高分子物理与化学

1、会计学1高分子物理与化学高分子物理与化学第1页/共109页1第2页/共109页第3页/共109页高分子高分子也叫也叫高分子化合高分子化合物物，是指分，是指分子量很高并子量很高并由共价键连由共价键连接的一类化接的一类化合物合物 Macromolecules, High Polymer, Polymer第4页/共109页l合成高分子的低分子原料称为l在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为聚合聚合一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成。通过共价键重复连接而成。例如例如1.1.CH2 CHCH2-CH-CH2-CH-CH2

2、-CHnCH2 CHn第5页/共109页l n 表示重复单元数，也称为链节数, 在此等于nxDP第6页/共109页00nMDPMxM nDPxnn H2N-(-CH2-)-COOH-NH-(-CH2-)-CO-nn H2O+55第7页/共109页H-NH(CH2)6NH-CO(CH2)4CO-OHnH2N(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH2.2.(2n-1) H2O+第8页/共109页nDPxn22002MDPMxMn 但, 第9页/共109页 -( CH2-CH=CH-CH2 -)-(-CH2-CH-)-xyn第10页/共109页第11页/共109页ACB第12页/共109

3、页A A B尼龙尼龙 40 15040 150纤维素纤维素 60 25060 250乙烯基乙烯基 100 400100 400聚合物聚合物ACB第13页/共109页第14页/共109页第15页/共109页 第16页/共109页第17页/共109页iiiiiiiiinMNMWWNMNNWM)(第18页/共109页iiiiiiiiiwMWMNMNWWM2M第19页/共109页iiiMWZ 232iiiiiiiiiiizMNMNMWMWZMZM1qqiiiiMNMNM3q2q1qZwnMMM第20页/共109页 MKMark-Houwink方程K, 方程K, 是与聚合物、溶剂有关的常数是与聚合物、溶

4、剂有关的常数111iiiiiiiMNMNWMWMwMM 第21页/共109页 40000510105101054NiNiMiMn850001051010)10(5)10(105425242NiMiNiMiMw800001051010)10(5)10(106 . 015416 . 0516 . 04M第22页/共109页98000)10(5)10(10)10(5)10(10MNMNM25243534iiiiz23第23页/共109页 第24页/共109页 逐步沉淀分级逐步沉淀分级 逐步溶解分级逐步溶解分级 GPC(凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱第25页/共109页第26页/共109页第27页/共109

5、页第28页/共109页第29页/共109页p CH2-CH-CH2-CHClClCH2-CH-CH-CH2-CH2-CHCl ClCl头头- -尾结构尾结构头头- -头、尾头、尾- -尾结构尾结构第30页/共109页 a C bdcHHHHRRRRHHHHRRRRRRRRHHHHRHH第31页/共109页顺式（天然橡胶）顺式（天然橡胶）反式（古塔波胶）反式（古塔波胶）CH2CH2CH2HCH3HCH3CCCH2CC第32页/共109页第33页/共109页1.3 高分子化合物的命名和分类 以单体名称为基础，在前面加“聚”字 乙烯 丙烯 氯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯

6、酸甲酯 取单体简名，在后面加“树脂” 、“橡胶”二字 如 苯酚 甲醛 酚醛树脂 尿素 甲醛 脲醛树脂 甘油 邻苯二甲酸酐 醇酸树脂 丁二烯 苯乙烯 丁苯橡胶第34页/共109页合成纤维最普遍，我国以“纶”作为合成纤维的后缀 涤纶 聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯） 丙纶 聚丙烯 锦纶 聚酰胺（尼龙），后面加数字区别 以高分子链的结构特征命名以高分子链的结构特征命名 O -C-O-NH-C-O-OO -C-NH- -O-第35页/共109页:CH CH2n聚聚 (1苯基乙烯苯基乙烯 )Poly(1-phenylethylene)第36页/共109页NH(CH2)6NHCO(CH2)4COn聚聚( (氧

7、羰基氧氧羰基氧-1,4-1,4-苯撑苯撑异丙叉异丙叉-1,4-1,4-苯撑苯撑) )CH3CH3O CO O CnCOOCH3CH3nC CH2第37页/共109页 第38页/共109页大部分纤维是晶态高聚物,Tm应高于室温150以上;也有非晶态高聚物,分子排列要有一定规则和取向TgTf 温 度 玻 璃 态 高 弹 态 粘 流 态 形 变第39页/共109页第40页/共109页 也称反应需要活性中心。 反应中一旦形成单体活性中心，就能很快传递下去，瞬间形成高分子。平均每个大分子的生成时间很短（零点几秒到几秒） 连锁聚合反应的特征：第41页/共109页自由基聚合自由基聚合：活性中心为自由基：活性

8、中心为自由基阳离子聚合阳离子聚合：活性中心为阳离子：活性中心为阳离子阴离子聚合阴离子聚合：活性中心为阴离子：活性中心为阴离子配位离子聚合配位离子聚合：活性中心为配位离子：活性中心为配位离子第42页/共109页第43页/共109页第44页/共109页合物o缩聚物的结构单元比其单体少若干原子，故分子量不再是单体分子量的整数倍第45页/共109页缩聚和逐步聚合、加聚和连锁聚合常常出现混淆情况，将它们等同起来是不对的 应加以区别，这是两种不同范畴的分类方案第46页/共109页ABABABAB+丁二烯丁二烯苯乙烯苯乙烯丁苯橡胶丁苯橡胶第47页/共109页共聚合的意义共聚合的意义对共聚合的研究，无论理论或

9、实际应用对共聚合的研究，无论理论或实际应用上，重要意义上，重要意义理论研究理论研究：可测定单体、自由基、碳阳：可测定单体、自由基、碳阳离子、碳阴离子的相对活性；进而研究离子、碳阴离子的相对活性；进而研究单体结构与反应活性的关系单体结构与反应活性的关系第48页/共109页第49页/共109页CH2CHCl均聚CH2CHnCl共聚CH2=CH2改善冲击强度CH2=CClCl抽丝得纤维，质地坚硬工作服，滤网实例实例第50页/共109页无规无规共聚物共聚物交替交替共聚物共聚物嵌段嵌段共聚物共聚物接枝接枝共聚物共聚物第51页/共109页无规共聚物无规共聚物(Random copolymer)(Rando

10、m copolymer) ：在高分子链中不同单体单元的序列分布无规则， 两种单元在链中的排列顺序是不能预测的。在烯类单体自由基共聚合时,通常得到的是无规共聚物，其性质与相应的均聚物是大不相同的。-A-B-A-A-B-A-B-B-A-A-B-A-B-B-A-B-A-B-A-A-B-A-B-B-A-A-B-A-B-B-A-B-如：氯乙烯醋酸乙烯酯P(VC-VAc)第52页/共109页OCOCH3n CH2=CHCl + m CH2=CH 实例实例： VC-VAc 无规共聚物无规共聚物 VinylchlorideVinylacetate(CH2CH)n(CH2CH)mOCOCH3Cl涂料、塑料地砖、

11、密纹唱片第53页/共109页交替共聚物交替共聚物(Alternating copolymer)(Alternating copolymer)：顾名思义，交替共聚物就是顾名思义，交替共聚物就是A A和和B B两种结构单元两种结构单元 在高分子链中交替排列（在高分子链中交替排列（严格相间严格相间）。）。通过特定的烯类聚合能得到交替共聚物，其性通过特定的烯类聚合能得到交替共聚物，其性 能与两类均聚物的性质也大不相同。能与两类均聚物的性质也大不相同。w-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-如：苯乙烯马来酸酐共聚

12、物第54页/共109页CH2CH+CHCHCCOOOCH2CHCHCHCCOOOnCHCH+CHCHCCOOOCHCHCHCHCCOOOn第55页/共109页嵌段共聚物嵌段共聚物(Block copolymer)(Block copolymer) ：高分子链中由一种结构单元链段和另一种结构高分子链中由一种结构单元链段和另一种结构 单元链段相接组成。兼具有两种均聚物单元链段相接组成。兼具有两种均聚物 的性质。的性质。-A-A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B-B-A-A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B-B-如SBS热塑性弹性体： St-Bd-St三嵌段共聚物

13、A A、B B成段出现成段出现第56页/共109页AB型嵌段共聚物型嵌段共聚物 AAAAAAA-BBBBBBBBBBABA型三嵌段共聚物型三嵌段共聚物 AAAAAA-BBBBB-AAAAAAA (AB)n型多嵌段共聚物型多嵌段共聚物 AAAA-BBBBB-AAAAA-BBBBB-AAAA 第57页/共109页(CH2CH)n(CH2CH=CHCH2)m(CH2CH)s 实例实例： styrene butadiene 共聚物SBS-三嵌段共聚物热塑性弹性体三嵌段共聚物热塑性弹性体 热塑性弹性体；热塑性弹性体；常温下具有橡胶的弹性，高温下具有可塑化成型的一类弹性体， 取代传统橡胶的最新材料，其环保

14、、无毒、手感舒适、外观精美，使产品更具创意。 第58页/共109页如如HIPSHIPS：以：以PBPB作主链，接枝上作主链，接枝上StSt作为支链，以提高其抗冲性作为支链，以提高其抗冲性。第59页/共109页PBPSPSPSPolystyrenePolybutadiene 实例实例： HIPS第60页/共109页苯乙烯苯乙烯 (Styrene(Styrene，St)St)其性脆、抗冲其性脆、抗冲击强度低。击强度低。 第61页/共109页 在在StSt聚合聚合体系中加入体系中加入PBPB，使，使StSt在在PBPB主链上接主链上接枝共聚合枝共聚合 第62页/共109页PS和和PB不相容，不相容，

15、St和和Bd链段分别聚集，链段分别聚集，产生相分离产生相分离,形成形成“海岛海岛”结构。结构。PB相区相区可吸收冲击能，提高了可吸收冲击能，提高了PS的冲击强度，的冲击强度，形成形成HIPS(high-impact polystyrene) 第63页/共109页第64页/共109页PVC 制 品杯垫水杯水壶茶 具洗米箩垃圾桶家庭用品家庭用品第65页/共109页输液器类一次性注射器医药包装系列药用塑料瓶医疗呼吸管鲜氧发生器第66页/共109页化学仪器化学仪器第67页/共109页薄膜薄膜容器容器密封材料密封材料带状材料带状材料第68页/共109页l塑料是以树脂为主要成分塑料是以树脂为主要成分，加入

16、各种添加剂。，加入各种添加剂。l树脂是塑料的主要成分，树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用对塑料性能起决定性作用。塑料制品塑料制品第69页/共109页添加剂添加剂第70页/共109页l特种塑料是指具有某些特殊特种塑料是指具有某些特殊性能如耐高温、耐腐蚀的塑性能如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类塑料产量少，价格料，这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合贵，只用于特殊需要的场合。 热固性塑料制品热固性塑料制品第71页/共109页l塑料的缺点：塑料的缺点：l刚性差刚性差(为钢铁材料的为钢铁材料的1/1001/10)，强度低；耐热性，强度低；耐热性差、热膨胀系数大（是钢铁的差、热膨胀系数大（是

17、钢铁的10倍）、导热系数小倍）、导热系数小(只有金属的只有金属的1/2001/600)；蠕变温度低、易老化。；蠕变温度低、易老化。 第72页/共109页PE波纹管波纹管PP方向盘方向盘ABS阀门阀门PS管管第73页/共109页尼龙管件尼龙管件PC挡风板挡风板l聚碳酸酯聚碳酸酯具有优良的机械性具有优良的机械性能，透明无毒，应用广泛。能，透明无毒，应用广泛。l 摩擦传动零件用塑料摩擦传动零件用塑料l包括聚酰胺包括聚酰胺(PA)、聚甲醛、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)等。等。第74页/共109页密封件密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件聚四氟

18、乙烯零件第75页/共109页氯化聚醚防腐蝶阀氯化聚醚防腐蝶阀 第76页/共109页聚酰亚胺层压板聚酰亚胺层压板 最突出的特点。使用温度达最突出的特点。使用温度达150174。用于机械设。用于机械设备等工业。备等工业。l聚苯醚聚苯醚具有良好的综合性能具有良好的综合性能,用于机电等方面。用于机电等方面。l聚酰亚胺聚酰亚胺在在260下可长期使用。主要用于特殊条件下可长期使用。主要用于特殊条件下使用的精密零件。下使用的精密零件。 第77页/共109页电器配件电器配件第78页/共109页第79页/共109页第80页/共109页第81页/共109页密封圈密封圈胶管胶管轮胎轮胎第82页/共109页第83页/

19、共109页氯丁橡胶氯丁橡胶 由氯丁二烯聚合而成。具有天然橡由氯丁二烯聚合而成。具有天然橡胶和一般通用橡胶所没有的优良性能。故有胶和一般通用橡胶所没有的优良性能。故有“万能橡胶万能橡胶”之称。缺点是耐寒性差，密度大，之称。缺点是耐寒性差，密度大，生胶稳定性差。用于制造矿井的运输管、胶管生胶稳定性差。用于制造矿井的运输管、胶管、电缆、高速带、垫圈等。、电缆、高速带、垫圈等。乙丙橡胶乙丙橡胶 由乙烯与丙烯共聚而成。具有结构由乙烯与丙烯共聚而成。具有结构稳定、抗老化能力强，绝缘性、耐热性、耐寒稳定、抗老化能力强，绝缘性、耐热性、耐寒性好、耐蚀性好等优点。缺点是耐油性差，粘性好、耐蚀性好等优点。缺点是耐

20、油性差，粘着性差、硫化速度慢。着性差、硫化速度慢。第84页/共109页CH2CHCH2CH2CHCNn CH第85页/共109页2CH3Cl+ Si(CH3)2SiCl2(CH3)2Si(OH)2H2O200CunHO Si OHCH3CH3( )HO Si O HCH3CH3nnH2O+第86页/共109页具有高耐热性和耐寒性，抗老化能力强、绝缘性好具有高耐热性和耐寒性，抗老化能力强、绝缘性好。缺点是强度低、耐磨性、耐酸性差，价格较贵。缺点是强度低、耐磨性、耐酸性差，价格较贵。硅橡胶可作高温高压设备的衬垫、油管衬里、硅橡胶可作高温高压设备的衬垫、油管衬里、 密封密封件以及各种高温电线、电缆的

21、绝缘材料。件以及各种高温电线、电缆的绝缘材料。各式各样硅橡胶杂件各式各样硅橡胶杂件第87页/共109页纤维纤维天然纤维天然纤维：不经过化学加工的纤维。（如棉花、木材、羊毛）：不经过化学加工的纤维。（如棉花、木材、羊毛）化纤化纤人造纤维：人造纤维：合成纤维：合成纤维：利用石油、天然气、煤和农副产品作利用石油、天然气、煤和农副产品作原料制成单体，再经聚合反应制成的原料制成单体，再经聚合反应制成的纤维。纤维。天然纤维经化学加工得到的纤维。天然纤维经化学加工得到的纤维。(黏胶纤维黏胶纤维)第88页/共109页世界上出现的第一种合成世界上出现的第一种合成纤维是纤维是 20 世纪世纪 30 年代美年代美国

22、杜邦公司科研小组研制国杜邦公司科研小组研制出的出的尼龙尼龙 66。 二、合成纤维二、合成纤维第89页/共109页涤纶涤纶尼龙尼龙腈腈纶纶芳纶纤维织芳纶纤维织成的防弹衣成的防弹衣六大纶：涤纶、腈纶、锦纶六大纶：涤纶、腈纶、锦纶、丙纶、维纶、氯纶、丙纶、维纶、氯纶第90页/共109页几种常用的合成纤维性质与用途几种常用的合成纤维性质与用途 名名 称称 单单 体体 重重 要要 性性 质质 主主 要要 用用 途途 涤纶涤纶(的确良的确良 对苯二甲酸对苯二甲酸 强度好、电绝缘性强、成强度好、电绝缘性强、成 做电绝缘材料、耐酸滤做电绝缘材料、耐酸滤 或聚酯纤维或聚酯纤维) 乙二醇脂乙二醇脂 型后形状稳定、

23、不皱、耐型后形状稳定、不皱、耐 布、高空降落伞等布、高空降落伞等 酸、耐光，但吸水率低、酸、耐光，但吸水率低、 染色性差染色性差 腈纶腈纶(人造羊人造羊 丙烯腈丙烯腈 质轻、强度大、保暖性好、质轻、强度大、保暖性好、 做幕布、帐篷、军用帆做幕布、帐篷、军用帆 毛或聚丙烯毛或聚丙烯 耐光、耐热、耐湿、耐化耐光、耐热、耐湿、耐化 布、炮衣、滤布、防酸布、炮衣、滤布、防酸 腈纤维腈纤维) 学药品、不怕虫蛀，耐磨学药品、不怕虫蛀，耐磨 布，与毛混纺做衣料、布，与毛混纺做衣料、 性差、染色难、易吸灰尘性差、染色难、易吸灰尘 毛线、毛毯等毛线、毛毯等维纶维纶(维尼龙维尼龙 乙烯醇乙烯醇 吸湿性好、强度大、

24、耐酸、吸湿性好、强度大、耐酸、 做工业滤布、工作服、做工业滤布、工作服、或聚乙烯醇或聚乙烯醇 缩甲醛缩甲醛 耐碱、耐光、易洗、易干、耐碱、耐光、易洗、易干、 轮胎帘子线、渔网，代轮胎帘子线、渔网，代纤维纤维) 不会霉蛀，但不如涤纶挺不会霉蛀，但不如涤纶挺 替棉花做衣料替棉花做衣料 括括 第91页/共109页 名名 称称 单单 体体 重重 要要 性性 质质 主主 要要 用用 途途锦纶锦纶-66(尼龙尼龙 己二酸己二酸 强度大、质轻软、耐磨、强度大、质轻软、耐磨、 做轮胎帘子线、传动带、做轮胎帘子线、传动带、-66或聚酰胺或聚酰胺 己二胺己二胺 有弹性、不会霉蛀、耐油、有弹性、不会霉蛀、耐油、 绳

25、索、渔网、降落伞、潜绳索、渔网、降落伞、潜纤维纤维) 耐海水，但不耐酸、不耐耐海水，但不耐酸、不耐 水衣以及织物、袜子等水衣以及织物、袜子等 光、透气性差光、透气性差丙纶丙纶(聚丙烯聚丙烯) 丙烯丙烯 强度大、耐磨性仅次于锦强度大、耐磨性仅次于锦 做缆绳、滤布、渔网、工做缆绳、滤布、渔网、工 纶、耐腐蚀性好，但耐光纶、耐腐蚀性好，但耐光 作服等作服等 性和染色性差性和染色性差氯纶氯纶(聚氯乙聚氯乙 氯乙烯氯乙烯 耐化学腐蚀性好、保暖性耐化学腐蚀性好、保暖性 做滤布、工作服、地毯、做滤布、工作服、地毯、烯烯) 强、难燃、耐晒、耐磨，强、难燃、耐晒、耐磨， 衣料等衣料等 但耐热性差、难染色但耐热性

26、差、难染色第92页/共109页第93页/共109页 合成材料的应用与发展，大大地方合成材料的应用与发展，大大地方便了人类的生活，但与此同时也带来便了人类的生活，但与此同时也带来了负面影响：合成材料废弃物的急剧了负面影响：合成材料废弃物的急剧增加带来了严重的环境问题，废弃塑增加带来了严重的环境问题，废弃塑料带来的料带来的“白色污染白色污染”尤为严重。尤为严重。第94页/共109页 城市塑料垃圾的增长量、废弃量十分惊人。在“白色垃圾”中，污染最明显、最令人头痛、群众反映最强烈的，是那些遍布城市街头的废旧塑料包装袋、一次性塑料快餐具。据有关部门统计，仅以一次性塑胶泡沫快餐盒为例，我国全年消耗量达4亿至7亿个。第95页/共109页第96页/共109页瞧！树上“万国旗”在飞舞第97页/共109页“人类最糟糕的发明人类最糟糕的发明”，塑料袋，塑料袋不幸不幸“荣获荣获”这一称号。这一称号。 据报道，爱尔兰政府已经开据报道，爱尔兰政府已经开始征收塑料袋税，每个塑料袋始征收塑料袋税，每个塑料袋9便便士，这个方法极为有效，爱尔兰士，这个方法极为有效，爱尔兰的塑料袋使用量降低了的塑料袋使用量降低了90%。第98页/共109页为什么塑料制品会造成污染呢？为什么塑料制品会造成污染呢？在地下不易被腐蚀，会破化土壤结构，在地下不易被腐蚀，会破