高分子材料及其应用

1
气体 －183
5
液体 －30
10
结晶
36
60
蜡状物 100
100
脆性固体 106
1000
韧性固体 110
104－106 韧性固体 140
高分子特点：
1. 由很大数目的结构单元组成，一个结构单元相 当于一个小分子，其长链可由一种或几种结构 单元组成（均聚物、共聚物）。
2. 链的柔性 由单键键合的高分子主链一般都具有 一定的内旋转。
高分子材料
什么是高分子
• “高分子是什么？” ，“比如塑料就是高分 子”。而实际上，高分子所涵盖的材料范 围远比塑料要大得多。所谓高分子就是由 许多重复单元构成的分子量巨大的分子。 这样的分子很多，如生物体中的蛋白质， 木材，丝绸，橡胶, 油漆等等。
• 分子量与性能（以PE为例）
聚合度
外观 熔点
– 工程塑料：PA、POM、PC、PBT、PPO – 四大合成纤维：锦纶、涤纶、晴纶、丙纶
高分子的分类－由结构分
• 链结构
– 线型：PE、共聚酯、酰胺 – 枝型：LDPE a-梳型 b-星型
– 网状：橡胶、热固性树脂
由材料的性质、用途分类
• 塑料（plastic）
– 热塑性 – 热固性（酚醛、环氧、不饱和聚酯）
对微胶囊分别作180℃与80℃热处理，表面无油状物出现， 微胶囊具有在高温下的不渗漏性。
3 农业上的应用
塑料在农业上的应用为农业带来一场革命。 农膜的使用可使作物成熟提前15－20天， 产量提高20－50％，同时具有土壤保墒等 作用，塑料大棚的应用，解决了北方地区 冬季的蔬菜供应问题。塑料管用于农业滴 灌，节约水量在50％以上。占塑料应用的 16％。
3. 多分散性 聚合反应是一个随机过程，反应产物 由长短不一的高分子链组成。
4. 凝聚态结构的复杂性
5. 交联网结构，橡胶所特有
6. 各种添加剂
主要研究内容
合成
高 分 子 设 计
应用
高分子化学
结构
高
分
高分子材料
子
科学与工程
物
理
性能
成型加工
高分子材料的发展前景
近代科学技术与工业的进步为高分子材料学科的 发展开拓了广泛的前景。高分子材料已由传统的有 机材料向具有光、电、磁、生物和分离效应的功能 材料延伸、高分子结构材料正朝着高强度、高韧性、 耐高温、耐极端条件的高性能材料发展，为航天航 空、近代通讯、电子工程、生物工程、医疗卫生和 环境保护等方面提供各种新型材料，从而在新技术 革命中发挥重大作用。
• 中国塑料制品每年以12％的速度高速发 展。
• 2005年我国塑料制品的消费量为3813万 吨，产值4998亿元。
• 目前是世界第一大加工国。
高分子的分类－由来历分
• 天然高分子：纤维素、淀粉、蛋白质、天 然橡胶、蚕丝、蜘蛛丝、木质素、甲壳素 等
• 合成高分子：从1907年酚醛树脂开始
– 五大通用树脂：LDPE、HDPE、PP、PS、 PVC、ABS
• 力学性能从橡胶般柔软，到钢铁般坚硬 的，拉伸强度从三岁婴儿可随手拉长的 橡胶，到抗拉强度超过钢丝的Kevelar纤 维、Nomax纤维。功能从最简单的形状 记忆到温控开关，高吸水材料，光电信 息材料，及各种人造器官、半透膜等。 它已渗透到我们生活的各个方面，航天 飞机、汽车、建筑、家电、包装、医用、 农用……可以说我们已离不开高分子。
• 橡胶、热塑性弹性体（rubber、thermo elastomer）
• 纤维（fiber）锦纶、涤纶、晴纶、丙纶 • 涂料、胶粘剂（paint、adhesive）环氧、
丙烯酸酯 • 功能高分子
通用塑料
• 聚乙烯（PE），1939年工业化 • 聚丙烯（PP），1959年工业化 • 聚苯乙烯（PS），1938年工业化 • 聚氯乙稀（PVC），1935年工业化 • ABS树脂
微胶囊化制备方法
喷雾干燥法
空气悬浮成膜法
物理法
静电结合法
原位聚合法
制备方法
冷凝法
界面聚合法
化学法
物理化学法
复凝聚法
锐孔-凝固浴法
相分离法
聚合过程 乳化
加入另一单体
界面聚合
石蜡
IPDI
乳化剂
TEPA
聚脲
异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI） 四乙撑五胺（TEPA）
相变材料的微胶囊化
相变材料的微胶囊化
高分子材料的地位与现状
• 高分子的历史不长，从上世纪30年代 Staudinger的线型说被确立到现在不过 70多年历史，但发展异常迅速，目前年 产量已超过1.7亿吨，其体积已大大超过 钢铁。
• 从材料科学角度来看，过去曾是金属和 陶瓷的时代，现在可以说是高分子时代， 在历史上从没有一种材料象今天的高分 子一样具有这样广的性能范围和各种各 样的功能。
各种证书的封装，IC卡的封装，不干胶， 彩虹膜等。
食品包装：肠衣，牛奶，
我国2005年包装材料产量700万吨，
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2. 建筑及室内装饰
施工中使用的塑料模壳可使施工周期缩短。
广泛应用的PVC电线套管，PS发泡隔热层， 下水管，卫生间，地毯，地板，门窗，室 内外涂料，玻璃钢，防水材料，铝塑复合 管可耐20个大气压，巨型充气薄膜建筑， 野战医院。橡胶拦水坝等。占塑料用量的7 ％
PA66 POM
PC
五大工程塑料
CO
CH2 4 CONH
CH2O n
CH2 6 NH n
CH3
O
C
CH3
OC
n
O
PBT
C
O
PPO
C
O
CH2
O
4
n
O
CH3
O
n
CH
PSF PPS
超级工程塑料
SO2
O
CH3 C CH3
S
n
PAR
O
O
PEEK
C
n
O
OC
O
C
n
O
CO
O
O
n
O
n
高分子材料的应用
• 包装 • 建筑 • 日用品 • 农业 • 体育 • 军事 • 汽车
• 机械工业 • 化学工业 • 航空航天 • 电子、电器 • 以塑代木、以塑代钢 • 各种功能高分子材料 • 医药
1. 包装
目前包装行业几乎全被聚合物占领。水泥、 化肥的包装多用聚丙烯编织袋，打包带。 食品的真空包装用多层复合膜（PP、PA、 铝）。保鲜袋，PP包装袋，以及各种塑料 食品袋，购物袋，占塑料用量的23％左右。
高分子材料的发展
• 从高分子材料产量的增长来看，在过去 的50年中，全世界钢平均年增长5.7%， 木材1.6%，水泥6.4%，塑料13.6%。对 于我国更是如此，建国初期年产量不到 200吨，1982年达到1003吨，1989年 200万吨，现在年生产能力已达3800万 吨。而从80年代到现在，世界钢产量一 直在8亿吨左右徘徊，塑料塑料为1.7亿 吨，其体积产量已超过钢铁，是一个蓬 勃发展的朝阳工业。