高分子材料绪论课件讲义.ppt
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1、高分子材料高分子材料什么是高分子材料什么是高分子材料高分子材料的发展高分子材料的发展高分子材料的现状高分子材料的现状高分子材料的未来高分子材料的未来高分子材料的课程简介高分子材料的课程简介高分子材料的课程基础高分子材料的课程基础学习要求及主要参考资料学习要求及主要参考资料现代科技与现代文明现代科技与现代文明三大支柱三大支柱能能源源材材料料信信息息全球新技术革命的四大标志(新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术)什么是高分子材料General PlasticsEngineering plasticsSynthetic rubber,elastomerSynthetic fibers Kevl
2、ar VestFunctional polymersDevelopment of Polymer Science高分子科学的形成与发展高分子科学的形成与发展高分子的概念始于高分子的概念始于20世纪世纪20年代,但应用更早年代,但应用更早 n 1812年用酸水解树皮等,得到淀粉。n“橡胶”最早认识是印第安人,“卡乌巧乌”n 1839年古德意发现天然橡胶与松节油、硫磺共热可改变性能,化学上叫高分子化学改性,工业上叫硫化处理。n 1864年,舍恩拜因用棉纤维经硝酸、硫酸混合液处理,发明了火药棉。n 1865年帕克尔对胶棉处理,得到第一种人造塑料-赛璐珞。n 1892年克罗斯以木纤维生产粘胶纤维。19
3、10 1910年,美籍比利时化学家贝克兰德将苯酚与甲醛进行反应,年,美籍比利时化学家贝克兰德将苯酚与甲醛进行反应,得到酚醛树脂,加热模压,制得第一种合成塑料得到酚醛树脂,加热模压,制得第一种合成塑料 将酚醛树脂添加木屑加热、加压模塑成各种制品,以他的姓氏将酚醛树脂添加木屑加热、加压模塑成各种制品,以他的姓氏命名,俗称称为电木命名,俗称称为电木贝克兰德贝克兰德(1863-1944)(1863-1944)美国化学家美国化学家1909 1909 发明酚醛塑料发明酚醛塑料 19261926年年3 3月,美国月,美国塑料塑料杂志杂志将塑料定义为将塑料定义为“一种物质的性质,使它可以一种物质的性质,使它可
4、以形成任何想要的形状,而不像非形成任何想要的形状,而不像非塑性物质那样需要切凿塑性物质那样需要切凿”第一种合成塑料第一种合成塑料一战后,无线电、收音机等电气工一战后,无线电、收音机等电气工业迅猛发展,增加了对电木的需求,业迅猛发展,增加了对电木的需求,一直使用到今天一直使用到今天在在Staudinger的理论出现之前,科学界对塑料、的理论出现之前,科学界对塑料、橡胶和其他分子量很高的材料的本质认识一直是橡胶和其他分子量很高的材料的本质认识一直是不清楚的。对不清楚的。对19世纪的大多数研究学者来说,世纪的大多数研究学者来说,分分子量超过子量超过10,000g/mol的物质似乎是难以置信的,的物质
5、似乎是难以置信的,他们把这类物质同由小分子稳定悬浮液构成的胶他们把这类物质同由小分子稳定悬浮液构成的胶体系统混为一谈。体系统混为一谈。它们的分子量究竟是多少,它为什么难于透过半透膜而有点象胶体,它为什么没有固定的熔点和沸点,不易形成结晶?Staudinger Staudinger否定了这些物质是有机胶体的观点。否定了这些物质是有机胶体的观点。他他假定那些高分子量的物质,即聚合物,是由共价键形假定那些高分子量的物质,即聚合物,是由共价键形成的真实大分子,并在其大分子理论中阐明了聚合物成的真实大分子,并在其大分子理论中阐明了聚合物由长链构成,链中单体(或结构单元)通过共价键彼由长链构成,链中单体(
6、或结构单元)通过共价键彼此连接。此连接。较高的分子量和大分子长链特征决定了聚合较高的分子量和大分子长链特征决定了聚合物独特的性能。尽管一开始他的假设并不为大多数科物独特的性能。尽管一开始他的假设并不为大多数科学家所认可,但最终这种解释得到了合理的实验证实,学家所认可,但最终这种解释得到了合理的实验证实,为工业化学家们的工作提供了有力的指导,从而使得为工业化学家们的工作提供了有力的指导,从而使得聚合物的种类迅猛地增长。聚合物的种类迅猛地增长。1953年,年,Staudinger被授予诺贝尔奖。现在人们都已被授予诺贝尔奖。现在人们都已非常清楚:塑料以及橡胶、纤维素、非常清楚:塑料以及橡胶、纤维素、
7、DNA等很多物等很多物质都是大分子。质都是大分子。19181918,奥地利化学家约翰制得脲醛树脂,用它制成的塑料无色,奥地利化学家约翰制得脲醛树脂,用它制成的塑料无色而有耐光性,并有很高的硬度和强度,更不易燃,能透过光线,而有耐光性,并有很高的硬度和强度,更不易燃,能透过光线,又称电玉。又称电玉。2020世纪世纪2020年代,电玉在欧洲曾被用作玻璃代用品年代,电玉在欧洲曾被用作玻璃代用品2020世纪世纪3030年代,出现以尿素为原料的三聚氰胺甲醛树脂,可制年代,出现以尿素为原料的三聚氰胺甲醛树脂,可制造耐电弧的材料,且耐火、耐水、耐油造耐电弧的材料,且耐火、耐水、耐油3030年代,合成一系列烯
8、烃类加聚物,并实现工业化年代,合成一系列烯烃类加聚物,并实现工业化PVC(19271937)PVAc(1936)PMMA(19271931)PS(19341937)LDPE(1939)PA66(1935-1938)PET(1940-1945)1930-19501930-1950年:合成高分子工业初创期,高分子理论走向成熟年:合成高分子工业初创期,高分子理论走向成熟19351935年年 W.H.Carothers W.H.Carothers 合成出尼龙合成出尼龙-66-66,3838年实现工业化。年实现工业化。19401940年年 涤纶合成成功,于涤纶合成成功,于4545年实现工业化;年实现工业
9、化;1927-19501927-1950年期间,年期间,PVCPVC,PSPS,PMMAPMMA,TeflonTeflon,LDPELDPE等自由基聚合产品相继实等自由基聚合产品相继实现工业化;现工业化;19351935年年 H.Mark H.Mark 提出加聚动力学方程;提出加聚动力学方程;19391939年年 P.J.Flory P.J.Flory提出缩聚中官能团等活性、分子量与反应程度关系等理提出缩聚中官能团等活性、分子量与反应程度关系等理论;论;1940-19481940-1948年年 建立了一系列测定聚合物分子量的方法(最著名的为建立了一系列测定聚合物分子量的方法(最著名的为Mark
10、-Mark-HouwinkHouwink方程:方程:=K M=K M ););19421942年年 发展高分子溶液的统计热力学理论(发展高分子溶液的统计热力学理论(Flory,HugginsFlory,Huggins等);等);1945-19471945-1947年年 对自由基加聚机理的研究已趋于成熟对自由基加聚机理的研究已趋于成熟;1953-19601953-1960年:配位聚合与离子聚合的发现与发展年:配位聚合与离子聚合的发现与发展1919世纪世纪6060、7070年代:大品种通用高分子发展、成熟,工程塑年代:大品种通用高分子发展、成熟,工程塑料发展期料发展期1980-20001980-2
11、000年:功能高分子进入发展期,可控聚合反应进一步年:功能高分子进入发展期,可控聚合反应进一步发展,通用高分子高性能化发展,通用高分子高性能化L.H.L.H.贝克兰(贝克兰(L.H.BaekelandL.H.Baekeland)塑料之父塑料之父创立高分子化学的施陶丁格(Hermann Staudinger 1881-1965)1953年,他以72岁高龄,走上了诺贝尔奖的领奖台。高分子科学的开山祖师高分子科学的开山祖师1920 On Polymer 论聚合论聚合 首次提出聚合就是小分子依靠化学键结合首次提出聚合就是小分子依靠化学键结合起来,形成大分子的过程的理论,并提出了聚起来,形成大分子的过程
12、的理论,并提出了聚苯乙烯、聚甲醛、天然橡胶的线形长链结构式苯乙烯、聚甲醛、天然橡胶的线形长链结构式1932 The high-molecular compounds 高分子有机化合物高分子有机化合物 首次提出了合成大分子具有多分散性,且首次提出了合成大分子具有多分散性,且物理性质具有分子量依赖性,标志着高分子化物理性质具有分子量依赖性,标志着高分子化学的诞生。学的诞生。For his discoveries in the field of macromolecular chemistry.“链状大分子物质的发现链状大分子物质的发现”1953 Nobel Prize in Chemistry华莱
13、士H卡罗瑟斯(Wallace H.Carothers,18961937)支持施陶丁格的高分子学说,发现聚酯,发明尼龙,发明氯丁橡胶高物与高化的集大成者高物与高化的集大成者FloryPaul J.Flory(1910-1985)1974年荣获瑞典皇家科学院授予的诺贝尔化学奖。Karl Ziegler(1898-1973)Giulio Natta(1903-1979)1963年12月10日,他们共享诺贝尔化学奖的崇高荣誉。立体规整聚合立体规整聚合Plastic、Rubber、FiberNobel Prize in Chemistry聚丙烯聚合环烯烃聚丙烯聚合环烯烃环烯烃聚合环烯烃聚合非烯单体非烯单
14、体1963,Ziegler、Natta在高分子在高分子合成化学和工艺领域中的发现合成化学和工艺领域中的发现for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers白川英树(Hideki Shirakawa)Alan G.MacDiarmid Alan J.Heeger因对导电聚合物的发现和发展而获得2000年度诺贝尔化学奖。我国高分子的科学发展高分子材料发展现状高分子材料发展现状高高分分子子化化学学高高分分子子物物理理高高分分子子材材料料高分子材料高分子材料Polymer Materi
15、als通用高分子材料通用高分子材料commodity polymer materials功能高分子材料功能高分子材料functional polymer materials通用高分子材料通用高分子材料commodity polymer materials功能高分子材料功能高分子材料functional polymer materials大品种,用量大特殊用途、精细 高分子膜是指那些由具有特殊分离功能的高高分子膜是指那些由具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜,能有选择地分离物质。目分子材料制成的薄膜,能有选择地分离物质。目前应用于海水淡化、反渗透、膜萃取、膜蒸馏等前应用于海水淡化、反渗透、膜萃
16、取、膜蒸馏等技术领域。技术领域。建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂,是世界上最大的海水淡化厂,日供应淡水12000吨,主要使用醋酸纤维素分离膜装置。v 光敏高分子材料以光敏树脂光敏高分子材料以光敏树脂为代表,主要用于照相、印为代表,主要用于照相、印刷制版、印刷集成电路等。刷制版、印刷集成电路等。v 印刷工业应用聚乙烯醇酸酯,印刷工业应用聚乙烯醇酸酯,光照时交联而不溶而保留下光照时交联而不溶而保留下来,得到凸版。来,得到凸版。v 光解性的光刻胶,重氮醌接光解性的光刻胶,重氮醌接到酚醛树脂上,光作用下重到酚醛树脂上,光作用下重氮醌分解,图像被保留,分氮醌分解,图像被保留,分辨率达辨率达1010纳米。纳米
17、。1950年人们逐渐开始配戴材质是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的隐形眼镜,具有优越的光学特性,又能矫正角膜性散光。1960年捷克学者利用十年的时间发明了软性隐形眼镜的材料,就是一直延用至今的聚甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)。在塑料中加入在塑料中加入蓄光型发光材料经蓄光型发光材料经加工就可制成发光加工就可制成发光塑料。发光塑料是塑料。发光塑料是近年来兴起的一种近年来兴起的一种高附加值新型功能高附加值新型功能材料。其产品如:材料。其产品如:交通领域通道标识、交通领域通道标识、楼梯标识、标志线;楼梯标识、标志线;发光涂料、发光开发光涂料、发光开光、发光壁纸、工光、发光壁纸、工艺品、玩具、体育艺品、玩具
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