高分子

聚对苯二甲酸乙二醇酯
聚酰亚胺
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聚合物分子单体必须是双官能团的小分子
具有两个(或多个)官能的末端基团.
二元醇, 二元酸, 二元胺 羟基羧酸, 氨基酸 硫化钠Na2S 三元胺, 四羧酸等.
具有重键的单体: 碳碳双键, 碳碳三键; 碳氮三键和碳氧 双键等. 在环中含有杂原子的环状单体: 如
环氧乙烷, 四氢呋喃, 六甲基环三硅氧烷, 己内酰胺等.
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基于结构的高分子
• 均链高分子(homochain polymer）
一种链原子.
• 元素高分子: 主链中含有: Si, S, P, Al, Sb等
• 杂链高分子: 如
PEO, POM, PA等
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高分子驻极体
Polymeric Electrets
高分子压电材料
Polymeric Piezoelectric Materials
高分子透明材料
Polymeric Transparent Materials
高分子非线性光学材料
Polymeric Nonlinear Optical Materials
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高分子合成反应
缩聚反应: 低分子单体通过缩合反应形成聚合物的过程, 产物 称缩聚物, 同时有水, 醇, 氨, 或卤化氢等析出, 所以缩聚物的组 成与单体不同.
如 聚 酰 胺 (PA) , PA66 是 HOOC-(CH2)4-COOH 与 NH2CH2(CH2)4CH2NH2的缩聚产物:
发展要求科学和工程技术最为密切的配合 , 它的进步需 要跨部门、多学科的最佳协调和共同参与.
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术语（Nomenclatures ）
Macromolecule (大分子): 由大量原子组成, 具有高的 相对分子质量或分子重量.
Polymer molecule (聚合物分子, 简称高分子): 由许多
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Important Properties of Polymers
低密度 (Density: Low – lightweight) 良好绝缘 (Good electrical & thermal insulators )
易变形和加工 (Flexible & subject to deformation)
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• 氢
键
• 氢键是与电负性较强的原子相结合的氢原子 (如X—H)同时与另 一个电负性较强的原子 ( 如 Y) 之间的相互作用，即 (X—H…Y)．这 些电负性铰强的原子一般是氮、氧或卤素原子．一般认为在氢键 中， X—H 基本上是共价键，而 H…Y 则是一种强而有方向性的范 德华力．这里把氢键归入范德华力是因为氢键本质上是带有部分 负电荷的Y与电偶极矩很大的极性键X—H间的静电吸引相互作用. • 氢键的键能: 13~29 kJ/mol. • 氢键键长: 0.24~0.32 nm. • 氢键可以存在于分子内和分子问，在聚酰胺、聚氨酯和生物大分 子中起着重要的作用．
有机高分子磁性材料
Organic Polymeric Magnetic Materials
介电高分子材料（高分子电绝缘材料）
Dielectric Polymer Materials
高分子光导材料
Photoconductive Polymers
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高分子太阳能转换材料
Polymeric Solar Energy Conversion Materials
nH2N(CH2)6NH2 + n HOOC-(CH2)4COOH
HO [ C(CH2)4-C-NH-[ (CH2)6-NH ]n H +(n-1)H2O
O O 单体必须有两个或两个以上官能团; 逐步完成, 可逆反应; 延长 反应时间不提高单体转化率, 但可提高Mr.
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重要高分子材料




丁苯橡胶: 丁二烯与苯乙烯的线性共聚物. 顺丁橡胶: 1,3-丁二烯经1,4加成聚合而得. 乙丙橡胶: 乙烯与丙烯共聚物. 氯丁橡胶: 2-氯-1,3-丁二烯的聚合物. 特种合成橡胶: 丁腈橡胶: 丁二烯, 丙烯腈共聚物. 丁基橡胶: 异丁烯与少量异戊二烯的共聚物. 氟橡胶: 分子链或侧链上有氟的线性聚合物.
而合成高分子材料，改性高分子材料.
高分子结构与性能的关系及其变化规律 , 是
高分子分子设计的基础 , 同时也是确定高分
子加工成型工艺的依据.
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聚合物结构的主要特点
链式结构 链的柔性 多分散性 凝聚态结构的复杂性
高分子链依靠分子内和分子间的范德华力相互作 用培砌在一起，可呈现为晶态和非晶态．
耐热温度低 (Thermal Transitions: ~ 100oC )
机械强度 (mechanical strength) 随结构不同而变化
化学稳定性好, 不腐蚀, 但可氧化燃烧, 空气中易老化.
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高分子材料的制备
聚合物直接应用于精细高分子领域 （如涂料、黏合剂、油墨、各种助剂等）
由一种单体的聚合称均聚. 产物称均聚物,如乙烯聚合得聚乙 烯. 由两种或多种单体的加聚反应, 称共聚. 产物称共聚物, 与均 聚物相比有更高的性能,如苯乙烯(S)与丁二烯(B)共聚,得嵌段 共聚物SBS.
加聚反应的单体必须具有不饱和碳-碳重键. 如: CH2=CH2, CHCH , CH2=C-CH3 COOCH3 绝大多数是不可逆反应; 延长反应时间不增加Mr, 但 可提高单体转化率.
合成树脂和塑料: 填充增强增韧,降低成本. 教 材P332表7.4
通用塑料: 应用广, 产量大, 价格廉的塑料. 如聚烯烃: PE, PP, PS等; PVC; 酚醛, 环氧, 聚酯, 尿醛等. 工程塑料: 综合性能好, 可代替金属作工程材料, 制 造机器零部件的塑料. 最重要的有:

聚甲醛 聚酰胺 聚碳酸酯 聚四氟乙烯 ABS塑料 耐热工程百度文库料
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橡胶: 使用温度范围内处于高弹态的线性聚合物. 在较
小的外力作用下, 能产生很大的形变, 外力除去后又能恢 复到原始状态. 工业上用做弹性, 密封, 防震和传动材料. 韧性好, 强度低. 填充增强非常重要.
天然橡胶: 橡胶树上流出的胶乳, 其主要成分是异戊二烯的聚 合体, 经凝固, 干燥变成弹性固体, 称生胶, 经硫化, 成型得橡胶 制品. 合成橡胶: 最重要的有:
dE r F r dr
当r=r0时, F(r) =0
dE r 0 dr
r
静电力: 极性分子之间, 温度T成反比, 与距离的7次方成反比; 诱导力: 极性分子与非极性分子之间, 与温度有关, 与距离的7次方成反比; 色散力: 非极性分子之间, 与温度无关,与距离的7次方成反比;
• 金属键 是由金属原子的价电子和金属离子晶格之间的相互
作用而形成的，无方向性和饱和性，赋予高导电性．在所谓的 “金属螯合高聚” (metallocene po1ymer) 中可以说存在金属 键．
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•
范德华力
作用能: 2~8kJ/mol
是存在于分子间或分子内非键合原于间的相互作用力．两分子间的 范德华力F(r)及相互作用能E(r)是分子之间距离r的函数如图所示.
原料准备 和精制
配料
聚合 反应
合成聚合物： 聚合物溶液、 聚合物乳液等 第一层次
聚合物 分离
助剂
聚合物成型加工
干燥的粉状、粒 状或块状聚合物 第二层次
聚合物后处理： 洗涤、干燥、造粒 或压块、包装等
成型的聚合物：塑料、橡胶或纤维 第三层次
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高分子合成反应
加聚反应 由若干单体经加成反应而聚合生成聚合物 的过程.
高分子材料
高分子材料学科的基本任务是：研究高分子材料的合成、
结构和组成与材料的性质、性能之间的相互关系; 探索 加工工艺和各种环境因素对高分子材料性能的影响 ; 为 改进工艺, 提高高分子材料的质量, 合理使用高分子材料, 开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理论依据和基
础数据. 高分子材料学科是一门年轻而新兴的学科, 它的
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高分子链的近程结构
链结构单元:
聚乙烯 聚丙烯
聚苯乙烯
聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯
[CH=CH-CH=CH]n
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聚乙炔
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[CF2—CF2]n [CH2—CH=CH—CH2]n [CH2—CH=C—CH2]n
CH3
聚四氟乙烯 聚丁二烯 聚异戊二烯
尼龙-6,6 聚丙烯氰
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高分子光导纤维
Polymeric Optical Fibers
高分子固体电解质
Solid Polymer Electrolytes
高分子烧蚀材料
Ablative Polymer Materials
( CH2—CH )n
COOH+
聚丙烯酸
( CH2—CH )n NH+ OH聚丙烯胺
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离子型聚合物 (ionomer)中也有离子键存在，例如以乙烯和 10%左 右的丙烯酸的共聚物为主链，以金属离子Mg2+为交联剂的高聚物：
•常温下成键, 高温下解离. •高温加工, 冷却交联. •结晶度低, 透明性好, 冲击和拉伸强度高.
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能将两种固体材料连接起来 , 具有良好 的粘结性能的物质.
天然粘结剂: 淀粉, 虫胶, 松香等. 合成粘结剂: 合成树脂.

粘结剂:
粘度适当, 流动性好; 能重复润湿被粘结物的表面, 填补其凹凸不平处; 通过物理-化学作用, 经固化处理, 将被粘物粘结起来, 具有 较强的附着力和内聚力.
(poly)部分(mer, 单体单元或链节)组成的多重重复的分 子.
一个高分子总是一个大分子, 但一个大分子不一定是高分子.
Polymer (聚合物): 是由许多聚合物分子组成的一种物 质, 它是一种聚合的物质.
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高分子材料结构与性能的关系
结构决定性能，性能反映结构. 根据需要选择性能，根据性能设计结构，进
分子链中具有极性基团-OH, -NH2, -CN, -COOH, O 等的聚合物一般具有较强的粘结力. CH2 性能优良的有聚氰基丙烯酸酯 CH2 环氧树脂(万能胶). 三种类型: 反应固化型 溶液-乳液型 热熔胶
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功能高分子材料
导电高分子材料
Electrically Conductive Polymer Materials
交联网状结构
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线形非晶态聚合物的物理形态
• 线形非晶态聚合物无一定的熔点, 随温度的变化, 呈现三种物理形态:
• 当T>Tf时, 聚合物呈粘流态 (能 流动的粘稠液体), 如常温下的胶 粘剂或涂料;
• 当T<Tg时, 聚合物呈玻璃态 (玻 璃状坚硬固体), 如常温下的塑料; • 当Tg<T<Tf时, 聚合物呈高弹态 ( 受力形变 , 除力回复的高弹体 ), 如常温下的橡胶.
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高弹态
粘流态
玻璃态
Tg
Tf
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聚合物分子内与分子间相互作用力
•
物质的结构是指物质的组成单元(原于或分子)之间在相互吸引和排斥作用
达到平衡时的空间诽布．因此为了认识高聚物的结构，首先应了解存在于高聚 物分子内和分子间的相互作用．
•
化学键
构成分子的原子间的作用力有吸引力和斥力，吸引力是原子形成分于的结合力， 叫作主价力，或称键合力．斥力是各原子的电子之间的相互排斥力．当吸引力 和斥力达到平衡时，便形成稳定的化学键． • 共价键: • 离子键:
•
链结构单元的键接方式
•
头- 头
•
•
尾- 尾
头- 尾
通过裂解方法检测链结构单元键接方式.
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• 交联和枝化
HDPE
LDPE
LLDPE • 高分于链之间通过化学键键接而形成三维网状结构，称为交联．热固性塑 料、硫化橡皮，羊毛、头发等都是交联结构的聚合物．它们具有不溶不熔的 特点，因此，可交联的高聚物的成型只能在形成交联结构以前，一经形成交 联结构，形状就不能再改变．交联结构的高聚吻具有更优越的性能，例如耐 热、耐溶剂、尺寸稳定等．交联聚乙烯的性能相对线形和支化聚乙烯具有更 高的抗张强度和耐热性．橡胶只有经过硫化才能形成真正的弹性体—橡皮．