从聚氯乙烯到高分子化学聚氯乙烯工艺学——高分子化学143页PPT

航天器用高分子材料
高比强、高比模结构材料
火箭整流罩、卫星接口支架、液氢/液氧发动机共底、固体火箭发动机壳体等：碳纤维/环氧树脂复合材料
F-22的材料组成
钛合金：41%；铝合金：15%；钢：5% 树脂基复合材料: 24% 环氧树脂、聚双马来酰亚胺。用于雷达罩、进气道、机翼(含整体油箱等)、襟翼、副翼、垂尾、平尾、减速板及机身蒙皮等。
高分子材料具备金属和陶瓷等材料的性能特点，在几乎所有的应用领域大量地取代它们，甚至综合性能更优良。高分子材料的发展和应用，是20世纪改变人类生活、生产的20项发明之一
每年全球生产超过2亿吨聚合物材料以满足全世界的60亿人的使用需要。在这一生产过程，只消耗了全球原油年产量的4%。比较而言，全球每年采伐的木材量所等效的石油消耗却要比聚合物大一个数量级。
复合化 高性能的结构复合材料是新材料革命的一个重要方向。如，以玻璃纤维增强材料为主的复合材料不仅在当前已进入大规模生产和应用阶段，而且在将来仍会有所发展。
支柱
生物技术
先进材料
信息技术
能源环境 结构材料 军事 航空、航天
三大材料
金属 陶瓷 高分子
材料是人类进化史的里程碑，现代文明的重要支柱，发展高新技术的基础和先导。高分子材料扮演着极为重要的角色
高分子的应用Βιβλιοθήκη 未来为满足航天航空、电子信息、汽车工业、家用电器等多方面技术领域的需要，在机械性能、耐热性、耐久性、耐腐蚀性等方面性能进一步提高
高性能化
合成新的高分子 改性 通过新聚合反应控制分子结构(如: 阴离子活性聚合) 通过聚合方法和聚合过程的控制、提高性能(如: 齐格勒纳塔聚合)
可控制反应物空间立构、聚合物相对分子质量及相对分子质量分布的所谓可控聚合 活性聚合、酶催化聚合、微生物催化聚合 新型功能高分子材料的设计及合成 基于分子识别、分子有序组装的分子设计、组装化学和组装方法 包括分子改性和表面改性在内的聚合物改性方法和原理

纤维增强效果
纤维增强可以显著提高高分子材料的拉伸强度、弯曲强度 、冲击强度等力学性能，同时还可以改善材料的耐塑料、复合材料等领域，如 玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP） 等。
加工成型技术
加工成型方法
高分子材料的加工成型方法包括注塑成型、挤出成型、吹塑成型、压延成型等。这些方 法各有特点，适用于不同形状和尺寸的高分子制品的生产。
高分子催化剂
高分子催化剂在石油化工、有机合成 等领域具有催化效率高、选择性好等 优点。
生物医用高分子材料
生物医用高分子材料如人工器官、药 物载体、生物传感器等在医疗卫生领 域具有广泛应用前景。
发展趋势
向高性能、高功能化、智能化方向发 展，同时注重环保和可持续发展。
06
实验部分：高分子化学实验操作与注意事 项
汽车工业
轮胎、密封件、减震件等是汽车橡胶制品的 主要应用领域。
医疗卫生
医用手套、输液管、医用胶布等橡胶制品在 医疗卫生领域具有广泛应用。
日常生活
橡胶鞋、橡胶管、橡胶带等橡胶制品在日常 生活中随处可见。
发展趋势
向高性能、高耐磨、环保型橡胶方向发展， 如绿色轮胎、热塑性弹性体等。
纤维领域应用及发展趋势
发展历程
从天然高分子到合成高分子，经 历了漫长的岁月，随着科技的进 步，高分子化学得到了迅速的发 展。
高分子化合物分类与特点
分类
根据来源可分为天然高分子和合成高 分子；根据性能可分为塑料、橡胶、 纤维等。
特点
高分子化合物具有相对分子质量大、 分子链长、多分散性、物理和化学性 质独特等特点。
高分子化学研究意义
《高分子化学》PPT 课件
目录
• 高分子化学概述 • 高分子化合物合成方法 • 高分子化合物结构与性能 • 高分子材料改性与加工技术 • 高分子材料应用领域及发展趋势 • 实验部分：高分子化学实验操作与注意事

21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
从聚氯乙烯到高分子化别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！

46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
从聚氯乙烯到高分子化学聚氯乙烯工 艺学——高分子化学
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护

产业的发展。
02
高分子化合物结构 与性质
高分子化合物基本结构
链状结构
由长链分子组成，链上原子以共 价键连接，形成线性或支链结构。
网状结构
由三维空间的分子链交织而成，具 有高度的交联性和空间稳定性。
聚集态结构
高分子链在空间中的排列和堆砌方 式，包括晶态、非晶态、液晶态等。
高分子化合物聚集态结构
晶态结构
高分子化学ppt幻灯 片课件
目录
CONTENTS
• 高分子化学概述 • 高分子化合物结构与性质 • 高分子合成方法与反应机理 • 高分子材料制备与加工技术 • 高分子材料性能与应用领域 • 高分子化学前沿研究领域与展望
01
高分子化学概述
高分子化学定义与特点
定义
高分子化学是研究高分子化合物的 合成、结构、性能及其应用的科学。
维。
后处理
纺织加工
对初生纤维进行拉伸、 热定形、卷曲等后处理， 改善纤维的物理机械性
能。
将纤维加工成纱线、织 物等纺织品，满足服装、 家居用品等领域的需求。
05
高分子材料性能与 应用领域
塑料性能及应用领域
塑料主要性能
质轻、绝缘、耐腐蚀、易加工成型等。
应用领域
包装、建筑、汽车、电子电器、农业等。
发展趋势
高分子链在空间中规则排列，形 成晶体。晶态高分子具有优异的
力学性能和热稳定性。
非晶态结构
高分子链在空间中无规则排列， 呈现无序状态。非晶态高分子具
有较好的柔韧性和加工性能。
液晶态结构
介于晶态和非晶态之间的一种特 殊聚集态，高分子链在空间中呈 现一定程度的有序排列。液晶高 分子具有独特的光学、电学和力
高性能化、功能化、环保化。

新形成的自由基，有的可以继续引发链 增长。
有的新的自由基稳定性很好，不能引发 单体增长，最后和其他自由基发生双基终止。
在反应初期，如有这些小分子存在，引 发剂自由基先和他们反应，在这些小分子消 耗完以前，有一段时间不引发聚合，这段时 间叫“诱导期”，这种现象叫阻聚作用，有 这类作用的小分子叫阻聚剂。
①碳链聚合物，主链全是碳
②杂链聚合物，除碳外，还有氧、氮、硫 等
③元素有机聚合物，主链无碳，又硅、硼、 铝、氧、氮、磷等组成，但在侧基有有 机基团。
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3、聚合物的命名
①国际标准命名，很规范，每个名称明确一个聚 合物，但很麻烦，除非天天再用这名称，否则 很难一下子知道是什么聚合物，不及习惯的称 呼方便，所以很少在聚合物上用，即使在国际 上大多还是以习惯法来称呼。
任何自由基聚合都有链引发、链增长和 链终止的过程，其中链的引发速度最慢，成 为控制聚合速率的关键。
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4、链转移
在聚合过程中链自由基，有可能从单体、 溶剂、引发剂等低分子或大分子上夺取一个 原子终止增长，并使失去原子的分子产生新 的自由基。这样的反应叫链转移反应。
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②习惯命名
a、由一种单体聚合的高聚物，在单体名前加一 个“聚”，如聚乙烯
b、两种单体合成的聚合物，用两种单体的简称 后加树脂，如酚醛树脂
c、依聚合物结构来命名的，如聚酰胺、聚酯、 聚碳酸酯
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d、商业名，如尼龙是聚酰胺的商品名，尼龙66， 前部分数字是胺的碳数，后部分数字是酸的碳数。
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5、自由基聚合反应的特征 概括起来如下： ①任何自由基聚合从微观上看都有链引发、链 增长和链终止的过程，其中链的引发速度最慢，成 为控制聚合速率的关键。 ②只有链增长才能使聚合度增加，从链引发、 链增长到链终止的过程极快，不能停留在中间阶段， 反应混合物中仅有单体和聚合物。在聚合过程中， 聚合度变化较小。 ③在聚合过程中，引发剂逐渐分解，单体浓度 逐步降低，聚合物浓度相应提高，延长反应时间， 仅提高转化率，对分子量影响小。 ④由于链终止的多样性和随机性，分子量分布 宽。 ⑤少量阻聚剂（0.01-0.1%）足以使聚合终止。

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六、医用PVC
聚氯乙烯（PVC）类材料制造的方便性、以及这类材料与静脉 （intravenous，IV）注射液和血液之间良好的相容性，使其在医疗领域有 广泛的应用。
PVC在各种各样的医疗产品中有着悠久的使用历史。PVC在医疗产品 中的应用包括输液袋、输血袋、输注设备等等。这些医疗设备经过了世 界范围内包括FDA在内的无数政府机构和独立健康机构的严格的监管审查。 在过去40多年的使用过程当中，这些材料的安全性已经经过了50亿到70 亿急性接触住院天数以及10亿到20亿慢性接触住院天数的证明，并没有 发现PVC类材料具有任何反作用。
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3.阻燃剂：
能阻止燃烧，降低燃烧速度或提高着火点的物质。
4.发泡剂：
是一类能使处于一定黏度范围内的液态或塑性状态的塑料、橡胶 形成微孔结构的物质。
物理发泡剂
利用其在一定温度范围内物理状 态的变化而产生气体，在使用过 程中不发生化学变化
发泡剂
化学发泡剂
指在发泡过程中通过化学变化 产生气体而达到发泡目的的物 质
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5.卫生性：
工业生产的PVC 树脂本身是无毒的，他的卫生性主要有 两个方面：
（1）树脂中残留的氯乙烯单体，经试验证明是对人体有害 的；
（2）在加工过程中使用的许多工业助剂，尤其是热稳定剂 具有不同程度的毒性。
近年来，随着PVC合成技术的提高，PVC树脂中氯乙烯单 体的含量成功降低到5x10-6以下，可生产出食品级PVC树脂。
ACR是一类丙烯酸酯类共聚物，是PVC最常用的加工改性 剂。
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（4）加工设备适应性
PVC是热敏性树脂，成型加工中极易热分解。因此，除了加入稳定剂外， 成型加工设备应具有避免物料长期受热、便于熔体流动的特性。 a.选用深螺槽螺杆； b.采用快速塑化和高速注射工艺； c.制品设计避免尖角，规避应力集中； d.设备、模具与PVC接触的部分应注意防腐处理。

本体聚合法
一般采用“两段本体聚合法”，第一段称为预聚合，采用高效引发剂， 在62~75°C温度下，强烈搅拌，使氯乙烯聚合的转化率为8%时，输送到另 一台聚合釜中，再加入含有低效引发剂的等量新单体，在约60°C温度下， 慢速搅拌，继续聚合至转化率达80%时，停止反应。 本体聚合氯乙烯单体中不加任何介质，只有引发剂。因此，此法生产 的氯乙烯树脂纯度较高，质量较优，其构型规整，孔隙率高而均匀，粒度 均一。但聚合时操作控制难度大，聚氯乙烯树脂的分子量分布一般较宽。
仅次于PE(聚乙烯)，位居世界第二。
聚乙烯单体的制备
工业上制备氯乙烯的方法主要有乙炔法、联合法、乙烯氧氯化法等。
电石法
是最早实现工业化生产的方法，具有投资少、技术简单、产品 纯度高的优点。其反应如下：
氯化氢可以从由电解食盐得到，乙炔可由碳化钙(电石)与水反应 制得。由于电石是由石灰石煅烧而得，故能耗大、成本高，因而该法 应用已逐渐减少。近几年由于石油短缺，该法又有所发展。
聚氯乙烯的应用
PVC的全球使用量在各种合成材料中高居第二，使用的 PVC可分为软硬PVC。（其中硬PVC大约占市场的2/3）。 软PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表层，但由于软 PVC中含有柔软剂，容易变脆，不易保存，所以其使用范围 受到了局限。 硬PVC不含柔软剂，因此柔韧性好，易成型，不易脆，无毒 无污染，保存时间长，因此具有很大的开发应用价值
1.聚氯乙烯异型材 型材、异型材是我国PVC消费量最大的领域，约占PVC总消费量的 25%左右，主要用于制作门窗和节能材料，目前其应用量在全国范 围内仍有较大幅度增长。
2.聚氯乙烯管材 聚氯乙烯管道是其第二大消费领域，约占其消费量的20%。在我国，聚氯乙烯管 较PE管和PP管开发早，品种多，性能优良，使用范围广，在市场上占有重要位置

加入增塑剂：通过加增塑剂可使PVC的 Tg降到室温以下。
3. 结晶结构——由PVC链上的间规短链段形 成的微晶，结晶度在5～25％之间。通用型 PVC在5～10%（40～60oC聚合）。聚合温度是 影响PVC的结晶度的关键因素。
聚合物温 度降低
PVC的立构规整性提高 PVC的支化度减少
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结晶度提高
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可塑性: 当塑料温度超过它的玻璃化温度
（Tg），且施加于其上的力超过它的 弹性极限后 ，他就会像粘性液体一样 地流动，塑料的这种性质称为 ~ 。
增塑：即聚合物增塑，是在树脂中加入一种物
质（增塑剂）或在聚合物制造过程中采 取一定措施（共聚、接枝）以改变聚合 物的力学性、降低Tg，增加塑性的方法
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取代不稳定的Cl原子
镉、锌皂类、羧酸二烷基烯和硫醇烯等都取代不稳定Cl。
与PVC不饱和部位反应
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金属氯化物对PVC的破坏作用
金属氯化物催化多烯与PVC链反应生成HCl。导致稳 定剂的稳定效果下降。
碱金属羧酸盐或碱土金属羧酸盐的“协同效应”。
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疏松型PVC适合制造软PVC 紧密型PVC适合制造硬PVC
聚合温度下降，疏 松度提高。
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3.2 PVC的结构 H
尾
头
<1一. >基链本结特构征C H 2 C + C H 2 C H l C
形聚合PV物C是。VCM单体多数C 以l头-尾结构相联的线
对于PVC来讲，聚合反应的温度是控 制分子量和链结构的决定因素。
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加工容易
产量大

逐步聚合（Step Polymerization）
单体分子或其二聚体、三聚体、多聚体间通过
多次缩合反应逐步形成高分子量聚合物的反应。
在低分子转变成聚合物的过程中反应是逐步进 行的，即每一步反应的速率和活化能大致相同 。
逐步聚合反应的特点：
反应早期, 单体很快转变成二聚体、三聚体、四聚体等 中间产物，以后反应在这些低聚体之间进行。 聚合体系由单体和分子量递增的中间产物所组成。 大部分的缩聚反应和聚加成反应都属于逐步聚合。
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加聚与缩聚的区别
各种 关系差异
反应物结构 差异 产物结构 差异
加成聚合
Addition Polymerization 烯类单体双键加成 形成以碳链为主的大 分子，称加聚物
缩合聚合
Condensation Polymerization 官能团之间的缩合 形成的大多为杂链聚合 物，称缩聚物 分子量不再是单体分子 量的整数倍 有低分子产生，结构单 元原子比单体的少
o o
无副产物
缩聚反应（Condensation Polymerization）
是缩合反应多次重复结果形成聚合物的过程； 兼有缩合出低分子和聚合成高分子的双重含义； 反应产物称为缩聚物。其特征是：
o o o
缩聚反应通常是官能团间的聚合反应； 反应中有低分子副产物产生，如水、醇、胺等； 缩聚物中往往留有官能团的结构特征,如 -OCO- -NHCO-，故大 部分缩聚物都是杂链聚合物； 缩聚物的结构单元比其单体少若干原子，故分子量不再是单体 分子量的整数倍。
连锁聚合反应实例：
1. 聚乙烯的合成
n C H C H 2 2
2. 聚氯乙烯的合成
n C H C H 2 C l
[ C H C H ] n 2 2