關(guān)于高分子基本知識復(fù)習(xí)人類從起源以來

就同高分子結(jié)下不解之緣

生命體系其根本都是由高分子組成

衣食住行離不開高分子材料第2頁,共46頁，2024年2月25日，星期天一、高分子基本概念什么是高分子？定義：高分子量的化合物(>10000)

別稱：聚合物－Polymer

高聚物－Highpolymer

大分子－Macromolecule

對應(yīng)：低聚物(<10000)－Oligomer

或齊聚物，寡聚物。第3頁,共46頁，2024年2月25日，星期天什么是聚合反應(yīng)？聚合反應(yīng)－Polymerization

小分子化合物

聚合物聚合物(Polymer):聚乙烯（Polyethylene，PE）單體

(Monomer):乙烯（Ethylene）第4頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

聚合物聚合度與分子量結(jié)構(gòu)式：

聚合度：大分子中的重復(fù)單元數(shù)或結(jié)構(gòu)單元數(shù)，n。分子量：數(shù)均分子量、重均分子量。數(shù)均聚合度、重均聚合度。尼龍66：己二胺與己二酸縮合聚合生成的聚酰胺第5頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

聚合物結(jié)構(gòu)類型線型

LinearPolymer支化型

BranchedPolymer交聯(lián)型

CrosslinkedPolymer星型及樹狀

StarPolymerDendrimer第6頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

石器時代(Stoneage)新石器時代(Neolithicage)青銅時代(Bronzeage)鐵器時代(Ironage)高分子時代(Polymerage)材料與時代二、高分子材料第7頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子材料

60％陶瓷10％金屬30％三分天下有其一地位與關(guān)聯(lián)第8頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

高分子材料PolymerMaterials信息Information生物Biology能源Energy環(huán)境Environment左右逢源

化學(xué)第9頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子材料分類天然高分子材料

(Naturalpolymer)

纖維素(Cellulose)、淀粉(Starch)、天然橡膠(Naturalrubber)等。

人造高分子材料

(Artificialpolymer)

硝化纖維素（塑料、電影膠片、炸藥）、粘膠纖維等。

合成高分子材料

(Syntheticpolymer)

有機(jī)玻璃、滌綸、尼龍等。從來源分：第10頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子材料分類

塑料

(Plastics)

橡膠

(Rubber)

纖維

(Fiber)

涂料

(Coating)

粘合劑

(Adhesive)從用途分：第11頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子材料分類有機(jī)高分子

(OrganicPolymer)

主鏈以碳?xì)錇橹?，如聚乙烯、聚丙烯等。無機(jī)高分子

(InorganicPolymer)

主鏈由雜原子構(gòu)成,如SiO2等。復(fù)合高分子材料

(Polymer

Composite)

聚合物與無機(jī)材料復(fù)合，如玻璃鋼，輪胎。生物高分子

(Biopolymer)

具有生物功能,如蛋白質(zhì)(Protein)、核酸

(Nucleicacid)等。

從組成及功能分：第12頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子材料的特點(diǎn)質(zhì)輕：常用塑料的密度為1g/cm3，是鋼鐵的1/10。耐溫范圍寬：硅橡膠(-80℃)

聚苯并咪唑（600℃)

碳纖維（4000℃）性能優(yōu)異：高強(qiáng)度（Kevlar，比強(qiáng)度為鋼的8倍）高模量高彈性（伸長率1000％）透明性好抗腐蝕好光、電、磁等功能種類多：滿足不同的需求。易加工：節(jié)能、低成本。第13頁,共46頁，2024年2月25日，星期天三、發(fā)展歷程天然高分子利用

7000多年前，天然油漆

我國已使用天然油漆涂飾船只。中國漆(大漆)1839年，天然橡膠硫化美國人古德伊爾（CharlersGoodyear）。

1869年，第一種人工塑料賽璐珞（Celluloid，硝化纖維素）美國人海厄特（JhonWesleyHyatt）。

1887年，第一種人造絲

硝化纖維素，CountHilairedeChardonnet.第14頁,共46頁，2024年2月25日，星期天合成高分子問世

1909年，第一種合成塑料

酚醛樹脂，美國人

貝克蘭德（LeoBaekeland）。大分子概念提出

1920年，提出聚合反應(yīng)生成高分子量化合物。施道丁格（HermannStaudinger）。奠定基礎(chǔ)

1930－40年代，聚合方法及理論發(fā)展。

卡羅瑟斯（Carothers），美國人。

弗洛里（PaulFlory），美國人。

第15頁,共46頁，2024年2月25日，星期天大發(fā)展

1950年代，配位聚合（CoordinationPolymerization)

齊格勒（KarlZiegler），德國人。納塔（GiulioNatta），意大利人。

1960－70年代，高性能化，特種高分子合成

高強(qiáng)度、高模量、耐高溫等。功能、復(fù)合高分子材料

1980－90年代，

功能高分子：

導(dǎo)體和半導(dǎo)體高分子、磁性高分子、光敏高分子、光導(dǎo)高分子、生物醫(yī)用高分子、液晶高分子、高分子催化劑等等。

高分子合金：

不同的高分子混合。

復(fù)合高分子材料：

與玻璃纖維、碳纖維等復(fù)合，如玻璃鋼等。第16頁,共46頁，2024年2月25日，星期天四、高分子材料的工業(yè)生產(chǎn)塑料

2億噸（2003年）纖維

3790萬噸（天然2410萬噸）橡膠

1136萬噸（天然775萬噸）塑料增產(chǎn)迅猛，過去40年，美國增長100倍。全世界塑料產(chǎn)量上世紀(jì)90年代初超過鋼鐵（體積）。第17頁,共46頁，2024年2月25日，星期天主要國家生產(chǎn)及消費(fèi)量國家

產(chǎn)量（千萬噸）

消量（千萬噸）美國4．85．1中國1．84．0德國1．61．2日本1．41．0韓國1．00．5第18頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子材料的應(yīng)用高分子材料無處不在,以塑代木、以塑代金屬。

尖端技術(shù):

航天飛行器，衛(wèi)星、火箭等用材。工業(yè)：電子元器件、電纜、信息記錄儲存?zhèn)鬏數(shù)?。農(nóng)業(yè)：地膜、大棚、滴灌設(shè)備、高吸水樹脂（1000倍）等。

衣：服裝、防彈衣、消防服等。

食：包裝、不粘鍋等。?。貉b飾、門窗、家電、家具等。行：飛機(jī)、汽車、自行車等交通工具用材。

醫(yī)：接觸眼鏡、一次性醫(yī)療用具、人工臟器等。第19頁,共46頁，2024年2月25日，星期天塑料

Plastics通用塑料：

聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。工程塑料：

尼龍、聚甲醛、聚酯、聚碳酸酯等。特種塑料：

聚四氟乙烯、Kevlar等。第20頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

家庭中的聚乙烯制品

身邊的高分子材料

聚丙烯制品

碳纖維復(fù)合材料

第21頁,共46頁，2024年2月25日，星期天由碳纖維和鋁合金制成的賽車底盤法拉利F1車隊第22頁,共46頁，2024年2月25日，星期天塑料

Plastics熱塑性塑料

(Thermoplastics)

聚乙烯,

Polyethylene：產(chǎn)量最大，結(jié)構(gòu)最簡單。

聚丙烯,Polypropylene：最輕的塑料。

聚氯乙烯，Polyvinylchloride：全能的塑料，價格低廉。

聚甲基丙烯酸甲酯，Poly(methylmethacylate)：最透明的塑料，不會碎的玻璃。第23頁,共46頁，2024年2月25日，星期天塑料

Plastics熱固性塑料(

Thermosetts)

環(huán)氧樹脂

(Epoxyresins)：用作復(fù)合材料，粘合劑等。

酚醛樹脂

(Phenolicresins)：電器絕緣材料等。聚酯樹脂

(Polyesterresins)：玻璃鋼等。第24頁,共46頁，2024年2月25日，星期天纖維

Fibers天然纖維：棉、麻、絲人造纖維：粘膠纖維(Viscosefiber)：

醋酸纖維(Acetatefiber)

硝酸纖維

合成纖維：尼龍（Nylon）：結(jié)實耐磨滌綸（Polyesterfiber）: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：碳纖維第25頁,共46頁，2024年2月25日，星期天天然橡膠(Naturalrubber)

：綜合性能最好，生產(chǎn)受地域限制。合成橡膠(Syntheticrubber)

丁苯橡膠

：產(chǎn)量最大（占80％）。

氯丁橡膠：用途廣泛，價廉物美。

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。

硅橡膠：低溫性能最好。氟橡膠：全能橡膠，在最惡劣條件下使用。橡膠Rubber第26頁,共46頁，2024年2月25日，星期天橡膠園輪胎高彈性第27頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子科學(xué)與諾貝爾獎

1953

施道丁格(HermannStaudinger)1963齊格勒(KarlZiegler)和納塔(GiulioNatta)1974弗洛里(PaulJ.Flory)1991:德讓納(Pierre-GillesdeGennes)2000:黑格(AlanJ.Hegger)、馬克迪爾米德(AlanG.MacDiarmid)和白川英樹(HidekiShirakawa)第28頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子科學(xué)Nobel獎獲得者

突破有機(jī)化學(xué)的傳統(tǒng)觀念，首先提出了高分子的概念，以大量先驅(qū)性工作為高分子化學(xué)奠基開創(chuàng)了高分子學(xué)科?！癴orhisdiscoveriesinthefieldofmacromolecularchemistry”H.Staudinger(德)1953年化學(xué)獎

第29頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子科學(xué)Nobel獎獲得者

K.Ziegler(德)、G.Natta(意)1963化學(xué)獎

1953年，Ziegler：

Ziegler催化劑，低壓聚乙烯合成方法；

1954年，Natta：改進(jìn)Ziegler催化劑，提出有規(guī)立構(gòu)聚丙烯的概念。KarlZiegler

GiulioNatta

“fortheirdiscoveriesinthefieldofthechemistryandtechnologyofhighpolymers”第30頁,共46頁，2024年2月25日，星期天Isotacticpolymer

（全同立構(gòu)聚合物）Syndiotacticpolymer

（間同立構(gòu)聚合物）StereoregularPolymers第31頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子科學(xué)Nobel獎獲得者P.J.Flory（美)1974化學(xué)獎

利用等活性假設(shè)及直接的統(tǒng)計方法，他計算了高分子分子量分布，即最可幾分布，并利用動力學(xué)實驗證實了等活性假設(shè)；引入鏈轉(zhuǎn)移概念，將聚合物統(tǒng)計理論用于非線性分子，產(chǎn)生了凝膠理論；Flory-Huggins格子理論；1948年作出了最重要的貢獻(xiàn)，即提出“排除體積”理論和θ溫度概念；他的著作“Principlesofpolymerchemistry”

（1953）是高分子學(xué)科中的Bible?！癋orhisfundamentalachievements,boththeoreticalandexperimental,inthephysicalchemistryofthemacromolecules”PaulJ.Flory第32頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子科學(xué)Nobel獎獲得者DeGennes（法)1991物理獎

對液晶和高分子物質(zhì)有序現(xiàn)象提出了標(biāo)度理論從臨界現(xiàn)象認(rèn)識分子，在物理-化學(xué)之間架設(shè)了橋梁提出“軟物質(zhì)”概念“fordiscoveringthatmethodsdevelopedforstudyingorderphenomenainsimplesystemscanbegeneralizedtomorecomplexformsofmatter,inparticulartoliquidcrystalsandpolymers”DeGennes第33頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子科學(xué)Nobel獎獲得者Heeger、MacDiarmid(美)、白川英樹(日)

2000化學(xué)獎導(dǎo)電高分子研究，聚乙炔摻雜后，電導(dǎo)率從

3.2x10-6Ω-1cm-1增加到38Ω-1cm-1，提高了1000萬倍（接近鋁、銅）提出孤子概念A(yù)lanJ.Heeger1936AlanG.MacDiarmid

b.1936b.1927HidekiShirakawa

第34頁,共46頁，2024年2月25日，星期天白川英樹（Shirakawa）從事聚乙炔聚合機(jī)理研究韓國研修生出現(xiàn)幸運(yùn)的失誤，使白川得到膜狀聚乙炔偶然的機(jī)遇，麥克迪爾米德（MacDiarmid）首先注意到白川的聚乙炔膜。三人在美國合作研究。黑格（Heeger）為了說明聚乙炔的導(dǎo)電性，提出孤子的概念，才有了薄膜顯示材料的誕生。第35頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子科學(xué)Nobel獎獲得者“Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers”第36頁,共46頁，2024年2月25日，星期天五、發(fā)展前景可持續(xù)發(fā)展

高分子材料再利用

天然高分子的利用發(fā)展新的高分子合成方法功能、智能高分子超分子高分子及納米結(jié)構(gòu)軟物質(zhì)與軟物理第37頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高分子材料再利用聚合物的再利用

例如,聚烯烴－柴油輪胎－瀝青

可降解聚合物的循環(huán)利用

例如，滌綸、有機(jī)玻璃降解為單體。第38頁,共46頁，2024年2月25日，星期天天然高分子的利用利用天然高分子生產(chǎn)塑料

淀粉生成塑料。乳酸生產(chǎn)聚乳酸。

纖維素、甲殼素的利用

功能化，可加工化。天然高分子－生物質(zhì)能源氣化、液化作為生物質(zhì)油；利用玉米生成乙醇汽油燃料等。第39頁,共46頁，2024年2月25日，星期天聚乳酸第40頁,共46頁，2024年2月25日，星期天發(fā)展新的高分子合成方法利用生物方法

如，通過微生物或酶催化合成聚合物。合成具有生物功能的高分子

如多糖，蛋白質(zhì)，核糖核酸等。人工仿生方法

在環(huán)境友好條件下生成聚合物。