电子聚合物的高分子材料PPT课件

1、金属材料金属材料长盛不衰长盛不衰 金属材料与人类文明金属材料与人类文明 从神秘的形状记忆合金到未来能源材料之星储氢合金从神秘的形状记忆合金到未来能源材料之星储氢合金无机非金属材料无机非金属材料陶瓷、玻璃、水泥陶瓷、玻璃、水泥 从一个古老的材料王国到现代无机材料的再度辉煌。从一个古老的材料王国到现代无机材料的再度辉煌。 威力无比的先进结构陶瓷到奇妙无穷的功能陶瓷。威力无比的先进结构陶瓷到奇妙无穷的功能陶瓷。年轻的高分子材料年轻的高分子材料千姿百态千姿百态 20世纪新兴的材料王国现代生活的高分子材料世纪新兴的材料王国现代生活的高分子材料 功能高分子各显神通功能高分子各显神通先进的复合材料先进的复合

2、材料巧夺天工巧夺天工新型功能材料新型功能材料人类文明进步的阶梯人类文明进步的阶梯 生物材料、信息材料、环境材料、纳米材料、能源材料和智生物材料、信息材料、环境材料、纳米材料、能源材料和智能材料能材料材料人类社会文明大厦的基石第1页/共39页 高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。高 分 子 科 学高 分 子 化 学研究聚合反应和高分子化学反应原理，选择原料、确定路线、寻找催化剂、制订合成工艺等。研究聚合物的结构与性能的关系，为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导，是沟通合成与应用的桥梁。高 分

3、 子 物 理高 分 子 加 工研究聚合物加工成型的原理与工艺。 高分子科学第2页/共39页 远古时期天然高分子材料已得到应用 （皮毛、天然橡胶、 棉花、虫胶、蚕丝、木材等） 15世纪，美洲玛雅人用天然橡胶做容器，雨具等生活用品。 19世纪中期到后期天然高分子的改性和加工工艺得到开发 1839年美国人Goodyear发明了天然橡胶的硫化 1855年英国人Parks实现硝化纤维产业化 1870年Hyatt制得赛璐珞塑料（硝化纤维+樟脑+乙醇高压共热） 1887年，法国人Chardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝，制得了第一种人造丝。高分子材料种类的涌现第3页/共39页 20世纪初合成高分子得到

4、开发和应用 1907年，Baekeland为寻找虫胶的代用品，第一次用人工方法合成酚醛树脂 1926年，美国Semon合成了聚氯乙烯 1930年，合成聚苯乙烯 1933年，英国ICI公司高压聚乙烯问世 1935年，杜邦公司Carothers第一次用人工方法制成合成纤维尼龙66 1953年，低压PE，PP被聚合 高分子材料种类的涌现第4页/共39页OH+CH2OOHCH2OHOHOHCH2OHOHCH2O，OHCH2OHCH2nOH 通过控制苯酚和甲醛的摩尔比以及反应的pH值，可以合成出两种性能不同的酚醛树脂： （1）自固化热固性酚醛树脂：带羟甲基 （2）热塑性酚醛树脂：酚基与亚甲基连接，不带羟

5、甲基CH2O CH2OHCH2OHCH2CH2OCH2H2COHCH2OHCH2H2C返回第5页/共39页OCH2CH2OCOCO()n涤纶，聚对苯二甲酸乙二醇 酯（PET）尼龙66（聚己二酰己二胺）NH(CH2)6NHC(CH2)4C()nOOO(CH2)6OC(CH2)4C()nOO返回1940年，英国的温费尔德第6页/共39页 高分子（Macromolecular，Polymer）概念的形成和高分子科学的出现始于20世纪20年代。 高分子理论和聚合方法上的突破胶体理论聚合物淀粉水解产物葡萄糖葡萄糖缔合体天然橡胶裂解产物异戊二烯二聚环状结构缔合体 高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化

6、学反应（聚合）用化学键连接在一起的 第7页/共39页 高分子理论和聚合方法上的突破p1920年德国Staudinger发表了“ 论聚合 ”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。p1932年出版了划时代的巨著高分子有机化合物，成为高分子化学作为一门新兴学科建立的标志。p1953年诺贝尔奖 第8页/共39页 Paul J. Flory建立了高分子长链结构的数学理论（1948年） 推出高分子溶液的热力学性质,使粘度、扩散、沉降等宏观性质与分子微观结构有了联系。 高分子理论和聚合方法上的突破1974年诺贝尔奖第9页/共39页p1953

7、年德国人齐格勒 TiCl4+Al(C2H5)3低压聚乙烯；p意大利人纳塔 TiCl3+Al(C2H5)3等规立构聚丙烯p1963年齐格勒、纳塔获得诺贝尔化学奖。 高分子理论和聚合方法上的突破Karl Ziegler 18981973Giulio Natta 19031979石油裂解产物得到充分利用定位聚合的实现第10页/共39页p1956年，美国Szwarc提出活性聚合概念 高分子进入分子设计时代。 高分子理论和聚合方法上的突破活性聚合的实现Styrene-Butadiene-StyreneSBS弹性体CCCCCCCCCCCCCCCCCCHardHardSoft第11页/共39页 高分子理论和

8、聚合方法上的突破接枝共聚（graft）ABS树脂交替共聚（alternating）第12页/共39页 高分子理论和聚合方法上的突破导电聚合物的发现和发展 20世纪70年代中期发现的导电高分子，改变了长期以来人们对高分子只能是绝缘体的观念，进而开发出了具有光、电活性的被称之为“电子聚合物”的高分子材料，有可能为21世纪提供可进行信息传递的新功能材料。 Hideki Shirakawa, Alan G. MacDiarmid, Alan J. Heeger （2000年诺贝尔奖）NHpolypyrrole (PPy)nSpolythiophene (PT)npoly(phenylene vinyl

9、ene) (PPV)nHNHNNNpolyanilinen第13页/共39页性 质 和 用 途塑 料纤 维橡 胶涂 料胶粘剂功能高分子以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。具有可逆形变的高弹性材料。纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100倍。涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和保护作用的聚合物材料能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料第14页/共39页1870年31岁的印刷工人约翰海厄特发明赛璐珞（硝化纤维+樟脑）1907年贝克兰德发明酚醛树脂30、40年代合成高分子蓬勃发展时期：特别是乙烯

10、类单体的自由基聚合，如PVC、PS、PMMA、高压PE； 50年代高分子化学的历史性发展时期：低压PE、PP；60年代由于航空航天的需要而出现高温高分子的研究热：工程塑料 第15页/共39页按受热行为分热塑性塑料按使用范围和用途分通用塑料线型结构，能重复进行熔融、加工，能溶于适当溶剂热固性塑料立体网状结构，固化后受热不熔融，在溶剂中也不溶解工程塑料通用工程塑料特种工程塑料PE、PP、PVC、PS、酚醛树脂、氨基树脂PA、PC、POM、PPO等PI、PSF、PPS、PEEK、PTFE等（100150 ）（150 ）第16页/共39页第17页/共39页第18页/共39页橡树之泪天然橡胶硫化橡胶合成

11、橡胶18世纪法国人在南美发现野生橡胶树19世纪中叶，英国人取橡胶树的种子在斯里兰卡种植成功逐渐扩大到马来西亚与印尼等地第19页/共39页 橡胶的特性： 大分子链具有足够的柔性； Tg比室温低得多，在很宽的温度范围具有优异的弹性 橡胶的分类：天然橡胶特种合成橡胶通用合成橡胶合成橡胶丁苯、顺丁、乙丙、丁基、氯丁橡胶等丁腈、硅、氟、丙烯酸酯橡胶等第20页/共39页第21页/共39页天然纤维人造纤维合成纤维动物纤维：蚕丝、羊毛等植物纤维：棉花、麻等矿物纤维：石棉等再生蛋白质纤维再生纤维素纤维：粘胶纤维、铜铵纤维纤维素酯纤维：二乙酯、三乙酯纤维杂链纤维碳链纤维尼龙涤纶氨纶腈纶维伦氯纶丙纶第22页/共39

12、页合成纤维长丝纤维短纤维单丝：一根连续纤维复丝：8100单丝组成棉型：2538mm，主要用于与棉混纺中长型：5176mm毛型：70150mm，主要用于与羊毛混纺 (km)(几十几cm)按加工长度分：合成纤维常规纤维特种纤维按用途分：尼龙（锦纶）涤纶、维纶丙纶高功能纤维：医用功能纤维、光导纤维等高性能纤维：氨纶、芳纶纤维、碳纤维等第23页/共39页纤维的特点： 长度比直径大很多 具有一定的柔韧性第24页/共39页涂布在物体表面而形成的具有保护和装饰作用的膜层材料多组分体系：主要成膜物质、颜料、溶剂三种组分，此外还包括填充剂、增塑剂、增稠剂、稀释剂等；发展方向：水性涂料、粉末涂料、电泳涂料、光固化

13、涂料等 保护作用：防腐、增加物体表面硬度； 装饰作用： 可赋予物体表面丰富的色彩，还可修饰物体表面缺陷； 标志作用： 利用不同色彩来标示警告、危险、安全、前进、停止等信号； 特殊功能：隔热、防污、阻燃、导电、隐身（吸收电磁波）、阻尼（吸收声波）、示温等。作用：第25页/共39页2005年涂料行业发展报告第26页/共39页是一种把各种材料紧密粘合起来的物质一般为多组分体系：聚合物、固化剂、增塑剂、填料和溶剂等。按主要成分分：胶粘剂合成胶粘剂天然胶粘剂无机胶粘剂有机胶粘剂动物胶：骨胶、虫胶、鱼胶植物胶：淀粉、松香、阿拉伯树胶矿物胶：沥青、矿物腊热塑性树脂：PVAc、PVA、PA热固性树脂：酚醛、环

14、氧橡胶型：氯丁、丁腈、硅橡胶等按使用形式分： 单组分胶粘剂 双组分胶粘剂第27页/共39页按形态分：胶粘剂水性胶溶剂型胶：氯丁、丙烯酸酯类等无溶剂型胶：环氧热熔胶：SBS、EVA压敏胶水溶液：水乳液：考虑点：被粘物、使用条件、环保、价格等第28页/共39页第29页/共39页 反应性高分子材料：高分子试剂、高分子催化剂CH2CHCH3COClKMnO470%H2O2CH3SO3HCH2CHCHOCH2CHCOOHCH2CHCOOOH 高吸水性高分子材料 离子交换树脂 高分子膜第30页/共39页液晶高分子固态向液态转换时形成的一种具有特殊性质的中间相态，既具有液体的流动性，又具有晶体的双折射等光学

15、各向异性；分子中具有刚性棒状结构。制造具有高强度、高模量的纤维材料高分子液晶显示材料光开关第31页/共39页 在塑料中加入蓄光型发光材料经加工就可制成发光塑料。发光塑料是近年来兴起的一种高附加值新型功能材料。其产品如：交通领域通道标识、楼梯标识、标志线；发光涂料、发光开光、发光壁纸、工艺品、玩具、体育休闲用品。第32页/共39页 导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。目前，它已成为一门新型的多学科交叉的研究领域，并在世界范围内吸引了一大批材料设计专家。在共轭聚合物中掺杂碘以后，其电导率在104S/m左右，可以满足实际应用需要。发光二极管太阳能电池第33页/共39页生物功能高分子材料：用于与生物体接触以形成特定功能并相互作用的无生命材料。生物功能高分子材料医用高分子材料药用高分子（药物）仿生高分子材料第34页/共39页l骨骼-肌肉系统修复和替换材料：骨、牙、关节、肌腱等l软组织材料：皮肤、乳房、食道、呼吸道、膀胱等l心血管系统材料：人工心瓣膜、血管、心血管内插管等l医用膜材料：血液净化膜、分离膜、角膜接触镜等l组织粘合剂和缝线材料l临床诊断及生物传感器材料l齿科材料第35页/共39页50年代起，缓释型药物制剂 药用高分子材料药用高分子材料控释型药物制剂、靶向型药物制剂、 智能型药物制剂药物载体：第36