化学前沿——高分子材料116页PPT

q塑 处高料 状弹所 态态：形变很容橡 处易胶 状，所 态具有高弹性液 所。态 处树 状脂 态
q
粘流态：形变能任意发生，具有流动性。
温度升高
温度降低
一、塑料
1． 定义：是指具有可塑性能的高分子材料。
2. 分类
热塑性塑料
据受热可分为 热固性塑料
通用塑料 据应用可分为
工程塑料
3. 组成
树 脂 （ 主 要 成 份 ）
缺点：弹性和耐寒性比天然橡胶差。
用途：广泛用作海底电线绝缘材料，化工防腐 材料，耐油制品等。
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4. 丁腈橡胶
合成：
n C H 2 = C H -C H = C H 2+ n H 2 C C引 H 3 发 5 ℃ 剂
1.顺丁橡胶
合成：
n C H 2 = C H -C H = C H 2
CO 2 N O A i,2 lH (5 )3 C B F 3· (C 2 H 5 )2 O
H 2 C
C2H
CC
H
H
顺 丁 橡 胶 n
优点：弹性好，耐磨性能、耐低温性能 也较好。具有良好的物理机械性能。
缺点：抗斯裂强度、加工性能较差。
5. 硅橡胶 结构：
R
R
O Si O Si
R
Rn
优点：既耐低温，又耐高温。在-65 ~ 250℃保持 弹性。耐油防水，不易老化，绝缘性能也很好。
缺点：机械性能较差，耐酸碱不及其它橡胶。
用途：可作高温高压设备的衬垫，油管衬里，火 箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料。

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功能高分子材料
第 12 页
三、新型高分子材料
概念：既有传统高分子的机械性能，又有一些特殊性能的高分子材料。
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人工关节
人造心脏
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(1)合成方法 ①对 淀粉、纤维素 等天然吸水材料进行改性，在它们的高分子 链上再接上含 强亲水性原子团 的支链，以提高它们的吸水能力。
②以带有 强亲水性原子团 的化合物为单体，均聚或共聚得到亲水 性高聚物。
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功能高分子材料
第 15 页
材料名称
功能高分子材料
符合材料
概念
既具有传统高分子材料的 机械性能，又具有某些特 殊功能的高分子材料
两种或两种以上材料组合成 的新型材料，氛围基体和增 强体
性能
不同的功能高分子材料， 具有不同的性能
一般具有强度高、质量轻、 耐高温、耐腐蚀等优异性能
功能高分子材料
第5 页
2．分类 (1)新型 骨架结构 的高分子材料。 (2)特殊功能材料，即在合成高分子的 主链或支链 上引入某种 功能原子团 ，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、
医学等方面的特殊功能。
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功能高分子材料
第6 页

1
前言
高分子材料制品的性能 高分子材料成型加工性能
高分子材料本身性能
聚合物的结构与性能
会在加工过程中改变
2
影响高分子材料性能的主要因素
项目
高 分 子 化 合 物
材料制品
复合体系
主要因素
相对分子质量及其分布（相对分子质量及其分布） 立体规整性 共聚物组成（组成比、序列分布等） 结晶性（结晶构造、结晶度、结晶大小等） 结构缺陷 端基（结构、浓度） 反应性 降解性与老化性 交联（交联密度、交联点之间的相对分子质量）
4
聚合物的种类
合成树脂
分类依据
类
别
聚烯烃类（PE、PP、PS、EVA）
聚酰胺类（PA）
化学结构 乙烯基类（PVC、CPVC、PVDC）
丙烯酸酯类（PMMA）
聚苯醚酯类（PET、PBT、PC、PPO）
热效应
热塑性、热固性
结晶能力 结晶性、无定形
用途性能
通用型（PE、PP、PS、PVC、PF、UF） 工程型（＞50MPa、＞6KJ/m2 耐高温型（氟、硅橡胶）
4～13 13～29
构成主链的共价键键能大小，决定 主链断裂的难易、成型时的稳定性 和使用时的耐候性等，也与氧化、 臭氧化、水解等降解性有关。
主链断裂的可能性较小而有氧化、 臭氧化、水解等反应并存引起的降 解断裂较容易。
范德华力和氢键是高分子化合物间 的作用力，虽然并不大，但对高分 子化合物及其制品的影响是很大的， 如拉伸强度、弹性模量等机械性能 和Tg、Tm等的热性能。
广角X射线衍射法/%
64 87 93 70 82
核磁共振法/%
65 84 93 74 80
微晶大小/nm
19 36 39 26 33

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。

第三节 功能高分子材料 碳纤维复合材料，它具有强度高、耐疲劳、重量轻等优点，主要以聚丙烯腈为原料，也可用人造丝、石油沥青或煤沥青为原料。
碳纤维复合材料，它具有强度高、耐疲劳、重量轻等优点，主要以聚丙烯腈为原料，也可用人造丝、石油沥青或煤沥青为原料。 设想一下我们中国这样一个人口大国，利润有多么惊人！ 美国《时代周刊》这份杂志在全美乃至全球都很有影响力。 现在不仅是婴幼儿使用，还有供特殊成人使用的，更有趣的是有些宠物也系上了“尿不湿”出门溜达，以保护公共卫生。 如旱地种植、改良土壤、改造沙漠等。 传统吸水性的材料棉花为何有一定的吸水性？ 最初是为谁专门设计的呢？ （3）医用高分子材料： 玻璃钢产品在化工、石油、建筑、体育、国防、航空航天工业包括神州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用 吸收相当于自身几百倍到几千倍的水 高吸水性树脂加交联剂的目的是变线型结构为体型结构，使其既有吸水性而又不溶于水，耐挤压。 能够有选择地让某些物质通过，而把另外一些物质分离掉。 《时代周刊》评出20世纪最伟大的 100项发明，其中“尿不湿” 榜上有名 第三节 功能高分子材料 强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀 思考：如何以带有强亲水性原子团的化合物CH2=CHCOOH制得网状聚丙烯酸钠？ 思考：强吸水能力的功能高分子材料除了用于 “尿不湿”，还有哪些用途？
“神舟5号”、 “神舟6号”上天的三位 航天员先后也都使用了“尿不湿”
航天员专用“尿不湿”1克能吸收约1000克水 ， 吸水性远强于一般婴儿使用的“尿不湿”
• “尿不湿”是航天产品“下凡”的成功典范！ 现在不仅是婴幼儿使用，还有供特殊成人 使用的，更有趣的是有些宠物也系上了 “尿不湿”出门溜达，以保护公共卫生。
二、复合材料
1．复合材料涵义： 指两种或两种以上材料组合成的一种新型 材料。其中一种做为__基__体_，另外材料做为 _增__强__剂___。

•
1909年 美国人Leo Baekeland用苯酚与甲醛反应制造出第一种完全人工合成的塑料——酚醛树酯。
•
1920年 德国人Hermann Staudinger发表了“关于聚合反应”的论文提出：高分子物质是由具有相同化学结构
的单体经过化学反应（聚合），通过化学键连接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一词即源于此。
• 按高分子排列情况分类：结晶高聚物，非 晶高聚物。
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7
4. 性能介绍
• 高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制 和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子 材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具 有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从 而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个 领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个 方面不可缺少的材料。 很多天然材料通常是高 分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官 等。人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如 此。一般称在生活中大量采用的，已经形成工业 化生产规模的高分子为通用高分子材料，称具有 特殊用途与功能的为功能高分子
子化学作为一门新兴学科建立的标志。
•
1935年 杜邦公司基础化学研究所有机化学部的Wallace H. Carothers合成出聚酰胺66，即尼龙。尼龙在1938年
实现工业化生产。
•
1930年 德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出丁钠橡胶和丁苯橡胶。
•
1940年 英国人T. R. Whinfield合成出聚酯纤维（PET）。
天然橡胶。
•
1956年Szwarc提出活性聚合概念。高分子进入分子设计时代。
•
1971年S. L Wolek 发明可耐300℃高温的Kevlar。

③洗净、 烘干
产品外观 米黄色略带粉色 淡黄色
加热试验 软化（热塑性） 不软化（热固 性）
酒精溶解 溶解
不溶解
结构特点 线性结构
网状结构
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制备装置：
水浴加热
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视频
具有良好的电绝缘性，耐热抗水， 【人教版】高分子材料PPT教学课件1 但易被强酸强碱腐蚀，可制电工器 材，仪表外壳等
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高强纤维的代表: Kevlar
芳纶：全芳香族聚酰胺
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抗拉强度3.4GPa 模量（59～190） GPa断裂伸长5%
【人教版】高分子材料PPT教学课件1 【人教版】高分子材性塑料再次受热时， 链与链间会形成共价键， 产生一些交联，形成体型 网状结构，硬化定型。
◆ 聚乙烯(PE)产品 单体: CH2=CH2 聚合物：
耳机线为什么总缠在一起？
结构
聚乙烯分子链上的 碳原子完全由碳碳 单键相连，单键可 旋转，使它不可能 成一条直线，只能 成不规则的卷曲状 态，而且具有较好 的弹性。
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尼龙
腈纶
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涤纶
纺纶纤维织成 的防弹衣腈纶
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2003年3月26日，在伊 拉克的英国皇家海军陆战 队战士埃里克·沃尔德曼头 盔连中四枪。 沃尔德曼所 戴的头盔是这次英军专门 为战争打造的，其外层和 普通头盔没什么区别，里 料则采用的是一种名叫 “凯夫拉尔”的特制纤维。 该纤维含有高分子聚合塑 料，硬度比普通钢铁高 40%。质地如此坚硬，能 够刀枪不入也就不足为奇

• 氢键是与电负性较强的原子相结合的氢原子(如X—H)同时与另 一个电负性较强的原子(如Y)之间的相互作用，即(X—H…Y)．这 些电负性铰强的原子一般是氮、氧或卤素原子．一般认为在氢键 中，X—H基本上是共价键，而H…Y则是一种强而有方向性的范 德华力．这里把氢键归入范德华力是因为氢键本质上是带有部分 负电荷的Y与电偶极矩很大的极性键X—H间的静电吸引相互作用.
5
聚合物分子内与分子间相互作用力
• 物质的结构是指物质的组成单元(原于或分子)之间在相互吸引和排斥作用
达到平衡时的空间诽布．因此为了认识高聚物的结构，首先应了解存在于高聚 物分子内和分子间的相互作用．
• 化学键
构成分子的原子间的作用力有吸引力和斥力，吸引力是原子形成分于的结合力， 叫作主价力，或称键合力．斥力是各原子的电子之间的相互排斥力．当吸引力 和斥力达到平衡时，便形成稳定的化学键．
• 金属键 是由金属原子的价电子和金属离子晶格之间的相互 作用而形成的，无方向性和饱和性，赋予高导电性．在所谓的 “金属螯合高聚”(metallocene po1ymer)中可以说存在金属 键．
2024/6/20
7
• 范德华力
作用能: 2~8kJ/mol
是存在于分子间或分子内非键合原于间的相互作用力．两分子间的 范德华力F(r)及相互作用能E(r)是分子之间距离r的函数如图所示.
2024/6/20
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重要高分子材料
合成树脂和塑料: 填充增强增韧,降低成本. 教 材P332表7.4
➢ 通用塑料: 应用广, 产量大, 价格廉的塑料. 如聚烯烃: PE, PP, PS等; PVC; 酚醛, 环氧, 聚酯, 尿醛等.
➢ 工程塑料: 综合性能好, 可代替金属作工程材料, 制 造机器零部件的塑料. 最重要的有:

社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
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

典型的元素有机聚合物
CH3 [ Si O ]n
CH3
有机硅----聚甲基硅氧烷
33
第二节 高分子材料的分类
粘合剂
复合材料
6
5
塑料 1
三 按用途分
4 涂料
2
橡胶
3
纤维
进正 行把 分高实 类分际 的子上 一材， 种料按 方从用 法材途 。料分
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。 27
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。
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。
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。
OH H2N [ (CH2)6 C N ]n (CH2)6 COOH
HO OCN [ (CH2)6 N C O (CH2)4 ]n OH
HO [
CH3
O
C
O C O ]n OH
CH3
聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶树脂）
聚己二酰己二胺（尼龙—66）
聚ω —氨基己酸酯（尼龙—6） 聚氨酯 聚碳酸酯

第19页/共140页
溶剂的选择
溶度参数相近原则 极性相似相溶原则 溶剂化原则
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溶度参数相近原则
如何选择溶解高分子材料合适的溶剂是药物制剂中常 遇到的问题，如制备薄膜包衣液或制备控释膜，如何 来选择溶剂、应用何种不同性质的化合物来调节膜上 孔隙的大小，药物、溶剂和高分子的相容性如何等， 这就需要运用判断高分子溶解度及相容性的一般规律。 这些规律对聚合物的溶剂选择具有一定的指导意义。
?溶度参数相近原则极性相似相溶原则313溶剂的选择?极性相似相溶原则?溶剂化原则?如何选择溶解高分子材料合适的溶剂是药物制剂中常遇到的问题如制备薄膜包衣液或制备控释膜如何来选择溶剂应用何种不同性质的化合物来调节膜上孔隙的大小药物溶剂和高分子的相容性如何等这就需要运用判断高分子溶解度及相容性的一般规律
1
1 3
1 :2 1: 2
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极性相似相溶原则
对于非晶态极性聚合物不仅要求溶剂的溶度参数与聚 合物相近，而且还要求溶剂的极性要与聚合物接近才 能使之溶解，如聚乙烯醇是极性的，它可溶于水和乙 醇中，而不溶于苯中。
第24页/共140页
溶剂化原则ຫໍສະໝຸດ 溶度参数相近的聚合物一溶剂体系，不一定都能很好
只能发生溶胀。 交联度越大，溶解度越小。 交联度可以用交联点密度表示。交联聚合物中交联链
的结构单元数Nc占总结构单元数N的分数，通常用q表 示。Q=Nc/N。
第9页/共140页
制备药用高分子溶液的方法
药用高分子材料大多呈粒状、粉末状，如果将其直接 置于良溶剂中，易于聚结成团，与溶剂接触的团块表 面的聚合物首先溶解，使其表面粘度增加，不利于溶 剂继续扩散进人颗粒内部。
第33页/共140页

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【小结】1．功能高分子材料与复合 材料的概念、性能及应用
材料 名称
功能高分子材料
既具有传统高分子
概
念
材料的机械性能， 又具有某些特殊功
能的高分子材料
不同的功能高分子
性 能 材料，具有不同的
特征性质
应
用
用于制作高分子分 离膜、人体器官等
为（C ）
A.高分子的结构是长链状的 B.高分子间相互作用的分子间力较强 C.高分子化合物链里的原子是以共价键结合 的 D.高分子链之间发生了缠绕
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高 化学功 如反应性高分子、离子交换树脂、高
分 能高分 分子分离膜。鳌合高分子、高分子催
子 子材料 化剂、高分子试剂及人工脏器等。
材 料
生物功能高分子材料 如生物高分子模拟酶
医用高分子材料 高分子药物、人工骨材料
高分子分离膜
材料 探寻功能高分子材料时应考虑的问题：
1）具有什么样的主链？——单体
第三节 功能高分子材料
1、了解功能高分子材料的结构特点和重要性能； 掌握合成功能高分子的原理。
2、学习重点： 功能高分子材料的代表物的结构特点和重要性能
在高分子链上接上带有具有
某种功能的官能团使其在物理、化学、生物、医
学等方面具有特殊功能的高分子材料。
功 能
物理功 能高分 子材料
如导电高分子、高分子半导体。光导 电高分子、压电及热电高分子、磁性 高分子、光功能高分子、液晶高分子 和信息高分子材料等

谢谢！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
化学前沿高分子材料
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克