潘祖仁-高分子化学课件

高分子化学高分子化学是研究高分子材料的结构、性质、合成和应用的化学学科。高分子材料广泛应用于日常生活和工业生产中，例如塑料、橡胶、纤维和涂料。by什么是高分子化学巨型分子高分子化学研究的是由大量重复结构单元组成的巨型分子。这些分子通常具有特殊的物理和化学性质，例如柔韧性、弹性、粘性等。材料科学高分子化学是材料科学的重要分支，它为我们提供了各种合成材料，包括塑料、橡胶、纤维、涂料等。应用广泛高分子材料在现代生活中无处不在，应用于各种领域，例如电子产品、建筑材料、医疗器械、交通运输、服装、食品包装等等。高分子化学的重要性生活中的应用高分子材料广泛应用于衣食住行等各个方面，如合成纤维、塑料、橡胶等。高分子材料的应用改善了人们的生活水平，提高了生活质量。科技领域的应用高分子材料在航空航天、医疗器械、电子信息等高科技领域发挥着重要作用。例如，高性能纤维可用于制造飞机、火箭等，生物医用高分子材料可用于制造人工器官和药物载体。高分子化学的历史1早期发展19世纪初期，科学家开始研究天然高分子，如橡胶、纤维素和蛋白质。这些研究奠定了高分子化学的基础。2高分子概念的提出20世纪20年代，德国化学家赫尔曼·施陶丁格提出了高分子概念，他认为高分子是由许多小分子通过化学键连接而成的长链结构。3现代高分子化学20世纪中期，随着合成高分子材料的不断发展，高分子化学成为一门独立的学科，并取得了巨大的进展。高分子的基本概念巨型分子高分子是由许多重复的结构单元通过共价键连接形成的巨型分子。高分子链高分子链通常是线形的，但也有支化、环状或网状结构。分子量高分子的分子量很大，通常用平均分子量来表示。高分子链的结构高分子链的结构是指高分子链中各原子或原子团的排列方式和空间关系，是决定高分子材料性能的关键因素。高分子链的结构包括主链结构、侧链结构、支链结构以及链的末端结构等，每种结构对高分子材料的物理、化学性质都有重要的影响。例如，聚乙烯的结构简单，没有侧链和支链，属于直链结构，因此其具有较高的结晶度和较好的机械强度。而聚丙烯由于存在侧链，其结晶度较低，机械强度也相对较差。高分子链的形态线性结构线性高分子链由许多重复单元线性连接而成，类似于链条，例如聚乙烯、聚丙烯等。支化结构支化高分子链由许多支链连接到主链上，例如淀粉、纤维素等。网状结构网状高分子链由许多链段交联形成三维网络结构，例如橡胶、环氧树脂等。球形结构球形高分子链由许多链段折叠形成球形结构，例如蛋白质、酶等。高分子的分类11.天然高分子天然高分子来源于自然界，例如蛋白质、淀粉和纤维素等，广泛应用于食品、医药和材料领域。22.合成高分子合成高分子是通过化学合成方法制备的，例如聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，在工业和生活中有广泛应用。33.生物降解高分子生物降解高分子是指在自然环境中能够被微生物降解的，例如聚乳酸、聚羟基丁酸酯等，具有环保优势。44.功能性高分子功能性高分子是指具有特殊功能的高分子，例如导电高分子、光学高分子和生物活性高分子等，在电子、光学和生物医药领域有着广泛的应用前景。聚合反应的基本原理单体聚合通过化学反应将小分子单体连接成大分子聚合物的过程。链增长聚合单体通过逐步添加反应形成聚合物的反应。步增长聚合单体通过逐步反应形成二聚体、三聚体等，最后形成高分子。链增长聚合反应1引发自由基或离子引发剂2增长单体不断加到活性中心3终止活性中心被消除链增长聚合反应是通过活性中心逐步添加单体，形成高分子链的反应。反应通常分为引发、增长和终止三个阶段。步增长聚合反应步增长聚合反应是一种逐步生成高分子链的聚合反应。它通常涉及单体之间的反应，形成二聚体，然后是三聚体，依此类推，最终形成高分子链。1单体反应单体分子之间相互反应，形成二聚体2二聚体反应二聚体与单体或其他二聚体反应，形成三聚体或更高聚体3链增长反应逐步进行，链逐渐增长4高分子形成最终形成高分子链与链增长聚合反应不同，步增长聚合反应通常发生在较高的温度下，并具有较长的反应时间。共聚合反应定义共聚合反应是指两种或多种单体通过聚合反应生成的一种聚合物。共聚物由两种或多种单体单元组成，这些单元以一定方式排列。分类共聚合反应可以分为多种类型，例如：随机共聚、交替共聚、嵌段共聚和接枝共聚。这些共聚反应的类型取决于单体单元在共聚物链中的排列方式。应用共聚合反应是高分子化学中重要的反应类型，它可以用来合成具有特殊性能的聚合物材料。例如，共聚合反应可以用来改善聚合物的机械性能、热性能、光学性能以及阻燃性能。举例常见的共聚物例子包括：ABS树脂、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）共聚物、聚乙烯-乙烯醇（EVOH）共聚物、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）共聚物。高分子量的测定高分子量的测定是研究高分子材料性质和应用的重要基础.准确测定高分子量可以帮助理解其物理化学性质，例如熔点、粘度、溶解度等.1K道尔顿高分子量的单位10方法常用的测定方法1M分子量高分子量分布100影响影响高分子材料的性能高分子材料的性能物理性能高分子材料的物理性能包括强度、硬度、韧性、弹性、耐热性、耐寒性、耐磨性等。强度是指材料抵抗外力破坏的能力，硬度是指材料抵抗表面压痕的能力，韧性是指材料抵抗断裂的能力，弹性是指材料在外力作用下发生形变后恢复原状的能力。化学性能高分子材料的化学性能包括耐腐蚀性、耐溶剂性、耐氧化性、耐酸碱性等。耐腐蚀性是指材料抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力，耐溶剂性是指材料抵抗溶剂溶解的能力，耐氧化性是指材料抵抗氧化作用的能力。高分子材料的加工1混合将高分子材料与其他物质混合，以改变其性能或制造复合材料。2成型将混合后的高分子材料塑造成所需的形状，常见方法有注塑、挤出、吹塑等。3固化使高分子材料通过化学反应或物理变化固化，获得最终的性能和形状。4后处理对加工完成的高分子材料进行表面处理、涂覆等操作，以改善其性能。高分子材料的加工过程包含多个步骤，每个步骤都对材料的最终性能至关重要。选择合适的加工工艺，可以有效提高材料的性能和产品质量。高分子材料的应用日常生活从服装、食品包装到家具、电子产品，高分子材料无处不在，提高了生活质量。工业领域高分子材料在汽车、航空航天、建筑、能源等领域发挥重要作用，推动科技进步。医疗卫生高分子材料制成的医疗器械、生物材料，为人类健康保驾护航，造福社会。环境保护可降解高分子材料、吸附剂，为环境保护提供解决方案，可持续发展。高分子材料的回收与再利用11.回收利用减少塑料废弃物，保护环境，缓解资源压力。22.再生利用将废弃塑料分解成单体或低聚物，用于生产新的塑料制品。33.物理处理将废弃塑料粉碎、造粒，用于制造塑料地板、塑料制品。44.化学处理通过化学方法改变塑料结构，使其可用作燃料或其他材料。生物相容性高分子材料生物相容性是指材料与生物体之间相互作用的能力，不会引起生物体的排斥或不良反应。生物降解性是指材料在体内可以被生物体酶或水解，最终降解成无害的产物，并被机体吸收或排出体外。应用领域生物相容性高分子材料在医疗领域有着广泛的应用，例如人工器官、药物缓释系统、组织工程等。发展趋势随着生物医学工程和材料科学技术的不断发展，生物相容性高分子材料将拥有更大的应用潜力。功能性高分子材料导电高分子导电高分子材料具有独特的电学性质，可用于制造有机发光二极管、传感器和太阳能电池等。生物降解高分子生物降解高分子材料可以被生物降解成无害的物质，如水和二氧化碳，具有环境友好性。智能高分子智能高分子材料对环境刺激，如温度、pH值或光照，具有响应性，可用于制造药物释放系统和生物传感器等。智能高分子材料响应性智能高分子材料对环境变化敏感，可以根据外部刺激改变形状、尺寸或性质。自修复一些智能高分子材料具有自我修复能力，能够在受损后自动恢复功能。可控释放智能高分子材料可以根据需要释放药物、营养物质或其他物质，在药物控制和生物工程领域有着广泛应用。可持续性一些智能高分子材料可生物降解或可循环利用，有助于减少环境污染。高分子纳米复合材料增强性能纳米材料的加入可以提高高分子材料的机械强度、热稳定性和阻隔性能，使其在各种应用中发挥更优异的性能。功能化纳米材料赋予高分子材料新的功能，例如导电性、磁性、光学特性和生物活性，扩展了其应用范围。应用领域高分子纳米复合材料在航空航天、汽车制造、电子器件、生物医学和能源等领域具有广阔的应用前景，助力科技进步。高分子材料的环境影响环境污染高分子材料的生产和使用会产生废弃物和污染物。这些污染物可能会污染空气、水和土壤，并对生态系统造成负面影响。资源消耗高分子材料的生产需要大量的化石燃料和原材料。这会导致资源枯竭并加剧气候变化。高分子材料的可持续发展循环利用塑料、橡胶等高分子材料可以回收再利用，减少资源浪费和环境污染。生物降解开发可降解高分子材料，如生物塑料，减少环境污染。可再生资源使用可再生资源，如植物油、淀粉等，代替石油基高分子材料。绿色设计采用绿色设计理念，降低高分子材料生产和使用过程中的环境影响。高分子材料的未来发展方向纳米材料纳米材料的应用将提高高分子材料的性能，例如强度，韧性和抗腐蚀性。生物降解可生物降解的高分子材料将在减少塑料污染方面发挥重要作用。智能材料智能高分子材料可以根据环境变化改变其性能，例如形状和颜色。可再生资源利用可再生资源生产高分子材料，例如植物和生物质。高分子材料的安全与健康11.安全使用高分子材料的生产和使用应符合安全规范。使用过程中，要避免接触皮肤和眼睛，并采取相应的防护措施。22.健康风险一些高分子材料可能释放有害物质，对人体健康造成危害。因此，应选择环保型材料，并注意其使用环境。33.材料降解高分子材料的降解过程会释放某些物质，这些物质可能对环境造成污染，影响人体健康。44.食品安全用于食品包装的材料，应确保其安全无毒，避免对食品造成污染。高分子材料的伦理问题环境影响高分子材料的生产和使用会产生环境污染，例如塑料垃圾和温室气体排放。资源消耗高分子材料的生产需要大量的化石燃料和资源，加剧了资源的枯竭。健康风险一些高分子材料可能含有有害物质，会对人体健康造成危害。道德争议高分子材料的使用和发展可能引发道德争议，例如动物实验和基因工程。高分子化学在生活中的应用玩具塑料玩具是高分子材料应用的典型例子。它们轻便、耐用、易于成型，并且价格低廉。常见的塑料玩具包括积木、玩偶、汽车和飞机。服装合成纤维，如尼龙、涤纶和聚酯纤维，是高分子材料在服装行业的应用。它们具有耐磨、防皱、保暖和易洗涤的优点，深受消费者青睐。高分子化学在科技领域的应用航空航天聚合物复合材料具有高强度、重量轻的特点，在飞机和火箭制造中得到广泛应用。医疗领域生物相容性高分子材料用于制造人工器官、药物缓释系统等，提高医疗水平。电子设备高分子材料在电子设备中起到绝缘、封装等重要作用，促进电子行业发展。高分子化学的前沿研究可控/活性聚合精确控制聚合物结构和性能，如分子量和链结构。这将有助于生产高性能材料并开发新型应用。生物降解高分子研究开发可降解的、生物相容性高分子，以解决塑料污染和环境问题。高分子纳米材料将高分子与纳米材料结合，形成具有独特性能的