【资料】高分子物理和化学汇编

玻璃
3％
其它
3％
金 属 材 料
黑色金属
铸（生）铁 （含炭量>2.1％）
钢（含炭量0.04－2.1％）
碳素钢 合金钢
纯铁（含炭量<0.04％）
有色金属
轻金属： 铝、镁、钛 等 重金属：铜、锌、镍、铅、锡等 贵金属：金、银、铂 等 稀有金属： 钨、钼、钽、钛、铀、锗、稀土 等
特殊合金：非晶合金、形状记忆合金、储氢合金、超导合金、
中国合成树脂产量
200吨 (赛璐珞, 电木粉) 第一套PVC装置(辽宁锦州) 5000吨/年乙烯工程(兰州石化) 30万吨/年乙烯工程投产(燕山石化) 227万吨 合成树脂 3130万吨 世界第一 (2亿吨) 合成纤维 2241万吨 世界第一 (4000万吨) 合成橡胶 222万吨 世界第二 (1200万吨)
1870年赛璐珞的工业化标志着塑料时代的开始
1865年－醋酸纤维素（Cellulose acetate）， 1924年制成塑料、纤维
1889年－ Regenerated cellulose fibers（铜氨纤维） 1892年－Viscose rayon fibers （粘胶纤维） 1912年－celluphane （赛璐玢）－玻璃纸
陶瓷 金属＋非金属 原子－共价键
离子键 3－5 √ √ √ 上千 √ 不燃 高 烧结
X
§1.2 为什么要学
1. 高分子材料是材料大家庭中不可或缺的重要成员之一 ✓ 高分子是人类生活不可或缺的材料
衣、食、住、行、用
✓高分子是高技术、国防现代化不可或缺的材料
航空、航天、卫星、导弹、信息、电子、化学、化工、文体
高分子也称高聚物、聚合物
英文：Polymer, Macromolecule 定义： 高分子是由一种或几种结构单元以共价键重复连接 而成的、分子量很大（一般数千到数百万）的一类分子
✓ 分子量很大 ✓ 有基本的结构单元 ✓除少数蛋白质外，高分子化合物是一种组成相同、 链长不等的同系物组成的混合物
1. 几个基本概念
单体（monomer）： 能形成高分子中的结构单元的小分子化合物
单体与结构单元可以相同，也可以不同
聚合（Polymerization）：由单体经化学反应形成聚合物的过程
重复（结构）单元/链节（repeat unit）：能通过自身的重复连接 而形成高分子的结构单元或结构单元组合
单体单元（Monomer unit): 元素组成与单体相同的结构单元
2. 高分子与生命现象息息相关
蛋白质（Protein）DNA，RNA：生命的基础 纤维素（Cellulose）： 植物的主体
3. 高分子科学是年轻而充满活力的学科 4. 高分子的研究与应用已经渗透到材料科学与工程的各个领域
中国-----生产大国----消费大国
• 1949 • 1958 • 1962 • 1976 • 1990 • 2008
高分子物理和化学
高分子时代 （新材料时代）
铁器时代
2500年前
青铜器时代
5000年前
新石器时代
1万年前
旧石器时代
250万年前
石器，陶、玉、砖瓦 石器
Organic polymer
composite
Inorganic Non-metal
Metal
小汽车原材料构成
钢/铸铁 70％
有色金属 10％
有机高分子 14％
加聚物 均 聚：结构单元＝单体单元，有重复单元
无规共聚：结构单元＝单体单元，无重复单元
缩聚物 均 聚：结构单元≠单体单元， 有重复单元
无规共聚：结构单元≠单体单元， 无重复单元
2. 汽油与PE－－量变到质变
CH4
C4H10
C6H14
汽油
聚乙烯
蜡
聚丙烯
聚苯乙烯
wk.baidu.com
……..
葡萄糖 果糖
麦牙糖,蔗糖
淀粉 纤维素
涂料 600万吨 世界第二 (2800万吨)
材料系
生物材料－－人工骨，人工脏器 电子材料－－光致抗蚀剂， 投影屏， 复合材料－－有机－无机复合材料（压电、磁电、摩擦、耐磨 ……..)
有机－金属复合材料 (导电浆料、塑料磁铁） 新型陶瓷制备－－浇注、注射、挤出、流延 能源材料－－聚合物固态电解质（锂离子电池）
高分子的性质很大程度上由其巨大的分子量所决定
3. 高分子与金属、陶瓷
基本性质 元素组成： 结构特征
密度 绝缘 隔热 耐腐蚀 耐热 耐老化 燃烧性 硬度 制造 加工
高分子 非金属 分子－共价键
范德华力 0.9－1.5
√ √ √ 室温 X 易燃 低 合成 塑造
金属 金属 原子－金属键
>2.7 X X X 几百 √ 不燃 高 冶炼 机加
天然或天然改型高分子
1872年－拜耳（德），后来克莱贝格 Phenol ＋ formaldehyde
树脂状物 冷 硬物
1907年－Backland(美） 控制反应条件、配比和加工条件，制得塑料 1909年工业化（称Bakelite，是第一种合成塑料）
1909年酚醛树脂的工业化标志着高分子时代的开始 20~30‘s，合成一大批高分子 45~60‘s 高分子合成工业迅速发展
大部分加聚物的结构单元都为单体单元
1. 几个基本概念 聚合度Xn： 高分子中含有结构单元的数目。
平均聚合度Xn： 高分子化合物中平均含有结构单元的数目 平均分子量Mn ＝n M0 ＝Xn M0
重复结构单元分子量
结构单元平均分子量
* 一种高分子一定有结构单元，(但它们不一定是单体单元)， 但不一定有重复结构单元。
2. 高分子科学的诞生
➢ 1877年 F.A.Kekuler’指出：绝大多数与生命直接联系在一 起的天然有机物－－蛋白质、淀粉、纤维素－－可以由很长 的链组成，并且这种特殊的结构决定了它们具有特殊的性质
高强高模铝锂合金、高温合金、稀土永磁合金
无 机 非 金 属 材 料
硅酸盐材料
玻璃
水泥 陶瓷
搪瓷
耐火材料：硅酸盐，氧化物，碳/石墨
特种陶瓷
结构陶瓷：Al2O3, SiC, Si3N4, ZrO2, BN
功能陶瓷: 铁电陶瓷，敏感陶瓷，磁性陶瓷 超导陶瓷，巨磁阻陶瓷, 生物陶瓷
其它：单晶，人造金刚石
§1.1 什么是高分子?
固态离子交换膜（燃料电池）
§1.3 高分子科学的发展历史
1. 高分子合成工业的发展
高分子远在人类诞生以前就存在 人类在认识高分子之前就一直在使用高分子材料
棉、麻、丝、毛皮、木、竹、大漆 1839年－－橡胶硫化－美Goodyear 1846年－－硝化纤维素－瑞士Schonbein 1868年－－赛璐珞（Celluloid）－美Hyatt