高分子材料概述

第一节 材料和高分子材料
高分子材料的应用
电气工业 ：①绝缘材料（导热性、电阻率）等、导电高分子； ②电子：通讯光纤、电缆、电线、光盘、手机、电话； ③家用电器：外壳、内胆（电视、电脑、空调）等。 医疗卫生中的应用： 人工心脏、人工脏器、人工肾（PU）、人工肌肉、输 液管、人工肌肉、输液管、血袋、注射器、可溶缝合线等。 防腐工程：耐腐蚀性，防腐结构材料。如水管阀门（PTFE）： 230～260℃ 长期工作，适合温度高腐蚀严重的产品。 功能高分子：离子交换树脂、高分子分离膜、高吸水性树脂、光刻胶、感光 树脂、医用高分子、液晶高分子、高导电高分子、电致发光高分子等。
聚碳酸酯 聚氨酯
CH2CH2 ]n OH
聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶树脂）
(CH2)6 ]n NH2
聚己二酰己二胺（尼龙—66）
COOH
聚ω —氨基己酸酯（尼龙—6）
第二节 高分子材料的分类
典型的元素有机聚合物
CH3 [ Si CH3
有机硅----聚甲基硅氧烷
O ]n
第二节 高分子材料的分类
粘合剂
6
高分子材料概述
主要内容
1
2 3
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节
材料和高分子材料
高分子材料分类 高分子材料的相关概念、术语 高分子材料的性能 高分子材料的研究方法
4
2 5
第一节 材料和高分子材料
材料、能源和信息作为科学技术的三大支柱促进了社会的发展。 材料是工业发展的基础，是一个国家科学技术水平、经济发展水 平和人民生活水平的重要 标志，也是一个时代的重要标志。


1907年，第一个合成高分子—酚醛树脂诞生。
1920年，德国人Staudinger发表了“论聚合”的论文， 提出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸 甲酯等聚合物的结构。1953年获诺贝尔化学奖。
橡 树 之 泪
第一节 材料和高分子材料
高分子材料发展简史 1935年，Carothers发明尼龙66，1938年 工业化。 30年代，许多烯烃类加聚物被开发出来， PVC, PMMA, PS, PVAc, LDPE。 40年代，二次大战促进了高分子材料的发 展，一大批重要的橡胶和塑料被合成出来。 丁苯橡胶, 丁腈橡胶, 丁基橡胶, 有机氟材 料, 涤纶树脂, ABS。
为表彰在导电高分子的发展方面所作的贡献， 2000年，日本科学家 白川英树（H.Shirakawa）、美国科学家黑格（A.J.Heeger）和麦克迪 尔米德（A.G. MacDiarmid）分享诺贝尔化学奖。
From fossil fuel based polymer introductions ……
n
n
n
* 聚丙烯
*
CH2
CH
n
* 聚甲基丙烯酸甲酯
COOCH3
n
Hale Waihona Puke Baidu
* 聚氯乙烯
*
CH2
CH
n
* 聚醋酸乙烯酯
OCOCH3 CH OH * 聚乙烯醇
n
n
第二节 高分子材料的分类
重要的杂链化合物
O HOOC [ C O HOOC [ (CH2)4 C O H2N [ (CH2)6 C H OCN [ (CH2)6 N CH3 HO [ C CH3 O O H N H N ]n (CH2)6 O C O (CH2)4 ]n OH O C O ]n OH
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第一节 材料和高分子材料
施陶丁格尔小传 (Hermann Staudinger) (1881—1965) 1881年3月23日生于德国莱因兰—法耳次 州的沃尔姆斯； 1907年毕业于施特拉斯堡大学，获博士学 位。同年聘为卡尔斯鲁厄工业大学副教授。 1912年于苏黎世工业大学任为化学教授。 1920年，发表“论聚合反应”的论文，提 出高分子的概念； 1932年，出版划时代的巨著《高分子有 机化合物》 1953年获诺贝尔化学奖； 1965年9月8日在弗赖堡逝世，终年84岁。
高分子工程
高分子科学
高 分 子 化 学 物理化学 分析化学 高分子物理 物 理 材料力学 流体力学 …...
有机化学 无机化学
高分子化学、高分子物理和高分子工艺学构成了一个完整 的体系，基本理论已经形成，研究方法已经建立，成为高 分子材料的开发、生产和应用的基石。
第一节 材料和高分子材料
高分子材料的应用
第一节 材料和高分子材料
我国近代高分子科学的发展
我国高分子研究起步于50年代初，唐敖庆于1951年，发表 了首 篇高分子科学论文。 长春应化所1950年开始合成橡胶工作（王佛松，沈之荃）； 冯新德50年代在北京大学开设高分子化学专业。 何炳林50年代中期在南开大学开展了离子交换树脂的研究。 钱人元于1952年在应化所建立了高分子物理研究组，开展了高 分子溶 液性质研究。 钱保功50年代初在应化所开始了高聚物粘弹性和辐射化学的研 究。 王葆仁先生1952年上海有机所建立了PMMA、PA6研究组
Ziegler和Natta创造了聚烯烃塑料的新纪元
第一节 材料和高分子材料
P.J.Paul John Flory (1910～1985)美国高分子科 学家。1934年在俄亥俄州州 立大学获物理化学博士学位， 后任职于杜邦公司，进行高 分子基础理论研究。1948年 在康奈尔大学任教授。1957 年任梅隆科学研究所执行所 长。1961年任斯坦福大学化 学系教授，1975年退休。 1953年当选为美国科学院院 士。 弗洛里在高分子物理化学 方面的贡献，几乎遍及各个 领域。他是实验家又是理论 家，是高分子科学理论的主 要开拓者和奠基人之一。
（1974年诺贝尔奖） "for his fundamental achievements, both theoretical and experimental, in the physical chemistry of the macromolecules"
第一节 材料和高分子材料
（2000年诺贝尔奖得主） H. Shirakawa白川英树(日本), Alan G. MacDiarmid (美国), Alan J. Heeger (美国) ：对导电聚合物的发现和发展。
第一节 材料和高分子材料
高 分 子 材 料 在 高 科 技 领 域 应 用 广 泛
第一节 材料和高分子材料
高分子材料发展简史 高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。 1839年，美国人Goodyear发明硫化橡胶。 1868年，英国科学家Parks用硝化纤维素与樟脑混合制 得赛璐珞。 1893年，法国人De Chardonnet发明粘胶纤维。
高分子材料遍及各行各业，各个领域：包装、农林牧 渔、建筑、电子电气，交通运输、家庭日用、机械、化工、 纺织、医疗卫生、玩具、文教办公、家具等等。
高分子材料的应用 农用塑料： ①薄膜 ②灌溉用管。 建筑工业： ①给排水管PVC、HDPE ②塑料门窗 ③涂料油漆 ④复合地板、家具人造木材、地板 ⑤PVC天花板。 包装工业： ①塑料薄膜：PE、PP、PS、PET、PA等 ②中空容器： PET、、PE、PP等 ③泡沫塑料：PE、PU等。 汽车工业：塑料件、仪表盘、保险机、油箱内饰件、坐垫 等。 军工工业：飞机和火箭固体燃料（低聚物）、复合纤维等。
徐僖先生50年初成都工学院（四川大学）开创了塑料工程专业。
高分子科学
研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集态的结构、性能， 聚合物的成型加工等内容的一门综合性学科。包括高分子化学、高 分子物理、高分子工程几个领域。
高分子 工程
高分子 科学 高分子 化学 高分子 物理
高分子科学及相关学科
聚合反应工程 聚合物成型加工
完全由碳原子组成，绝大部分聚烯烃及其衍生物 都属于此类。
2 杂链聚合物：杂链聚合物是指大分子主链
中除了碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子。常 见的杂环聚合物有聚醚、聚酯、聚酰胺、聚脲、 聚硫橡胶、聚砜等。
二 按主链结构分
3 元素有机聚合物：指大分子主链中没有
碳原子，主要由硅、硼、铝、氧、硫、磷等原子 组成。典型的例子是有机硅橡胶。
ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是 Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强度 高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。
第一节 材料和高分子材料
高分子材料发展简史 50年代，Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂，制得高密 度PE和有规PP，低级烯烃得到利用。1963年， Ziegler和 Natta分享诺贝尔化学奖。 1956年，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开创了高 分子结构设计的先河。 50年后期至60年代，大量高分子工程材料问世。聚甲醛 （1956），聚碳酸酯（1957），聚砜（1965），聚苯醚 （1964），聚酰亚胺（1962）。
Hideki Shirakawa (1936~ )
Alan J. Heeger (1936~ )
Alan G. MacDiarmid (1927~ )
2005 Nobel Chemistry Prize: Grubbs, Schrock, A France Scientist in Industry Contribution: MAO catalysts
第一节 材料和高分子材料
高分子材料发展简史
60年代以后，特种高分子和功能高分子得到发展。 特种高分子：高模量高强度、耐高低温、耐辐射、高频绝 缘、半导体等。 功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜等）、导 电高分子、感光高分子、高分子催化剂、高吸水性树脂、 医用高分子、药用高分子、高分子液晶等。 80年代后，新结构的聚合物有：新型嵌段共聚物、新型接 枝共聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合物、 含富勒烯(C60)聚合物等等。
新型功能材料－－人类文明进步的阶梯 生物材料、信息材料、环境材料、纳米材料、能源和智能材料
第一节 材料和高分子材料
现代生活中的高分子材料－普通塑料
第一节 材料和高分子材料
现代生活中的高分子材料－工程塑料
第一节 材料和高分子材料
现代生活中的高分子材料－橡胶
第一节 材料和高分子材料
现代生活中的高分子材料－纤维
石器时代
青铜器时代
人类社会发展史回顾
人类社会的发展史就是一部材料的发展史。
铁器时代
非金属材料 时代
复合材料和功 能材料时代
第一节 材料和高分子材料
金属材料
无机非金属材料
有机高分子材料
材料分为三大类
第一节 材料和高分子材料
金属材料－－长盛不衰 从神秘的形状记忆合金到未来能源材料之星－－储氢合金 古老的陶瓷－－旧貌换新颜 从一个古老的材料王国到现代无机材料的再度辉煌。 威力无比的先进结构陶瓷到奇妙无穷的功能陶瓷。 年轻的高分子材料－－千姿百态 20世纪新兴的材料王国－－现代生活的高分子材料 功能高分子各显神通 先进的复合材料－－巧夺天工
材料的组成及各成分之间的配比从根本上保证了制品的性 能，作为主要成分的高分子化合物对制品的性能起主宰作用 。
第二节 高分子材料的分类
重要的碳链化合物
* CH2 CH2 * 聚乙烯 * CH2 CH COOH * CH2 CH CH3 * CH2 CH Cl * CH2 H C * 聚苯乙烯 * CH2 * 聚丙烯酸
复合材料
5
塑料
1
三 按用途分
4
涂料
2
3
橡胶
行把 分高 类分 实 的子 际 一材 上 种料 ， 方从 按 法材 用 。料 途 的分 角才 度是 进真 正
第一节 材料和高分子材料
50年代， Ziegler和Natta 发明配位聚合 催化剂，制得 高密度PE和有 规PP，低级烯 烃得到利用。
Karl Ziegler (1903-1979)
Giulio Natta (1898-1973)
K.Ziegler （德国）, G.Natta （意大利） （1963年诺贝尔奖得主）
第二节 高分子材料的分类
天然高分子材料 改性的天然高分子材料
一 按来源分
合成高分子材料 改性合成高分子材料
为了获得具有各种实用性能或改善其成型加工性能，除基本组分聚合 物之外，还要添加各种添加剂，因此严格地说，高分子化合物与高分子 材料的涵义是不同的。
第二节 高分子材料的分类
1 碳链聚合物： 指高分子化合物的的主链