大学化学课件第七章 有机高分子化合物及高分子材料

第七章有机高分子化合物及高分子材料7.1高分子化合物的基本概念

压塑、热塑、注塑、挤塑、吹塑挤出成型的木塑复合材料4

～—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—～

ClClCl聚氯乙烯:

(CH2—CH)n

Cl链节：高分子的特定结构单元

可简写为：(CH2—CH)Cl聚合度：

高分子链所含链节的数目

n＞1000单体：能够提供结构单元的低分子化合物

：CH2＝CH—Cl7.1.1高分子化合物

2.高聚物分子的几何形状线型线型（有支链）体型(网状)体型(网状)结构大分子被化学键交联起来，不易蜷曲。制品无弹性和塑性（热固性）。线型结构分子易蜷曲。制品有弹性(热塑性)3高聚物的结构和性能⑴高聚物的相对分子质量很大，所以，分⑵高分子链中有许多C-C键，此单键可按子间力很强。因此，高聚物无气态。分子链的柔顺性。数可能(构象)——高高分子的形状便有无键角自由旋转。因此，3

高聚物的聚集态有：高聚物整体无序，但在小区域内有序：晶态、非晶态、取向态。晶态结构是分子的排列有规则；非晶态结构是分子的排列没有规则即为无序的。高聚物中晶区多称结晶度大。“两相结构”模型：晶态高聚物中有链段的非晶区。排列整齐的晶区和链段卷曲而又互相缠绕高聚物的聚集态除晶态和非晶态外，还有取向态结构。是高聚物沿拉伸方向发生有序的排列出现的。10

原料低分子有机化合物聚合加成聚合缩合聚合高分子化合物1)加聚反应(加成聚合)指含有不饱和键或环状结构单体结合成聚合物。化学组成与单体基本相同，无副产物。nCH2=CHX（CH2—CH）X二、高分子化合物的制备

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指一种或多种单体相互缩合，同时析出其它低分子化合物，聚合物的化学组成与单体不相同。生成酯R—C—OH+HO—R`

OR—C—O—R`+H2O

O2)缩聚反应

(缩合聚合)

1、高聚物的物理状态线型非晶态高聚物在恒定外力作用下，形变和温度的关系（又称热-机械曲线）

（三种物理状态，必须掌握）三、高聚物的性能

分子动能大。大分子可运动，具有流⑴黏流态：T>Tf

是高聚物的工艺状态；动性和可塑性，不会复原，属塑性变形。以温度为标，高聚物可分为三种物理状态：

⑵高弹态：Tf>T>Tg

分子动能不大，大分子不动，链段可物柔软，有弹性。是橡胶的使用状态。去外力，分子复原。属高弹形变。高聚动。受外力，大分子或蜷曲或伸展；除

温度低，动能小。大分子不能运动，只⑶玻璃态：T<Tg

弹形变。是塑料的使用状态。位置固定。受外力，只产生微小变形—普能振动；链段也不能运动。分子的形态和16

应用

塑料：Tg（玻璃化温度）大于室温的高聚物；

橡胶：

Tg（玻璃化温度）小于室温的高聚物。要求室温下能够保持固定的形状，因此要求Tg越高越好。要求能够保持高度的弹性，因此要求Tg越低越好。

对高聚物材料的加工来说，Tf（黏流化温度）越低越好；

对耐热性来说，

Tf（黏流化温度）越高越好；

Tg与Tf差值越大，其应用范围越宽，橡胶的耐热、

耐寒性越好。塑料与纤维:要求Tg

高，Tf低（较耐热，加工成型温度不高）橡胶：要求Tg低，Tf

高（耐寒又耐热）一些非晶态高聚物的Tg和Tf值：聚氯乙烯 Tg=87℃ Tf

=175℃聚苯乙烯 Tg=90℃ Tf

=135℃聚丁二烯(顺丁橡胶) Tg=-108℃ Tf

天然橡胶 Tg=-73℃ Tf

=122℃5.高聚物的性能⑴基本性能：质轻，有弹性，塑性，绝⑵机械性能：聚合度n大，分子间力大，⑶电性能：高聚物无电子、离子，多是绝

但极性基团在电场中会周期性取向，产生位静电，因绝缘而不易消除。移电流，使其具有导电性。高聚物经摩擦而带缘，耐蚀。强度大。缘体。⑷溶解性：符合“相似相溶”原理，但不同①溶胀—溶剂分子进入高分子链，使链距②溶解—溶胀到使高分子链彼此分离，分体型高分子只溶胀不溶解。溶解两步：于低分子的溶解。其溶解过程可分为溶胀、增大，体积增大。溶解前的膨胀；子进入溶剂，形成溶液。

第二节有机高分子材料一、塑料1、塑料及其分类（按加工工艺分）（1）热塑性塑料分子链属线型结构（包括含有支链的）聚酰胺）、聚酯等。醛(POM)、氟塑料、ABS、尼龙（PA可以多次反复进行。例如聚乙烯、聚甲塑料加热后会软化，冷却后变硬，并且线型结构高聚物，在固化剂的作用成（2）热固性塑料会再软化。例如：酚醛树脂、环氧塑料等。型，后就转化为网状结构。冷却后就不2、按使用情况分为：（1）通用塑料指产量大，用途广，价格低，一般只能作为非结构材料使用的一类塑料。通常指聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、全部塑料的大多数。酚醛塑料和氨基塑料等6个品种，产量占聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、PPPS酚醛PEPVC氨基聚酯、聚苯醚、氟塑料、环氧树脂等。

（2）工程塑料尼龙POM氟塑料换热器指机械性能较好，可以代替金属，可以作为结构材料使用的一类塑料。例如聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜、聚甲醛一、聚甲醛学名聚氧亚甲基,英文名Polyformaldehyde,Polyoxymethylene，简称POM。分子主链链节中含有-CH2-O-的线型高分子化合物。是没有侧链的高熔点、高密度、高结晶性热塑性工程塑料可分为均聚甲醛和共聚甲醛两种，俗称赛钢。二、均聚甲醛的结构式

两端均为乙酰基，主链均为甲醛单元。共聚甲醛主链以-CH2O-链节为主，其间杂以少量-CH2CH2O-或链节-C4H8O-，端基为甲氧基醚或羟基乙基醚结构的大分子。三、特点

POM是重要的通用热塑性工程塑料，属资金密集和技术密集的产品。其生产能力仅次于PA和PC，居第三位。POM的综合性能优良、加工方便、用途广泛。

性能特点：耐磨性、耐疲劳、耐蠕变性、耐化学药品性优异，制品刚性、弹性和尺寸稳定性好。特别适用于制作尺寸要求精密的、配合要求高的零部件。在工程塑料中，，是汽车和电子电器等工业部门必不可少的重要材料。不足：冲击强度对缺口敏感；耐酸性和耐候性不理想；热稳定性欠佳；成型加工温度范围较窄等。三、POM的应用

POM综合性能优异，尤其是它的耐磨性、耐化学药品性和耐疲劳性突出，因此获得了广泛的应用。1.汽车工业

POM的主要应用领域，可制造汽化器部件、输油管、泵、动力阀、轴承、万向节轴承、齿轮、曲柄、手柄、把手、仪表板、轴套、护罩、汽车升降窗装置和汽车上的电器开关、安全装置等。汽车温度传感器温度开关精密齿轮2.机械制造业适合于作齿轮、链条、驱动轴、轴承、阀杆螺母、叶轮、滚轮、凸轮以及各种机械结构件、电动工具外壳手柄、开关等。不漏电、强度高，而且抗震。性能：坚硬、耐高温、良好的机械性能、电绝缘性好、韧性好、抗冲击性好、透明度高结构式:(2)聚碳酸酯（PC）用途：代替金属木材玻璃；做电器部件、人工内脏。汽车部件；防护玻璃，安全帽，包装薄膜、异型管灯罩多层装饰板性能：耐酸碱，耐腐蚀，化学稳定性好，耐寒，绝缘性好，耐磨。缺点是刚性差

(3)聚四氟乙烯(PTFE)

结构式:用途：可用作高温环境中化工设备的密封零件，无油润滑条件下作轴承、活塞等，还可做电容器、电缆绝缘材料

（4）聚醚醚酮(PEEK)

PEEK树脂是一种新型特种工程塑料。具有可与聚酰亚胺相匹敌的特性，被称为超耐热性热塑性树脂。PEEK在主链结构中含有一个酮基和两个醚基，其分子结构简式为：PEEK特性

具有耐高温、耐化学药品腐蚀等物理化学性能，是一类结晶高分子材料，可用作耐高温结构材料和电绝缘材料，在许多特殊领域可以代替金属、陶瓷等传统材料。长期使用温度可达239ºc。PEEK的耐高温、自润滑、耐磨损和抗疲劳等特性，使之成为当今最热门的高性能工程塑料之一。PEEK的用途

在汽车零部件、半导体工业、航天工业、石化行业、机械工业、医疗行业、电子电器等等领域得到广泛的应用，用于制造：汽车制动系统零件、发动机零件、变速箱高温垫片、半导体用工具、LCD支架、晶片周转设备、IC测试设备零件、复印机分离爪、轴套等办公用品高温部件；特种机械齿轮、无油润滑轴承、压缩机阀片、密封圈、活塞环、阀门部件、高温传感器探头、特种电子连接器、分析仪器零件、特种电缆护套、人体骨骼、血透机零件、锂电池密封圈、集成电路薄膜、电熨斗、微波炉耐热零部件等等。橡胶—在室温下具有显著高弹性能的高聚物

天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯：

二、橡胶但是，天然橡胶产量很少。

合成橡胶性能：弹性、耐老化性和耐低温性、耐磨性，都超过天然橡胶；缺点是抗撕裂能力差，易出现裂纹1、顺丁橡胶结构式:用途：为合成橡胶的第二大品种（约占15%），大约60%以上用于制造轮胎性能：耐水，耐老化性能，特别是耐磨性和气密性好。缺点是不耐油和有机溶剂，抗撕强度小结构式:用途：为合成橡胶中最大的品种（约占50%），广泛用于制造汽车轮胎，皮带等；与天然橡胶共混可作密封材料和电绝缘材料

2、丁苯橡胶性能：耐油性好，拉伸强度大，耐热性好；缺点是电绝缘性、耐寒性差，塑性低、难加工

用途：用作机械上的垫圈以及制备收音机和汽车等需要耐油的零件

结构式:

3、丁腈橡胶性能：是一种耐热性和耐老化性很好的橡胶，它的特点是既耐高温，又耐低温，弹性好，耐油，防水，其制品柔软光滑，物理性能稳定、无毒、生物惰性、加工性能好，缺点是机械性能差，较脆，易撕裂

结构式:用途：可用于医用材料，如导管，引流管，静脉插管，人造器管等，还可用于飞机、导弹上的一些零部件及电绝缘材料

4、硅橡胶5、聚氨酯橡胶(PU)

聚氨酯是由聚酯与二异氰酸酯类化合物聚合而成的高聚物。同时具有塑料和橡胶的特性，故又称弹性塑料。主要用作耐磨齿轮、纺织机器零件以及制鞋工业等。

三、合成纤维细长柔韧的物质称纤维，如：合成纤维的结构特点是：中有极性基团，易形成局部结晶区，保证纤维的强度；分子中排列不整齐部分为无定型区。其链可运动，使纤维有弹性。线型结构，链直，排列整齐，支链少。分子绵、毛、丝、麻等。1、聚酰胺纤维（尼龙锦纶PA）特点：“强而韧”，柔顺性用途：绳索，帘子线，渔结构：纤维。

好。耐磨性最好的带，降落伞，袜子。网，飞行服，运输尼龙662、聚酯纤维（涤纶的确良）特点：极性分子,分子间力用途：衣料，薄膜，渔网，结构：热性好耐水,耐磨。差“挺拔不皱”，耐大,强度高，柔顺性救生圈，绝缘材料。性能：具有与羊毛相似的特性，质轻，保温性和体积膨大性优良。强韧（与棉花相同）而富有弹性，软化温度高。吸水率低，不适宜作贴身内衣。缺点是强度不如尼龙和涤纶

结构式:用途：大约70%作衣料用（纺织物占60%左右），用于工业生产的只占5%左右

3、聚丙烯腈纤维(腈纶、人造羊毛)功能高分子材料(略)离子交换树脂高吸水性树脂，如：尿不湿等药用高分子材料，如：人造血管、心脏等光敏高分子导电高分子材料，必须经过掺杂才导电。液晶高分子材料，制备各种显示器。高分子分离膜，如海水净化。生物可降解高分子材料，解决白色污染。增强材料基体材料竹子木材=

木质素+

纤维骨骼

=

骨胶+

磷酸盐轮胎

=

橡胶+

链子线混凝土

=

水泥+

砂石

常见的复合材料1定义：由两种以上物理和化学性质不

复合材料2组成：基体材料（金属或高聚物）；3类型：纤维增强复合材料（增强材料是材料是粒子)夹层复合材料。纤维）粒子改性复合材料(增强增强材料（纤维、粒子）。多相固体材料。同的物质组合起来得到的一种

增强材料和增强作用包括：玻璃纤维，陶瓷纤维，合成纤维，1.纤维增强复合材料作用：承受载荷，传递和分散应力，提高金丝。强度。“玻璃钢”就是纤维增强复合材料：包括：SiO2、CaCO3、CaSO4

石棉、碳黑、2.粒子增强复合材料作用：阻止基体位错，提高强度，降低成陶土；本。高聚物的老化1.高聚物的老化—受内外因素影响，使⑴

外观变化—粘、软、硬、脆、龟裂、变2.老化的特征：⑵物化性能—相对分子质量及分布、溶解的现象。高聚物性能破坏，以至丧失使用价值形、失光、变色、剥落、斑点。寒性的下降或丧失。度、密度、透光率、透气性、耐热、耐⑶机械性能—拉伸强度、硬度、耐磨性的⑷

电性能—绝缘性的破坏。

上述变化并不同时出现。但是，老化是不可逆转的。3老化的实质—高聚物的降解和交联。⑴

降解

—聚合度降低的过程。分为：①

氧化降解

—在O2或O3作用下，生成下降。过氧化物，再分解；②水解

—在H+或OH-催化下，与水反应③

热裂解

—受热使主链断裂，或成单体，④

机械裂解

—由于机械力而使高聚物裂而降解。代基成小分子。或成小分子，也可能消去取发生自由基反应。解。也可能形成自由基，⑵交联—线型高分子链通过化学键形成网⑴热氧老化；4老化的分类：状结构。⑵光(紫外)氧老化。⑵

物理防护：防护层。⑶

改性：改变结构，提高耐老化性能。如:共混、共聚、交联、增强。5防老化的主要方法：⑴

防老剂：抗氧剂、光稳定剂、热稳定的破坏作用。剂。能防止、抑制、延缓光、热、氧本章重点一、高聚物的物理状态（即黏流态、高弹态、玻璃态）二、几种重要的工程塑料（POM、PC、PTFE，PEEK)的特点和其用途三、复合材料的两种基本类型四、高分子材料的老化与防老化常用塑料杯子材料大揭秘

PET聚对苯二甲酸乙二醇脂常见矿泉水瓶、碳酸饮料瓶等。耐热至70℃易变形，有对人体有害的物质融出。1号塑料品用了10个月后，可能释放出致癌物DEHP。不能放在汽车内晒太阳；不要装酒、油等物塑化剂的介绍增塑剂，又称塑化剂（台湾汉语，就是大陆汉语之增塑剂）。是工业上被广泛使用的高分子材料助剂，在塑料加工中添加这种物质，可以使其柔韧性增强，容易加工，可合法用于工业用途。2011年5月起台湾食品中先后检出DEHP、DINP、DNO