本科生导论课程 高分子化工

1、高分子合成材料高分子合成材料 2 高分子材料的应用高分子材料的应用 衣衣 食食行行 住住用用 科技科技 3 涤纶做基料的 风帆、热气球 塑料建材、 产品包装、 电缆护套 通通 用用 高高 分分 子子 材材 料料 4 日用橡胶 制品 割胶 日化产品 外包装 5 工程塑料 制品 各种合成 橡胶制品 腈纶毛织品 6 各种合成 纤维制品 合成纤维纱腚 7 功能高分子材料 2000年年 德国研制的手表电视德国研制的手表电视 2001年年 日本索尼公司研日本索尼公司研 制的显示器制的显示器 8 功能高分子材料 9 10 天然高分子天然高分子 多糖类多糖类,多肽类多肽类,核酸核酸 O O O O O O O

2、 11 蛋白质蛋白质Protein 12 我被高分子 包围了呀！ 酚醛塑料酚醛塑料 涤纶涤纶 聚氯乙烯聚氯乙烯 有机玻璃 聚苯乙烯 聚四氟乙烯 塑料塑料 聚丙烯聚丙烯 法兰琳卡 天然高分子材料天然高分子材料 动物的皮革、毛和植物中的棉、动物的皮革、毛和植物中的棉、 麻、树木等，利用这些材料可做成麻、树木等，利用这些材料可做成 衣服、鞋、帽、房屋、生产工具等。衣服、鞋、帽、房屋、生产工具等。 但是，天然高分子材料不仅数量有但是，天然高分子材料不仅数量有 限，而且性能也有局限性，不能充限，而且性能也有局限性，不能充 分满足人类生活、生产的需要。分满足人类生活、生产的需要。 高分子材料的分类和用途高

3、分子材料的分类和用途 高分子材料是分子量大的高分子高分子材料是分子量大的高分子 化合物，相对分子质量通常约在化合物，相对分子质量通常约在 10000以上，是由低分子量分子经过以上，是由低分子量分子经过 共价键结合而形成的化合物。这些共价键结合而形成的化合物。这些 低分子原料称为单体，把单体连接低分子原料称为单体，把单体连接 起来形成高分子过程叫聚合反应。起来形成高分子过程叫聚合反应。 三大高分子合成材料三大高分子合成材料 1、合成树脂、合成树脂 2、合成橡胶、合成橡胶 3、合成纤维、合成纤维 树脂与塑料树脂与塑料 合成树脂合成树脂是人工合成的某些性能是人工合成的某些性能 与天然树脂相似的高分子

4、聚合物，与天然树脂相似的高分子聚合物， 是塑料的主要原料。是塑料的主要原料。 塑料制品塑料制品是由树脂粒子添加诸如是由树脂粒子添加诸如 填料、增塑剂、稳定剂、染料等经填料、增塑剂、稳定剂、染料等经 混合和压模所得到的产品。混合和压模所得到的产品。 聚合物添加剂聚合物添加剂 1、增塑剂、增塑剂-增加聚合物柔韧性、改善加工增加聚合物柔韧性、改善加工 性能的助剂。增塑剂的作用是削弱聚合物分性能的助剂。增塑剂的作用是削弱聚合物分 子间的作用力，从而降低软化温度，减小熔子间的作用力，从而降低软化温度，减小熔 体黏度，增加流动性。如邻苯二甲酸酯等。体黏度，增加流动性。如邻苯二甲酸酯等。 2、稳定剂、稳定剂

5、-防止聚合物在加工过程中受热防止聚合物在加工过程中受热 降解或使用过程中受环境影响而引起的老化降解或使用过程中受环境影响而引起的老化 变质。稳定剂又分为热稳定剂、光稳定剂和变质。稳定剂又分为热稳定剂、光稳定剂和 抗氧剂。抗氧剂。 聚合物添加剂聚合物添加剂 3、填充剂、填充剂-加入目的是增加聚合物的容积，加入目的是增加聚合物的容积， 降低成本。如碳酸钙、高岭土、滑石粉等。降低成本。如碳酸钙、高岭土、滑石粉等。 4、增强剂、增强剂-能显著提高聚合物制品的力学能显著提高聚合物制品的力学 性能，特别是抗张强度和挠曲强度。常用于性能，特别是抗张强度和挠曲强度。常用于 塑料的增强剂有玻璃纤维、碳纤维、玻璃

6、布塑料的增强剂有玻璃纤维、碳纤维、玻璃布 等；用于橡胶的是炭黑和白炭黑。等；用于橡胶的是炭黑和白炭黑。 5、着色剂、着色剂-塑料制品着成不同颜色，美化塑料制品着成不同颜色，美化 生活，或区别电线电缆等。可溶性和不溶性生活，或区别电线电缆等。可溶性和不溶性 着色基，如钛白粉、氧化铁红等。着色基，如钛白粉、氧化铁红等。 聚合物添加剂聚合物添加剂 6、阻燃剂、阻燃剂-聚合物多为易燃有机物质，为聚合物多为易燃有机物质，为 了使这些物质难燃，甚至不燃，通常要加入了使这些物质难燃，甚至不燃，通常要加入 阻燃剂。机理为产生自由基终止剂，捕捉活阻燃剂。机理为产生自由基终止剂，捕捉活 性自由基，中断聚合物氧化燃

7、烧的链锁反应；性自由基，中断聚合物氧化燃烧的链锁反应； 或分解产生较重的不燃气体，隔绝氧气。或分解产生较重的不燃气体，隔绝氧气。 7、抗静电剂、抗静电剂-绝大部分聚合物为优良的绝绝大部分聚合物为优良的绝 缘体，容易因摩擦而产生静电，使塑料制品缘体，容易因摩擦而产生静电，使塑料制品 吸尘；静电引起放电时，还会导致着火核爆吸尘；静电引起放电时，还会导致着火核爆 炸。抗静电剂主要是表面活性剂和导电剂。炸。抗静电剂主要是表面活性剂和导电剂。 热塑性塑料热塑性塑料 以热塑性树脂为基本成分的塑以热塑性树脂为基本成分的塑 料。一般具有链状线形结构。受热料。一般具有链状线形结构。受热 软化，可反复塑制。如聚乙

8、烯、聚软化，可反复塑制。如聚乙烯、聚 氯乙烯、聚苯乙烯等。氯乙烯、聚苯乙烯等。 热固性塑料热固性塑料 以热固性树脂为基本成分的塑以热固性树脂为基本成分的塑 料。加工成形后变为不溶不熔状态。料。加工成形后变为不溶不熔状态。 一般具有网状的体形结构。受热不一般具有网状的体形结构。受热不 再软化，不可反复塑制。例如酚醛再软化，不可反复塑制。例如酚醛 塑料、氨基塑料等。塑料、氨基塑料等。 几种常用的塑料几种常用的塑料 聚乙烯聚乙烯 单体单体：乙烯（：乙烯（ CH2= CH2） 性质性质：热塑性、绝缘性高，化学：热塑性、绝缘性高，化学 稳定性好。稳定性好。 用途用途：电缆、薄膜制品，日用品等。：电缆、薄

9、膜制品，日用品等。 几种常用的塑料几种常用的塑料 聚氯乙烯聚氯乙烯 单体单体：氯乙烯（：氯乙烯（ Cl CH = CH2） 性质性质：热塑性、耐化学腐蚀性好。：热塑性、耐化学腐蚀性好。 用途用途：硬聚氯乙烯塑料，制化工设：硬聚氯乙烯塑料，制化工设 备材料；软聚氯乙烯塑料，制电线备材料；软聚氯乙烯塑料，制电线 绝缘材料、薄膜、雨衣、软管等。绝缘材料、薄膜、雨衣、软管等。 几种常用的塑料几种常用的塑料 酚醛塑料酚醛塑料 单体单体：甲醛、苯酚：甲醛、苯酚 性质性质：热固性、电绝缘性良好。：热固性、电绝缘性良好。 用途用途：电器工业材料、日用品、机：电器工业材料、日用品、机 器零件及各种模压制品等。器

10、零件及各种模压制品等。 合成橡胶合成橡胶 橡胶是具有高弹性的高分子化合橡胶是具有高弹性的高分子化合 物，由比较少量的交联键连成网状的物，由比较少量的交联键连成网状的 柔性分子所组成。柔性分子所组成。 除高弹性外，橡胶还具有高电绝除高弹性外，橡胶还具有高电绝 缘性、耐水性、不透气性。某些橡胶缘性、耐水性、不透气性。某些橡胶 还具有耐化学腐蚀、耐高温、耐磨损还具有耐化学腐蚀、耐高温、耐磨损 等特殊性能。等特殊性能。 几种常用的合成橡胶几种常用的合成橡胶 顺丁橡胶顺丁橡胶 单体单体：1，3 丁二烯丁二烯 性质和用途性质和用途：弹性好、耐磨、耐低：弹性好、耐磨、耐低 温、耐老化性能好。用作轮胎、三温、

11、耐老化性能好。用作轮胎、三 角皮带、耐热胶管、胶鞋等。角皮带、耐热胶管、胶鞋等。 几种常用的合成橡胶几种常用的合成橡胶 丁苯橡胶丁苯橡胶 单体单体：1，3 丁二烯；苯乙烯丁二烯；苯乙烯 性质和用途性质和用途：耐磨性好、抗老化性：耐磨性好、抗老化性 能好，弹性较差。用于制作轮胎和能好，弹性较差。用于制作轮胎和 其他通用工业制品。其他通用工业制品。 几种常用的合成橡胶几种常用的合成橡胶 丁腈橡胶丁腈橡胶 单体单体：1，3 丁二烯；丙烯腈丁二烯；丙烯腈 性质和用途性质和用途：耐油性能好，耐磨、：耐油性能好，耐磨、 耐热性好，有良好的物理机械性能，耐热性好，有良好的物理机械性能， 电绝缘性能差。主要用

12、作耐油橡胶电绝缘性能差。主要用作耐油橡胶 制品。制品。 合成纤维合成纤维 合成纤维由单体小分子聚合而成，合成纤维由单体小分子聚合而成， 用作纤维的聚合物必须具有很高的拉用作纤维的聚合物必须具有很高的拉 伸强度，这就要求聚合物分子排成直伸强度，这就要求聚合物分子排成直 线而不是网状结构。线而不是网状结构。 常见的合成纤维有聚酯纤维（涤常见的合成纤维有聚酯纤维（涤 纶）、聚酰胺纤维（尼龙）、聚丙烯纶）、聚酰胺纤维（尼龙）、聚丙烯 腈纤维（腈纶）等。腈纤维（腈纶）等。 合成聚合物的原料合成聚合物的原料 聚合物的主要原料为单体和溶剂。聚合物的主要原料为单体和溶剂。 聚合物单体（多为不饱和化学结构）如聚

13、合物单体（多为不饱和化学结构）如 乙烯、丙烯、苯乙烯、丁二烯、丙烯腈乙烯、丙烯、苯乙烯、丁二烯、丙烯腈 等。溶剂主要有苯、甲苯、庚烷、加氢等。溶剂主要有苯、甲苯、庚烷、加氢 汽油等。另外还有一些助剂，如引发剂、汽油等。另外还有一些助剂，如引发剂、 催化剂、乳化剂、分子调节剂等。催化剂、乳化剂、分子调节剂等。 引发剂和催化剂引发剂和催化剂 烯烃单体可借热、光、辐射线的作用烯烃单体可借热、光、辐射线的作用 来引发，进行自由基聚合。工业上要求来引发，进行自由基聚合。工业上要求 聚合在有效的速度下进行，常加入少量聚合在有效的速度下进行，常加入少量 引发剂产生活性种，引发剂产生活性种， 引发聚合。引发剂

14、引发聚合。引发剂 主要是偶氮化合物和过氧化物两类。主要是偶氮化合物和过氧化物两类。 聚合反应催化剂聚合反应催化剂 离子型聚合时，使用的催化剂包括阳离子型聚合时，使用的催化剂包括阳 离子催化剂（离子催化剂（BF3、AlCl3、FeCl2等）、等）、 阴离子催化剂（烷基锂、含钾化合物等）阴离子催化剂（烷基锂、含钾化合物等） 及配位络合物催化体系（金属烷基化合及配位络合物催化体系（金属烷基化合 物及金属氯化物等）。物及金属氯化物等）。 聚合物生产过程聚合物生产过程 聚合物生产的特点聚合物生产的特点 1、单体具有双键和活性官能团，通过分子双、单体具有双键和活性官能团，通过分子双 键和活性官能团，生成高

15、聚物。键和活性官能团，生成高聚物。 2、高分子的分子量从几千至几十万，分子量、高分子的分子量从几千至几十万，分子量 及其分布的不同，对产品性能影响很大。及其分布的不同，对产品性能影响很大。 3、聚合和缩合反应的传热和传质情况不同于、聚合和缩合反应的传热和传质情况不同于 有机反应。有机反应。 4、产品有固体型、液体型，生产规模也不同。、产品有固体型、液体型，生产规模也不同。 按反应机理分为自由基聚合、离按反应机理分为自由基聚合、离 子型聚合及缩合聚合。许多重要的高子型聚合及缩合聚合。许多重要的高 分子材料，如高压聚乙烯、聚氯乙烯、分子材料，如高压聚乙烯、聚氯乙烯、 聚苯乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶等

16、都聚苯乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶等都 是采用自由基聚合反应而成。离子型是采用自由基聚合反应而成。离子型 聚合分为阳离子聚合、阴离子聚合和聚合分为阳离子聚合、阴离子聚合和 配位聚合。配位聚合。 聚合反应聚合反应 按结构分，有釜式聚合反应器、按结构分，有釜式聚合反应器、 管式聚合反应器、塔式聚合反应器、管式聚合反应器、塔式聚合反应器、 流化床聚合反应器等。其中釜式反应流化床聚合反应器等。其中釜式反应 器器 使用最普遍，约占聚合反应器的使用最普遍，约占聚合反应器的 80-90%，聚氯乙烯，聚氯乙烯、乳液丁苯橡胶、乳液丁苯橡胶、 顺丁橡胶等聚合物的合成均采用釜式聚合顺丁橡胶等聚合物的合成均采用釜式聚合

17、反应器。反应器。 聚合反应设备聚合反应设备 1、本体聚合、本体聚合-不加其他介质，只有单体本身不加其他介质，只有单体本身 在引发剂、热、光、辐射作用下进行的聚合。在引发剂、热、光、辐射作用下进行的聚合。 2、溶液聚合、溶液聚合-单体和引发剂溶于适当溶剂中单体和引发剂溶于适当溶剂中 的聚合，例如丙烯腈连续溶液聚合。的聚合，例如丙烯腈连续溶液聚合。 3、悬浮聚合、悬浮聚合-单体以小液滴状悬浮在水中进单体以小液滴状悬浮在水中进 行的聚合，如氯乙烯悬浮聚合。行的聚合，如氯乙烯悬浮聚合。 4、乳液聚合、乳液聚合-单体在水介质中，由乳化剂分单体在水介质中，由乳化剂分 散成乳液状态进行的聚合，如醋酸乙烯聚合

18、等。散成乳液状态进行的聚合，如醋酸乙烯聚合等。 聚合方法聚合方法 1、聚合物的分离、聚合物的分离-聚合反应得到的物料中还聚合反应得到的物料中还 含有未反应单体、水、引发剂等，经过凝聚分含有未反应单体、水、引发剂等，经过凝聚分 离和离心分离设备进行分离。离和离心分离设备进行分离。 2、聚合物的洗涤、聚合物的洗涤-分离后，仍含有可溶杂质，分离后，仍含有可溶杂质， 如引发剂、分散剂等，经水洗、碱洗除去。如引发剂、分散剂等，经水洗、碱洗除去。 3、聚合物的脱水与干燥、聚合物的脱水与干燥-洗涤后含水量较高洗涤后含水量较高 （40-70%），需要干燥。主要干燥技术有气流），需要干燥。主要干燥技术有气流 干

19、燥、沸腾干燥、喷雾干燥等。干燥、沸腾干燥、喷雾干燥等。 聚合产物分离与后处理聚合产物分离与后处理 高分子材料典型生产工艺高分子材料典型生产工艺 聚乙烯聚乙烯 高压法高压法 生产低密度聚乙烯（相对分子质生产低密度聚乙烯（相对分子质 量量10-50万）。聚合条件：压力为万）。聚合条件：压力为 100-300MPa, 温度为温度为200-300摄氏度。摄氏度。 制做薄膜、包装袋等。制做薄膜、包装袋等。 高分子材料典型生产工艺高分子材料典型生产工艺 聚乙烯聚乙烯 低压法低压法 生产高密度聚乙烯。聚合条件：生产高密度聚乙烯。聚合条件： 压力为压力为5MPa以下；温度为以下；温度为60-80摄摄 氏度，铝

20、、钛催化剂。氏度，铝、钛催化剂。 制做管材、日用品等。制做管材、日用品等。 功能高分子材料功能高分子材料 功能高分子材料既具有一般高功能高分子材料既具有一般高 分子的特性，又具有特殊功能，如分子的特性，又具有特殊功能，如 光学功能、生物化学功能、表面化光学功能、生物化学功能、表面化 学功能、医药功能、导电功能等。学功能、医药功能、导电功能等。 分离性功能高分子材料分离性功能高分子材料 离子交换树脂离子交换树脂-分子中含有活分子中含有活 性基团而能与其他物质进行离子交性基团而能与其他物质进行离子交 换的树脂。其主要原料为苯乙烯和换的树脂。其主要原料为苯乙烯和 二乙烯苯，大分子呈网状结构二乙烯苯，

21、大分子呈网状结构 例如：例如： 强酸性阳离子型交换树脂带有强酸性阳离子型交换树脂带有 磺酸基，用于去除钙离子、镁离子磺酸基，用于去除钙离子、镁离子 等制取软化水。等制取软化水。 其他离子交换树脂也可用于各其他离子交换树脂也可用于各 种化学品的分离、提纯、精制以及种化学品的分离、提纯、精制以及 废水处理等。废水处理等。 离子交换树脂离子交换树脂 导电性功能高分子材料导电性功能高分子材料 具有共轭双键结构的高分子材料具有共轭双键结构的高分子材料 通常具有半导性甚至导电性，例如通常具有半导性甚至导电性，例如 聚炔类的聚乙炔、聚苯乙炔等。聚炔类的聚乙炔、聚苯乙炔等。 可可 以制得导电橡胶、导电塑料、导

22、电以制得导电橡胶、导电塑料、导电 涂料等。涂料等。 在各类聚合物中，导电性是其跨度最大的在各类聚合物中，导电性是其跨度最大的 性能指标，从绝缘性能最好的聚四氟乙烯（性能指标，从绝缘性能最好的聚四氟乙烯（ 与绝缘材料石英相当），到导电性能最好的与绝缘材料石英相当），到导电性能最好的 聚乙炔（导电率接近良导体金属铜），其跨聚乙炔（导电率接近良导体金属铜），其跨 度为度为20多个数量级。多个数量级。 因此，聚合物既大量作为绝缘材料使用，因此，聚合物既大量作为绝缘材料使用， 也作为导电材料使用。也作为导电材料使用。 聚合物的导电性能聚合物的导电性能 在通常情况下，在通常情况下，电子不是导电的自由电电子

23、不是导电的自由电 子。当有机化合物中具有共轭结构时，子。当有机化合物中具有共轭结构时， 电电 子体系增大，电子得离域性增强，可移动范子体系增大，电子得离域性增强，可移动范 围扩大。因此可以说，高分子导电的必要条围扩大。因此可以说，高分子导电的必要条 件是应有使其内部某些电子具有跨键离域移件是应有使其内部某些电子具有跨键离域移 动能力的大共轭结构。事实上，已知导电高动能力的大共轭结构。事实上，已知导电高 分子材料的共同结构特征为分子内具有非常分子材料的共同结构特征为分子内具有非常 大的共轭大的共轭电子体系。电子体系。 聚合物导电原因聚合物导电原因 高分子液晶高分子液晶 一类高分子具有流体的流动性，一类高分