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高分子世界PolymerWorld

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高分子化学课件资料全

高分子化学课件资料全
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

名词解释高分子

名词解释高分子

1832年： Berzelius（Swedish Chemist）提出“Polymer”一词1838年： C.N.Goodyear 发明天然橡胶硫化的方法1907年：比利时人L.Backeland 合成酚醛树脂，首次人工合成1920年：H.Staudinger首次提出共价键联结的大分子概念高分子(polymer)：具有高的相对分子量，其结构必须是由多个重复单元所组成，并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来。

高分子化合物：或称聚合物，是由许多单个高分子组成的物质。

单体(monomer)：可进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子。

结构单元(structural unit)：构成高分子主链结构一部分的单个原子或原子团，可包含一个或多个链单元。

重复单元(repeating unit)：重复组成高分子分子结构的最小的结构单元单体单元(monomer unit)：聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元聚合度(degree of polymerization)：单个聚合物分子（或链段）所含单体单元的数目。

全同立构高分子(isotactic polymer)：主链上的C*的立体构型全部为D型或L 型。

间同立构高分子(syndiotactic polymer )：主链上的C*的立体构型各不相同, 即D型与L型相间连接。

无规立构高分子(atactic polymer)：主链上的C*的立体构型紊乱无规则连接。

遥爪高分子(telechelic polymer)：含有反应性末端基团、能进一步聚合的高分子。

均聚物(homopolymer)：由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。

共聚物(copolymer)：由一种以上单体聚合而成的聚合物。

生成共聚物的聚合反应称为共聚反应。

逐步聚合反应(step-growth polymerization)是指在反应过程中，聚合物链是由体系中所有聚合度分子之间通过缩合或加成反应生成的。

高分子材料 (Polymer materials)

高分子材料 (Polymer materials)

3.1 塑料的通性、分类、组成

分类
按材料的受热行为
可反复成型
热塑性塑料 热固性塑料
一次成型， 不可再塑
加工成型过程中 发生化学反应 – 固化
按材料的使用功能
3.1 塑料的通性、分类、组成
热塑性塑料：线型或支化聚合物 受热变软，冷却变硬；软化、变硬可往复循环； 可被适当溶剂溶解。
GB9685-2016 食品安全国家标准 食品接触材料及制品用添加剂 使用标准 （采用最大使用量、特定迁移量限制PAEs食品包装材料中
的应用）
3.2 主要添加剂及其作用
分类
引入方式
聚合物单体 与第二单体 共聚
破坏链的规整性， 结晶度；
内增塑剂 键合型增塑剂 外增塑剂 添加型增塑剂 主增塑剂
3.2 主要添加剂及其作用
增塑剂的耐久性
耐挥发性 耐抽出性
分子量大，挥发性低； 分子内基团体积大，挥发性低
增塑塑料浸入液体介质中(水、皂液、油、
取决： 增塑剂、所接触的 液体的相容性。
化学溶剂)，增塑剂从塑料内部向液体 介质中迁移的倾向。
耐迁移增塑剂： 高分子量极性聚酯
耐迁移性 增塑剂从制品内部向表面移动 制品变硬、
3.2 主要添加剂及其作用
增 塑 剂 Plasticizer
熔体粘度 玻璃化温度 弹性模量
改进高分子材料加工性，提高制品柔软性的一类物质。
增塑剂的基本理化性质特点：
高沸点、难挥发； 与高分子基质有一定的相容性 但不与其发生化学反应。
高沸点的稳定油状 有机液体 低熔点有机固体物质
加工成型过程中 发生化学反应 – 固化
通用塑料
按材料的使用功能

2.1.5 高分子聚合物

2.1.5 高分子聚合物

• 工程上应用最多的高分子材料是ABS、 PVC、UPVC，在板材、管材方面大有取 代金属材料如铸铁、刚等，甚至有些地 区的建设部门作硬性规定。服装上应用 最多的是晴纶、涤纶等。
H N O C N H
O HO C
对苯二甲酸
H C H H 聚氨酯的缩聚反应
O C OH
O C
H O H O C N H N
H C H H O H
H O CH2CH2
乙二醇
OH
O C O CH2CH2 O
+ H2O
涤纶高聚物
Initiators
• 连锁聚合反应 • 引发剂受热分解，形成自由基
O O O O
– – – –
H
连接形式 顺反结构 支化 交替
H H H H
全规聚丙烯的链段， 全规聚丙烯的链段，甲基在同侧
H
H H
H H
间规聚丙烯的链段， 间规聚丙烯的链段，甲基交替
H
H H
H
H
无规聚丙烯的链段， 无规聚丙烯的链段，甲基无规则
Chain Configurations
• 高聚物按链形状不同，可分为
O n HO C (CH2)5 NH2
heat
O C (CH2)5 NH 尼龙6 O
heat n
+ n H2O
ω−氨基己酸
O + n H2O
n
n H2N(CH2)6NH2 + n HOOC(CH2)4COOH 己二胺 己二酸
NH(CH2)6NHC(CH2)4C 尼龙66
Condensation Polymerization
uses
最常用的高聚物， 最常用的高聚物，塑料 电线绝缘层， 袋，电线绝缘层，软瓶 泡沬塑料、廉价模具、 泡沬塑料、廉价模具、 家用器皿、 家用器皿、玩具

高分子学科简介

高分子学科简介
1920年，德国人Staudinger发表了“论聚合”，标 志着高分子学说的建立。但直到1930年，才真正被接 受。30年代末才 被大众接受。此后开始了合成高分子 材料时代，高分子化学得到迅速发展。 1953年获得诺贝尔奖。
1920年施陶丁格发表了“论聚合”的论文，他从研究甲醛 和丙二烯的聚合反应出发，认为聚合不同于缔合，分子靠正 常的化学键结合起来。这篇论文的发表，就像在一潭平静的 湖水扔进一块石头，触发了一场严肃而又激烈的学术论战。
美国人Carothers 1896-1937（杜邦公司） 风靡一时的尼龙袜
3）、Ziegler和Natta配位聚合反应
20世纪五十年代中期，等规PE、PP聚合反应成功 （诺贝尔化学奖）
Ziegler 德国人
基础研究 与工业化 的完美结 合
Natta 意大利
4）、Merrifield和功能高分子的发展
能源工业
输电工程 轻便、容易 运输、安装
高分子材料的消耗率
3. 高分子学科的发展简史
人们没有高分子的概念，但木材、棉、麻、丝、漆、橡胶、 皮革和各种树脂等天然高分子材料都已经在人们的生活和 生产中得到了广泛的应用
高分子学说是难产儿，经过50年的争论才诞 生。在其诞生以前，已开始了合成高分子材 料的生产。高分子学说创立以前，不能忘记 的几个人和事。 1）Goodyear和天然橡胶的硫化（1839）
1926年，瑞典化学家斯维德伯格用超高速离心机 成功地测量了血红蛋白的平衡沉降，由此证明了高分子 的分子量的确是从几万到几百万。而在美国，卡罗瑟斯 通过缩合反应得到了分子量在2万以上的聚合物，支持了 大分子学说。 1932年，施陶丁格总结了自己的大分子理论，出版了 《有机高分子化合物——橡胶和纤维素》，成为高分子 科学诞生的标志。

高分子的基本概念单体

高分子的基本概念单体
4
高分子科学的发展历史-2
1868年：美国人J. Hyatt 发明了硝基纤维素，1870年商业化生产赛璐 珞(Celluloid)的商品---第一种人工塑料
1877年：德国科学家Kekule, 提出与生命有关的天然有机物蛋白质、 淀粉(starch)、纤维素等应具有长链结构。
1879年：法国化学家G. Bouchardat发现了异戊二烯(isoprene)的聚合现 象
一些热固性树脂就是高度交联的。而作为橡胶弹性材料则具有轻 度的交联结构。
22
共聚物 (Co-polymer)
由两种或两种以上单体聚合而成的聚合物叫共聚物。如在同一个聚 合釜中，将丁二烯与苯乙烯两种单体混合聚合，得到的是丁苯共聚 物：
CH2=CH + CH2=CH CH=CH2
[ ( CH2 CH )x ( CH2 CH=CH CH2 )y ]n
高分子科学的发展历史-3
1920年：德国科学家H. Staudinger发表了划时代的 文献“论聚合”[Berichte der deutschen chemischen Gesell-schaft (A and B Series), 53(6), 1073–1085, 12. Juni 1920]，认为：聚合 是小分子以共价键结合， 形成长链大分子的过程， 高分子溶液性质是长链大 分子的“分子胶体”的行 为，不同于小分子缔合形 成的胶束状态。
某种氨基酸，相互反应，失去小分子（水），聚合生成聚氨基酸， 这个氨基酸也称做单体
RO H2N C C OH
H
H2O
H RO
[ N C C ]n H
13
二聚体，三聚体……和齐聚物
聚合是逐步进行的，两个单体结合生成二聚体，二聚体也能和单 体结合生成三聚体，两个二聚体结合能生成四聚体，以此类推逐 渐生成更多聚体。

国际国内高分子知名会议

国际国内高分子知名会议

• 2006.10.15-2006.10.19 • 中国，绵阳 • 工程物理研究院化工材料研究所，清华大 学
• 2004.10.26-2004.10.29 • 中国，上海 • 华东理工大学，清华大学
国际高技术高分子材料学术会议
• 主办方 • 中国化学会 • 两年一届
• • • •
第七届 2012.11.07-2012.11.11 中国，西安 中国科学院化学研究所高技术材料实验室
• 第四届，主题-发展高分子科学，加强合作 和了解，服务社会造福人类 • 2006.5.28-2006.5.31 • 天津，中国 • 南开大学高分子化学研究所等
• • • •
第五届 2008.6.3-2008.6.6 上海，中国 华东理工大学材料科学与工程学院
国际高技术高分子学术会议
• International Symposium on Polymers for Advanced Technologies • 主办方 • the Polymers for Advanced Technologies journal • 两年一届
• 第一届 • 1991 • Jerusalem, ISRAEL（以色列，耶路撒冷）
• 第二届 • 1993 • Oxford, england （英国牛津）
• • • •
第三届 1995.6.11-1995.6.15 Pisa, ITALY（意大利，比萨） 未知
• 第四届 • 1997.8.31.-1997.9.4 • Leipzig, Germany（德国，莱比锡城）
• • • •
第八届 2005.9.13-2005.9.16 Budapest, Hungary（匈牙利，布达佩斯） Budapest University of Technology and Economics

高分子聚合新技术介绍

高分子聚合新技术介绍

GTP是以α，β-不饱合酯、酮、酰胺和腈类为 单体，以带有硅、锗、锡烷基基团的化合物为引发 剂，用阴(负)离子型或路易士酸型化合物作催化剂。 选用适当的有机溶剂，通过催化剂与引发剂端基的 硅、锗、锡原子配位，激发硅、锗、锡原子，使之 与单体的羰基氧或氮结合成共价键。单体中的双键 与引发剂中的双键完成加成反应，硅、锗、锡烷基 基团移至末端形成“活性”化合物。以上过程反复 进行，得到相应的聚合物。
分子偶氮化物，例如，采用类似于偶氮二异丁脂 合成中的水合肼路线，首先将双酮化物聚合，然 后氰氧化得到聚偶氮二异丁脂
利用聚酰胺的氧化和重排反应可制得另一种类型 的大分子偶氮化物。
(二)溶剂的影响 模板溶液聚合中，溶剂的选择既要有利于模板、
单体、聚合物的溶解，又要有利于聚合速率的提 高，因此成了一个专门的研究课题。
第二章 基团转移聚合反应
基团转移聚合反应 (Group Transfer Polymerization，简称GTP)
第一节 概 述
1982年，杜邦公司的O.W.Webster在美国化学会 第186次全国会议上提出。它是除自由基、阳离子、 阴离子和配位聚合外的第五种加聚技术，受到高分 子学术界的极大兴趣和高度重视。被认为是继本世 纪五十年代Ziegler发现用配位催化剂使烯烃定向聚合 之后的又一重要的新聚合技术。
特定结构的单体
制弹性体和光 敏性聚合物
环氧树脂 端羟基聚合物
二、引发剂 GTP的引发剂一般可分为下列几类：
Si的R“基团愈大，反应速度愈小；OR’基团中的R’可 有较大变化，借此可作为引入聚合物末端的不同官 能团。
总之，作为GTP的引发剂，含有较活泼
的R3M—C键或R3M—O键，极易被含活泼 氢的化合物分解，所以与阴离子型聚合的操 作和要求一样。在整个反应体系中必须避免 含质子化合物的存在，所有的仪器、设备和 试剂都要经过严格的干燥预处理，然后在抽 排空气和高纯氮气条件或真空中进行。

高分子发展史

高分子发展史

高分子发展史
重要会议
高分子发展趋势
1、生物医学中的人工组织支架、缓释药物胶囊
2、光电信息高分子材料
3、自组装、芯片封装材料等
4、燃料电池与锂离子电池、导电高分子材料
5、环境协调与友好性高分子材料：生物可降解高分子材料、绿色建筑涂料、
健康环保装饰材料
6、现代高分子膜分离技术等等
7、高性能化: 耐磨、耐高温、耐老化、耐腐蚀等
8、高功能化: 电磁、光学、生物等功能高分子材料、高分子分离膜、催化剂
等
9、复合化: 纤维增强材料，高性能的结构复合材料
10、精细化: 向高纯化、超净化、精细化、功能化等
11、智能化: 预知预告性、自我诊断、自我修复
12、自我增殖、认识识别能力等
总结
20世纪20～40年代是高分子科学建立和发展的时期；30～50年代是高分子材料工业蓬勃发展的时期；60年代以来则是高分子材料大规模工业化、特种化、高性能化和功能化的时期。

作为新兴材料科学的一个分支，高分子材料目前已经渗透到工业、农业、国防、商业、医药以及人们的衣、食、住、行的各个方面。

【完整】高分子时代的到来资料PPT

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实验2：1937年，研究橡胶的普梅雷 （R·Pumerer）终于分离出了极微量的 端基化合物，在实验上直接证明了橡胶 是直链型大分子。
高分子化学之父--Staudinger
“现在并没有发现大分子的结构里有 什么神秘和不正常的地方，根据简单 的有机化学理论，只要正常的有机化 合物通过一系列的化学反应，转变为 足够大和复杂的大分子，就可以成为 生命的源泉。”
证据： 实验1：1920年，瑞典化学家和物理学家斯韦伯发明 了超离心机,超离心机的发明使人们有可能用测定物质 沉降速度的方法，来定复杂大分子的分子量。如果把 含有蛋白质的胶体溶液在不同温度和不同盐溶液中进 行超离心分析，则可证明相应的蛋白质在各种情况下 分子量保持一致。这种情况与缔合观点是不相容的， 因为缔合物随盐溶液等各种不同会改变缔合度。 这成 为支持大分子概念的直接证据。
认为构成生命的大分子是靠
核酸DNA&RNA 1“反9现应07在 ，年并转，没变最有为早发足的现够聚大大合分和体子复酚的杂醛结的树构大脂里分被有子合什，成么就。神可秘以和成不为正生常命的的地源方泉，。根据简单的有机化学理论，物只要理正作常将的用会有连机多化接么合的物荒通胶谬过体一？系，列世的化界学
高分子时代的到来
高分子的概念
高分子(polymers)就是由简单的结构单元以 重复的方式连接而成的分子量特别大的物质。
1. 上的应用 马雅文明是最早应用高分子的文明。 1839年，硫化技术被用来改良天然橡胶的性能。 1907年，最早的聚合体酚醛树脂被合成。 虽然人们以对高分子有了应用，但人们对高分子的概念和基础理论所知甚少
Staudinger的观点
在当时只有德国有机化学家 STAUDINGER等少数儿个人不同意胶 体论者的上述看法。STAUDINGER发 表了“关于聚合反应”的论文，认为 聚合不同于缔合，它是分子靠正常的 化学键结合起来。天然橡胶应该具有 线性直链的价键结构式。1922 年,STAUDINGER进而提出了高分子 是由长链大分子构成的观点，动摇了 传统的胶体理论的基础。

高分子科学与材料概论第一章绪论神奇高分子世界MagicPolymerWorld

高分子科学与材料概论第一章绪论神奇高分子世界MagicPolymerWorld

高分子材料
➢材料与时代
石器时代 (Stone age) 新石器时代 (Neolithic age) 青铜时代 (Bronze age) 铁器时代 (Iron age)
高分子时代 (Polymer age)
高分子科学与材料概论第一章绪论 神奇的高分子世界
➢地位与关联
高高分分子子材材料料 660％0％
贝克兰德（Leo Baekeland）。
➢大分子概念提出
1920年，提出聚合反应生成高分子。
施陶丁格（Hermann Staudinger）。
➢奠定基础
1930－40年代，聚合方法及理论发展。
卡罗瑟斯（Carot。
高分子科学与材料概论第一章绪论 神奇的高分子世界
高分子科学与材料概论第一章绪论 神奇的高分子世界
高分子科学与材料概论第一章绪论 神奇的高分子世界
一、高分子基本概念
什么是高分子？
➢ 定义：高分子量的化合物 (>10000)
➢ 别称：聚合物 － Polymer 高聚物－High polymer 大分子－Macromolecule
➢ 对应：低聚物(<10000)－Oligomer 或齐聚物，寡聚物。
➢ 天然高分子材料 (Natural polymer)
纤维素(Cellulose)、淀粉(Starch)、天然橡胶(Natural rubber)等。
➢ 人造高分子材料 (Artificial polymer)
硝化纤维素（塑料、电影胶片、炸药）、粘胶纤维等。
➢ 合成高分子材料 (Synthetic polymer)
高分子科学与材料概论 第一章 绪 论
神奇的高 分 子 世 界 Magic Polymer World

高分子材料教学课件PPT

高分子材料教学课件PPT

• 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
19
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:

高分子世界PolymerWorld-高分子科学与工程系

高分子世界PolymerWorld-高分子科学与工程系

PU 或 PVC
Angew. Chem. Int. Ed., 2013，52，9422-9441.
三、发展历程
天然高分子利用
7000多年前，天然油漆 我国已使用天然油漆涂饰船只。中国漆(大漆)
1839年，天然橡胶硫化 美国人古德伊尔（Charlers Goodyear）。 1869年，第一种人工塑料 赛璐珞（ Celluloid，硝化纤维素） 美国 人海厄特（Jhon Wesley Hyatt）。 1887年，第一种人造丝 硝化纤维素，Count Hilaire de Chardonnet.
纤 维 Fibers
天然纤维：棉、麻、丝 人造纤维：粘胶纤维 (Viscose fiber)：
醋酸纤维 (Acetate fiber) 硝酸纤维
合成纤维：尼龙（Nylon）：结实耐磨
涤纶（Polyester fiber）:最挺括纤维 腈纶：最耐晒的纤维 氯纶：保暖性最好的纤维 丙纶：最轻的纤维
后起之秀，生气勃勃
高分子材料
材料与时代
石器时代 (Stone age) 新石器时代 (Neolithic age) 青铜时代 (Bronze age) 铁器时代 (Iron age) 高分子时代 (Polymer age)
地位与关联
陶瓷 10％
高分子材料 60％
金属 30％
高分子科学Nobel奖获得者
P.J.Flory（美)

1974 化学奖

利用等活性假设及直接的统计方法，他计算了高 分子分子量分布，即最可几分布，并利用动力学 实验证实了等活性假设； 引入链转移概念，将聚合物统计理论用于非线性 分子，产生了凝胶理论； Flory-Huggins格子理论； 1948年作出了最重要的贡献，即提出“排除体积” 理论和θ温度概念； 他的著作“Principles of polymer chemistry” （1953）是高分子学科中的Bible。

高分子材料简介(最终)

高分子材料简介(最终)

橡胶是有机高分子弹性 化合物。在很宽的温度 （－50～150℃）范围内 具有优异的弹性，所以 又称为高弹体。
能把各种材料紧 密地结合在一起 的物质。
生物医学材料的要求
医疗功能，就必须强调安全性。外用医疗材料与肌体接触
时间短，要求稍低，而与血液直接接触或植入体内材料则 要求较高，即要有良好的生物相容性。
重复加工性
溶剂中情况 化、UF、MF、EP
项目 加工特性 热塑性塑料 受热软化、熔融、 塑制成一定形状， 冷却后固化定型 再次受热，仍可软 化、熔融，反复多 次加工 可溶 线性高分子 热固性塑料 未成型前受热软化，熔融 可塑制成一定形状，在热 和固化剂作用下，一次硬 化定型 受热不熔融，达到一定温 度分解破坏，不能反复加 工 不溶 由线性分子变为体形分子
聚合物
聚对苯二甲酸乙二酯， 涤纶，PET
HO O (C O C OCH2CH2O ) n HO O C
单
O C
体
+ OH HOCH2CH2OH
单体单元
O C O C
聚合度
2n n
OCH2CH2O O C O C OCH2CH2O
O C
O C OCH2CH2OH
1.1 高分子基本概念
末 端 基 团 End Groups 高分子链的末端结构单元。 涤纶：
如聚丙烯，单体是：CH2=CH-CH3
H H H H H H C C C C C C H CH3 H CH3 H CH3
( CH2CH ) n CH3
1.1 高分子基本概念
单体单元
Monomer(ic) Unit
聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元。
聚 合 度 Degree of Polymerization，DP 每个聚合物分子所含单体单元的数目。

第一讲_高分子新时代和高分子科学R

第一讲_高分子新时代和高分子科学R

价廉！
轻便 强度高 易于加工成型 性能易于控制 使用安全 废弃物易于处理
波音787 50%复合材料
7
信息时代的高分子
Polymers for Information Technology
LCD after using polymer optical compensation films: Polymer light emitting diodes （LED）:
法则： 凡是人类的创造都有矛盾性 敬畏自然，探究规律 与高分子共存，个人必要修养
例1 高分子与能源革命
• 耗能 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。 • 量效比 与全球每年产生的约500亿吨生物物质相比，聚合物的产量是如此的 微不足道。然而，聚合物材料的使用却对全球经济产生了巨大的影响，它对美 国GDP的贡献达到4%。当全世界人口比现在翻一番时，聚合物的生产规模可能是 现在的三倍甚至四倍 •新能源工程 高分子起着无可替代的作用，风能，太阳能，潮汐发电……
工业制造领域，制出了航空航天用结构 件，在私家车库里造出实用枪械，甚至打 印机也可以打印出来，实现自我增殖。
3D打印的无人飞机
美国牛人使用3D打印 机在家中打印了一支0.22 英寸口径的塑料步枪，并 且能够发射子弹。
3D打印建筑
荷兰建筑事务所 Universe Architecture 以莫比乌斯环（一 个边界一个面）为原型，利用 3D 打印技术创造了这座“没有起 点也没有终点”的建筑——Landscape House。
近期进展举例: 喷漆式电池 Rice NhomakorabeaUniv.,Texas

高分子专业相关国内外知名会议

高分子专业相关国内外知名会议

世界高分子大会 World Polymer Congress
主办方 IUPAC （International Union of Pure and Applied Chemistry）国际纯粹与应用化学联合会
两年一届
东亚高分子会议
主办方中国化学会
两年一届
国际高技术高分子学术会议 International Symposium on Polymers for Advanced Technologies
主办方 The Polymers for Advanced Technologies journal
两年一届
高分子化学国际学术研讨会
主办方中科院长春应化所高分子物理与化学重点实验室
两年一届
全国高分子年会（全国高分子学术论文报告会）
主办方中国化学会高分子学科委员会
两年一届
全国高分子材料科学与工程研讨会
主办方中国机械工程学会、中国材料研究学会
两年一届
国际高技术高分子材料学术会议
主办方中国化学会
两年一届
国际高分子材料工程大会
主办方上海交通大学、中国科学院化学所等一批著名的科研院所共同发起。

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合成高分子问世
1909年，第一种合成塑料 酚醛树脂，美国人 贝克兰德（Leo Baekeland）。
大分子概念提出
1920年，提出聚合反应生成高分子。 施陶丁格（Hermann Staudinger）。
奠定基础
1930－40年代，聚合方法及理论发展。 卡罗瑟斯（Carothers），美国人。 弗洛里（Paul Flory），美国人。
金属 30％
三分天下有其一
能源
Energy
左右逢源
信息
Information
高分子材料
Polymer Materials
环境
Environment
生物 化 学
Biology
高分子材料分类
从来源
天然高分子材料 (Natural polymer)
纤维素(Cellulose)、淀粉(Starch)、天然橡胶(Natural rubber)等。
人类从起源以来
就与高分子结下了不解之缘

生命体系其根本
都是由高分子组成

衣食住行 离不开高分子材料
一、高分子基本概念
什么是高分子？
定义：高分子量的化合物 (>10000)
别称：聚合物 － Polymer 高聚物－High polymer 大分子－Macromolecule
对应：低聚物(<10000)－Oligomer 或齐聚物，寡聚物。
授课老师
白如科 洪春雁 邹 纲 张其锦 张兴元 王延梅 朱平平 刘世勇 刘和文 葛学武 陈昶乐 尤业字 徐航勋 梁好均
周次
二 三 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 十三 十四 十五
月
3
日
8 15 22 29
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高分子科学与材料概论 第一章 绪 论 神奇的高 分 子 世 界 Magic Polymer World
“高分子概论”课程介绍
目的及要求：介绍高分子学科与材料的概貌，希望对 高分子学科有初步的了解。
学时及学分：40学时，2学分。
学时分配：上课28学时，作业12学时(写论文）。 考核成绩：写一篇论文，不少于3500字，6月15日前交。
课件下载：
高分子科学与工程系网页 “教育培养” “本科生教育” “高分子概论”课件
高分子科学与材料概论课程上课时间表
章 目
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 第十三章 第十四章
内 容
绪论：神奇的高分子世界 高分子的设计与合成 光与高分子材料 光子学聚合物 高分子导体及半导体 聚合物在生物高分子中的分离作用 凝聚与溶解 高分子化学与超分子功能材料 高分子复合材料 电离辐射与高分子材料 环境与高分子材料 生物医用高分子 超分子化学与纳米高分子材料 DNA组装与分子机器
生物高分子 (Biopolymer)
具有生物功能, 如蛋白质(Protein)、核酸 (Nucleic acid)等。
高分子材料的特点
质轻：常用塑料的密度为1g/cm3，是钢铁的1/10。 耐温范围宽：硅橡胶(－80℃) 聚苯并咪唑（600℃) 碳纤维（4000℃） 性能优异：高强度（Kevlar，比强度为钢的8倍） 高模量 高弹性（伸长率1000％） 透明性好 抗腐蚀好 光、电、磁等功能 种类多：满足不同的需求。 易加工：节能、低成本。
碳纳米管
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
石墨
石墨烯
金刚石
二、高分子科学与材料
高分子学科
高分子化学（Polymer chemistry)
合成机理、结构设计、控制方法。
高分子物理（Polymer physics)
物理性质、结构与性能的关系。
高分子工艺学（Polymer technology）
合成工艺、加工工艺。
后起之秀，生气勃勃
高分子材料
材料与时代
石器时代 (Stone age) 新石器时代 (Neolithic age) 青铜时代 (Bronze age) 铁器时代 (Iron age) 高分子时代 (Polymer age)
地 60 ％
(Coating)
(Adhesive)
高分子材料分类
从组成及功能
有机高分子 (Organic Polymer)
主链以碳氢为主，如聚乙烯、聚丙烯等。
无机高分子 (Inorganic Polymer)
主链由杂原子构成, 如SiO2等。
复合高分子材料 (Polymer Composite)
聚合物与无机材料复合，如玻璃钢，轮胎。
什么是聚合反应？
聚合反应－Polymerization
小分子化合物 聚合物
聚合物 (Polymer): 聚乙烯（Polyethylene，PE） 单体 (Monomer): 乙烯（Ethylene）
聚合物聚合度与分子量
结构式：
NH(CH2)6NH
结构单元 重复单元
CO(CH2)4CO
结构单元
人造高分子材料 (Artificial polymer)
硝化纤维素（塑料、电影胶片、炸药）、粘胶纤维等。
合成高分子材料 (Synthetic polymer)
有机玻璃、涤纶、尼龙等。
高分子材料分类
从用途
塑料
橡胶 纤维
(Plastics)
(Rubber) (Fiber)
涂料
粘合剂
PU 或 PVC
Angew. Chem. Int. Ed., 2013，52，9422-9441.
三、发展历程
天然高分子利用
7000多年前，天然油漆 我国已使用天然油漆涂饰船只。中国漆(大漆)
1839年，天然橡胶硫化 美国人古德伊尔（Charlers Goodyear）。 1869年，第一种人工塑料 赛璐珞（ Celluloid，硝化纤维素） 美国 人海厄特（Jhon Wesley Hyatt）。 1887年，第一种人造丝 硝化纤维素，Count Hilaire de Chardonnet.
n
聚合度：大分子中的重复单元数或结构单元数，n。 数均聚合度 Xn 、重均聚合度 Xw 。 分子量：数均分子量 Mn 、重均分子量 Mw 。
聚合物结构类型
线型 Linear Polymer
支化型 Branched Polymer 交联型 Crosslinked Polymer 星型及树状 Star Polymer Dendrimer