理化生应用广泛的高分子材料学习教案

1、会计学1理化生应用理化生应用(yngyng)广泛的高分子材料广泛的高分子材料第一页，共40页。三三大大支支柱柱产产业业能源能源材料材料信息信息是能源和信息发展的基础是能源和信息发展的基础有机合成高分子材料是有机合成高分子材料是材料工业的一个重要方材料工业的一个重要方面面 时代时代 的划分常以材料为标志的划分常以材料为标志 石器时代、青铜器时代、铁器时代、石器时代、青铜器时代、铁器时代、 钢铁时代钢铁时代 、高分子时代、高分子时代材料(cilio)简介第1页/共40页第二页，共40页。合合成成(hchng)材材料料合成合成(hchng)高分子材高分子材料料功能功能(gngnng)高分高分子材料子

2、材料复合材料复合材料高分子分离膜、液晶高分子、导高分子分离膜、液晶高分子、导电高分子、医用高分子、电高分子、医用高分子、高吸水性树脂高吸水性树脂塑料、合成纤维、合成橡胶塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料、黏合剂、涂料三大合成材料三大合成材料第2页/共40页第三页，共40页。一一 、塑料、塑料(slio)(slio)添加了特定添加了特定(tdng)用途的添加用途的添加剂的树脂剂的树脂树脂是指未经加工处理的、没有与各树脂是指未经加工处理的、没有与各种添加剂混合的聚合物种添加剂混合的聚合物塑料树脂添加剂塑料树脂添加剂树脂的本性决定树脂的本性决定(judng)了塑料的主要了塑料的主要基本性基本性能

3、，添加剂也起重要作用能，添加剂也起重要作用第3页/共40页第四页，共40页。决定决定 决定决定 线型结构线型结构(jigu)：网状结构：网状结构：结结构构(jigu)支链结构：支链结构：具有热塑性。可用作塑料薄膜、具有热塑性。可用作塑料薄膜、塑料袋。塑料袋。具有热固性。即加工成型不会受热具有热固性。即加工成型不会受热熔化。可用作电木（酚醛塑料）。熔化。可用作电木（酚醛塑料）。第4页/共40页第五页，共40页。热固性塑料再次受热时，热固性塑料再次受热时，链与链间会形成共价键，链与链间会形成共价键，产生一些产生一些(yxi)(yxi)交联，形交联，形成体型网状结构，硬化定成体型网状结构，硬化定型型

4、为什么两种塑料(slio)的特性不同呢?热塑性塑料具有长链状的线热塑性塑料具有长链状的线型结构型结构(jigu)(jigu)。受热时，。受热时，分子间作用力减弱，易滑动分子间作用力减弱，易滑动；冷却时，相互引力增强，；冷却时，相互引力增强，会重新硬化会重新硬化结构决定性质结构决定性质第5页/共40页第六页，共40页。热塑性塑料：高分子热塑性塑料：高分子(fnz)(fnz)链间无永久性的化链间无永久性的化学交联学交联, ,只有微弱的分子只有微弱的分子(fnz)(fnz)间作用力间作用力 以及以及由于链间纠缠所造成的暂时性物理交联，此交联由于链间纠缠所造成的暂时性物理交联，此交联会随加工过程而产生

5、有纠缠及去纠缠的现象；因会随加工过程而产生有纠缠及去纠缠的现象；因此热塑性塑料会随加热而有软化变形乃至于流动此热塑性塑料会随加热而有软化变形乃至于流动的现象的现象: :随温度下降则有固化变硬的情形，为可随温度下降则有固化变硬的情形，为可逆过程逆过程 。 第6页/共40页第七页，共40页。第7页/共40页第八页，共40页。热固性塑料：塑料在加工过程中受热发生聚合反热固性塑料：塑料在加工过程中受热发生聚合反应，透过交联剂应，透过交联剂(或称做架桥剂或称做架桥剂)的作用分子链间产的作用分子链间产生化学交联，形成紧密的网状结构。交联反应本生化学交联，形成紧密的网状结构。交联反应本身身(bnshn)是不

6、可逆的化学反应，因此热固性塑是不可逆的化学反应，因此热固性塑料在加工后并不会如热塑性塑料般会受热软化，料在加工后并不会如热塑性塑料般会受热软化，若温度过高则发生裂解而不会有软化变形的现象若温度过高则发生裂解而不会有软化变形的现象。 第8页/共40页第九页，共40页。第9页/共40页第十页，共40页。耳机线为什么总缠在一起耳机线为什么总缠在一起(yq)？聚乙烯分子链上的聚乙烯分子链上的碳原子完全由碳碳碳原子完全由碳碳单键相连，单键可单键相连，单键可旋转，使它不可能旋转，使它不可能成一条直线成一条直线(zhxin)，只能成，只能成不规则的卷曲状态不规则的卷曲状态。第10页/共40页第十一页，共40

7、页。1.聚乙烯聚乙烯高压聚乙烯高压聚乙烯低压聚乙烯低压聚乙烯合成条件合成条件分子结构类型分子结构类型有无支链有无支链高分子链长短高分子链长短相对分子质量相对分子质量高压高压(goy)高温引高温引发剂发剂较低压力较低压力(yl)催化催化剂剂线型线型支链型支链型有长短不一的支链有长短不一的支链少有少有(sho yu)或没有或没有相对较长相对较长相对较短相对较短较低较低较高较高第11页/共40页第十二页，共40页。高压聚乙烯高压聚乙烯低压聚乙烯低压聚乙烯熔融温度熔融温度密度密度硬度硬度分子间作分子间作用力用力低密度低密度相对相对(xingdu)较低较低相对相对(xingdu)较小较小相对相对(xin

8、gdu)较小较小相对较高相对较高高密度高密度相对较大相对较大相对较大相对较大高或低密度的聚乙烯均可溶解于适当的有机溶剂高或低密度的聚乙烯均可溶解于适当的有机溶剂（低密度聚乙烯）（低密度聚乙烯）（高密度聚乙烯）（高密度聚乙烯）第12页/共40页第十三页，共40页。影响高分子化合物熔点、密度影响高分子化合物熔点、密度(md)的因素的因素：(1)(1)高分子链越长高分子链越长相对相对(xingdu)(xingdu)分子分子质量越大质量越大分子间的作用力越大分子间的作用力越大熔点熔点、密度越高、密度越高(2)(2)链与链之间越密链与链之间越密链之间的作用链之间的作用力越大力越大熔点熔点(rngdin)

9、(rngdin)、密度越、密度越高高第13页/共40页第十四页，共40页。 聚乙烯聚乙烯(PE)(PE)产品产品(chnpn) (chnpn) 保鲜膜保鲜膜吹塑成型吹塑成型(chngxng)的的聚乙烯薄膜聚乙烯薄膜无毒，化学稳定性好，适合做食品无毒，化学稳定性好，适合做食品(shpn)(shpn)和和药物的包装材料药物的包装材料单体单体: CH2=CH2第14页/共40页第十五页，共40页。聚氯乙烯聚氯乙烯(j l y (j l y x)x)（PVCPVC）化学稳定性好，耐酸碱腐蚀化学稳定性好，耐酸碱腐蚀(fsh)(fsh)，使用温，使用温度不宜超过度不宜超过6060，在低温下会变硬，在低温下

10、会变硬分为：软质塑料和硬质塑料分为：软质塑料和硬质塑料单体单体(dn t): CH2=CHCl第15页/共40页第十六页，共40页。聚苯乙烯聚苯乙烯单体单体(dn t)：CH2=CHC6H5第16页/共40页第十七页，共40页。聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 （有机玻璃（有机玻璃(yuj b l)(yuj b l)）单体单体(dn t)：CH2=CCH3COOCH3第17页/共40页第十八页，共40页。单体单体(dn t)：CF2CF2第18页/共40页第十九页，共40页。酚醛塑料酚醛塑料(fn qun (fn qun s lio)s lio)单体单体(dn t)：苯酚苯酚(bn fn)、甲

11、醛、甲醛第19页/共40页第二十页，共40页。分组编号分组编号实验步骤实验步骤苯酚苯酚+甲醛甲醛+浓盐酸浓盐酸 苯酚苯酚+甲醛甲醛+浓氨水浓氨水产品外观产品外观加热试验加热试验酒精溶解酒精溶解结构特点结构特点水浴加热水浴加热15min洗净洗净(x jn)、 烘干烘干粉红色固体粉红色固体(gt) 软化（热塑性）软化（热塑性） 不软化（热固不软化（热固 性）性）溶解溶解不溶解不溶解线型结构线型结构 网状结构网状结构 第20页/共40页第二十一页，共40页。酚醛塑料酚醛塑料(fn qun s lio)单体单体(dn t)：苯酚苯酚(bn fn)、 甲醛甲醛OHHCHOOHCH2OHOHCH2 OHC

12、H2OHOHCH2n水浴加热水浴加热酚醛树脂的制备.wmv.flv酸性条件下线性结构酸性条件下线性结构第21页/共40页第二十二页，共40页。OH+ HCHOOHCH2OHCH2OHHOCH2碱性碱性(jin xn)条件下生成三羟甲基条件下生成三羟甲基苯酚苯酚第22页/共40页第二十三页，共40页。酚醛树脂酚醛树脂(fn qun sh zh)局部结构局部结构第23页/共40页第二十四页，共40页。下列高聚物经简单下列高聚物经简单(jindn)处理可以从处理可以从线型结线型结构变成体型结构的是（构变成体型结构的是（ ）CH2CH2CHCH2nCH3OH CH2CH2CH2CHCH2nClnCH2

13、CHnClABCDBC线型结构里必须还存在能发生线型结构里必须还存在能发生(fshng)加聚或缩聚反应的官能加聚或缩聚反应的官能团，如双键、羟基、氨基等，才团，如双键、羟基、氨基等，才有可能转变为体型结构。有可能转变为体型结构。第24页/共40页第二十五页，共40页。二、合成纤维二、合成纤维(hchngxinwi(hchngxinwi) )灼烧情况灼烧情况受酸溶液受酸溶液的影响的影响受碱溶液的受碱溶液的影响影响纯棉纯棉烧后呈粉状，烧后呈粉状，无异味无异味轻微轻微轻微轻微羊毛羊毛烧焦羽毛气味，灰烧焦羽毛气味，灰烬为黑色小颗粒烬为黑色小颗粒受腐蚀受腐蚀部分溶解部分溶解尼龙布尼龙布 接近火接近火 焰

14、时迅速焰时迅速卷缩，趁热可拉成卷缩，趁热可拉成丝，烧后不易破碎丝，烧后不易破碎几乎不变几乎不变几乎不变几乎不变第25页/共40页第二十六页，共40页。天然纤维：天然纤维：如棉花如棉花(min hua)、羊毛、羊毛、蚕丝和麻等蚕丝和麻等纤维纤维(xinwi)合成纤维：用石油、天然气等合成纤维：用石油、天然气等不含天然纤维的物质为原料，不含天然纤维的物质为原料，经过化学合成加工制得的纤维经过化学合成加工制得的纤维如腈纶如腈纶(人造羊毛人造羊毛(yngmo) 、锦纶、锦纶(尼龙尼龙)、维纶、氯纶、维纶、氯纶、涤纶涤纶(的确良的确良)和丙纶等和丙纶等“六大六大纶纶” 合成纤维具有合成纤维具有优良的性能

15、优良的性能：如：如强度高、弹性好、耐磨、耐化强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀和不怕虫蛀学腐蚀和不怕虫蛀等。等。第26页/共40页第二十七页，共40页。涤纶涤纶(dln)尼龙尼龙(nlng)纺纶纤维纺纶纤维(xinwi)织成织成的防弹衣腈纶的防弹衣腈纶腈纶腈纶第27页/共40页第二十八页，共40页。芳纶：全芳香族聚酰胺芳纶：全芳香族聚酰胺抗拉强度抗拉强度3.4GPa模量（模量（59190）GPa断裂断裂(dun li)伸伸长长5%第28页/共40页第二十九页，共40页。第29页/共40页第三十页，共40页。三三. .橡橡 胶胶 橡胶是制造飞机、汽车和医疗器械等所必需的橡胶是制造飞机、汽车和医疗器

16、械等所必需的材料材料(cilio)，是重要的战略物资。，是重要的战略物资。1、天然橡胶的化学、天然橡胶的化学(huxu)组成是聚异戊组成是聚异戊二烯：二烯：2、合成橡胶、合成橡胶(hchngxinjio)分为通用橡胶和分为通用橡胶和特种橡胶特种橡胶通用橡胶：通用橡胶：如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。特种橡胶：特种橡胶：如耐热和耐酸碱的如耐热和耐酸碱的氟橡胶氟橡胶、耐高温和耐严寒的、耐高温和耐严寒的硅橡胶硅橡胶等等性能全面，但易老化性能全面，但易老化性能不及天然橡胶全面，但其具有弹性、绝缘性、气性能不及天然橡胶全面，但其具有弹性、绝缘性、气密性、耐高温或低温等

17、性能。密性、耐高温或低温等性能。第30页/共40页第三十一页，共40页。橡橡胶胶产产品品第31页/共40页第三十二页，共40页。天然橡胶为何容易天然橡胶为何容易(rngy)老化？实验室老化？实验室盛哪些药品的试剂瓶的瓶塞不能用橡胶塞盛哪些药品的试剂瓶的瓶塞不能用橡胶塞？天然橡胶含有双键，易起加成反应天然橡胶含有双键，易起加成反应(ji chn fn yn)和易被氧化，所以易老化。和易被氧化，所以易老化。KMnO4 溶液、浓溶液、浓HNO3、液溴、汽油、苯、液溴、汽油、苯、四氯化碳等。、四氯化碳等。第32页/共40页第三十三页，共40页。nCH2=CH-CH=CH2催化剂催化剂C=CCH2CH2

18、HH n1 2 3 41 42 3两种：三叶两种：三叶(sn y)橡胶（顺式）、杜仲胶（反式橡胶（顺式）、杜仲胶（反式）第33页/共40页第三十四页，共40页。丁二烯和苯乙烯共聚丁二烯和苯乙烯共聚(gngj)而成的弹而成的弹性体，合成丁苯橡胶性体，合成丁苯橡胶CH2=CH-CH=CH2 CH2= CH 1,3-丁二烯丁二烯苯乙烯苯乙烯第34页/共40页第三十五页，共40页。硫化橡胶硫化橡胶(lihu xingjio)优点优点: 具有较高的强度、韧性具有较高的强度、韧性(rn xn)、良好的弹性和化学、良好的弹性和化学稳定性等稳定性等第35页/共40页第三十六页，共40页。四、复合材料四、复合材料(f h ci lio)1学与问学与问 每种材料都有它的优缺点：金属材料强度每种材料都有它的优缺点：金属材料强度(qingd)大大，但易受腐蚀；陶瓷材料耐高温，但脆性大；合成材料密，但易受腐蚀；陶瓷材料耐高温，但脆性大；合成材料密度小，但不耐高温等。但航天材料需要强度度小，但不耐高温等。但航天材料需要强度(qingd)大、大、耐高温、密度小的材料，海洋工程需要耐高压、耐腐蚀的耐高温、密度小的材料，海洋工程需要耐高压、耐腐蚀的材料。怎样才能获得这些特殊材料呢？材料。怎样才能获得这些特殊材料呢？