第四章高分子材料

polymer
大分子
聚合物
聚合物：由许多相同的、简单的组成单元
通过共价键重复连接而成。
4.1.2高分子化合物的合成
1 定义
按重复单元数多少： 高聚物（high polymer）
低聚物（oligomer）
按聚合单体数： 均聚物（homopolymer）
共聚物（copolymer）
1 定义
高分子材料的分类
(二) 按照聚合物的主链结构分类
碳链聚合物材料
聚合物主链完全由碳原子组成。 如：聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、……
杂链聚合物材料
聚合物主链中除碳外，还有氧、氮、硫等杂原子。 如：聚酰胺、聚酯、聚醚、……
元素有机聚合物材料
聚合物主链中没有碳原子，主要由硅、硼等原子 组成，侧链为有机基团。如：有机硅、……
高分子科学领域 Nobel 奖获得者：
"for his discoveries in the field of macromolecular chemistry" 1953年，H. Staudinger（1881 - 1965）
1963年：
Karl Ziegler（1898 - 1973） Giulio Natta（1903 - 1979）
.
2 聚合物的分子量
all synthetic polymers have a distribution of chain lengths (ie when we synthesize a polymer we end up with a bunch of chains of different length, ranging from the very short to the very long).
1 定义
单一高分子链： 弯曲(twist)、 缠结(kink)、 卷曲(coil)
相邻高分子链间： 相互缠绕(intertwine)
3.1.1 定义
分子链的相关术语：
主链 链节（重复单元） 侧基（取代基）
3.1.1 定义
分子链的相关术语：
支链（侧链）
主链
2. 聚合物的分子量
两个基本特点：分子量大；分子量多分散性。
塑料 热塑性塑料
热固性塑料
弹性体（橡胶）
三大合成材料
纤维 复合材料
胶粘剂
涂料
研究内容
高分子材料科学与工程研究：
合成 结构和组成 材料性能； 加工工艺 材料性能； 环境因素 材料性能
4.1.2高分子化合物的合成
1.定义
高分子
通常指104以上分子量的分子。
macromolecule
例：几个常用的聚合物的分子结构式：
聚乙烯
聚氯乙烯
HH
CC
HH 乙烯
聚丙烯
HH
CC
H Cl 氯乙烯
HH
CC
H
C H3
丙烯
Fig.4.2 Three ways to represent the structure of polyethylene: (a) a solid three-dimensional model, (b) a three-dimensional “space” model, and (c) a simple two-dimensional model.
"for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers"
1974年，Paul J. Flory（1910 - 1985） "for his fundamental achievements, both theoretical
2002. 顾雪蓉、陆云，《高分子科学基础》，北京：化学工业出版社，
2003.
4.1 高分子材料概述
高分子材料：
以高分子化合物或以高分子化合物为主，辅 以各种添加剂和填料等物质经加工而成的材料。
1839年 硫化橡胶
1939年 尼龙
1971年 kevlar
1869年 赛璐珞
1909年 电木
1989年 发光聚合物
and experimental, in the physical chemistry of the macromolecules"
2000年：
Hideki Shirakawa Alan J. Heeger Alan
（1936 -）
（1936 -）
G. MacDiarmid （1927 -）
"for the discovery and development of conductive polymers"
第四章高分子材料
图4.1 材料发展的历程示意图
主要参考书目：
施惠生，《材料学概论》，上海：同济大学出版社，2001. 张留成、瞿雄伟、丁会利，《高分子材料基础》，北京：化学工
业出版社，2002. 韩冬冰、王慧敏，《高分子材料概论》，北京：中国石化出版社，
2003. 高俊钢、李源勋，《高分子材料》，北京：化学工业出版社，
京：化学工业出版社，2006.
高分子材料的分类
(一) 按照聚合物的来源分类
天然高分子材料 棉、毛 织物；木材、麻 纸
改性的天然高分子材料 如：纤维素 硝基纤维素 合成高分子材料
小分子原料经化学反应和聚合方法合成。 如：聚乙烯、聚氯乙烯、氯丁橡胶、……
改性合成高分子材料
聚合物经化学、物理方法改性。
优势
◆ 原料丰富; ◆ 具有各种优异性能；
密度＝1/6 钢， 易加工成型， 耐腐蚀、电绝缘性高、具有渗透性、 ……
◆ 生产能耗低，投资少，周期短，利润高……
PS﹕钢﹕铝 = 1﹕10﹕20（单位体积）
优势
用于淀粉基树脂制备的直链淀粉分子 聚乳酸弹性包装
.
* Adisa Azapagic等著，《高分子材料-环境与可持续发展》，北
分子量只具有统计意义。
常用的摩尔平均质量（简称分子量）有四种： 数均摩尔质量； 质均摩尔质量；
Z 均摩尔质量； 粘均摩尔质量
分子量的多分散性 分子量分布的宽窄
—— ——
Q ＝ Mw / Mn Xw / Xn
分子量多分散性指数 重均聚合度 数均聚合度
.
2 聚合物的分子量
2 聚合物的分子量
高分子材料的分类
碳 链高分子 ：
HH
CC
n
H
HH
CC
n
Cl H
FF
C
Cn
ຫໍສະໝຸດ Baidu
FF
.
聚苯乙烯
聚 氯乙 烯
聚四氟乙烯
杂 链高分子 ：
元素有机高分子：
H
H
N
C N CO
6
C CO
6
n
HH H
H
尼龙6
.
6
R Si O n R 有机硅聚合物
高分子材料的分类
(三) 按照高分子材料用途分类
—— 真正从材料角度的分类方式