高分子材料基础—第2章高分子材料科学基础要点课件.ppt

1、 河北工业大学高分子研究所1 第二章 高分子材料概论 Introduction to Polymeric Materials n2.1.1 Polymer Historyn2.1.2 Famous Polymer Scientistsn2.1.3 Polymer Presentn2.1.4 Future2.1 History and Future of Polymers 河北工业大学高分子研究所2 高分子工业：高分子工业：-公元前，蛋白质、淀粉、棉、毛、丝、麻、造纸、公元前，蛋白质、淀粉、棉、毛、丝、麻、造纸、 油漆、虫胶等油漆、虫胶等高分子科学：高分子科学：- 1833年，年，Berzeli

2、us 提出提出 “Polymer”一词，指以共价键、一词，指以共价键、 非共价键联结的聚集体非共价键联结的聚集体1、十九世纪之前：天然高分子的加工利用、十九世纪之前：天然高分子的加工利用2.1.1 Polymer History 河北工业大学高分子研究所32、十九世纪中叶：天然高分子的化学改性、十九世纪中叶：天然高分子的化学改性高分子工业：高分子工业：- 1838 C.N.Goodyear 天然橡胶硫化天然橡胶硫化- 1845 C.F.Schobein 硝化纤维硝化纤维- 1868 J.W.Hyatt 硝化纤维塑料硝化纤维塑料- 1889 建成最早的人造丝工厂建成最早的人造丝工厂- 1900

3、英国建成年产英国建成年产1000t粘胶纤维工厂粘胶纤维工厂高分子科学：高分子科学：- 1870 提出纤维素、淀粉、蛋白质是大的分子提出纤维素、淀粉、蛋白质是大的分子-1892 W.A.Tilden 确定天然橡胶干馏产物异戊二烯确定天然橡胶干馏产物异戊二烯 结构式结构式 河北工业大学高分子研究所4高分子工业：高分子工业：- 1907 L.Backeland 酚醛树脂酚醛树脂- 1911 丁钠橡胶丁钠橡胶- 1914 醋酸纤维和塑料醋酸纤维和塑料- 1925 醋酸乙烯工业化醋酸乙烯工业化- 1928 聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯高分子科学：高分子科学：- 1902 提出蛋白

4、质是由氨基酸残基组成的多肽结构提出蛋白质是由氨基酸残基组成的多肽结构- 1907 W.Ostwold 提出分子胶体概念提出分子胶体概念- 1920 H.Staudinger 提出提出“共价键联结的大分子共价键联结的大分子” 之现代高分子概念之现代高分子概念3、二十世纪初叶：高分子工业和科学的创立的准备时期、二十世纪初叶：高分子工业和科学的创立的准备时期 河北工业大学高分子研究所5高分子工业：高分子工业：-塑料：塑料：PVC(1931)、PS(1934)、LDPE(1939)、ABS (1948) -橡胶：氯丁胶橡胶：氯丁胶(1931)、丁基胶、丁基胶(1940)、丁苯胶、丁苯胶(1940)-纤

5、维：纤维：PVC(1931)、尼龙、尼龙-66(1938)、PET(1941)、维纶、维纶（1948）高分子科学：高分子科学：- 1932 H.Staudinger 高分子有机化合物高分子有机化合物出版出版 - 192940 W.H.Carthorse, P.J.Flory 缩聚反应理论缩聚反应理论- 193238 W.Kuhn, K.H.Mayer 橡胶弹性理论橡胶弹性理论- 193548 H.Mark, F.R.Mayo, et al 链式聚合反应和共链式聚合反应和共 聚合理论聚合理论- 194249 P.J.Flory, M.L.Huggins, et al 高分子溶液理论高分子溶液理论

6、- 40年代年代 Harkin-Smith-Ewart 乳液聚合理论乳液聚合理论4、二十世纪、二十世纪3040年代：高分子工业和科学的创立时期年代：高分子工业和科学的创立时期 河北工业大学高分子研究所6高分子工业：高分子工业：- HDPE （195355）、）、PP（195557）、）、BR（1959）、）、 PC（1957）- 石油化工产品的石油化工产品的80%用于高分子工业用于高分子工业- 塑料以两倍于钢铁的速率增长（塑料以两倍于钢铁的速率增长（1215% / 年）年）高分子科学：高分子科学：- 195356 Ziegler-Natta 催化剂和配位阴离子聚合催化剂和配位阴离子聚合- 50

7、年代年代 Szwarc 阴离子活性聚合阴离子活性聚合 Kennedy 阳离子聚合阳离子聚合- 1957 A.Keller 获得聚乙烯单晶获得聚乙烯单晶5、二十世纪、二十世纪50年代：现代高分子工业确立、高分子合成化学大发年代：现代高分子工业确立、高分子合成化学大发展时期展时期 河北工业大学高分子研究所7高分子工业：高分子工业：-通用塑料：通用塑料：PE、PP、PVC、PS 、PF、UF、PU - 工程塑料：工程塑料：ABS、PA、PC、PPO、POM、PBT-合成橡胶：丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶、异戊胶、丁基胶、合成橡胶：丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶、异戊胶、丁基胶、 丁腈胶丁腈胶- 合成纤维：合成纤维

8、：PET、PAN、PP、PVA、nylon高分子科学：高分子科学：- 各种热谱、力谱、电镜、各种热谱、力谱、电镜、IR手段的应用：手段的应用： 1960 高分辨率高分辨率NMR、 1964 GPC的使用的使用 - 结晶高分子、高分子粘弹性、流变学理论研究的深入结晶高分子、高分子粘弹性、流变学理论研究的深入6、二十世纪、二十世纪60年代：高分子物理大发展时期年代：高分子物理大发展时期 河北工业大学高分子研究所8高分子工业：高分子工业：- 生产的高效化、自动化、大型化：生产的高效化、自动化、大型化： 塑料塑料6000万万t、橡胶、橡胶700万万t、化纤、化纤6000万万t、- 高分子合金，如高分子

9、合金，如HIPS- 高分子复合材料，如碳纤维增强复合材料高分子复合材料，如碳纤维增强复合材料高分子科学：高分子科学：- 197178 白川英树等白川英树等 导电高分子导电高分子- 1973 Kevlar 纤维纤维7、二十世纪、二十世纪70年代：高分子工程科学大发展时期年代：高分子工程科学大发展时期 河北工业大学高分子研究所9高分子工业：高分子工业：- 80年代初，三大合成材料产量超过年代初，三大合成材料产量超过10亿亿t，其中塑料，其中塑料 8500万万t，以体积计超过钢铁的产量，以体积计超过钢铁的产量- 精细高分子、功能高分子、生物医学高分子精细高分子、功能高分子、生物医学高分子高分子科学：

10、高分子科学：- 提出分子设计概念提出分子设计概念- 1983 O.W.Webster 基团转移聚合基团转移聚合- 1994 王锦山王锦山 原子（基团）转移自由基聚合原子（基团）转移自由基聚合8、二十世纪末期：高分子科学的扩展与深化、二十世纪末期：高分子科学的扩展与深化 河北工业大学高分子研究所10 瑞典人，物理化学家。瑞典人，物理化学家。研究胶体分子的提纯和分离技研究胶体分子的提纯和分离技术，特别是对蛋白质的研究。术，特别是对蛋白质的研究。1924年发明了超速离心机，用年发明了超速离心机，用于蛋白质分子测定，并从沉降于蛋白质分子测定，并从沉降常数和扩散系数获得血红蛋白常数和扩散系数获得血红蛋白

11、的分子量。的分子量。 Svedberg 的工作为高分子化的工作为高分子化学的建立创造了实验条件。学的建立创造了实验条件。T.Svedberg （ 18841971）2.1.2 Famous Polymer Scientist19261926年因发明高速离心机并用于高分散胶体化学研究获奖年因发明高速离心机并用于高分散胶体化学研究获奖 河北工业大学高分子研究所11 德国人，德国人，1903年年在在Halla大学完成博大学完成博士论文。士论文。 毕业后在多所大毕业后在多所大学任教。学任教。 早期研究有机化早期研究有机化学，后转向对天然学，后转向对天然有机物的结构研究。有机物的结构研究。 1920年，

12、在年，在德国化学会志德国化学会志上发表划时代的文章上发表划时代的文章论聚合论聚合,首次提出高分子的概念。首次提出高分子的概念。 1932年，发表专著年，发表专著高分子有机化合物高分子有机化合物，标志着高分子化学，标志着高分子化学的诞生。的诞生。H.Staudinger （ 18811965）19531953年因年因“链状大分子物质的发现链状大分子物质的发现”获获诺贝尔化学诺贝尔化学奖奖v尼龙的发明人 v30年代缩聚反应的系统研究v二元醇与二元羧酸的反应 v二元胺与二元羧酸的缩聚反应 v1935年合成出聚酰胺66 （尼龙66）v1938年世界上第一种合成纤维正式诞生Wallace H. Caro

13、thers（18961937） 河北工业大学高分子研究所13K.Ziegler （18981973）G.Natta （19031979） 德国人，德国人，22岁获博士学位。毕业后在多所岁获博士学位。毕业后在多所大学任教，大学任教，1946年起任前联邦德国化学会会年起任前联邦德国化学会会长。主要从事有机金属化合物合成研究，长。主要从事有机金属化合物合成研究，1953年发现了可使乙烯在室温低压下迅速聚年发现了可使乙烯在室温低压下迅速聚合成为高分子量聚乙烯的合成为高分子量聚乙烯的Ziegler催化剂。催化剂。 意大利人，意大利人，21岁获博士学位。毕业后在多所岁获博士学位。毕业后在多所大学任教，同时

14、兼任大学任教，同时兼任Montecatini公司顾问。主公司顾问。主要从事有机合成和高分子结构研究。要从事有机合成和高分子结构研究。1954年，年，在用改进的在用改进的Ziegler催化剂进行聚丙烯合成时发催化剂进行聚丙烯合成时发现对聚合物立体结构有重大影响。现对聚合物立体结构有重大影响。19631963年因年因“在高分子合成和工艺领域中的重大发现在高分子合成和工艺领域中的重大发现”共同获共同获奖奖Paul J. Flory (1910-1985) 美国人，美国人，1934年获博士学位后，作年获博士学位后，作为物理化学家进入杜邦公司，在为物理化学家进入杜邦公司，在Carothers手下工作。手

15、下工作。Carothers鼓鼓励他从事将数学方法用于高分子领励他从事将数学方法用于高分子领域的研究。域的研究。 按照这一思路，按照这一思路， Flory的研究在许的研究在许多重要的理论方面多有建树：高分多重要的理论方面多有建树：高分子分子量分布、等活性反应原理、子分子量分布、等活性反应原理、高分子溶液的热力学研究等。高分子溶液的热力学研究等。19741974年因在长链分子物理化学性质方面的研究获奖年因在长链分子物理化学性质方面的研究获奖 河北工业大学高分子研究所1519911991年因把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较复年因把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较复杂的物质形式，特别是推

16、广到液晶和聚合物的研究中获奖杂的物质形式，特别是推广到液晶和聚合物的研究中获奖P.G. de Geenes (1932)法国人，理论物理学家法国人，理论物理学家6070年代，把年代，把研究简单系统研究简单系统中有序现象的方法推广到比中有序现象的方法推广到比较复杂的物质形式，特别是较复杂的物质形式，特别是推广到液晶和聚合物的研究推广到液晶和聚合物的研究中，为物理学研究开拓了新中，为物理学研究开拓了新的领域。的领域。Hideki Shirakawa(1936)Alan G. MacDiarmid(1927)Alan J. Heeger(1936)20002000年因在导电聚合物领域的开创性工作共同

17、获奖年因在导电聚合物领域的开创性工作共同获奖 美国人，现任宾美国人，现任宾夕法尼亚大学化学夕法尼亚大学化学教授教授 美国人，现任加美国人，现任加利福尼亚大学巴巴利福尼亚大学巴巴拉分校聚合物和有拉分校聚合物和有机固体研究所所长机固体研究所所长 日本人，现任筑日本人，现任筑波大学材料科学研波大学材料科学研究所化学教授究所化学教授 河北工业大学高分子研究所17库尔特.维特里希 (1938)约翰.芬恩(1917)田中耕一 （1959） 瑞士人，现任瑞瑞士人，现任瑞士苏黎世联邦高等士苏黎世联邦高等理工学校的分子生理工学校的分子生物物理学教授物物理学教授 日本人，现任岛日本人，现任岛津制作所分析测量津制作

18、所分析测量事业部生命科学商事业部生命科学商务中心、生命科学务中心、生命科学研究所主任研究所主任 20022002年因在生物大分子研究领域的贡献而获奖年因在生物大分子研究领域的贡献而获奖美国人，现任弗吉尼美国人，现任弗吉尼亚联邦大学教授亚联邦大学教授 河北工业大学高分子研究所18 在自由基聚合、氧化还原引发体系等领域开展了系统的基础研究，并开在自由基聚合、氧化还原引发体系等领域开展了系统的基础研究，并开创了国内医用高分子研究领域。创了国内医用高分子研究领域。(19152005) 1915年年10月月12日生于江苏省吴江县。日生于江苏省吴江县。1937年毕业于清华大学化学系。年毕业于清华大学化学系

19、。1945年年考取公费留美，入圣母大学研究院，考取公费留美，入圣母大学研究院，1948年获该校博士学位后回国。年获该校博士学位后回国。19481952年，任清华大学化学系教授。后任年，任清华大学化学系教授。后任北京大学化学系教授兼高分子教研室主北京大学化学系教授兼高分子教研室主任，并先后兼任中国科学院化学研究所任，并先后兼任中国科学院化学研究所和感光化学研究所研究员、中国化学会和感光化学研究所研究员、中国化学会理事和高分子专业委员会副主任、中国理事和高分子专业委员会副主任、中国生物医学工程学会理事和生物医学工程学会理事和高分子通讯高分子通讯副主编。副主编。1981年当选为中国科学院化学年当选为

20、中国科学院化学部学部委员。部学部委员。1984年受日本京都大学邀年受日本京都大学邀请为医用高分子与生物材料研究中心客请为医用高分子与生物材料研究中心客座教授。座教授。冯新德冯新德 河北工业大学高分子研究所19王葆仁王葆仁（19071986） 江苏扬州人。江苏扬州人。1927年毕业于东南大年毕业于东南大学化学系。学化学系。 1935年获英国伦敦大学帝国年获英国伦敦大学帝国学院博士学位。中国科学院化学研究所研学院博士学位。中国科学院化学研究所研究员、副所长。究员、副所长。19401951年曾任浙年曾任浙江大学化学系教授、系主任。江大学化学系教授、系主任。1959年在年在中国科技大学创建高分子化学与

21、物理系。中国科技大学创建高分子化学与物理系。中国最早从事高分子科学研究的化学家之中国最早从事高分子科学研究的化学家之一。一。50年代开始研究聚甲基丙烯酸甲酯、年代开始研究聚甲基丙烯酸甲酯、聚已内酰胺。对有机硅高分子、特别是硅聚已内酰胺。对有机硅高分子、特别是硅碳硅氧链高分子的合成做了深入研究。对碳硅氧链高分子的合成做了深入研究。对耐高温杂环高分子的合成及性能进行了较耐高温杂环高分子的合成及性能进行了较广泛研究，并在应用方面作了许多开拓工广泛研究，并在应用方面作了许多开拓工作。作。70年代提出加强高分子大品种如聚丙年代提出加强高分子大品种如聚丙烯等的研究。在烃类化学方面也做过许多烯等的研究。在烃

22、类化学方面也做过许多研究。研究。 河北工业大学高分子研究所20 江苏省常熟县人，1939年毕业于浙江大学化学系。194043年，在西南联合大学任教。1944年赴美留学，在威斯康星大学从事喇曼光谱和电偶矩测定方面的研究。1948年回国，曾经担任厦门大学和浙江大学化学系副教授，并先后在中科院物理化学研究所、长春应用化学研究所和上海有机化学研究所任研究员。1981年当选为中国科学院化学部学部委员。(19172003) 主要研究领域有：高分子结构与性能、高分子溶液性质、高聚物分子间激基缔合物荧光、有机光导体和有机导体的探索等。 河北工业大学高分子研究所21广东省番禺县人。1942年毕业于西南联合大学化

23、学系。1947年赴美留学，52年获印第安纳大学化学系博士学位，后到芝加哥纳尔科化学公司任有机化学高级研究员。1956年回国，历任南开大学化学系教授、系主任、分子生物研究所副所长、高分子研究所所长,中国化学会理事,中国生物材料与人工器官学会副理事长，中国生物医学工程学会理事，中国科学、科学通报、高等学校化学学报、高分子通讯等刊编委。1981年当选为中国科学院化学部学部委员。(19182007) 开拓了我国离子交换与吸附树脂的研究领域，并在将基础研究和应用研究相结合推动产业发展方面做出富有成果的尝试。何炳林何炳林 河北工业大学高分子研究所22江苏省江阴县人。1940年在武汉大学化学系毕业。1947

24、年赴美留学，在纽约布鲁克林工学院高分子研究院学习和工作，1949年获化学硕士学位。同年回国，先后在上海化工厂、沈阳化工局任工程师。1951年后历任中国科学院长春应用化学研究所研究员、室主任、副所长。1981年起，任中国科学院武汉分院副院长、院长，湖北化学研究所所长，武汉大学教授。历任中国科学、高分子通讯和美国高分子应用科学等杂志编委。1981年当选为中国科学院化学部学部委员。(19161992) 其长期从事高分子科学研究工作，在国内开创合成橡胶、高分子辐射化学、高分子固态反应和高聚物流变学等方面的研究。 河北工业大学高分子研究所23 江苏省宜兴县人。1940年毕业于西南联合大学。1946年赴美

25、留学，1949年获哥伦比亚大学博士学位。1950年回国后任北京大学化学系教授。1952年后，先后任吉林大学教授、校长、名誉校长兼理论化学研究所所长、名誉所长，原国家自然科学基金委员会主任、中国化学会理事长、中国高教学会副会长、高等学校化学学报主编、中国科学和科学通报编委、化学学报常务编委和国际量子化学顾问编委。 专长于物理化学和高分子物理化学，特别是量子化学。开展了高分子统计理论研究，在高分子化学、高分子物理理论研究方面开创了一个重要领域。(19152008)唐敖庆唐敖庆 河北工业大学高分子研究所24 江苏省南京市人。1944年在浙江大学化工系毕业，1948年获美国里海大学科学硕士学位。194

26、9年，徐僖回国，受聘于重庆大学化学系，任副教授。1951年，他受命在重庆大学任教的同时筹建重庆塑料厂，任副厂长兼总工程师。后历任成都科技大学副校长、高分子材料系主任、高分子研究所所长以及中国化学会理事、中国石油化工学会副理事长、高分子材料科学与工程和油田化学期刊主编。(1921 ) 长期从事高分子化学、高分子材料成型基础理论、高分子力化学、辐射化学等领域的研究。徐徐 僖僖 河北工业大学高分子研究所251、努力没有失败，成功不是偶然。天道酬勤、努力没有失败，成功不是偶然。天道酬勤2、机遇只给有准备的人、机遇只给有准备的人3、一切快乐之本在于有所作为、一切快乐之本在于有所作为4、不经历风雨哪能见彩

27、虹、不经历风雨哪能见彩虹5、勿以善小而不为，勿以恶小而为之、勿以善小而不为，勿以恶小而为之6、细节决定命运、细节决定命运7、机会只给有准备的人、机会只给有准备的人 8、过去属于死神，未来属于我自己、过去属于死神，未来属于我自己9、人要知道自己在做什么、人要知道自己在做什么10、醒握杀人剑，醉卧美人膝、醒握杀人剑，醉卧美人膝11、亲情是滴水化海的浓郁，友情是举手投足的融洽，爱情是伤、亲情是滴水化海的浓郁，友情是举手投足的融洽，爱情是伤痕累累的甜蜜痕累累的甜蜜12、Impossible is nothing13、知识就是力量、知识就是力量 河北工业大学高分子研究所2614、放弃，人生最大的不幸之一

28、、放弃，人生最大的不幸之一15、会当凌绝顶，一览众山小、会当凌绝顶，一览众山小16、精诚所至，金石为开、精诚所至，金石为开17、没有最好，只有更好、没有最好，只有更好18、走自己的路让别人说去吧、走自己的路让别人说去吧19、Work while you work，play while you play.20、如果你决定成功，全世界都会为你让路、如果你决定成功，全世界都会为你让路21、每个人都是一座山，世上最难攀登的是自己，往上走，即、每个人都是一座山，世上最难攀登的是自己，往上走，即使一小步，也有新高度。做最好的自己，我能！使一小步，也有新高度。做最好的自己，我能！22、吃得苦中苦，方为人上人

29、、吃得苦中苦，方为人上人23、相信自己，永不放弃、相信自己，永不放弃24、我信我能行、我信我能行25、爱自己的家人、爱自己的家人2.1.3 Polymer Present高分子科学的发展极大地改变了我们的生活，在我们的生活中高分子高分子科学的发展极大地改变了我们的生活，在我们的生活中高分子几乎无处不在。那些我们现在看来司空见惯的材料仅仅是几乎无处不在。那些我们现在看来司空见惯的材料仅仅是60年前还年前还根本不存在。随着人们对高分子研究的不断深入，高分子将在未来根本不存在。随着人们对高分子研究的不断深入，高分子将在未来发挥更大的作用。发挥更大的作用。Macromolecular Scientis

30、ts and Engineers develop the newest polymeric materials, which are changing the face of our society. Polymers are the key components of plastics and fibers, packaging materials, coatings, adhesives, and sealants. New generations of functional polymers are enabling revolutionary advances in electroni

31、c and photonic sensors and devices, fuel cells and batteries, and bioprosthetic and drug delivery devices. 一、高分子与生活一、高分子与生活 高分子无处不在高分子无处不在二、跨学科的高分子科学与工程二、跨学科的高分子科学与工程 各学科间的大分子科学与工程（MMSE）中的一些令人振奋的新的领域不断的出现。这些新的领域处于材料学、工程学、化学、物理学和生物学的交叉部分。它们的健康发展对世界经济和人民生活都有很大的促进作用。例例1：生物材料和高分子生物学：生物材料和高分子生物学 生物材料学、高分

32、子科学和生物学之间有着紧密的联系。一些非常高级精密的高分子物质，可以植入人体并和人体组织和谐共存。利用这个技术来修补人类的一些生理缺陷是近期的一个重要目标。通过一些合成高分子和生物体建立特殊联系，使计算机等硬件和细胞之间能更融洽的联系，从而使一些医学上的新的诊断和治疗技术得到应用。这方面的发现主要依靠仿生材料合成和高分子物质的仿生化。例例2：新型高分子结构：新型高分子结构n在新型催化剂的促进下，一些新型的聚合物合成出来，它们具有特殊的结构和性质。例如，一种催化剂可以将普通的聚乙烯的衣服变为防弹衣。显然，在这个转化过程中聚合物的结构发生了变化。新型高分子结构方面的研究主要是基于有机化学的研究，但

33、除了有机合成外，建立模型和理论，用仪器检测结构特征也是必不可少的。例例3：发光高分子：发光高分子n10年前,没有人相信聚合物可以用作发光二级管（LED）的发光涂层。n1990年，剑桥研究小组在一个由聚合物poly（1，4-phenylenevinylene）组成的薄片上加电压，聚合物会发光。但这个光非常微弱，效率为0.005%，且只能持续几分钟。n现在，聚合物的发光二极管的效率可以达到百分之几的数量级且持续时间可以达到10000个小时。其显示的颜色范围较大，其最大的光亮度可以比显示器的光亮度都大1000多倍。例例4：高分子与环境：高分子与环境n高分子与环境关系密切。现在的一个重要发展方向就是绿

34、色化学产品。如：植物质的高分子、细菌合成高分子和用于高分子合成和聚合的生物催化剂。最近出现一个技术可以将植物制成重要的高分子材料。还有，高分子的生物降解和再利用的研究，使其在使用后不污染环境。n绿色建筑材料，环保健康装饰材料等。例例5：智能凝胶：智能凝胶nMIT的教授Toyoichi Tanaka和他的同事从1975年以来，主要从事凝胶和能在水中溶胀的交联聚合物网络的研究。他们发现通过冷却透明的polyacrylamide 凝胶物质，会变混浊而部分分相。而加热它后，它还会恢复透明。通过研究这种现象，Tanaka教授开辟了一个新的研究领域。本质上讲，Tanaka教授发现了交联聚合物的一个特征一个

35、温度上或浓度上的微小的变化可以使凝胶物质体积比原来膨胀许多倍或收缩而变成更致密的物质。n1992年，GelMed公司推出了它的第一个产品：一种室温下柔软可弯曲，体温下变硬的粘弹凝胶体。这种物质可以用来作为轮滑鞋的材料既舒服，又足够坚硬，以保护脚踝。v另外，GelMed公司还有一种水凝胶产品，这种产品室温下是液态，而体温下粘度急剧升高，以至几乎成固态。如这张粘度温度变化曲线所示。例例6：全新纤维防弹衣：全新纤维防弹衣 n最新发明的一种绒毛纤维，可用于防弹背心阻止高速旋转的子弹射入，这种新的纤维是由“凯芙拉”和“斯佩克特拉”（Spectra）的混合物组成的。凯芙拉和斯佩克特拉纤维都是具有较高强度的

36、现代防弹背心使用的主要原料。而新的纤维除强度极高外，与原纤维相比主要的不同点是它的无纺结构，类似毛毡或无纺布，轻柔而有弹性，因而已经受到各国军界的欢迎。2.1.4 Futuren在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献。在二十世纪初，可靠的聚合方法的发现，加上有关高分子理论，物理和工程的巨大进展，导致并推动了一场材料革命，这场材料革命至今仍在继续地进行着。Future - Development Trendn高功能化: 电磁、光学、生物功能高分子材料高 分子分离膜、催化剂，高吸水性等n高性能化: 耐磨、耐高温、耐老化、耐腐蚀等n复合化: 纤维增强材料，高性

37、能的结构复合材料n精细化: 高纯化、超净化、精细化、功能化等n智能化: 预知预告性、自我诊断、自我修复、 自我增殖、认识识别能力、刺激反应性、 环境应答性等 河北工业大学高分子研究所402.2 Basic Knowledge for Polymer Sciencen2.2.1 Basic Conceptionsn2.2.2 Nomenclature and Classificationn2.2.3 Average MW and Distribution of MW有机高分子天然高分子(Natural Polymer)合成高分子(Synthetic macromolecule )大分子(macr

38、omolecular)聚合物(polymer)高聚物(high polymer)低聚物(oligomer)2.2.1 Basic Conception1. Polymerization单体monomer聚合物polymer聚合反应 polymerization单体：用来合成聚合物的小分子物质聚合反应：由单体变成聚合物的反应过程2.Polymer Structure Characteristic特征： a.分子量高b.由重复结构单元组成c.重复单元由共价键连接含义：具有重复结构的高分子量物质，增减几个结构单元不明显影响其物理性能。生物大分子则不同，若DNA遗传基因中少一个环节，生命就会出现问题。

39、3. Structural Unit结构单元：构成大分子链并与单体有关的最大结构重复(结构)单元：构成大分子链的最小重复结构单体单元：与单体分子组成相同的结构单元一种单体：结构单元数=重复单元数=单体单元数二种单体：重复结构单元数=结构单元数 / 2结构单元数=重复单元数=单体单元数重复结构单元数=结构单元数 / 24. Degree of PolymerizationDP：指重复单元数（n）Xn：是指结构单元数一种单体得到的聚合物 DP=Xn两种单体得到的聚合物 DP=Xn/2 or Xn=2DP 聚合度（Degree of Polymerization，DP)有两种表示方式：2.2.2.1

40、 Nomenclaturen1、以单体名为基础，前面冠以“聚”字 2.2.2 Nomenclature and Classification2、以原料简名后缀“树脂”二字命名苯酚+甲醛酚醛树脂（Phenolic resin） 尿素+甲醛脲醛树脂（Urea-formaldehyde resin ）甘油+邻苯二甲酸酐醇酸树脂（alkyd resin） n3、按聚合物的化学结构特征命名 聚酯Polyester聚酰胺 Polyamide聚氨酯 Polyurethane4、按商品名称及外文缩写名称命名国内商品名 国外商品名聚对苯二甲酸乙二醇酯 涤纶 Dacron、Terylen聚己二酸己二胺 尼龙-66

41、或锦纶 Nylon-66 聚甲基丙烯酸甲酯 有机玻璃 PMMA聚异戊二烯 异戊橡胶 IR丁二烯和苯乙烯共聚物 丁苯橡胶 SBR不同国家有不同的表示，但英文缩写为世界各国共同采用以有机化合物命名为基础， 外加一些修饰如poly, -co-, 等比如：氯乙烯，Vinyl chloride 1-chloro-ethylene5、IUPAC (国际纯化学和应用化学联合会)2.2.2.2 Classificationn按其功能分类通用高分子材料功能高分子材料高分子复合材料橡胶纤维塑料以及涂料、粘合剂等丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶涤纶、锦纶、腈纶、维尼纶聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯按其性能

42、和用途分类2.2.3 Average MW and Distribution of MWn有机化合物，分子量一定，为纯净物。n聚合物则为不同链长的同系物，其分子量具有多分散性，常用平均分子量表示聚合物的分子量。n采用不同统计方法，得到的分子量数值不同： 以分子个数统计平均数均分子量 按分子重量统计平均重均分子量 用粘度法测定的分子量粘均分子量1. Average Molecular Weightl数均分子量: 体系总重量为分子总数所平均，常用渗透压、蒸气压等依数性方法测定。低分子部分对数均分子量有较大贡献。 l重均分子量: 常用光散射法测定。高分子部分对重均分子量有较大贡献。 l粘均分子量:粘

43、度法是常用的聚合物分子量测定方法。 Mn =NiMi/NiMw =WiMi =K( M ) 其中 =0.5-0.9 Example 1W%: 95%; 5%MW: 104; 102Example 2W%: 95%; 5%MW: 103; 105Mn =NiMi/Ni =1680Mw =WiMi=95055%的低分子对Mn影响很大Mn =NiMi/Ni =1052Mw =WiMi=59505%的高分子对Mw影响很大lMn对低分子敏感， Mw对高分子敏感n同一物质，采用不同统计方法，得到的分子量值不同，有时相差较大。2. Distribution of Molecular Weightl为什么会产

44、生这种差异？l原因在于聚合物分子量不均一，存在分布。l如何描绘聚合物分子量分布呢？l分布指数或分布曲线。n分布指数 (Distribution Index) d = Mw/MnlExample 3W%: 20%; 80%MW: 1000; 2000Mn =1669Mw = 1800d = 1.08lAbove Example : d1 = 5.66 ; d2 = 5.66 n对大多数聚合物而言，均存在分子量分布，并对其性能产生影响，因此平均分子量及其分布是表征聚合物特性的重要指标之一。ld=1 单分布； d2 宽分布l分子量分布曲线：直接表现出分布情况 峰越宽，分布宽； 峰越窄，分布也窄。Mw

45、 M Mn 河北工业大学高分子研究所632.3 高分子材料特点高分子材料特点v 1.高分子是由很大数目的结构单元组成，每一结构单元相当于一个小分子，它可以是一种均聚物，也可以是几种共聚物。结构单元以共价键相连结，形成线性分子、支化分子、网状分子等等。v 2. 一般高分子的主链都有一定的内旋转自由度，可以使主链弯曲而具有柔性。并由于分子的热运动，柔性链的形状可以不断改变，如化学键不能作内旋转，或结构单元间有强烈的相互作用，则形成刚性链，而且有一定的形状。v 3.高分子是由很多结构单元所组成，与小分子相比，其分子间的范德华力超过了组成大分子的化学键能，不易汽化，或用蒸馏法进行纯化。 河北工业大学高

46、分子研究所64v 4.只要高分子链中存在交联，既是交联度很小，高聚物的物理力学性能也会发生很大变化，最主要的是不溶解和不熔融。v 5.高聚物的聚集态有晶态和非晶态之分，高聚物的晶态比小分子晶态的有序差很多，存在很多缺陷。但高聚物的非晶态却比小分子液态的有序程度高。v 6.要将高聚物加工成为有用的材料，往往要在树脂中加入填料、各种助剂、色料等。当两种以上高聚物共混改性时，高分子材料的织态结构是决定材料的性能的重要因素。 河北工业大学高分子研究所652.4 高分子材料的组成和成型加工2.4.1 高分子材料的组成 高分子材料也称为聚合物材料，它是以聚合物为基体组分的材料。虽然有许多高分子材料仅由聚合

47、物组成，但大多数高分子材料，除基本组分聚合物之外，为获得具有各种实用性能或改善其成型加工性能，一般还有各种添加剂。严格地讲，高分子化合物（即聚合物）与高分子材料的涵义是不同的。但通常人们并未将两者严格区分。 不同类型的高分子材料需要不同类型的添加成分，举例如下： 塑料：增塑剂、稳定剂、填料、增强剂、颜料、润滑剂、增韧剂等。 橡胶：硫化剂、促进剂、防老剂、补强剂、填料、软化剂等。 涂料：颜料、催干剂、增塑剂、润湿剂、悬浮剂、稳定剂等。 可见，高分子材料是组成相当复杂的一种体系，每种组分都有其特定的作用。所以要全面了解一种高分子材料，不但需要研究其基础组分聚合物，尚须了解其它组分的性能和作用。 河

48、北工业大学高分子研究所662.4.2 高分子材料成型加工 高分子材料是通过各种适当的成型加工工艺而制成制品的。不同类型的高分子材料有不同的成型加工工艺，例如，塑料的挤出、压延、注射、压制、吹塑；橡胶的硫化、开炼、密炼、挤出、注射等。在成型加工过程中，物料的形态、结构都会发生显著变化，从而改变材料的性能。当选择某种高分子材料时，不仅要考虑其潜在的优越性能，还必须考虑其成型加工工艺的可能性和难易。高分子材料的发展是与聚合技术的发展和成型加工技术的发展分不开的。 河北工业大学高分子研究所672.5 高分子材料科学的基本任务Macromolecular science is the study of

49、the synthesis, structure, processing, properties and use of polymers. These giant molecular are the basis of synthetic materials including plastics, fibers, rubber, films, paints, membranes, and adhesives. 2.探索加工工艺和各种环境因素对材料性能的影响。探索加工工艺和各种环境因素对材料性能的影响。 3.为改进合成或加工工艺，提高高分子材料的质量，合理使用为改进合成或加工工艺，提高高分子材料的质量，合理使用高分子材料，开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理论依据高分子材料，开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理论依据和基础数据。和基础数据。 1.研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、行为之研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、行为之间的相互关系。间的相互关系。