天然高分子化学

《天然高分子化学》课程结课论文

《天然高分子发展研究》

2 目录

摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

第一章 高分子材料概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1.1 高分子的基本概念 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1.1.1 高分子的定义 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1.1.2 高分子的分类和用途 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1.2 高分子材料的发展历史 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1.2.1 天然高分子材料 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1.2.2 高分子的利用、改性和合成„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

第二章 常见的高分子材料 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

2.1 塑料 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

2.1.1概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

2.1.2重要的通用塑料 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

2.2 橡胶 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

2.2.1 概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

2.2.2几种通用橡胶 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

2.3 纤维 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

2.3.1 概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

2.3.2 常见的几种合成纤维 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

2.4 涂料和胶黏剂 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

2.4.1 涂料 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

2.4.1.1 概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 3 2.4.1.2 主要的涂料用树脂 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

2.4.2胶黏剂 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

2.5 复合材料 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

2.5.1 概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

2.5.2 聚合物基复合材料的性能和用途„„„„„„„„„„„„„„„13

2.5.3 聚合物基复合材料的成型方法 „„„„„„„„„„„„„„„13

第三章 高分子材料与可持续发展„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

3.1 概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

3.2 高分子材料的回收利用概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

3.3 高分子材料的回收利用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

3.3.1 废旧橡胶的回收利用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

3.3.2 塑料的回收利用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

3.3.3 废纤维的回收利用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15

第四章 高分子材料研究进展与前瞻 „„„„„„„„„„„„„„„„„16

4.1 高分子材料研究的进展 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16

4.1.1高分子化学 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16

4.1.2 高分子物理 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16

4.1.3 高分子工程 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17

4.2 高分子材料研究的前景和发展方向 „„„„„„„„„„„„„„„17

4.3 高分子材料加工行业对人才的需要 „„„„„„„„„„„„„„„18

结论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19

参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 4 摘要：材料是工业发展的基础，高分子材料从天然高分子到人工合成高分子，其优良的物理和化学性能，使其具有巨大的研究和应用价值，其应用范围不断扩大，塑料、橡胶、纤维等是常用的高分子材料，在工农业生产、国防建设和日常生活的各个领域发挥着极其重要的作用，可以说，21世纪已经成为高分子世纪，然而，高分子材料的大量使用，也带来了一定的环境污染，因此，需要我们探索其可持续发展之路。

关键词：高分子、塑料、橡胶、纤维、涂料、胶黏剂、复合材料、可持续发展

第一章 高分子材料概述

1.1 高分子的基本概念

1.1.1 高分子的定义

顾名思义，高分子化合物是一类相对分子质量很高的物质，通常定义是相对分子质量超过104，原子间以共价键连接起来的大分子化合物。由于这类化合物表现出与无机、有机、金属的小分子化合物完全不同的物理和化学性质，因而具有巨大的研究和应用价值。

1.1.2 高分子的分类和用途

高分子也称聚合物（或高聚物），可以从不同的专业角度对聚合物进行多种分类。按来源，可分为天然高分子、合成高分子、改性高分子；按用途，可分为合成树脂和塑料、合成橡胶、合成纤维、涂料、胶黏剂、功能高分子等；按热行为，可分为热塑性聚合物和热固性聚合物；按凝聚态，可分为橡胶态、玻璃态、部分结晶态等；按主链结构将聚合物分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物。

高分子材料的用途是多方面的，主要用于制备塑料、橡胶和纤维。我们可以运用塑料制成各种用品，用橡胶制备轮胎，用纤维织成各种精美的织物等等。随着材料应用领域的不断扩大，高分子材料在涂料、胶黏剂和功能高分子方面也有较大发展。

1.2 高分子材料的发展历史

1.2.1 天然高分子材料

材料、能源和信息作为科学技术的三大支柱促进了社会的迅速发展。其中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。回顾人类社会的发展历史，人类跨越了 5 石器时代、青铜器时代、铁器时代、非金属材料时代、复合材料和功能材料时代等，每一次材料的重大发现和制造、使用都推动了人类社会向更新跟高的阶段发展。

高分子化合物在自然界的存在是相当普遍的，天然高分子是指自然界中存在的高分子化合物。我们平时衣食住行所必需的棉花、蚕丝、淀粉、蛋白质、木材、天然橡胶等都是天然高分子材料。我们可以毫不夸张的说，如果没有高分子，就不会有世界和生命。随着社会的发展，也相应的开发了天然高分子加工工艺。然而从第一个合成高分子材料酚醛树脂的工业化，以及对高分子材料从科学和工程意义上进行研究和被社会承认，距今不过100年，因此说高分子材料是一门古老而年轻的学科。但是高分子材料的出现，却给材料领域带来了重大变革。

1.2.2 高分子的利用、改性和合成

1.天然高分子利用

天然高分子在利用过程中，人们不断改进加工技术，将竹、棉、麻、丝、皮、毛等用于建筑、工具、用品、纺织、造纸、制衣制革、防寒制品等，把植物体内的“树脂”（树流出来的油脂）用于涂料、胶黏剂、药物和溶剂等等。

2.天然高分子的改性

天然橡胶的改性是由于发现了橡胶的硫化。起先人们用天然乳胶炼制成固体生胶后，要寻找它的溶剂，用于涂层防水。1839年侨居美国的英国人固特异把硫磺加入到已经燃烧的橡胶中，发生了激烈反应，放出大量窒息性气体。后来，他再次进入实验室。偶尔发现忙乱中洒在试验台上发黑的橡胶，加热时不发粘，高温下尚存在弹性和强度。他从废物堆里找回丢掉的橡胶，研究了它的性能，他继续工作，研究隔绝空气、添加硫磺的最佳配比等，终于取得成功。

1832~1845年，人们发现用硝酸处理洁净的纤维素，能得到硝化纤维，但难以加工。到1872年，有人发现加入樟脑后，硝化纤维易于加工，做成了叫“赛璐璐”的塑料。1884年用于制作照相底片、电影胶片。它应用极普遍，可制台球，还用来制作假牙、梳子、刀柄、镜框、镜架。做衣领可以防水、又不打褶，成为畅销品，但极易燃烧。

3.合成高分子的诞生与发展

1907年，在英国工作的比利时人贝克兰德在前人基础上深入研究苯酚与甲醛反应，指出在不同的条件下，可得到两类树脂，一是酸催化下生成可溶可熔的，称虫胶代用品；另一个是碱介质中生成不溶不熔树脂。这是人类历史上第一个完全靠化学合成方法生产出来的树脂，其在中国的俗名是“电木”。

20世纪30年代，由于氨工业的发展，许多人对高压合成十分有兴趣。1935 6 年英国的鲁滨逊合成了聚乙烯。在此后的几十年里，聚丙烯、聚氯乙烯、基苯乙烯、有机玻璃等先后被合成。20世纪六七十年代之后，高分子合成业蓬勃发展，新的产物和新工艺层出不穷，合成了各种特性的塑料，使高分子合成的产品成为国民经济与日常生活不可或缺的材料。

第二章 常见的高分子材料

2.1 塑料

2.1.1 概述

塑料是以合成树脂（或天然树脂改性）为主要成分，加入某些具有特定用途的添加剂，经加工成行而构成的固体材料。

从塑料应用角度可分为通用塑料、工程塑料、功能塑料。通用塑料指产量大、用途广、易加工、成本低廉的塑料，如酚醛塑料、氨基塑料、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料等；工程塑料除具有通用塑料所具有的一般性能外，还具有优异的力学性能及耐热性、耐化学腐蚀性等优异的理化特性，在苛刻的环境中可以长时间工作，并保持固有的优异性能，适宜在工程上作为结构材料使用，如聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛等；功能材料指的是有某种或某些特殊性能的塑料，如导电塑料、导磁塑料、耐高温塑料等。

从加工性能可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料加热时变软以致熔融流动，冷却时凝固变硬，这种过程是可逆的，可反复进行；热固性塑料在第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度时产生分子链间化学反应，形成化学键，成为网状或三位体型结构而固化变硬，这一过程是不可逆的化学变化，固化后在加热时不再能使其变软和流动。

2.1.2 重要的通用塑料

2.1.2.1 聚乙烯的制备及产物特点

低密度聚乙烯（LDPE），又称高压聚乙烯，是在高温和特别高的压力下通过典型的自由基聚合过程得到的乙烯均聚物，其密度通常为0.910~0.925g/cm3。工业上大规模生产低密度聚乙烯的方法系高压本体聚合法，即将高纯度乙烯在微量氧或空气、有机或无机过氧化物等引发剂作用下，与98~343Mpa和150~330oC条件下自由基聚合反应而成。在工业生产上，根据聚合反应器的类型可分为釜式法和管式法。

低密度聚乙烯具有许多优良的性能，如透明性、封合性、易于加工，是当今聚合物工业中应用最为广泛的材料之一。低密度聚乙烯成型加工方便，操作简单，