高分子物理：0 前言

1、2022/8/21 高分子物理 Polymer Physics2022/8/22教材：高分子物理（北京化工大学 金日光主编）(第四版)参考书： 高分子物理何曼君（复旦大学） 高聚物结构与性能马德柱，何平笙（中国科技大学） 高分子化学林尚安（中山大学） 高分子物理兰立文（西北工大） 高分子基础沃尔默特德 Principles of Polymer ChemistryPaul J. Flory2022/8/23授课方式讲为主，作业及思考题，每章节自学内容作业每周交一次上课纪律准时、手机关闭或调振动、记好笔记考核及成绩评定期末成绩占70，平时成绩占30。2022/8/24人类的文明史 = 材料的发展

2、史 2022/8/25材料包括： 无机材料-金属和非金属材料 有机材料-高分子材料 复合材料2022/8/26绪 论 高分子及其应用高分子的发展史高分子物理研究对象及内容 2022/8/27高分子, polymer (poly=many; mer=unit) 由许多结构相同的单元通过共价键重复连接而成的相对分子量很大的化合物。 高分子、大分子、聚合物的区别天然高分子：纤维素、甲克素、天然橡胶等合成高分子：塑料、橡胶、纤维 高分子材料的基本性质： 比重小，比强度高，韧性、可塑性，高弹性、耐磨性，绝缘性，耐腐蚀性，抗射线。绪 论一 .高分子及其应用生活中的高分子-衣蚕丝、棉、毛、麻合成纤维中大量生

3、产的“四纶”： 由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纺制的涤纶，“的确良” ； 由聚酰胺(PA)制成的锦纶（尼龙），尼龙袜，耐用但不透气 由聚丙烯腈(PAN)纺成的腈纶，腈纶棉质轻保暖，不蛀不霉，便于洗涤. 由聚乙烯醇缩甲醛制得的维尼纶，维尼纶织物透气干爽，穿着舒适。 厨 房生活中的高分子-食客 厅生活中的高分子-住电视、电脑、电话外壳、电源开关（PC ABS 酚醛）涂料、壁纸、复合地板或地板革、窗户等墙内还有看不到的保温隔热泡沫塑料 浴 室牙刷、牙杯人造大理石梳妆台-由不饱和聚酯加石灰石和颜料制成玻璃钢浴缸塑料凳、塑料盆生活中的高分子-行PP （聚丙烯） :保险杆、仪表壳、挡泥板、空调系统制件等

4、PUR（聚氨酯 ） :座椅、车内地板、减振器、护板PC/ABS（聚碳酸脂 /丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物 ):收音机壳、散热格板、变速箱壳、反射镜壳体PE（聚乙烯）：内护板、油箱、扶手骨架PA（聚酰胺）：散热器盖、齿轮、皮带轮、水泵叶轮PVC（聚氯乙烯）：电线电缆包材、地板垫POM（聚甲醛 ）：燃油泵、电气设备系统、各种轴承、衬套PC（聚碳酸酯 ）：车门把手、前灯PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，有机玻璃 ）：后挡板、遮阳罩、灯罩PPO（聚苯醚 ）：耐冲击格栅PF（酚醛树脂 ）：化油器PP、PUR、PC/ABS、PE、PA、PVC、POM、PMMA、PPO汽车工业：塑料件、仪表盘、保险杠、油箱内饰件

5、、坐垫等农业塑料薄膜（透光性、强度、耐老化性）；灌溉用管 应用领域塑料大棚PVC管建筑：给排水管PVC、HDPE；塑料门窗，涂料油漆，复合地板， 家具（人造木材），壁纸，地板革，天花板（聚氯乙烯） 应用领域塑料门窗采用硬质聚氯乙烯（UPVC)型材，内插钢衬，四角用热熔焊机焊接而成。由于在塑料型材空腔中填充了用于增强强度的钢衬，因此俗称塑钢门窗。 包装：塑料薄膜：PE（聚乙烯 ）、PP（聚丙烯）、PS（聚苯乙烯）、 PET（聚对苯二甲酸乙二酯 ）、PA（聚酰胺，俗称尼龙）等 中空容器：PET、PE、PP等 泡沫塑料：酚醛、PU（聚氨酯 ）、PS等 应用领域塑料盒塑料桶聚苯乙烯泡沫塑料航空航天波音

6、787飞机大幅增加了新型复合材料的使用，即环氧树脂中嵌入多层碳化纤维，形成更轻、更持久耐用的复合材料。 应用领域人造心脏医疗卫生： 人工心脏、人工脏器、人工肾、人工肌肉、（智能型凝胶）输液管、血袋、注射器、可溶缝合浅药物释放。 应用领域电气：绝缘材料（导热性、电阻率）等电子：通讯光纤、电缆、电线等，光盘、手机、电话 应用领域材料电气/电子应用丙烯酸树脂彩色电子显示滤光片，保形涂层氟塑料导线和电缆绝缘层酮树脂导线绝缘层，电缆连接器液晶聚合物片式载体，插座，连接器，继电器壳体尼龙连接器，导线套管，导线箍，线圈电子领域材料电气/电子应用聚酰胺-酰亚胺连接器，电路板，天线屏蔽器，薄膜，导线涂层聚芳酯连

7、接器，线圈，开关和熔断器盖，继电器壳体聚碳酸酯连接器，端子板，线圈聚醚酰亚胺连接器，低损耗天线屏蔽器，印制电路板，片式载体，插座，线圈，开关聚烯烃导线和电缆绝缘层电子领域材料电气/电子应用聚酰亚胺电动机绝缘层，磁导线，扁平电缆，集成电路应用聚苯醚连接器，熔线盒聚苯硫醚连接器聚邻苯二甲酰胺连接器，开关聚苯乙烯壳体聚砜树脂电路板，连接器，TV元件乙烯基树脂导线绝缘层，配管，套管2022/8/223高分子材料的消耗率2022/8/224 五光十色的塑料（plastic）、美观耐用的纤维（fibres）、性能优异的橡胶（rubber）致使高分子材料与金属材料、无机非金属材料并列为材料世界的三大支柱。2

8、0世纪的20项伟大发明之一：plastic2022/8/225环境友好的高分子材料：生物降解化学降解光降解 2022/8/226思 考 题1、高分子材料为何具有独特性能，如何划分三大合成材料：Molecule weights of rubber（几十万）、fiber（5万左右）、plastic（介于二者之间） ？2、为什么一种聚合物的应用具有多样性？如PE、PET等3、高分子材料的环境适应性如何？4、高分子材料的如何进行改进和制备复合材料？2022/8/227绪 论二 .高分子的发展史 History of Polymers15世纪 美洲玛雅人用天然橡胶做容器，雨具等生活用品1839年 美国人

9、古德伊尔(Charles Goodyear)发现天然橡胶与硫磺共热后明显地改变了性能，使它从硬度较低、遇热发粘软化、遇冷发脆断裂的不实用的性质，变为富有弹性、可塑性的材料 1869年 美国的海厄特(John Wesley Hyatt,1837-1920)把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，制造出了第一种人工合成塑料“赛璐珞”(Cellulose, 乒乓球、镜架、人偶等)。2022/8/2281887年 Count Hilaire de Chardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝制得了第一种人造丝。 1909年 美国人贝克兰德(Leo Baekeland)用苯酚与甲醛反应制造出第一种

10、完全人工合成的塑料-酚醛树酯。1920年 施陶丁格(Hermann Staudinger)发表了“关于聚合反应”(Uber Polymerization)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，提出了高分子及聚合物的概念。 2022/8/2291926年 瑞典化学家斯维德贝格等人设计出一种超离心机，用它测量出蛋白质的分子量，证明高分子的分子量的确是从几万到几百万。 1926年 美国化学家Waldo Semon合成了聚氯乙烯并于1927年实现了工业化生产。1930年 制备出聚苯乙烯。 1932年 施陶丁格(Hermann Stau

11、dinger)总结了自己的大分子理论，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。1935年 杜邦公司基础化学研究所有机化学部的卡罗瑟斯(Wallace H. Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼龙66，尼龙在1938年实现工业化生产。 2022/8/2301936年 德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出丁钠橡胶和丁苯橡胶。 1940年 英国人温费尔德(T.R.Whinfield,1901-1966)合成出聚酯纤维(PET) 1940年 Peter Debye 发明了通过光散射测定高分子物质分子量的方法 1948年 Paul Fl

12、ory 建立了高分子长链结构的数学理论。 1950年 德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。 2022/8/2311971年 S.L Wolek 发明可耐300oC高温的Kevlar纤维。 1955年 美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯，首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的橡胶。 20世纪20年代 Staudinger首次提出高分子概念 40年代 形成高分子物理理论 50年代 高分子工程：聚合反应工程、成型加工 60年代 高分子工业大发展时期：通用塑料、工 程塑料、合成纤维和橡胶。 近年来高分子

13、的发展方向： 高性能树脂：联苯、杂环、含氮磷酸高分子材料 环保化：天然高分子 生物医药：肿瘤等药物的控释、基因转染. 功能材料：仿生材料、燃料电池、超疏水或超亲水材料、 3D打印、光子晶体、自组装。 智能化：自愈合材料，刺激响应性高分子 复合材料：与石墨烯、C60等复合.2022/8/233在高分子科学的形成和发展的过程中，世界上许多科学家作出了巨大的贡献，我们不应忘记他们The Nobel Prizes and Chinese Polymer Scientists2022/8/2341953 Hermann Staudinger (1881-1965) 施陶丁格(Hermann Staudi

14、nger)是德国著名的化学家，1881年3月23日生于德国的沃尔姆斯(Worms)，1965年8月8日在弗赖堡(Freiburg)逝世，终年84岁。他是1953年诺贝尔化学奖的获得者。1947年，他编辑出版了高分子化学(Die makromolekulare Chemie)杂志，形象地描绘了高分子(Macromolecules)存在的形式。从此，他把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系 (施陶丁格尔定律)。他的科研成就对当时的塑料、合成橡胶、合成纤维等工业的蓬勃发展起了积极作用。由于他对高分子科学的杰出贡献，1953年他以72岁高龄，走上了诺贝尔奖金的领奖

15、台 .2022/8/235For his discoveries in the field of macromolecular chemistry H. Staudinger (1881-1965)2022/8/236 Karl Ziegler (1903-1979) Giulio Natta(1898-1973) 德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分别发明用三乙基铝和三氧化钛组成的金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法。这种催化剂被统称为齐格勒纳塔型催化剂。1963年12月10日，他们共享诺贝尔化学奖的崇高荣誉。 Karl Ziegler

16、(1903-1979)Giulio Natta (1898-1973)“For their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers 2022/8/237Paul J. Flory (1910-1985) 美国高分子物理化学家弗洛里(Paul J. Flory)由于在高分子科学领域，尤其在高分子物理性质与结构的研究方面取得巨大成就，1974年荣获瑞典皇家科学院授予的诺贝尔化学奖。 Polymer thermodynamics, kinetics, molecular weight dist

17、ribution, solution theoryPaul J. Flory(1910-1985)2022/8/238Pierre-Gilles de Gennes 法国科学家吉尼(Pierre-Gilles de Gennes) 提出高分子链性质的非平衡态统计理论和标度理论，成功地将高分子物理理论引向新阶段。1991年被授予诺贝尔物理学奖。 Pierre-Gilles de Gennes“For discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalize

18、d to more complex forms of matter, in particular to liquid crystals and polymers 2022/8/239Hideki Shirakawa Alan J. Heeger Alan G. MacDiarmid 2000年10月10日，日本筑波大学白川英树(Hideki Shirakawa)，美国加利福尼亚大学的黑格(Alan J. Hegger)和美国宾夕法尼亚大学的马克迪尔米德(Alan G. MacDiarmid)因对聚乙炔导电聚合物的发现和发展而获得2000年度诺贝尔化学奖。 “For the discovery

19、and development of conductive polymers 由于历史原因，1950年之前我国的高分子科学和工业几乎空白。当时国内没有一所高等学校设立高分子专业，更没有开设任何与高分子科学与工程相关的课程。当时除上海、天津和四川等地有几家生产“电木”制品（酚醛树脂加木粉热压成型的电器元件）和油漆的小型作坊以外，国内没有一家现代意义的高分子材料生产工厂。我国的高分子发展情况我国的高分子发展情况20世纪50年代开始，国内才开始建立一批中小型规模的合成塑料、合成橡胶、化学纤维和涂料工厂。20世纪6080年代我国高分子材料工业蓬勃发展，一大批万吨乃至10万吨以上级别的大型PE、PP、P

20、VC、PS、ABS、以及其他类别的高分子材料生产和加工的大型企业在全国各地相继建成投产。时至今日，我国在高分子科学基础研究、专业技术人才培养以及各种高分子材料的生产量等方面，已经大大缩短了与发达国家的差距。高分子合成材料行业代表了我国石化工业最先进的水平。经过近些年的努力，我国石化工业已居世界领先地位。其中，合成材料产量已居世界第2位，合成纤维产量居世界第1位。我国石化工业已初步达到大型化目标。我国大型合成树脂生产装置，包括了具有世界规模的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS等，实现了品种基本齐全、成本初具竞争力的目标。2022/8/243我国从50年代才开始研究高分子： 王葆仁(1907.1.201986.9.12）：中国最早从事高分子科学研的化学家之一。50年代开始研究聚甲基丙烯酸甲酯、聚已内酰胺和有机硅高分子 。 冯新德(北大) 自由基聚合； 唐敖庆 高分子统计理论；徐 僖 (川大)塑料加工; 钱保功 顺丁橡胶合成；钱人元（南大) 高分子溶液理论及粘度的测定。 我国与高分子领域的中科院院士：唐敖庆、钱人元、钱保功、徐僖（川大）、冯新德、何炳林(南开)、王佛松(