第五章有机高分子材料与高分子化合物

第五章有机高分子材料与高分子化合物第一页，共五十二页，编辑于2023年，星期五

棉、麻、丝、毛、角、胶、塑料、橡胶、纤维┄它们是人们越来越熟悉的有机或高分子材料。无论是天然的或合成的这类材料，在人们的生活和工程技术中都占有越来越重要的地位。1第二页，共五十二页，编辑于2023年，星期五

高分子化合物的基础是相对分子质量较小的有机化合物。本章第一节，既作为高分子化合物的基础部分，又作为高中化学的复习部分，请同学自己阅读教材。第二节高分子化合物的基本概念一高分子化合物2第三页，共五十二页，编辑于2023年，星期五1高分子化合物的组成：特定结构单元多次重复而成:聚合度—CH2—CH2—2相对分子质量:⑴高分子化合物的相对分子质量应为：M=链结化学式量×n但，同种高聚物，其聚合度并不相同。3聚乙烯链节n第四页，共五十二页，编辑于2023年，星期五因此，每一个大分子的相对分子质量都不相同。⑵高聚物的相对分子质量只有平均意义。常用数均摩尔质量表示。⑶由于聚合度不同引起的高聚物相对分子质量各不相同的现象—高聚物相对分子质量的多分散性⑷

高聚物—链节相同而聚合度不同的混合物。4第五页，共五十二页，编辑于2023年，星期五三高分子化合物的几何形状1线型结构。分子易蜷曲，制品有弹性(热塑性)；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）。52体型(网状)结构。第六页，共五十二页，编辑于2023年，星期五第三节高分子化合物的制备一加聚反应

1

不饱和的低分子化合物相互加成，或易开环的环状化合物相互作用形成高聚物的反应，如：nCH2=CH2→聚乙烯聚氧化乙烯6第七页，共五十二页，编辑于2023年，星期五2加聚物可能是线状也可能是体型结构；3

加聚反应可分为：均聚，共聚（又分接枝、镶嵌共聚）。二缩聚反应

1

低分子化合物（只少有两个可反应的官能团）相互作用形成高聚物时，同时析出小分子物质的反应。如：7第八页，共五十二页，编辑于2023年，星期五nHO-R-OH+nHOOC-R′二元醇

二元酸HOR-OCO-R′-COnOH

+(n-1)H2O聚酯2

缩聚反应可以得到体型高聚物；3

缩聚反应可分为：（按产物）体型缩聚，线型缩聚；（按单体）均缩，混缩，共缩。8-COOH→第九页，共五十二页，编辑于2023年，星期五

第四节高聚物的结构和性能一高聚物的结构特点

1

高聚物的相对分子质量很大，所以，分子间力很强。因此，高聚物无气态，机械强度较高。92

高分子链中有许多C-C键，此单键可按键角自由旋转。因此，高分子的形状便有无数可能（构象）——高分子链的柔顺性。第十页，共五十二页，编辑于2023年，星期五高分子内旋转形成许多构象可示意如右：高分子由此产生的屈挠性可演示如下：10第十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期五3高聚物的聚集态有：

①晶态—大分子排列有序；11②非晶态—大分子排列无序；③取向态—大分子经拉伸后定向排列。第十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期五高聚物整体无序，但在小区域内有不同状态：晶区和非晶区。12一个大分子可穿过几个不同的区域。高聚物中晶区多称结晶度大，力学性能强。第十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期五二高聚物的物理状态线性、非晶态高聚物恒压下的形变-温度曲线：Tg：玻璃化温度Tf：粘流化温度13第十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期五分子动能大。大分子可运动，具有流动性和可塑性，不会复原，属塑性变形。是高聚物的工艺状态；分子动能不大，大分子不动，链段可动。14

1粘流态：T>Tf

，

2高弹态：Tf>T>Tg

，第十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期五受外力，大分子或蜷曲或伸展；除去外力，分子复原，属高弹形变。高聚物柔软，有弹性。是橡胶的使用状态.温度低，动能小。大分子不能运动，只能振动；链段也不能运动。分子的形态和位置固定。受外力，只产生微小变形—普弹形变。是塑料的使用状态。15

3玻璃态：T<Tg

，第十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期五

⑴玻璃态（对塑料）、高弹态（对橡胶）是使用状态，粘流态是工艺状态。

⑵

塑料的Tg应高于室温。

Tg是塑料使用的最高温度；

橡胶的Tg应低于室温。

Tg是橡胶使用的最低温度。⑶为便于加工，Tf应低些。如塑料，Tf-Tg差应小;

为利于使用，Tf应高些。如橡胶。164讨论第十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期五讨论题：以下三种温度-形变曲线，各对应于何种高分子材料？

①对应于塑料。使用状态是玻璃态，处于室温；Tg-Tf差值小；②对应于橡胶。使用状态是高弹态，处于室温；Tg-Tf差值大；17讨论：第十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期五③对应于纤维。使用状态是玻璃态，处于室温；Tg-Tf差值较大。三高聚物的性能1.基本性能：质轻，有弹性，塑性，绝缘，耐蚀。2.机械性能：聚合度n大，分子间力大，强度大（结晶度，极性基团都能增强分子间力）。18第十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期五

高聚物无电子、离子，多是绝缘体。但极性基团在电场中会周期性取向，产生位移电流，使其具有导电性。高聚物经摩擦而带静电，因绝缘而不易消除。

符合“相似相溶”原理，但不同于低分子，其溶解过程分为：193电性能：4溶解性：第二十页，共五十二页，编辑于2023年，星期五①溶胀—溶剂分子进入高分子链，使链距增大，体积增大；

四高聚物的老化1.高聚物的老化—受内外因素影响，使高聚物性能破坏，以至丧失使用价值的现象。20②溶解—溶胀到使高分子链彼此分离，分子进入溶剂。体型高分子只溶胀不溶解。第二十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期五

⑴外观变化—粘、软、硬、脆、龟裂、变形、失光、变色、剥落、斑点。⑶机械性能—拉伸强度、硬度、耐磨性的下降。212老化的特征：⑵物化性能—相对分子质量及分布、溶解度、密度、透光率、透气性、耐热、耐寒性的下降或丧失。⑷电性能—绝缘性的破坏。第二十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期五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①

氧化降解

—在O2或O3作用下，生成过氧化物再分解；22⑴降解

—聚合度降低的过程。分为：②

水解

—在H+或OH-催化下，与水反应而降解。第二十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期五③

热裂解

—受热使主链断裂，或成单体，或成小分子，也可能消去取代基成小分子。⑵交联—线型高分子链通过化学键形成网状结构。3老化的分类：

①热氧老化；②光(紫外)氧老化。23④

机械裂解

—由于机械力而使高聚物裂解。也可能形成自由基，发生自由基反应。第二十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期五

⑴

防老剂：抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂能防止、抑制、延缓光、热、氧的破坏作用。244防老化的主要方法：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。第二十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期五第五节几种高分子材料一高分子材料的组成⑴高聚物—主体（30-60%）；填料；增塑剂（5-30%）；

根据制品的具体性能要求而定，不尽相同，也不一定样样都加入。25⑵添加剂：固化剂、稳定剂、发泡剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂等。第二十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期五二塑料塑料—具有塑性的高聚物。

塑性—可塑制成型的性能。1塑料的分类

⑴按加工工艺：26

①热塑性塑料—线型结构，加热则可塑，冷却则硬。可反复进行。②热固性塑料—由线型交联成体型结构，只能进行一次成型。第二十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期五

通用塑料—用量大、用途广、价廉、非结构材料如：PVC(聚氯乙烯)、25⑵按使用情况：PS(聚苯乙烯)等。

PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、27第二十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期五工程塑料—能承受载荷，可代替金属做结构材料。如：PA(尼龙)、PC(聚碳酸酯)、ABS、POM(聚甲醛)、F-4(聚四氟乙烯)等。随工程技术的发展，二者已难严格区分。28第二十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期五聚碳酸酯（PC）①

结构:②

特点：线型结构,热塑性塑料.无毒，无味，无臭透光率高，冲击强度高，绝缘性能优异，吸水性低；29第三十页，共五十二页，编辑于2023年，星期五③

用途：代替金属木材玻璃；做电器部件、汽车部件；防护玻璃，安全帽，包装薄膜、人工内脏。耐热耐寒性好，耐稀酸碱；耐氧化剂、还原剂、油;

不耐芳烃、酮、酯，不耐有机溶剂、强碱,耐侯性差。30第三十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期五ABS（丙烯氰-丁二烯-苯乙烯共聚物）①结构:②特点：质硬，刚而韧。热塑性塑料。缓燃材料。无毒无味，不透水，吸水率低，略透气。耐蚀，耐磨耐油，耐热。有一定的强度。31第三十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期五③用途：汽车部件，电器零件，电器外壳，纺织器材。尼龙（聚酰胺PA）①

结构:尼龙6尼龙6632第三十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期五②

特点：线性结构，热塑性塑料。由于有氢键，分子间力大，结晶度高强度高，韧性好。耐油耐溶剂耐热,

阻燃性良好。绝缘。③

用途：汽车部件。机械、化工、电气工业中做轮、管、阀，密封圈，储油器，电池箱，绳索，电缆。33第三十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期五三合成橡胶橡胶—在室温下具有显著高弹性能的高聚物。其Tg低而Tf高。天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯：34只要能够合成结构相似的高聚物，就可以获得与天然橡胶性能类似的合成橡胶第三十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期五顺丁橡胶①结构:CH2-CH=CH-CH2n②特点：弹性好，耐磨耐寒，优于天然橡胶。抗张强度低，抗湿滑性不良③应用：85-90%用于制造轮胎，也用于三角皮带，减振器；耐热胶管，绝缘制品，胶鞋。35第三十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期五硅橡胶①结构：②特点：线型聚硅醚，具有良好柔顺性。稳定性、弹性好。耐高、低温，

-65-250℃间保持良好性能。36第三十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期五②特点：防油、水，不易老化；电绝缘性好，无毒、无味、透气，耐光、O3、O2，耐候、防振。机械性能差，不耐酸、碱。昂贵。③用途：制耐高、低温制品，绝缘制品，医疗卫生制品。37第三十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期五丁氰橡胶①结构：②特点：氰基极性强，分子间力大。强度高，耐油、耐燃、耐溶剂、耐腐蚀。耐磨、耐热、耐寒性差;弹性透气性差③用途：做输油胶管,油料容器衬里,印刷辊，高温运输皮带，减振零件。38第三十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期五四合成纤维合成纤维的结构特点是：线型结构，链比较直，排列较整齐，支链少，分子中有极性基团。这种结构有利于定向排列，形成局部结晶区，保证纤维的强度；分子中排列不整齐部分，构成无定型区，其中，链可运动，使纤维有弹性。39细长柔韧的物质称纤维，如：绵、毛、丝、麻等。第四十页，共五十二页，编辑于2023年，星期五②

特点：“强而韧”，耐磨性最好的纤维。柔顺性好。③

用途：绳索，帘子线，渔网，飞行服，运输带，降落伞，袜子。40①

结构：聚酰胺纤维（尼龙锦纶PA）第四十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期五聚酯纤维（涤纶的确良）①

结构：②特点：极性分子,分子间力大,强度高柔顺性差。“挺拔不皱”，耐热性好

(-70-170℃间),耐水,耐磨仅次于PA。③用途：衣料，薄膜，渔网，救生圈，绝缘材料。41第四十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期五五功能高分子有些高分子化合物，在光、电、生物等方面具有特殊功能。如离子交换树脂:RSO3H+Na+→RSO3Na+H+

强酸性R’N+(CH3)OH-+Cl-→R’N(CH3)3Cl+OH-

强碱性又如光敏性高分子、氧化还原高分子等。42第四十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期五第六节复合材料一复合材料1定义：由两种以上物理和化学性质不同的物质组合起来得到的一种多相固体材料。2组成：基体材料（金属或高聚物）；

增强材料（纤维、粒子）。43第四十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期五

3类型：纤维增强复合材料（增强材料是纤维）

粒子改性复合材料

(增强材料是粒子)

夹层复合材料（芯、面料间以胶粘剂结合）44二增强材料和增强作用第四十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期五包括：玻璃纤维，陶瓷纤维，合成纤维，金属丝包括：SiO2、CaCO3、CaSO4

石棉、碳黑、陶土；451纤维增强材料2粒子增强材料作用：承受载荷，传递和分散应力，提高强度。作用：阻止基体位错，提高强度，降低成本。第四十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期五

包括：机械力（钉、钩、铆），分子间力，氢键，化学键。三复合材料的应用⑴组成：以树脂为基体（环氧树脂，酚醛树脂，不饱和聚酯树脂，有机硅）。以玻璃纤维为增强材料。463复合材料界面结合力1玻璃纤维增强塑料——玻璃钢第四十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期五⑵特点：质轻，耐热，耐蚀，耐老化，绝缘，加工性好。刚度不及金属。

⑴组成：以树脂（环氧酚醛F-4）为基体，以碳纤维（有机纤维，绝氧碳化）为增强材料。47⑶应用：车体，