1、NANJING UNIVERSITYNJUMaterials高分子材料学Polymeric Materials张弢，Zhang Tao科技馆325、316-213913856684，NANJING UNIVERSITYNJUMaterials绪论：关于高分子Introductions to PolymerNANJING UNIVERSITYNJUMaterialsA monomer ethyleneC2H4CCHHHHCCHHHHCCHHHHnna Polymer Polyethylene什么是高分子？分子量大 10,000 重复单元MacromolecularPolymer如：Polyeth
2、ylene,PE,聚乙烯NANJING UNIVERSITYNJUMaterials一个典型的高分子CCOOOCH2CH2CH2CH2O100PolyButylene Terepthalate,PBT聚对苯二甲酸二丁二醇酯C1200H1202O400,M 22024.4100个重复单元NANJING UNIVERSITYNJUMaterials有哪些高分子？天然高分子材料：纤维素、淀粉、蛋白质、三大合成材料：塑料、橡胶、纤维 其他合成材料：涂料、胶粘剂、复合材料、功能高分子材料：人工器官、特种材料、分类：天然、人工线型、支状、网状、树状NANJING UNIVERSITYNJUMaterial
3、s高分子材料：史前时代 1862，伦敦世博会，A.Paikers,来自天然纤维的“派克塑料”，价高质低 1869，John Wesley Hyatt(USA，1837-1920)，赛璐珞(Celluloid)，硝化纤维素 电影胶片、假象牙台球 1907，Leo Hendrik Baekeland(USA，1863-1944)，Baekelite酚醛塑料，第一种人工合成的塑料制品 1939，退休 1945，美国塑料产量达到40万吨 塑料之父NANJING UNIVERSITYNJUMaterials高分子科学的开端Hermann Staudinger(1881-1965),GermanyDie
4、hochmolekularen organischen Verbindungen,Kautschak und Cellulose(The high-molecular organic compounds,rubber and cellulose),高分子有机化学,1932Nobel Prize,1953Wallace H.Carothers(18961937),USA1935年2月28日 聚酰胺66(polyamide66),1938年10月27日 Nylon66,du Pont,第一种合成纤维NANJING UNIVERSITYNJUMaterials发展-工业生产Karl Ziegler(
5、1898-1973),Germany烯烃聚合中的有机金属混合物催化剂高密度聚乙烯(High density Polyethylene,PE)Giulio Natta(1903-1979),Italy立构规整聚合物聚丙烯(Polypropylene,PP)Ziegler-Natta Catalyst,Ziegler-Natta催化剂,Nobel Prize,1963NANJING UNIVERSITYNJUMaterials发展-理论研究Paul J.Flory(1910-1985),USAPrinciples of Polymer Chemistry高分子化学原理,1953;Statistic
6、al Mechanics of Chain Molecules 长链分子的统计力学,1979Nobel Prize,1974Pierre-Gilles de Gennes(1932-),FranceScaling Concepts in Polymer Physics高分子物理学的标度概念,1985Nobel Prize,1991NANJING UNIVERSITYNJUMaterials今日高分子Alan G.MacDiarmidAlan J.HeegerHideki Shirakawa导电高分子 Nobel Prize,2000NANJING UNIVERSITYNJUMaterialsM
7、an-made Human生命科学中的高分子NANJING UNIVERSITYNJUMaterialsCHEMTECH,1983,13,542-55 Silicone medical devices and the BodyNANJING UNIVERSITYNJUMaterials生物材料人工心脏：聚酯、聚氨酯、环氧树脂人工肺：硅橡胶半透膜关节(肩、髋、膝):聚四氟乙烯人工肾：透析膜NANJING UNIVERSITYNJUMaterials投入使用的人工心脏 2006.9.5，FDA许可Abiomed公司AbioCor人工心脏植入人体 钛合金+高分子材料 电池供电，$250,000 出于
8、“人道主义”考虑，只可用于重症患者（寿命少于1月）NANJING UNIVERSITYNJUMaterials人造心脏聚醚型聚氨酯聚酯编织管环氧树脂聚酯硅油NANJING UNIVERSITYNJUMaterials人工骨聚交酯类人工骨：生物相容性 可选择的强度、降解吸收时间 无需二次手术取出Resomer Resorbable Polyester：Polylactide,Polyglycolide or the copolymersBoehringer Ingelheim KGNANJING UNIVERSITYNJUMaterials微创介入治疗血管病变NANJING UNIVERSITY
9、NJUMaterials微创介入治疗血管病变NANJING UNIVERSITYNJUMaterials硅橡胶医疗制品用硅橡胶制造的医疗器械Dow Corning NANJING UNIVERSITYNJUMaterials高分子药物控制释放与靶向给药050100150200250300350020406080100 pH=7.4 pH=4.5 pH=3.0 pH=2.06SP released(%)Time(hours)聚合物纳米微粒的材料:天然高分子材料：如壳聚糖，海藻酸钠，动物明胶，脂质体等 聚a-酯类：如聚a-羟基乙酸(PGA)，聚乳酸(PLA)，聚己内酯(PCL)及其共聚物,PLGA
10、,PLA/PCL 聚多元醇：聚乙二醇(PEG)等 聚丙烯酸及其衍生物 聚氨基酸及氨基酸和a-羟基酸的共聚物NANJING UNIVERSITYNJUMaterials战争的动力军事科技中的高分子材料NANJING UNIVERSITYNJUMaterialsF-22的材料组成树脂基复合材料:24%环氧树脂、聚双马来酰亚胺。用于雷达罩、进气道、机翼(含整体油箱等)、襟翼、副翼、垂尾、平尾、减速板及机身蒙皮等。钛合金：41%；铝合金：15%；钢：5%NANJING UNIVERSITYNJUMaterialsF-22的动力：F-119发动机 F119发动机正在执行用树脂基复合材料取代钛合金制造风扇
11、送气机区的计划，可节省结构重量67公斤，并正在考虑用树脂基复合材料风扇叶片取代现在的钛合金空心风扇叶片，以期减轻结构重量30。NANJING UNIVERSITYNJUMaterials潜艇的外衣 在艇体表面敷设一层厚薄相间的消声瓦，由合成橡胶制成。外层为实心固体，内层则设置了各种不同尺寸与形状的孔洞。该消声瓦既能吸收对方主动声纳的控测声波，又能隔绝和降低本艇的噪声。使对方的探测能力下降了5070，本艇的自噪声下降了20分贝。中国国防报俄罗斯Typhoon级TK-20号巡航导弹核动力潜艇NANJING UNIVERSITYNJUMaterials防弹玻璃 由数层玻璃和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)胶
12、片粘结而成的特种夹层玻璃。56式7.62mm冲锋枪，56式7.62mm普通弹(钢芯)，15米距离射击三发，弹速约750m/s，弹着点10010mm呈正三角形，防弹玻璃背部没有飞溅物，背部玻璃表面光滑，弹伤深度5mm。OOC3H7nNANJING UNIVERSITYNJUMaterials高强纤维的代表:KevlarNANJING UNIVERSITYNJUMaterials71M AerostatLow Altitude Surveillance System总长：71m最大直径：23m容积：16,700m3放飞高度4,600m可监控32km2面积NANJING UNIVERSITYNJUM
13、aterials地球外面的高分子高分子与太空技术NANJING UNIVERSITYNJUMaterials防热材料 有机硅聚合物处理的陶瓷纤维隔热层覆盖在神舟五号返回舱表面：有机硅聚合物良好的耐高低温性能使之在高空低温和大气层再入时的高温环境中得以延长器件的寿命 外表面温度超过1000C,内部温度约30CNANJING UNIVERSITYNJUMaterials高比强、高比模结构材料火箭整流罩、卫星接口支架、液氢/液氧发动机共底、固体火箭发动机壳体等：碳纤维/环氧树脂复合材料NANJING UNIVERSITYNJUMaterials阻尼材料减震降噪：避免导弹火箭和空间飞行器的发动机在点火
14、工作和跨音速段的附面层干扰造成严重的振动和噪音环境而影响仪器仪表正常工作。包括聚氨酯、聚氯乙烯、环氧类胶、氯丁橡胶和有机硅等材料。旅行者二号太空探测器NANJING UNIVERSITYNJUMaterialsPC or Mac？不能没有我！信息技术中的高分子NANJING UNIVERSITYNJUMaterialsPCB板中的高分子 50年代：覆铜箔纸基酚醛树脂层压板 60年代：覆铜箔玻璃布环氧树脂层压板 70年代后：用聚酰亚胺树脂层压板作为绝缘基板 NANJING UNIVERSITYNJUMaterials常用PCB基材及应用材料应用多功能环氧个人电脑、移动通信、汽车工业高耐热环氧底板
15、、PCMCIA、移动通信、HDI、高可靠性、汽车工业低损耗环氧高速模拟和数字系统、试验和测试仪器Epoxy ThermoutTM激光钻微孔、受控的X/Y-CTE、HDI涂树脂铜箔激光钻微孔BT Epoxy高可靠性、低损耗聚酰亚胺树脂（PI）内发热、高温应用、底板氰酸脂（CE）高可靠性、低损耗Allylated polyphenylene Ether高速、低损耗互连、ASAHI技术、不含锑Flexible rigid可弯曲安装刚挠环氧玻纤材料NANJING UNIVERSITYNJUMaterials塑料光纤石英、玻璃光纤：直径一旦小于0.1毫米时，因其耐冲击性能差及不易连接，使用便比较困难，而
16、且生产成本较高。塑料光纤：在弯曲状态传光，柔韧性好，耐冲击，重量轻，加工容易，数值孔径大，耦合容易，寿命长，使用方便。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)NANJING UNIVERSITYNJUMaterials柔性显示器All-plastic segmented cells that are flexible and conformable.E Ink Corporation of Cambridge,Mass.,USAPlastic Logic demonstration utilizing E Ink Imaging FilmTM,Plastic Logic Presents at USDC
17、06-2006NANJING UNIVERSITYNJUMaterials导电高分子聚乙炔的四种结构式聚乙炔(PA,1977,Shirakawa)聚苯胺(PAn,1983,MacDiarmid)聚吡咯(PPy)聚噻吩(PTh)聚对苯(PPP)聚苯亚乙烯(PPV)反-反结构顺-反结构反-顺结构顺-顺结构特点：长程共轭、无机掺杂NANJING UNIVERSITYNJUMaterials被高分子占领的世界你身边的高分子NANJING UNIVERSITYNJUMaterials无处不在的高分子隐形眼镜服装、面料玩具、包装电气产品外壳、绝缘体装饰材料涂料、粘合剂衣食住行，无处不在NANJING UN
18、IVERSITYNJUMaterials白色污染！？高分子与环境保护NANJING UNIVERSITYNJUMaterials塑料垃圾状况一次性废弃物的主要市场来源NANJING UNIVERSITYNJUMaterials对策思考 实事求是，具体问题具体分析 技术上的：3R&DReduce:减少使用和废弃Reuse:多次反复使用Recycle:循环处理再利用Degradable:开发环境亲和的可降解材料 管理与政策：提高市场准入门槛提高产品质量、开发新工艺、新产品谁使用，谁处理NANJING UNIVERSITYNJUMaterials关于这门课NANJING UNIVERSITYNJUM
19、aterials主要内容 高分子科学基础 高分子的合成聚合反应（高分子化学）高分子的表征 聚合物的结构与性能（高分子物理）高分子材料加工 通用高分子材料 功能高分子材料 面广、量大NANJING UNIVERSITYNJUMaterials参考书目 Fred W.Billmeyer,Jr.,Textbook of Polymer Science,3rd Ed.,John Wiley&Sons,1984;George Odian,Principles of Polymerization,4nd Ed.,John Willey&Sons,2004;潘祖仁，高分子化学，第三版，化学工业出版社，200
20、3；潘祖仁，高分子化学，增强版第一版，化学工业出版社，2010；何曼君等，高分子物理，第二版，复旦大学出版社，2010；高俊刚、李源勋等，高分子材料，化学工业出版社，2002；NANJING UNIVERSITYNJUMaterials高分子的合成（高分子化学）合成高分子的聚合反应：自由基聚合、离子聚合、配位聚合、逐步聚合 聚合实施方法：本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合 高分子的化学反应 参考书目：余学海，陆云，高分子化学，南京大学出版社，1994；潘祖仁，高分子化学，化学工业出版社，2010；Paul J.Flory,Principles of Polymer Chemistry,Co
21、rnell University Press,1953；George Odian,Principles of Polymerization,John Willey&Sons,2004,4nd Edition;周其凤，胡汉杰，高分子化学，化学工业出版社，2001.NANJING UNIVERSITYNJUMaterials高聚物的分析与表征 高分子溶液理论及其应用稀溶液理论、聚合物分子量及其分布的测定 研究高分子链结构与形态的方法质谱、热解气相色谱、红外与拉曼光谱、核磁共振 研究高分子聚集态结构与形态的方法电子显微镜、广角X射线衍射、小角X射线衍射、小角激光光散射、光电子能谱 参考书目：Nich
22、olas P.Cheremisinoff,Polymer Characterization Laboratory technique and analysis,Noyes Publications,1996;何曼君等，高分子物理，复旦大学出版社，2010，第三版；NANJING UNIVERSITYNJUMaterials高聚物的结构与性能(高分子物理)高分子的结构：高分子链结构、高分子聚集态结构、高聚物的分子运动 高聚物的性能：高聚物的力学性质、高聚物的电学性质、高聚物的其他性质 参考书目：何曼君等，高分子物理，复旦大学出版社，2010，第三版；金日光、华幼卿，高分子物理，化学工业出版社，2
23、000，第二版；何平笙等，高聚物的结构与性能，科学出版社，1998，第二版；杨玉良、胡汉杰，高分子物理，化学工业出版社，2001；NANJING UNIVERSITYNJUMaterials通用高分子材料 塑料聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯，橡胶天然橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶，纤维聚酯、聚酰胺、腈纶，胶粘剂与涂料环氧树脂、丙烯酸酯类胶粘剂、涂料的组成，NANJING UNIVERSITYNJUMaterials高分子成型加工 塑料加工添加剂、挤出、注射、模压、吹塑 橡胶加工配方、塑炼、混炼、成型、硫化 纤维加工熔融纺丝、溶液纺丝、其它纺丝方法、纤维后加工 参考书目 高俊刚、李源勋等，高分子材料，化学工业出版社，2002；张留成，高分子材料导论，化学工业出版社，1997；NANJING UNIVERSITYNJUMaterials功能高分子及高分子复合材料 生物医用高分子材料 导电高分子 液晶性高分子 感光高分子 反应性高分子 参考书目：高俊刚、李源勋等，高分子材料，化学工业出版社，2002；张留成，高分子材料导论，化学工业出版社，1997；何天白、胡汉杰，功能高分子与新技术，化学工业出版社，2001；
