性好l l主链不是单链而是主链不是单链而是主链不是单链而是主链不是单链而是“梯形梯形梯形梯形”的高分子，耐热性高的高分子，耐热性高的高分子，耐热性高的高分子，耐热性高l l端基的影响端基的影响端基的影响端基的影响结构单元的键接结构 是指结构单元在高分子链中的连接方式是指结构单元在高分子链中的连接方式是指结

50、构单元在高分子链中的连接方式是指结构单元在高分子链中的连接方式 在缩聚和开环聚合中，键接方式是明确的，但在加聚过程在缩聚和开环聚合中，键接方式是明确的，但在加聚过程在缩聚和开环聚合中，键接方式是明确的，但在加聚过程在缩聚和开环聚合中，键接方式是明确的，但在加聚过程中，状况会困难些中，状况会困难些中，状况会困难些中，状况会困难些在不同条件下，结构单元的结构会发生某些变更在不同条件下，结构单元的结构会发生某些变更在不同条件下，结构单元的结构会发生某些变更在不同条件下，结构单元的结构会发生某些变更 如丙烯酰胺在自由基引发剂或强碱作用下产物不同如丙烯酰胺在自由基引发剂或强碱作用下产物不同如丙烯酰胺在自