高分子分子量第一頁，編輯于星期日：五點四十三分。第1頁，共85頁。IntroduceMyself黑龍江人，喜歡游泳，打球，看美劇...公用郵箱：用戶名：密碼：xinying4376第二頁，編輯于星期日：五點四十三分。第2頁，共85頁。Proposal按時預習、準時上課、及時復習手機等電子設備的音樂關掉第三頁，編輯于星期日：五點四十三分。第3頁，共85頁。高分子結構

高分子材料與工程

高分子化學高分子物理材料科學與工程基礎高分子運動

高分子性能

高分子的結構決定著該高分子的性能。微觀

宏觀

專業(yè)基礎課第四頁，編輯于星期日：五點四十三分。第4頁，共85頁。緒論1材料總類陶瓷材料 Ceramic金屬材料 Metal高分子材料Polymer復合材料 Composites生物材料Biomaterialsetc.第五頁，編輯于星期日：五點四十三分。第5頁，共85頁。Ceramic陶瓷公元前7000一前6000年，中國仰韶文化期已有陶窯及手制、模制的陶器。

第六頁，編輯于星期日：五點四十三分。第6頁，共85頁。Applicationinmoderntimes陶瓷傳感器第七頁，編輯于星期日：五點四十三分。第7頁，共85頁。Metal金屬新石器時代晚期，中國為銅、石并用時代，銅器由天然紅銅錘鍛而成。

公元前約3000年，埃及人已用金銀作飾物。

第八頁，編輯于星期日：五點四十三分。第8頁，共85頁。Applicationinmoderntimes第九頁，編輯于星期日：五點四十三分。第9頁，共85頁。NaturalPolymers天然高分子Protein蛋白質Nail指甲Wool羊毛Hair頭發(fā)AminoAcid氨基酸第十頁，編輯于星期日：五點四十三分。第10頁，共85頁。高分子材料的重要性直至二十世紀的后期，化學家們才開始研究木材、棉花、麻、蠶絲、羊毛、纖維素、淀粉等各種天然高分子材料的化學組成、結構和形態(tài)，并試圖人工合成高分子材料。

高分子材料的三大主要產品——塑料Plastics、橡膠Rubber、纖維Fiber已成為我們日常生活中不可缺之物及國防、航空航天等高科技的支柱，同時高分子也是復合材料的主力軍以及最新生物材料的的載體。第十一頁，編輯于星期日：五點四十三分。第11頁，共85頁。緒論2什么是高分子？高分子雙眼皮尼龍線第十二頁，編輯于星期日：五點四十三分。第12頁，共85頁。Polymerdefinition高分子的定義Polymers,alsoknownas‘macromolecules’,arebuiltupofalargenumberofmolecularunitswhicharelinkedtogetherbycovalentbonds.由很多分子單元通過共價鍵相連的大分子。第十三頁，編輯于星期日：五點四十三分。第13頁，共85頁。緒論3高分子的特點高分子鏈是由數目很大（約103~105)的結構單元所組成，每個結構單元相當于一個小分子。這些結構單元可以是一種（均聚物），也可以是幾種（共聚物）。它們通過共價鍵連成不同的結構，如線形、支化、交聯、網狀等。通常高分子鏈中含有許多鍵，有一定的內旋轉自由度，使高分子長鏈具有柔性。鏈間一旦發(fā)生交聯作用，其物理性能會發(fā)生很大變化，主要是不熔不溶。通過范德華力和氫鍵的作用，使高分子聚集在一起形成聚集態(tài)結構，高分子的聚集態(tài)結構是決定材料使用性能的主要因素。第十四頁，編輯于星期日：五點四十三分。第14頁，共85頁。緒論4三大高分子材料發(fā)展史PolymerMaterialsCelluloid賽璐咯PlasticFirstoneRubberFirstoneFiberFirstoneNatureRubber天然橡膠Nitrocellulose硝化纖維第十五頁，編輯于星期日：五點四十三分。第15頁，共85頁。NatureRubber19世紀中葉的一家歐洲橡膠制品廠橡樹園CharlesGoodyear古德意爾（1800-1860）In1839,硫化作用Sulfurization第十六頁，編輯于星期日：五點四十三分。第16頁，共85頁。TheinventionofplasticsAlexanderParkes1865年,Brandname-Parkesine

BritishXylonite(賽璐咯)第十七頁，編輯于星期日：五點四十三分。第17頁，共85頁。Celluloid賽璐咯,1869年JohnWesleyHyatt

(1837-1920)InventorofCelluloidCelluloidManufacturingCompanyRoughbilliardballsbeingturnedinlathes.第十八頁，編輯于星期日：五點四十三分。第18頁，共85頁。PatentCertificationPatentcertificationissuedtoJohnW.Hyatt,1870,for“improvedmouldingcompositiontoimitateivoryandothersubstances”.1870第十九頁，編輯于星期日：五點四十三分。第19頁，共85頁。塑料Plastic的定義以合成樹脂或天然樹脂為基料，加入（或不加入）各種助劑、增強材料和填料，在一定溫度和壓強下成型,所得到的固體材料或制品。塑料與樹脂的區(qū)別在于，前者指加工成形后的合成材料或制品，后者是指未加工的原始聚合物。塑料和樹脂兩個術語常常通用。Theoriginoftheword"plastics"comesfromGreek"plastikos".ItsoriginalGreekrootmeans“mouldable”.第二十頁，編輯于星期日：五點四十三分。第20頁，共85頁。Nitrocellulose

硝化纖維英國女工正在生產硝化纖維火棉的故事第二十一頁，編輯于星期日：五點四十三分。第21頁，共85頁。第一種合成高分子樹脂--酚醛樹脂（1907）Belgium,LeoBaekeland(1863~1944)Tradename–Bakelite

酚醛樹脂,人造樹膠，電木，膠木Oldradiocabinetmadeofphenolformaldehyde(Bakelite)plastics第二十二頁，編輯于星期日：五點四十三分。第22頁，共85頁。合成高分子Syntheticpolymer人造毛有機玻璃滌綸合成橡膠第二十三頁，編輯于星期日：五點四十三分。第23頁，共85頁。緒論5Theshortcomingsofpolymers

但是，高分子材料也有不少弱點，如易燃、易老化，不經久。大量使用高分子材料時，防火是一個重要問題，必須使高分子不易燃燒，才能安全使用；用作建筑材料，要求至少有幾十年的壽命；用于其他方面，也須有耐久性。第二十四頁，編輯于星期日：五點四十三分。第24頁，共85頁。Whitepollution

白色污染

大量使用高分子材料時，作為廢物處理的高分子垃圾，不被水溶解和風化，不受細菌腐蝕，如不處理就會越積越多，成為常見的白色污染。所以高分子材料自然降解成為高分子研究中的重要課題。第二十五頁，編輯于星期日：五點四十三分。第25頁，共85頁。緒論6材料研究發(fā)展趨勢陶瓷：上萬年的歷史金屬：約公元前1200當今全世界每年生產的各種有機合成材料超過了兩億噸，體積是鋼鐵的兩倍，這當中塑料占了大約75％。塑料：從二戰(zhàn)開始Sealwatch,USNavy第二十六頁，編輯于星期日：五點四十三分。第26頁，共85頁。材料技術的發(fā)展趨勢增強耐磨性和耐火性A.從均質材料向復合材料發(fā)展在波音777上的應用第二十七頁，編輯于星期日：五點四十三分。第27頁，共85頁。B.由結構材料向功能、多功能材料并重的方向發(fā)展

Paint-onliquidcrystaldisplays(LCDs)LCDpaintlicked

Wallsandcurtainscouldsportliquid-crystaldigitaldisplays.第二十八頁，編輯于星期日：五點四十三分。第28頁，共85頁。生物醫(yī)學材料與人工器官生物醫(yī)學材料是指能植入人體或能與生物組織或生物流體相接觸的材料；或者說是具有天然器官組織的功能或天然器官功能的材料公元前3500年,古埃及人用棉花纖維、馬鬃等縫合傷口墨西哥印第安人用木片修補受傷的顱骨公元前2500年中國的墓葬中發(fā)現有假牙、假鼻、假耳1950年有機玻璃做人工股骨頭第二十九頁，編輯于星期日：五點四十三分。第29頁，共85頁。C.材料結構的尺度向越來越小的方向發(fā)展

活性催化劑——固體燃料中摻入鋁的納米微粒隱形飛機的涂料——納米級的碳基鐵粉、鎳粉、鐵氧體粉末改性的有機涂料磁性信用卡——高矯頑力納米技術制造的防水布料

第三十頁，編輯于星期日：五點四十三分。第30頁，共85頁。D.由被動性材料向具有主動性的

智能材料方向發(fā)展智能材料就是指具有感知環(huán)境（包括內環(huán)境和外環(huán)境）刺激，對之進行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進行適度響應的智能特征的材料。

PVDF壓電陶瓷第三十一頁，編輯于星期日：五點四十三分。第31頁，共85頁。形狀記憶合金SMA三種類型第三十二頁，編輯于星期日：五點四十三分。第32頁，共85頁。E.通過仿生途徑來發(fā)展新材料甲殼素Chitin蛋白質ProteinNaturalcompositematerials天然復合材料高強度的原因：高分子與陶瓷的結合第三十三頁，編輯于星期日：五點四十三分。第33頁，共85頁。高分子材料研究的新動向E.向生命科學靠攏A.從均質材料向復合材料發(fā)展B.由普通力學結構材料往電、光、熱、化學反應等多功能材料并重的方向發(fā)展

C.材料結構的尺度向細小精密化的方向發(fā)展D.由被動性材料向具有主動性的智能材料方向發(fā)展第三十四頁，編輯于星期日：五點四十三分。第34頁，共85頁。Ontheway......第三十五頁，編輯于星期日：五點四十三分。第35頁，共85頁。主要參考書何曼君，陳維孝，董西俠，《高分子物理》(修訂版)，上海：復旦大學出版社，2000

馬德柱，何平笙，徐種德，周漪琴，《高聚物結構與性能》（第二版），北京：科學出版社，2000焦劍，雷渭媛，《高聚物結構、性能與測試》，北京：化學工業(yè)出版社，2003第三十六頁，編輯于星期日：五點四十三分。第36頁，共85頁?？己朔绞娇荚嚪椒?---高分子物理期末考試為閉卷筆試，考試時間為2小時考試題型----名詞解釋、填空題、選擇題、簡答題、論述題、計算題等課程結束時間：2.Nov.2012論文結構----材料的發(fā)展歷史;材料的基本結構（鏈結構與凝聚態(tài)結構）;材料的基本性能;結構與性能的關系;材料的一種主要應用;存在的問題及解決方法（選做）Reference----格式要統(tǒng)一：作者，“文獻題目”，發(fā)表雜志，卷數，起-止頁，年份分值分布----出勤10%；論文10%；期末80%第三十七頁，編輯于星期日：五點四十三分。第37頁，共85頁。SomeselectedtopicsPANandCarbonfibersThepropertiesofcopolymerLiquidcrystalAmorphouspolymerandsemicrystallinepolymerMatrixpolymerforcompositematerialsRigidchainpolymermaterials.Theglasstransitiontemperatureofpolymer.Rubberelasticity.Theviscoelasticityofpolymer.Conductingpolymer第三十八頁，編輯于星期日：五點四十三分。第38頁，共85頁。主要內容：

概論1高分子的鏈結構2高分子的溶液性質3高分子的多組分體系4聚合物的非晶態(tài)5聚合物的結晶態(tài)6聚合物的屈服和斷裂7聚合物的高彈性和粘彈性8聚合物的其他性質9第三十九頁，編輯于星期日：五點四十三分。第39頁，共85頁。內容提要1.1高分子科學發(fā)展簡史1.2從小分子到大分子※1.3高分子的分子量和分子量分布※

1.4分子量分布的測定方法1.5高分子物質的類型1.6聚合物的玻璃化轉變第四十頁，編輯于星期日：五點四十三分。第40頁，共85頁。1.1高分子科學發(fā)展簡史高分子化合物：

單體經聚合反應由許多重復單元以共價鍵相連接，相對分子質量在104以上的化合物。

第四十一頁，編輯于星期日：五點四十三分。第41頁，共85頁。1.1高分子科學發(fā)展簡史第一階段：19世紀30年代-20世紀20年代—

高分子學說的萌芽時期（點）

?天然高分子材料的應用?天然高分子材料的改性

??膠體化學學說—小分子借助分子間力”集合”成的膠體第四十二頁，編輯于星期日：五點四十三分。第42頁，共85頁。1.1高分子科學發(fā)展簡史第二階段：20世紀20年代-20世紀40年代—

高分子學說興起和建立時期（鏈）

?1920年德國科學家Staudinger闡述“高分子化合物由以共價鍵連接的長鏈分子組成”的觀點；?1932年，建立“高分子科學”。?30-40年代，美國化學家W.H.Carothers建立縮聚反應

理論；建立高分子鏈式自由基聚合反應理論。??1953Staudinger榮獲Nobel獎第四十三頁，編輯于星期日：五點四十三分。第43頁，共85頁。1.1高分子科學發(fā)展簡史第三階段：20世紀50年代-20世紀60年代—

高分子學說的發(fā)展時期（片）

?美國化學家Flory出版《高分子化學原理》—高分子溶液?德國化學家Ziegler和意大利化學家Natta發(fā)明配位負離子

聚合催化劑?M.Szwarc研究正負離子聚合及活性高分子??1963年Ziegler—Natta榮獲Nobel獎??1974年Flory榮獲Nobel獎第四十四頁，編輯于星期日：五點四十三分。第44頁，共85頁。1.1高分子科學發(fā)展簡史第四階段：

20世紀70年代-如今—高分子學說三維立體發(fā)展時期（體）

?三大合成材料的廣泛應用?利用高分子設計的方法研究特殊功能高分子?高分子科學和生物科學的融合：

R.B.Merrifield聚肽的合成；1965年我國人工結晶牛

胰島素的合成??1984年R.B.Merrifield榮獲Nobel獎??2000年美國艾倫·黑格爾、艾倫·馬克迪爾

米德和日本百川英樹榮獲Nobel獎第四十五頁，編輯于星期日：五點四十三分。第45頁，共85頁。1.2從小分子到大分子

化合物的化學組成和分子結構相似，其物理性質卻隨著分子量的增加而發(fā)生連續(xù)的變化——對聚合物來說，分子量是一個很重要的物理量。氣體

液體

固體

燃氣

汽油

石蠟

小分子大分子烷烴聚乙烯高分子的許多優(yōu)良性質是由于其長鏈結構（即分子量大）而得來的！第四十六頁，編輯于星期日：五點四十三分。第46頁，共85頁。1.3高分子的分子量和分子量分布

聚合物的分子量比低分子化合物大幾個數量級；分子量具有多

分散性——不均一性。

利用某種形式的分子量分布函數或分布曲線來描述多分散性。

通常，直接測定其平均分子量，但平均分子量有各種不同的統(tǒng)

計權重，因而具有不同的數值。1、各種平均分子量的定義單體聚合高分子分子量分子量分子鏈個數分布少分布多第四十七頁，編輯于星期日：五點四十三分。第47頁，共85頁。聚合物的分子量描述需給出分子量的統(tǒng)計平均值和試樣的分子量分布聚合物分子量特點(i)聚合物分子量比低分子大幾個數量極，一般在103~107之間(ii)除了有限的幾種蛋白質高分子外，聚合物分子量是不均一的，具有多分散性。大而不均！1.3高分子的分子量和分子量分布1、各種平均分子量的定義第四十八頁，編輯于星期日：五點四十三分。第48頁，共85頁。各專業(yè)人數高分子專業(yè)：210人；木工專業(yè)：60人；家具專業(yè)：30人平均每個專業(yè)多少人？（數均）（重均）但反映不了哪個專業(yè)的人多，哪個專業(yè)的人少----所以要引入權重法1.3高分子的分子量和分子量分布1、各種平均分子量的定義第四十九頁，編輯于星期日：五點四十三分。第49頁，共85頁。不同長度的繩索l1=20m,Total10piecesl2=40m,Total20piecesl1=60m,Total15pieces1.3高分子的分子量和分子量分布1、各種平均分子量的定義第五十頁，編輯于星期日：五點四十三分。第50頁，共85頁。1.3高分子的分子量和分子量分布

假定某高分子試樣中含有若干種分子量不相等的分子，該種分子的總質量為w，總摩爾數為n，種類序數用i表示，第i種分子的質量為wi

，摩爾數為ni，分子量為Mi，在整個試樣中的質量分數為Wi，摩爾分數為Ni。1、各種平均分子量的定義總摩爾數n總質量w第i種分子鏈的摩爾分數Ni總摩爾分數具有規(guī)一性總質量分數具有規(guī)一性第i種分子鏈的質量分數Wi第五十一頁，編輯于星期日：五點四十三分。第51頁，共85頁。1.3高分子的分子量和分子量分布1、各種平均分子量的定義（1）數均：數均（數量的平均）就是以數量為統(tǒng)計權重，或者說平均每個高分子鏈的質量就是數均分子量。第i種分子鏈的摩爾分數Ni第五十二頁，編輯于星期日：五點四十三分。第52頁，共85頁。1.3高分子的分子量和分子量分布1、各種平均分子量的定義（2）重均：重均（重量的平均）就是以重量m為統(tǒng)計權重，或者說單位重量上平均到的分子量第i種分子鏈的重量分數Wi第五十三頁，編輯于星期日：五點四十三分。第53頁，共85頁。例題（1）數均分子量重數均分子量AandB等質量m混合，試樣A和B的分子量分別為4.02*105g/mol和1.25*105g/molA的摩爾數=mg/(4.02*105g/mol)=m/(4.02*105)molB的摩爾數=mg/(1.25*105g/mol)=m/(1.25*105)mol第五十四頁，編輯于星期日：五點四十三分。第54頁，共85頁。例題（2）已知試樣A和B的摩爾質量分別為2×105g/mol和5×105g/mol,現將A、B兩種試樣分別以等質量和等摩爾的比例混合，試計算兩種混合物的數均分子量與重均分子量。等質量m混合等摩爾n混合第五十五頁，編輯于星期日：五點四十三分。第55頁，共85頁。1.3高分子的分子量和分子量分布1、各種平均分子量的定義（3）粘均：稀溶液粘度法測得的平均分子量。Where

isfromtheMark-Houwinkequation描述分子量與粘度的關系公式=0.5~1第五十六頁，編輯于星期日：五點四十三分。第56頁，共85頁。各種分子量的關系=-1即數均分子量可以看作=-1時粘均分子量的特例1.3高分子的分子量和分子量分布1、各種平均分子量的定義第五十七頁，編輯于星期日：五點四十三分。第57頁，共85頁。1.3高分子的分子量和分子量分布1、各種平均分子量的定義Continued=1即重均分子量可以看作=1時粘均分子量的特例???==iiiiiiiiwMWmMmM第五十八頁，編輯于星期日：五點四十三分。第58頁，共85頁。為（-1,1）的遞增函數數均、重均和粘均分子量的關系=1=-1=0.5~1=-1=1=0.5~1粘均分子量更偏向于數均還是重均分子量？數均重均Continued1.3高分子的分子量和分子量分布1、各種平均分子量的定義第五十九頁，編輯于星期日：五點四十三分。第59頁，共85頁。各平均分子量的關系圖分子鏈個數分子量數均粘均重均Z均<<<如果分布寬分布窄第六十頁，編輯于星期日：五點四十三分。第60頁，共85頁。分布問題分布寬分布窄如何定量進行描述、進行比較？第六十一頁，編輯于星期日：五點四十三分。第61頁，共85頁。1.3高分子的分子量和分子量分布2、分子量分布的表示方法以連續(xù)函數表示n(M)為聚合物分子量按數量的分布函數m(M)為聚合物分子量按質量的分布函數N(M)為聚合物分子量按數量分數的分布函數，或稱歸一化數量分布函數。w(M)為聚合物分子量按質量分數的分布函數，或稱歸一化質量分布函數。M第六十二頁，編輯于星期日：五點四十三分。第62頁，共85頁。1.3高分子的分子量和分子量分布2、分子量分布的表示方法分子量分布寬度是實驗中各個分子量與平均分子量之間差值的平方平均值，可簡明地描述聚合物試樣分子量的多分散性。1)分散寬度指數分子鏈個數分子量第六十三頁，編輯于星期日：五點四十三分。第63頁，共85頁。1.3高分子的分子量和分子量分布2、分子量分布的表示方法1)分散寬度指數第六十四頁，編輯于星期日：五點四十三分。第64頁，共85頁。1.3高分子的分子量和分子量分布2、分子量分布的表示方法(2)多分散系數d分子鏈個數分子量多分散系數d大則分子量分布寬窄第六十五頁，編輯于星期日：五點四十三分。第65頁，共85頁。已知試樣A和B的摩爾質量分別為6.4×105g/mol和1.6×105g/mol,現將A、B兩種試樣分別以等質量和等摩爾的比例混合，試計算兩種混合物的多分散系數，并對比其分子量分布的寬窄。等質量m混合兩組分A、B的摩爾數第六十六頁，編輯于星期日：五點四十三分。第66頁，共85頁。等摩爾n混合兩組分A、B的質量<第六十七頁，編輯于星期日：五點四十三分。第67頁，共85頁。1.4分子量分布的測定方法端基分析假如已知聚合物的化學結構，并且高分子末端帶有用化學定量分析可確定的基團，則測定末端基團的數目后就可確定已知質量樣品中的分子鏈的數目。得到的為數均分子量。Nylon6尼龍6聚己內酰胺

Poly(-caprolactam)orcaprone氨基---用酸滴定羧基---用堿滴定第六十八頁，編輯于星期日：五點四十三分。第68頁，共85頁。1.4分子量分布的測定方法端基分析問題：得到的是什么分子量？試樣的分子量越大，單位質量聚合物所含的端基數就越少，測定的準確度就越差。所以，端基分析法只適用于測定分子量在3*104以下的聚合物。試樣的質量聚合物的分子鏈摩爾數第六十九頁，編輯于星期日：五點四十三分。第69頁，共85頁。1.4分子量分布的測定方法熱力學方法滲透壓法、蒸汽壓滲透法：佛點升高，冰點降低，蒸汽壓下降其它方法粘度法，超速離心沉淀及擴散法動力學方法光學方法光散射法體積排除色譜法SEC電離方法飛行時間質譜第七十頁，編輯于星期日：五點四十三分。第70頁，共85頁。1.4分子量分布的測定方法1、滲透壓法：溶液池溶劑池毛細管半透膜滲透壓第七十一頁，編輯于星期日：五點四十三分。第71頁，共85頁。1.4分子量分布的測定方法1、滲透壓法：化學位（Huggins溶液理論得到的。）由于溶劑的濃度降低所導致的溶劑化學位降低值偏摩爾體積由于液體總壓力增加而導致的溶劑化學位增加值兩者相等滲透平衡第七十二頁，編輯于星期日：五點四十三分。第72頁，共85頁。1.4分子量分布的測定方法1、滲透壓法：c–concentration濃度Numberaveragemolecularweight數均分子量A2–第二維里系數表示實際溶液和理想溶液的偏差123第七十三頁，編輯于星期日：五點四十三分。第73頁，共85頁。1.4分子量分布的測定方法1、滲透壓法：Intercept=Intercept

截距slopeMn從截距可以得到數均分子量3第七十四頁，編輯于星期日：五點四十三分。第74頁，共85頁。1.4分子量分布的測定方法2、蒸氣壓滲透法：原理：在恒溫密閉容器中充有某揮發(fā)性溶劑的飽和蒸氣，在此蒸氣中置一滴不揮發(fā)性溶液和一滴純溶劑，因為溶液面上溶劑的飽和蒸氣壓低于純溶劑的飽和蒸氣壓，于是溶劑分子就會以氣相凝聚在溶液滴的表面，并放出凝聚熱，從而使溶液的溫度升高。而對于純溶劑來說，揮發(fā)速度和凝聚速度相等，溫度不發(fā)生變化，這兩個液滴產生溫差。溶液滴和溶劑滴之間的溫差和溶液中溶質的摩爾分數成正比。測試方法：Alot.A——比例系數；n1,n2——摩爾數；w1,w2——重量；m1m2——分子量。上述兩種均是數均分子量，和分子數目，溶質的電離締合有密切關系?。?！第七十五頁，編輯于星期日：五點四十三分。第75頁，共85頁。1.