1、第一章 概論,要求：了解高分子的主要術(shù)語(yǔ)、 命名和鏈結(jié)構(gòu)等基本知識(shí)。 高分子材料的基本概念 高分子鏈結(jié)構(gòu) 高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu),一、高分子材料的基本概念,高分子鏈的構(gòu)成 高分子的命名 高分子的分類(lèi),1.高分子鏈的構(gòu)成,高分子化合物 由許多原子組成的化合物，其分子量很大。一般有機(jī)化合物的分子中所含原子的總數(shù)大約在100個(gè)以下，但淀粉、蛋白質(zhì)、橡膠、塑料等化合物的分子卻非常大，可能含數(shù)千個(gè)到數(shù)十萬(wàn)個(gè)原子，這種有巨大分子的化合物通常稱(chēng)為高分子化合物或聚合物。 分子量很高的一類(lèi)化合物104106，又稱(chēng)聚合物(高聚物為主體，少量為低聚物)。,聚氯乙烯(PVC)樹(shù)脂,聚合物分子結(jié)構(gòu)示意圖,聚氯乙烯加工方法,C

2、H2CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2CH Cl Cl Cl Cl Cl 聚氯乙烯PVC 結(jié)構(gòu)式 -CH2CH-n- Cl 括號(hào)內(nèi)是PVC的結(jié)構(gòu)單元，也是其重復(fù)結(jié)構(gòu)單元并簡(jiǎn)稱(chēng)重復(fù)單元(鏈節(jié))， 由能夠形成結(jié)構(gòu)單元的小分子所組成的化合物稱(chēng)為單體，是合成聚合物的原料，也可稱(chēng)為單體單元。,在這里PVC類(lèi)的結(jié)構(gòu)單元、重復(fù)單元、單體單元是相同的。 聚合物的分子量 M=聚合度DP重復(fù)單元的分子量M0 聚乙烯：-CH2CH2-n 因與單體單元不同，故習(xí)慣上不寫(xiě)成 -CH2-n 以上是由一種單體聚合而成的聚合物稱(chēng)為均聚物，由二種以上單體共聚而成的聚合物則稱(chēng)為共聚物。,6,6-nylon,聚酰胺一類(lèi)：尼龍

3、-66(聚己二酰己二胺) -NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO-n 結(jié)構(gòu)單元 結(jié)構(gòu)單元 重復(fù)單元 兩種結(jié)構(gòu)單位比其單體己二酰和己二胺要少一些原子，是聚合過(guò)程中失去水的結(jié)果。這種結(jié)構(gòu)單元不宜再稱(chēng)為單體單元。,2.高分子的命名,往往按照習(xí)慣根據(jù)所用單體或聚合物結(jié)構(gòu)來(lái)定名。還有用商品名稱(chēng)或俗名。 1972年IUPAC對(duì)線型有機(jī)聚合物提出結(jié)構(gòu)系統(tǒng)命名法。 （一）習(xí)慣命名 一種單體經(jīng)加聚制得的聚合物： “聚單體名” 例如: 聚氯乙烯，聚丙烯，聚乙烯醇,兩種不同單體聚合： 兩種單體簡(jiǎn)名“樹(shù)脂” 例如: 酚醛樹(shù)脂，醇酸樹(shù)脂 “樹(shù)脂”：指未加有助劑的聚合物粉料、粒料等物料。 以聚合物的結(jié)構(gòu)特征命名： 聚

4、酰胺： -NHCO- 尼龍-66 尼龍-6 聚 酯： -OCO- 滌淪 聚碳酸酯 醇酸樹(shù)脂 聚 砜： -SO2-,（二）商品名稱(chēng) 許多高分子材料都有它們的商品名稱(chēng)，如聚氯乙烯/聚氧丙烯共聚物的商品名為普流羅尼（Pluronic）,聚二甲基硅氧烷亦稱(chēng)硅油等。 “綸”合成纖維商品名后綴字 滌綸聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維 錦綸尼龍6 維尼綸聚乙烯醇縮醛 腈綸聚丙烯腈 氯綸聚氯乙烯 丙綸聚丙烯,合成橡膠是共聚物，從共聚單體中各取一字，后附“橡膠”二字來(lái)命名，如： 丁(二烯)苯(乙烯)橡膠 丁(二烯)(丙烯)腈橡膠 乙(烯)丙(烯)橡膠,（三）系統(tǒng)命名 IUPAC提出了以化學(xué)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)命名法，規(guī)則：

5、 確定重復(fù)單元結(jié)構(gòu)； 排好重復(fù)單元中次級(jí)單元的次序； 根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)命名重復(fù)單元； 在重復(fù)單元名稱(chēng)前加一個(gè)“聚”字即為聚合物名稱(chēng)。 用英文縮寫(xiě)符號(hào)表示，每一字母均應(yīng)大寫(xiě)。 請(qǐng)見(jiàn)教材P14 表1-3常見(jiàn)高分子材料的結(jié)構(gòu)和名稱(chēng)。,3.高分子的分類(lèi),從單體來(lái)源、合成方法、最終用途、加熱行為、聚合物結(jié)構(gòu)等多種分類(lèi)。 主要用作材料，根據(jù)所制成材料的性能和用途分類(lèi) 三大合成材料：塑料 橡膠 纖維 用途五大類(lèi)：塑料 橡膠 纖維 涂料 粘合劑 新的一類(lèi)： 功能高分子,塑料：在一定條件下，具有流動(dòng)性和可塑性的高分子材料。 熱塑性PVC，PE，PP 熱固性酚醛樹(shù)脂 塑料的發(fā)明堪稱(chēng)為20世紀(jì)人類(lèi)的一大杰作。塑料無(wú)疑已

6、成為現(xiàn)代文明社會(huì)不可或缺的重要原料。目前塑料已廣泛應(yīng)用于航空、航天、通訊工程、計(jì)算機(jī)、軍事以及農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)的食品工業(yè)等各行各業(yè)之中。 塑料，照字面上講，是可以塑造的材料，也就是具有可塑性的材料?，F(xiàn)今的塑料是用樹(shù)脂在一定溫度和壓力下澆鑄、擠壓、吹塑或注射到模型中冷卻成型的一類(lèi)材料的專(zhuān)稱(chēng)。,19世紀(jì)60年代里，美國(guó)由于象牙供應(yīng)不足，制造臺(tái)球的原料缺乏。1869年最早的人工制造的塑料賽璐珞取得專(zhuān)利。賽璐珞雖是最早的人工制造的塑料，但它是人造塑料，而不是合成塑料。第一種合成塑料是將酚醛樹(shù)脂加熱模壓制得，是在20世紀(jì)初，1910年美籍比利時(shí)化學(xué)家貝克蘭德制成。,貝克蘭（1863-1944)美國(guó)化學(xué)家。1

7、909年發(fā)明酚醛塑料 貝克蘭德將酚醛樹(shù)脂添加木屑加熱、加壓模塑成各種制品，以他的姓氏命名為貝克里特，我們稱(chēng)為電木。第一次世界大戰(zhàn)后，無(wú)線電、收音機(jī)等電氣工業(yè)迅猛發(fā)展，更增加了對(duì)電木的需求，一直被使用到今天。,化學(xué)工業(yè)中需要不被酸作用的器械，曾用特種鋼制造，價(jià)格昂貴，用耐堿的電木取代，便宜多了。但是電木卻不耐堿。它是制造紐扣、棋子很好的材料。拖拉機(jī)和汽車(chē)?yán)锏囊恍┝慵彩怯盟圃斓摹?1918年奧地利化學(xué)家約翰制得脲醛樹(shù)脂，用它制成的塑料無(wú)色而有耐光性，并有很高的硬度和強(qiáng)度，更不易燃，能透過(guò)光線，又稱(chēng)電玉。20世紀(jì)20年代，曾在歐洲被用作玻璃代用品。到20世紀(jì)30年代，又出現(xiàn)了三聚氰胺甲醛樹(shù)脂，是

8、以尿素為原料的。三聚氰胺甲醛樹(shù)脂可以制造耐電弧的材料，它耐火、耐水、耐油。此后聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、有機(jī)玻璃等塑料陸續(xù)出現(xiàn)。這不能不說(shuō)是由電木打開(kāi)的門(mén)路。20世紀(jì)是塑料的世紀(jì)?；仡欁詮乃芰铣霈F(xiàn)至今百年的歷史，展望21世紀(jì)，人類(lèi)社會(huì)必定會(huì)隨著高速運(yùn)行計(jì)算機(jī)、信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新能源、航天技術(shù)、生命科學(xué)等尖端技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展而進(jìn)一步變化，人類(lèi)上天入地下海的活動(dòng)空間也必將進(jìn)一步擴(kuò)大，而納米塑料、光纖、能導(dǎo)電的塑料、有磁性的塑料、會(huì)記憶的塑料，各種更新穎的塑料將為人類(lèi)的技術(shù)進(jìn)步做出新的貢獻(xiàn)。相信經(jīng)歷了舊石器、新石器、陶器、青銅器、鐵器時(shí)代的人類(lèi)歷史，因?yàn)橛辛怂芰隙涌炝宋拿鞒潭忍岣叩乃俣取１M管在過(guò)

9、去的世紀(jì)中，人們已經(jīng)驚呼塑料時(shí)代的到來(lái)，但是，或許新的世紀(jì)才是塑料時(shí)代真正到來(lái)的時(shí)代，而過(guò)去的世紀(jì)只不過(guò)是塑料時(shí)代的序幕。,纖維：具有一定張度的線狀或絲狀高分子材料。 天然：棉，麻，絲 化學(xué)纖維：致性纖維素纖維人造絲 合成纖維尼龍，腈綸，丙綸,耐火纖維 滌綸短纖維,橡膠：在室溫下具有高彈性的高分子材料。 硅橡膠，順丁橡膠,涂料涂料就是涂飾在物體表面，能夠成膜起裝飾、防護(hù)功能的物質(zhì)。涂料種類(lèi)繁多、用途極廣。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中起重要作用。人均年使用涂料量是一個(gè)國(guó)家生活水平的重要指標(biāo)。 涂料分類(lèi)：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，目前涂料已有幾千多種，過(guò)去對(duì)涂料分類(lèi)命名很不統(tǒng)一。我國(guó)化工部門(mén)，現(xiàn)已對(duì)涂料的分類(lèi)以其主

10、要成膜物質(zhì)為基礎(chǔ)，將涂料劃分為18大類(lèi)。在實(shí)際運(yùn)用中，我們又常常習(xí)慣按某些特定的性能來(lái)分，對(duì)于建筑涂料我們通常分為： 一、按涂料的形態(tài)分類(lèi) 固態(tài)涂料，即粉末涂料 液態(tài)涂料：溶劑型涂料、水溶性涂料、水乳型涂料 二、按涂料的光澤分類(lèi) 高光型或有光型涂料、絲光型或半定型涂料、無(wú)光型或亞光型涂料 三、按涂刷部位分類(lèi) 內(nèi)墻涂料、外墻涂料、地坪涂料、屋頂涂料、頂棚涂料等四、按涂料涂層狀態(tài)分類(lèi)平涂涂料、砂壁狀涂料、含石英砂的裝飾涂料、仿石涂料等五、按涂料的特殊性能分類(lèi)建筑涂料、防腐涂料、汽車(chē)涂料、防露涂料、防銹涂料、防水涂料、保濕涂料、彈性涂料等,常見(jiàn)涂料品種的應(yīng)用范圍品種主要用途 醇酸漆：一般金屬、木器、

11、家庭裝修、農(nóng)機(jī)、汽車(chē)、建筑等 的涂裝 丙烯酸乳膠漆：內(nèi)外墻涂裝、皮革涂裝、木器家具涂裝，地坪涂裝 溶劑型丙烯酸漆：汽車(chē)、家具、電器、塑料、電子、建筑、地坪涂裝 環(huán)氧漆：金屬防腐、地坪、汽車(chē)底漆、化學(xué)防腐 聚氨酯漆：汽車(chē)、木器家具、裝修、金屬防腐、化學(xué)防腐、絕 緣涂料、儀器儀表的涂裝 硝基漆：木器家具、裝修、金屬裝飾 氨基漆：汽車(chē)、電器、儀器儀表、木器家具、金屬防護(hù) 不飽和聚酯漆：木器家具、化學(xué)防腐、金屬防護(hù)、地坪 酚醛漆：絕緣、金屬防腐、化學(xué)防腐、一般裝飾 乙烯基漆：化學(xué)防腐、金屬防腐、絕緣、金屬底漆、外用涂料,粘合劑 粘合劑又稱(chēng)膠粘劑、粘接劑及粘著劑等，凡有良好的粘合性能、可把兩個(gè)相同的或不

12、相同的固體材料連接在一起的物質(zhì)都可以稱(chēng)為粘合劑。它包括天然物、合成樹(shù)脂和無(wú)機(jī)物中具有粘合性能的許多物質(zhì)。,以有機(jī)化合物分類(lèi)，根據(jù)主鏈結(jié)構(gòu)（科學(xué)分類(lèi)） 碳鏈：主鏈完全由碳原子組成 雜鏈：主鏈中除碳原子外，還有氧、氮、硫等雜原子 元素有機(jī)：主鏈中沒(méi)有碳原子，主要有硅，硼，鋁和氧，氮，硫，磷等原子組成，但俱基卻由有機(jī)基團(tuán)組成，如甲基、乙基、乙烯基、芳基等 無(wú)機(jī)高分子：主鏈和側(cè)鏈上均無(wú)碳原子,二、高分子鏈結(jié)構(gòu),高分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 微觀結(jié)構(gòu)： 高分子鏈結(jié)構(gòu)分子內(nèi)結(jié)構(gòu)近程結(jié)構(gòu)化學(xué)主體 遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)形態(tài)構(gòu)象 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)分子間結(jié)構(gòu) 宏觀聚集態(tài)結(jié)構(gòu)聚合物產(chǎn)品或2種及以上的聚合物，具 有特殊性能的高分子混合物 反應(yīng)高分

13、子各種特性，如熔點(diǎn)、密度、溶解性、粘度、粘附性等的最主要結(jié)構(gòu)層次：近程結(jié)構(gòu)。,高分子材料的結(jié)構(gòu)層次,大分子鏈結(jié)構(gòu),高分子結(jié)構(gòu),支化與交聯(lián),近程結(jié)構(gòu) (化學(xué)結(jié)構(gòu)),結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成,結(jié)構(gòu)單元的連接順序,結(jié)構(gòu)單元的立體構(gòu)型,遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu),分子鏈的大小 (分子量),分子鏈的形態(tài) (構(gòu)象),高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu),復(fù)合材料結(jié)構(gòu),晶態(tài)結(jié)構(gòu),非晶態(tài)結(jié)構(gòu),取向態(tài)結(jié)構(gòu),織態(tài)結(jié)構(gòu)(共混物結(jié)構(gòu)),一次結(jié)構(gòu),二次結(jié)構(gòu),三次結(jié)構(gòu),2.高分子鏈的近程結(jié)構(gòu) (一次結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)) (一)鏈結(jié)構(gòu)單元的鏈接順序 均聚物：頭頭 頭尾 對(duì)性能有比較顯著影響 P17 尾尾 共聚物：排列方式 無(wú)規(guī) 交規(guī) 影響極其顯著 P18 嵌段 接枝,(

14、二)支鏈、交鏈和端基P19 韌性 高壓PVC：具有較多支鏈 結(jié)晶、密度低 抗拉 差 耐溶劑 低壓PVC：支鏈很少 線型 交聯(lián)一體型(網(wǎng)狀) 低度交聯(lián)軟化 溶脹 高度交聯(lián)不軟化 不易溶脹 互穿：互穿聚合物網(wǎng)絡(luò) 端基：高分子鏈終端的化學(xué)基團(tuán)，直接影響高分子的熱穩(wěn)定性，有些就需要封端。,(三)鏈的構(gòu)型 旋光異構(gòu)體：內(nèi)消旋或非消旋作用使聚合物多數(shù)沒(méi)有旋光性。 以聚丙烯為例: 等規(guī)(全同) 間規(guī)(間同) 無(wú)規(guī) 結(jié)構(gòu)單元通過(guò)共價(jià)鍵重復(fù)連接成線型大分子，鍵能大(130630KJ/mol)，原子間距離短(1.110-101.610-10m), 兩鍵間夾角基本一定。 幾何異構(gòu)：聚異戊二烯 1,4加成后可形成性能

15、優(yōu)異的橡膠(順式)和半結(jié)晶塑料(反式) CH3 H CH3 CH2 CC CC CH2 CH2 CH2 H 橡膠(順式) 半結(jié)晶塑料(反式) 分子排列規(guī)整和易于結(jié)晶的性能提高了聚合物的硬度、密度和軟化溫度，降低了在溶劑中的溶解度。需要在合成中研究和控制。,3.高分子鏈的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（二次結(jié)構(gòu)） 鏈的長(zhǎng)短(分子量大小及分布) 鏈的構(gòu)象 柔性： 由于內(nèi)旋轉(zhuǎn)而使高分子鏈表現(xiàn)不同程度卷曲的特性。 主鏈結(jié)構(gòu)： C-O，C-N，Si-O 內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易，均為柔性鏈。 聚醚、聚氨酯、硅橡膠 含有雙鍵：增大外鍵合原子間鍵，使內(nèi)旋變得容易， 聚丁二烯、聚異戊二烯在室溫下有良好的彈性。 共軛雙鍵、苯環(huán)、雜環(huán)： 柔性減少

16、聚乙炔、聚苯，剛性鏈 耐高溫。 側(cè)基： 極性強(qiáng)，數(shù)量多，則柔性差 柔性 聚乙烯氯代聚乙烯PVC 體積大，空間位阻大，柔性差 聚丙烯聚苯乙烯 交聯(lián)或氫鍵 則剛性增強(qiáng) 通常溫度高 柔性好,C C C C C C C C C C C C C C N N N N N C C C C C C C C C C C C C C N N N N N 聚丙烯腈隨溫度的變化,C C C C C C C C C C C C C C N N N N N 結(jié)構(gòu)相當(dāng)于線型石墨,三、高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（三次結(jié)構(gòu)）,1.高分子間相互作用力 范德華力 定向力 誘導(dǎo)力 色散力 氫鍵 對(duì)材料的耐熱性、溶解性、機(jī)械強(qiáng)度有很大影響。 常

17、用內(nèi)聚能表示：將液態(tài)或固體中的分子轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)離 其鄰近分子所需要的總能量。(汽化 或溶解) 單位體積的內(nèi)聚能內(nèi)聚能密度 334.94J/cm3 418.68J/cm3 橡膠 通用塑料 纖維,2.聚合物的結(jié)晶態(tài) 結(jié)晶聚合物的主要特征： 結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基本單元是鏈段 只能部分結(jié)晶，結(jié)晶不完全 結(jié)晶比例受條件影響，熔點(diǎn)相應(yīng)變化 溶點(diǎn)Tm是結(jié)晶聚合物的主要熱轉(zhuǎn)變溫度。 玻璃化溫度Tg主要是無(wú)定型聚合物的熱轉(zhuǎn)變溫度。玻璃化溫度Tg可由比容溫度曲線斜率變化看出，也可用熱機(jī)械曲線儀來(lái)測(cè)定。,比容,Tg Tm 溫度 比容溫度曲線,無(wú)定型玻璃態(tài),半結(jié)晶固體,橡膠態(tài),粘滯體,玻璃態(tài),高彈態(tài),粘流態(tài),Tg 粘流溫度 Tf 溫度 熱機(jī)械曲線,形變,Tg和Tm是聚合物使用時(shí)耐熱性的重要指標(biāo)，Tg是無(wú)定型聚合物的使用上限溫度，Tm是結(jié)晶聚合物的使用上限溫度。 對(duì)無(wú)定型塑料，一般要求Tg比室溫大5075 對(duì)結(jié)晶塑料，Tg室溫，Tm室溫 橡膠處于高彈態(tài)，Tg為使用上限溫度，一般Tg比室溫低75以下。 大部分合成纖維是結(jié)晶性聚合物(尼龍、滌綸、維尼綸、丙綸)。Tm比室溫增高150以上，便于熨燙。 無(wú)定型纖維(腈綸、