高分子科学与材料概论第一章绪论神奇高分子世界MagicPolymerWorld

高分子材料
➢材料与时代
石器时代 (Stone age) 新石器时代 (Neolithic age) 青铜时代 (Bronze age) 铁器时代 (Iron age)
高分子时代 (Polymer age)
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➢地位与关联
高高分分子子材材料料 660％0％
贝克兰德（Leo Baekeland）。
➢大分子概念提出
1920年，提出聚合反应生成高分子。
施陶丁格（Hermann Staudinger）。
➢奠定基础
1930－40年代，聚合方法及理论发展。
卡罗瑟斯（Carot。
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一、高分子基本概念
什么是高分子？
➢ 定义：高分子量的化合物 (>10000)
➢ 别称：聚合物 － Polymer 高聚物－High polymer 大分子－Macromolecule
➢ 对应：低聚物(<10000)－Oligomer 或齐聚物，寡聚物。
➢ 天然高分子材料 (Natural polymer)
纤维素(Cellulose)、淀粉(Starch)、天然橡胶(Natural rubber)等。
➢ 人造高分子材料 (Artificial polymer)
硝化纤维素（塑料、电影胶片、炸药）、粘胶纤维等。
➢ 合成高分子材料 (Synthetic polymer)
高分子科学与材料概论 第一章 绪 论
神奇的高 分 子 世 界 Magic Polymer World
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人类从起源以来 就与高分子结下了不解之缘
生命体系其根本 都是由高分子组成
衣食住行 离不开高分子材料
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二、高分子科学与材料
高分子学科
➢ 高分子化学（Polymer chemistry)
合成机理、结构设计、控制方法。
➢ 高分子物理（Polymer physics)
物理性质、结构与性能的关系。
➢ 高分子工艺学（Polymer technology）
合成工艺、加工工艺。
后起之秀，生气勃勃
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什么是聚合反应？
➢聚合反应－Polymerization
小分子化合物
聚合物
聚合物 (Polymer): 聚乙烯（Polyethylene，PE） 单体 (Monomer): 乙烯（Ethylene）
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聚合物聚合度与分子量
陶瓷 10％
金属 30％
三分天下有其一 高分子科学与材料概论第一章绪论 神奇的高分子世界
能源
Energy
左右逢源
信息
Information
高分子材料
Polymer Materials
环境
Environment
化学
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生物
Biology
高分子材料分类
从来源
➢ 支化型 Branched Polymer
➢ 交联型 Crosslinked Polymer
➢ 星型及树状 Star Polymer Dendrimer
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碳纳米管
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
石墨
石墨烯 高分子科学与材料概论第一章绪论
神奇的高分子世界
金刚石
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PU 或 PVC
高分子科学与材料概A论ng第ew一.章Ch绪e论m. Int. Ed., 2013，52，9422-9441. 神奇的高分子世界
三、发展历程
➢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）。
➢大发展
1950年代，配位聚合（Coordination Polymerization) 齐格勒（Karl Ziegler）， 德国人。 纳塔（Giulio Natta），意大利人。
➢ 结构式：
NH(CH2)6NH CO(CH2)4CO n
结构单元
结构单元
重复单元
聚合度：大分子中的重复单元数或结构单元数，n。
数均聚合度 X n 、重均聚合度 X w 。
分子量：数均分子量 M n 、重均分子量 M w 。
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聚合物结构类型
➢ 线型 Linear Polymer
1869年，第一种人工塑料 赛璐珞（ Celluloid，硝化纤维素） 美国 人海厄特（Jhon Wesley Hyatt）。
1887年，第一种人造丝 硝化纤维素，Count Hilaire de Chardonnet.
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➢合成高分子问世
1909年，第一种合成塑料 酚醛树脂，美国人
具有生物功能, 如蛋白质(Protein)、核酸 (Nucleic acid)等。
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高分子材料的特点
➢ 质轻：常用塑料的密度为1g/cm3，是钢铁的1/10。 ➢ 耐温范围宽：硅橡胶(－80℃)
聚苯并咪唑（600℃) 碳纤维（4000℃） ➢ 性能优异：高强度（Kevlar，比强度为钢的8倍） 高模量 高弹性（伸长率1000％） 透明性好 抗腐蚀好 光、电、磁等功能 ➢ 种类多：满足不同的需求。 ➢ 易加工：节能、低成本。
有机玻璃、涤纶、尼龙等。
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高分子材料分类
从用途
➢ 塑料 (Plastics)
➢ 橡胶 ➢ 纤维
(Rubber) (Fiber)
➢ 涂料 (Coating) ➢ 粘合剂 (Adhesive)
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高分子材料分类
从组成及功能
➢ 有机高分子 (Organic Polymer)
主链以碳氢为主，如聚乙烯、聚丙烯等。
➢ 无机高分子 (Inorganic Polymer)
主链由杂原子构成, 如SiO2等。
➢ 复合高分子材料 (Polymer Composite)
聚合物与无机材料复合，如玻璃钢，轮胎。
➢ 生物高分子 (Biopolymer)