高分子课件

材料1. 生命体系其根本都是由高分子组成2. 衣食住行离不开高分子材料3.工业生产中已逐渐成为基础材料材料是一个国家科学技术、经济发展水平的重要标志，与信息、能源并列为当代科学技术的三大支柱。

2. 材料发展史：①石器时代---- N万年前~ 2000BC ②青铜时代---- 2000BC ~ 500BC ③铁器时代---- 500BC ~ 19世纪④高分子时代---- 20世纪~~~3. 材料科学与工程的学科性质有别于物理学/化学、数学、和力学等基础科学，是一门应用科学。

初级阶段：制作——性能中级阶段：制作——结构——性能——应用高级阶段：高分子发展历程：①天然高分子利用7000多年前，天然油漆我国已使用天然油漆涂饰船只。

中国漆(大漆)1839年，天然橡胶硫化美国人古德伊尔（Charlers Goodyear）1869年，第一种人工塑料赛璐珞（Celluloid，硝化纤维素美国人海厄特1887年，法国人De Chardonnet（夏尔多内）第一种人造丝硝化纤维素②合成高分子的问世1909年，第一种合成塑料——酚醛树脂，美国人贝克兰德③大分子概念的提出1920年提出聚合反应生成高分子量的化合物（施陶丁格）。

1930——40年代，聚合方法及理论发展。

（卡罗瑟斯美国人尼龙—66；弗洛里美国人）④大发展1950年代，配位聚合(齐格勒、纳塔)1960—70年代，高性能化，特种高分子合成⑤功能、复合高分子材料1980——90年代，功能高分子（导体和半导体高分子、磁性高分子、光敏高分子、光导高分子、生物医用高分子、液晶高分子、高分子催化剂等等）复合高分子材料：与玻璃纤维、碳纤维等复合，如玻璃钢等。

高分子材料学科高分子既是一门应用学科，也是一门基础学科，它是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科高分子材料基础知识高分子的基本特征：1.分子量大，原子数目多。

高分子的分子量10000以上，有机小分子的分子量1000以下，PVC分子量为5-15万，聚合度n=800-2400；2.分子链主要以共价键连接，链的形态多样。

另有配位键、缺电子键、无离子键、金属键。

链的形态有线型、支链型、体型；3.分子量的多分散性。

由分子量不同的聚合物组成的混合物。

高分子聚合物结构分子链结构的基本构件：主链、支链、端基、侧基。

主链：（1）碳链高分子；（2）杂链高分子（除C以外，还有N、O、S）；（3）元素高分子（不含C）。

单体：能够合成高聚合物中结构单元的小分子化合物。

如丙烯等。

重复单元（链节）：——主链组成单元，大分子链上化学组成和结构均可以重复的最小单位；结构单元：由一种单体分子通过聚合反应而进入聚合物重复单元的那一部分。

支链：由聚合生成，结构与主链相同，能影响到聚合物的结晶状态。

依照支链长短分为长支链和短支链。

端基：不影响力学性能，但影响热稳定性，化学稳定性侧基：由单体带入的与主链相接的基团，影响到热和化学稳定性。

如：聚苯乙烯中的苯环、聚甲基丙烯酸酯中的甲基和酯基。

聚合反应：由单体合成聚合物的反应，聚合反应分为：自由基聚合，自由基共聚，逐步聚合，配位聚合，离子聚合均聚物：由一种单体聚合生成的聚合物，生成均聚物反应称为均聚反应。

共聚物：由一种以上单体聚合而成的聚合物，生成共聚物的聚合反应称为共聚反应。

（判别均聚物：聚合物分子有且只有一种重复结构单元，并且该重复结构单元可以只由一种单体衍生而来。

）聚合度：组成高分子的结构单元（重复单元）数目。

对于均聚物为n；对于共聚物为DP，分子量M=m0n ,m=DP 高分子与小分子化合物的区别：组成：由结构单元以共价键结合，重复连接形成高分子链1.高分子分子间作用力（范德华力）较大，甚至超过共价键键能。

高温下分子首先（断键）破坏---高分子不能气化。

高分子只有固、液态，无气态。

纤维素等分子间（内）含氢键的高分子，只有固态，无液态、气态；2.高分子的主链形状有线型，支化，网状等分子结构；3.高分子链间可发生键和形成网状交联结构。

其物理力学性能发生较大变化—如不溶，不熔；4.高聚物的聚集态有晶态和非晶态等，分子排列的有序程度介于小分子的晶态和液态之间；5.高聚物（高分子）不是高分子材料。

高聚物要成为材料，要与许多添加物进行混合加工。

高分子材料中的织态结构是决定材料性能的重要因素。

高分子材料的分类、命名1.按分子链构造分类：线形、支链型高聚物、交联型高聚物。

2.按高聚物主链化学结构分类：碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子。

⒊按高聚物用途分类：涂料、粘合剂、弹性体、塑料、合成纤维、天然聚合物、生物系统。

4.根据受热行为分类：热塑性聚合物、热固性聚合物。

5.按聚合反应类型分类：加聚物缩聚物、缩合聚合物。

6.按来源分类：天然高分子、合成高分子。

高聚物的命名1、由一种单体合成的高分子“聚”+ 单体名称如：聚氯乙烯、聚乙烯等。

2、由两种单体通过缩聚反应合成的高分子①表明产物类型（“聚”+ 两单体生成的产物名称）如：对苯二甲酸和乙二醇的缩聚产物——聚对苯二甲酸乙二酯、己二酸和己二胺的缩聚产物——聚己二酸己二胺②不表明产物类型（两单体名称或简称加后缀“树脂”）如：苯酚和甲醛的缩聚产物——酚醛树脂、尿素和甲醛的缩聚产物——脲醛树脂。

3、由两种单体通过加成聚合生成的共聚物两单体名称或简称之间+“--”+“共聚物如：乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物——乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。

4、“聚”+高分子主链结构中的特征功能团指的是一类的高分子，而非单种高分子，如聚酯、聚酰胺。

5、弹性体共聚物共聚单体各取一个字头,后加‘橡胶’如：丁苯橡胶（丁二烯—苯乙烯共聚）SBR、乙丙橡胶（乙烯-丙烯共聚）EPR。

6、尼龙—聚酰胺类如：尼龙610（酸的碳数+胺的碳数）。

7、合成纤维常加“纶”为后缀如：聚酰胺6纤维（锦纶或尼龙6），聚丙烯腈纤维（腈纶），聚酯纤维（涤纶），聚丙烯纤维（丙纶），聚乙烯醇缩甲醛纤维（维纶）。

一些常见高分子化合物的名称与符号聚苯乙烯—PS、聚四氟乙烯—PTFE、聚丙烯—PP—丙纶、聚氯乙烯—PVC、聚丙烯腈—PAN—腈纶、聚碳酸酯—PC、聚甲基丙烯酸甲酯—PMMA—有机玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯—PET—涤纶、聚己二酸己二胺—Nylon 66—锦纶、聚（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯—ABS、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物—EV A塑料的定义塑料：是指以树脂（高分子聚合物）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂，着色剂等添加剂为辅助成分，在一定温度和压力下塑造成一定形状，并在常温下能保持既定形状的高分子有机材料。

树脂：是指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。

广义地讲，在塑料工业中作为塑料基本材料的任何聚合物都可称为树脂。

添加剂（填料）:提高塑料的力学、电学性能或降低成本等。

如加入铝粉可提高光反射能力和防老化；加入二硫化钼可提高润滑性。

常用填充剂有云母粉、石墨粉、炭粉、氧化铝粉、木屑、玻璃纤维、碳纤维等。

塑料的分类塑料目前尚无确切的分类，一般分类如下：（1）按塑料的物理化学性能分为热固性塑料和热塑料性塑料两种类型。

热塑性塑料：在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。

热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动．冷却变硬的过程是物理变化。

如：聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料。

热固性塑料：因受热或其它条件能固化成不熔不溶性物料的塑料。

热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三度的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。

如：酚醛塑料、环氧塑料等。

（2）按塑料用途分类通用塑料：指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。

如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚苯乙烯。

工程塑料：指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。

如：尼龙等。

功能塑料：指具有特种功能（如耐热、自润滑等），应用于特殊要求的塑料。

如氟塑料、有机硅等。

增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能，这些塑料都属于特种塑料的范畴塑料的特性：（1）质轻、比强度高；(2) 优异的电绝缘性能；(3) 优良的化学稳定性能；(3) 优良化学稳定性能；(5) 透光及防护性能；(6) 减震、消音性能优良。

聚乙稀是塑料工业中产量最大、用途最广的通用塑料品种，占世界塑料总产量的30％左右，其中高压聚乙烯的产量最大。

聚乙烯树脂无毒、无味、可燃，手触似蜡，为结晶型塑料，原料供给状态为白色或乳白色粉末或白色半透明粒料。

聚乙烯的品种（1）低密度聚乙烯（LDPE）（密度：0.91-0.95 ）高压生产1939年英国ICI（2）高密度聚乙烯（HDPE ）（密度：0.94-0.965）中压生产1957年美国phillips（3）线型低密度聚乙烯（LLDPE）低压生产1970年代中期工业化（4）超高分子量聚乙烯（UHMWPE）密度：0.936～0.964g/cm3 分子量可达100万～400万以上低密度聚乙烯（LDPE）合成方法：也称高压聚乙烯，反应温度150～300℃，反应压力150～300MPa，采用O2或过氧化物作引发剂的自由基聚合。

性能：所以容易发生链转移，产品中存在大量支链结构，分子结构缺乏规整性，因此结晶度小，导致它的耐热性、耐溶剂性、硬度也较差。

电绝缘性优良，柔软性好，耐冲击性能和透明性也较好；具有良好的透气性。

无毒。

用途：主要做成薄膜用于食品包装、购物袋、垃圾袋等，特别是作为农用薄膜。

家用器具、玩具、以用品等注塑制品；牛奶及果汁饮料纸盒等，各种电缆线的绝缘和护套高密度聚乙烯（HDPE）：也称低压聚乙烯。

合成方法：反应温度85～100℃，反应压力常压～2MPa，采用Ziegler- Natta的络合配位聚合。

性能：由于它的分子量比较高，支链短而且少，因此密度较高，拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量，硬度等性能优于LDPE,但冲击轻度比LDPE差，它的耐热性较高，最高使用温度100℃最低使用温度可至-70℃透气性为LDPE的1/5。

用途：包装防潮物品，医用药瓶，化学品贮罐，管材类，如天然气管，煤气管，城市排水管；如鱼网、建筑用安全网等线型低密度聚乙烯（LLDPE）合成方法：压力在0.7~ 12.1MPa,温度为85~95℃，采用铬和钛氟化物催化剂，使乙烯与少量的α-烯烃共聚，形成在线型乙烯主链上带有非常短小的工具单体支链的分子结构。

性能：LLDPE得分子链具有短支链的结构，分子结构性介于LDPE于HDPE之间，因此刚性好，韧性好，因此它的撕裂强度、拉伸强度、耐穿刺性和耐环境应力开裂性比LDPE要好。