高分子世界PolymerWorld

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高分子化学课件资料全

高分子化学课件资料全
航天器用高分子材料
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
F-22的材料组成
钛合金:41%;铝合金:15%;钢:5% 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。
高分子材料具备金属和陶瓷等材料的性能特点,在几乎所有的应用领域大量地取代它们,甚至综合性能更优良。高分子材料的发展和应用,是20世纪改变人类生活、生产的20项发明之一
每年全球生产超过2亿吨聚合物材料以满足全世界的60亿人的使用需要。在这一生产过程,只消耗了全球原油年产量的4%。比较而言,全球每年采伐的木材量所等效的石油消耗却要比聚合物大一个数量级。
复合化 高性能的结构复合材料是新材料革命的一个重要方向。如,以玻璃纤维增强材料为主的复合材料不仅在当前已进入大规模生产和应用阶段,而且在将来仍会有所发展。
支柱
生物技术
先进材料
信息技术
能源环境 结构材料 军事 航空、航天
三大材料
金属 陶瓷 高分子
材料是人类进化史的里程碑,现代文明的重要支柱,发展高新技术的基础和先导。高分子材料扮演着极为重要的角色
高分子的应用Βιβλιοθήκη 未来为满足航天航空、电子信息、汽车工业、家用电器等多方面技术领域的需要,在机械性能、耐热性、耐久性、耐腐蚀性等方面性能进一步提高
高性能化
合成新的高分子 改性 通过新聚合反应控制分子结构(如: 阴离子活性聚合) 通过聚合方法和聚合过程的控制、提高性能(如: 齐格勒纳塔聚合)
可控制反应物空间立构、聚合物相对分子质量及相对分子质量分布的所谓可控聚合 活性聚合、酶催化聚合、微生物催化聚合 新型功能高分子材料的设计及合成 基于分子识别、分子有序组装的分子设计、组装化学和组装方法 包括分子改性和表面改性在内的聚合物改性方法和原理

名词解释高分子

名词解释高分子

1832年: Berzelius(Swedish Chemist)提出“Polymer”一词1838年: C.N.Goodyear 发明天然橡胶硫化的方法1907年:比利时人L.Backeland 合成酚醛树脂,首次人工合成1920年:H.Staudinger首次提出共价键联结的大分子概念高分子(polymer):具有高的相对分子量,其结构必须是由多个重复单元所组成,并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来。

高分子化合物:或称聚合物,是由许多单个高分子组成的物质。

单体(monomer):可进行聚合反应,并构成高分子基本结构组成单元的小分子。

结构单元(structural unit):构成高分子主链结构一部分的单个原子或原子团,可包含一个或多个链单元。

重复单元(repeating unit):重复组成高分子分子结构的最小的结构单元单体单元(monomer unit):聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元聚合度(degree of polymerization):单个聚合物分子(或链段)所含单体单元的数目。

全同立构高分子(isotactic polymer):主链上的C*的立体构型全部为D型或L 型。

间同立构高分子(syndiotactic polymer ):主链上的C*的立体构型各不相同, 即D型与L型相间连接。

无规立构高分子(atactic polymer):主链上的C*的立体构型紊乱无规则连接。

遥爪高分子(telechelic polymer):含有反应性末端基团、能进一步聚合的高分子。

均聚物(homopolymer):由一种(真实的、隐含的或假设的)单体聚合而成的聚合物。

共聚物(copolymer):由一种以上单体聚合而成的聚合物。

生成共聚物的聚合反应称为共聚反应。

逐步聚合反应(step-growth polymerization)是指在反应过程中,聚合物链是由体系中所有聚合度分子之间通过缩合或加成反应生成的。

高分子材料 (Polymer materials)

高分子材料 (Polymer materials)

3.1 塑料的通性、分类、组成

分类
按材料的受热行为
可反复成型
热塑性塑料 热固性塑料
一次成型, 不可再塑
加工成型过程中 发生化学反应 – 固化
按材料的使用功能
3.1 塑料的通性、分类、组成
热塑性塑料:线型或支化聚合物 受热变软,冷却变硬;软化、变硬可往复循环; 可被适当溶剂溶解。
GB9685-2016 食品安全国家标准 食品接触材料及制品用添加剂 使用标准 (采用最大使用量、特定迁移量限制PAEs食品包装材料中
的应用)
3.2 主要添加剂及其作用
分类
引入方式
聚合物单体 与第二单体 共聚
破坏链的规整性, 结晶度;
内增塑剂 键合型增塑剂 外增塑剂 添加型增塑剂 主增塑剂
3.2 主要添加剂及其作用
增塑剂的耐久性
耐挥发性 耐抽出性
分子量大,挥发性低; 分子内基团体积大,挥发性低
增塑塑料浸入液体介质中(水、皂液、油、
取决: 增塑剂、所接触的 液体的相容性。
化学溶剂),增塑剂从塑料内部向液体 介质中迁移的倾向。
耐迁移增塑剂: 高分子量极性聚酯
耐迁移性 增塑剂从制品内部向表面移动 制品变硬、
3.2 主要添加剂及其作用
增 塑 剂 Plasticizer
熔体粘度 玻璃化温度 弹性模量
改进高分子材料加工性,提高制品柔软性的一类物质。
增塑剂的基本理化性质特点:
高沸点、难挥发; 与高分子基质有一定的相容性 但不与其发生化学反应。
高沸点的稳定油状 有机液体 低熔点有机固体物质
加工成型过程中 发生化学反应 – 固化
通用塑料
按材料的使用功能

2.1.5 高分子聚合物

2.1.5 高分子聚合物

• 工程上应用最多的高分子材料是ABS、 PVC、UPVC,在板材、管材方面大有取 代金属材料如铸铁、刚等,甚至有些地 区的建设部门作硬性规定。服装上应用 最多的是晴纶、涤纶等。
H N O C N H
O HO C
对苯二甲酸
H C H H 聚氨酯的缩聚反应
O C OH
O C
H O H O C N H N
H C H H O H
H O CH2CH2
乙二醇
OH
O C O CH2CH2 O
+ H2O
涤纶高聚物
Initiators
• 连锁聚合反应 • 引发剂受热分解,形成自由基
O O O O
– – – –
H
连接形式 顺反结构 支化 交替
H H H H
全规聚丙烯的链段, 全规聚丙烯的链段,甲基在同侧
H
H H
H H
间规聚丙烯的链段, 间规聚丙烯的链段,甲基交替
H
H H
H
H
无规聚丙烯的链段, 无规聚丙烯的链段,甲基无规则
Chain Configurations
• 高聚物按链形状不同,可分为
O n HO C (CH2)5 NH2
heat
O C (CH2)5 NH 尼龙6 O
heat n
+ n H2O
ω−氨基己酸
O + n H2O
n
n H2N(CH2)6NH2 + n HOOC(CH2)4COOH 己二胺 己二酸
NH(CH2)6NHC(CH2)4C 尼龙66
Condensation Polymerization
uses
最常用的高聚物, 最常用的高聚物,塑料 电线绝缘层, 袋,电线绝缘层,软瓶 泡沬塑料、廉价模具、 泡沬塑料、廉价模具、 家用器皿、 家用器皿、玩具

高分子学科简介

高分子学科简介
1920年,德国人Staudinger发表了“论聚合”,标 志着高分子学说的建立。但直到1930年,才真正被接 受。30年代末才 被大众接受。此后开始了合成高分子 材料时代,高分子化学得到迅速发展。 1953年获得诺贝尔奖。
1920年施陶丁格发表了“论聚合”的论文,他从研究甲醛 和丙二烯的聚合反应出发,认为聚合不同于缔合,分子靠正 常的化学键结合起来。这篇论文的发表,就像在一潭平静的 湖水扔进一块石头,触发了一场严肃而又激烈的学术论战。
美国人Carothers 1896-1937(杜邦公司) 风靡一时的尼龙袜
3)、Ziegler和Natta配位聚合反应
20世纪五十年代中期,等规PE、PP聚合反应成功 (诺贝尔化学奖)
Ziegler 德国人
基础研究 与工业化 的完美结 合
Natta 意大利
4)、Merrifield和功能高分子的发展
能源工业
输电工程 轻便、容易 运输、安装
高分子材料的消耗率
3. 高分子学科的发展简史
人们没有高分子的概念,但木材、棉、麻、丝、漆、橡胶、 皮革和各种树脂等天然高分子材料都已经在人们的生活和 生产中得到了广泛的应用
高分子学说是难产儿,经过50年的争论才诞 生。在其诞生以前,已开始了合成高分子材 料的生产。高分子学说创立以前,不能忘记 的几个人和事。 1)Goodyear和天然橡胶的硫化(1839)
1926年,瑞典化学家斯维德伯格用超高速离心机 成功地测量了血红蛋白的平衡沉降,由此证明了高分子 的分子量的确是从几万到几百万。而在美国,卡罗瑟斯 通过缩合反应得到了分子量在2万以上的聚合物,支持了 大分子学说。 1932年,施陶丁格总结了自己的大分子理论,出版了 《有机高分子化合物——橡胶和纤维素》,成为高分子 科学诞生的标志。

高分子的基本概念单体

高分子的基本概念单体
4
高分子科学的发展历史-2
1868年:美国人J. Hyatt 发明了硝基纤维素,1870年商业化生产赛璐 珞(Celluloid)的商品---第一种人工塑料
1877年:德国科学家Kekule, 提出与生命有关的天然有机物蛋白质、 淀粉(starch)、纤维素等应具有长链结构。
1879年:法国化学家G. Bouchardat发现了异戊二烯(isoprene)的聚合现 象
一些热固性树脂就是高度交联的。而作为橡胶弹性材料则具有轻 度的交联结构。
22
共聚物 (Co-polymer)
由两种或两种以上单体聚合而成的聚合物叫共聚物。如在同一个聚 合釜中,将丁二烯与苯乙烯两种单体混合聚合,得到的是丁苯共聚 物:
CH2=CH + CH2=CH CH=CH2
[ ( CH2 CH )x ( CH2 CH=CH CH2 )y ]n
高分子科学的发展历史-3
1920年:德国科学家H. Staudinger发表了划时代的 文献“论聚合”[Berichte der deutschen chemischen Gesell-schaft (A and B Series), 53(6), 1073–1085, 12. Juni 1920],认为:聚合 是小分子以共价键结合, 形成长链大分子的过程, 高分子溶液性质是长链大 分子的“分子胶体”的行 为,不同于小分子缔合形 成的胶束状态。
某种氨基酸,相互反应,失去小分子(水),聚合生成聚氨基酸, 这个氨基酸也称做单体
RO H2N C C OH
H
H2O
H RO
[ N C C ]n H
13
二聚体,三聚体……和齐聚物
聚合是逐步进行的,两个单体结合生成二聚体,二聚体也能和单 体结合生成三聚体,两个二聚体结合能生成四聚体,以此类推逐 渐生成更多聚体。

国际国内高分子知名会议

国际国内高分子知名会议

• 2006.10.15-2006.10.19 • 中国,绵阳 • 工程物理研究院化工材料研究所,清华大 学
• 2004.10.26-2004.10.29 • 中国,上海 • 华东理工大学,清华大学
国际高技术高分子材料学术会议
• 主办方 • 中国化学会 • 两年一届
• • • •
第七届 2012.11.07-2012.11.11 中国,西安 中国科学院化学研究所高技术材料实验室
• 第四届,主题-发展高分子科学,加强合作 和了解,服务社会造福人类 • 2006.5.28-2006.5.31 • 天津,中国 • 南开大学高分子化学研究所等
• • • •
第五届 2008.6.3-2008.6.6 上海,中国 华东理工大学材料科学与工程学院
国际高技术高分子学术会议
• International Symposium on Polymers for Advanced Technologies • 主办方 • the Polymers for Advanced Technologies journal • 两年一届
• 第一届 • 1991 • Jerusalem, ISRAEL(以色列,耶路撒冷)
• 第二届 • 1993 • Oxford, england (英国牛津)
• • • •
第三届 1995.6.11-1995.6.15 Pisa, ITALY(意大利,比萨) 未知
• 第四届 • 1997.8.31.-1997.9.4 • Leipzig, Germany(德国,莱比锡城)
• • • •
第八届 2005.9.13-2005.9.16 Budapest, Hungary(匈牙利,布达佩斯) Budapest University of Technology and Economics

高分子聚合新技术介绍

高分子聚合新技术介绍

GTP是以α,β-不饱合酯、酮、酰胺和腈类为 单体,以带有硅、锗、锡烷基基团的化合物为引发 剂,用阴(负)离子型或路易士酸型化合物作催化剂。 选用适当的有机溶剂,通过催化剂与引发剂端基的 硅、锗、锡原子配位,激发硅、锗、锡原子,使之 与单体的羰基氧或氮结合成共价键。单体中的双键 与引发剂中的双键完成加成反应,硅、锗、锡烷基 基团移至末端形成“活性”化合物。以上过程反复 进行,得到相应的聚合物。
分子偶氮化物,例如,采用类似于偶氮二异丁脂 合成中的水合肼路线,首先将双酮化物聚合,然 后氰氧化得到聚偶氮二异丁脂
利用聚酰胺的氧化和重排反应可制得另一种类型 的大分子偶氮化物。
(二)溶剂的影响 模板溶液聚合中,溶剂的选择既要有利于模板、
单体、聚合物的溶解,又要有利于聚合速率的提 高,因此成了一个专门的研究课题。
第二章 基团转移聚合反应
基团转移聚合反应 (Group Transfer Polymerization,简称GTP)
第一节 概 述
1982年,杜邦公司的O.W.Webster在美国化学会 第186次全国会议上提出。它是除自由基、阳离子、 阴离子和配位聚合外的第五种加聚技术,受到高分 子学术界的极大兴趣和高度重视。被认为是继本世 纪五十年代Ziegler发现用配位催化剂使烯烃定向聚合 之后的又一重要的新聚合技术。
特定结构的单体
制弹性体和光 敏性聚合物
环氧树脂 端羟基聚合物
二、引发剂 GTP的引发剂一般可分为下列几类:
Si的R“基团愈大,反应速度愈小;OR’基团中的R’可 有较大变化,借此可作为引入聚合物末端的不同官 能团。
总之,作为GTP的引发剂,含有较活泼
的R3M—C键或R3M—O键,极易被含活泼 氢的化合物分解,所以与阴离子型聚合的操 作和要求一样。在整个反应体系中必须避免 含质子化合物的存在,所有的仪器、设备和 试剂都要经过严格的干燥预处理,然后在抽 排空气和高纯氮气条件或真空中进行。
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合成高分子问世
1909年,第一种合成塑料 酚醛树脂,美国人 贝克兰德(Leo Baekeland)。
大分子概念提出
1920年,提出聚合反应生成高分子。 施陶丁格(Hermann Staudinger)。
奠定基础
1930-40年代,聚合方法及理论发展。 卡罗瑟斯(Carothers),美国人。 弗洛里(Paul Flory),美国人。
金属 30%
三分天下有其一
能源
Energy
左右逢源
信息
Information
高分子材料
Polymer Materials
环境
Environment
生物 化 学
Biology
高分子材料分类
从来源
天然高分子材料 (Natural polymer)
纤维素(Cellulose)、淀粉(Starch)、天然橡胶(Natural rubber)等。
人类从起源以来
就与高分子结下了不解之缘

生命体系其根本
都是由高分子组成

衣食住行 离不开高分子材料
一、高分子基本概念
什么是高分子?
定义:高分子量的化合物 (>10000)
别称:聚合物 - Polymer 高聚物-High polymer 大分子-Macromolecule
对应:低聚物(<10000)-Oligomer 或齐聚物,寡聚物。
授课老师
白如科 洪春雁 邹 纲 张其锦 张兴元 王延梅 朱平平 刘世勇 刘和文 葛学武 陈昶乐 尤业字 徐航勋 梁好均
周次
二 三 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 十三 十四 十五

3

8 15 22 29
4
5 12 19 26
5
3 10 17 24 31
6
7
高分子科学与材料概论 第一章 绪 论 神奇的高 分 子 世 界 Magic Polymer World
“高分子概论”课程介绍
目的及要求:介绍高分子学科与材料的概貌,希望对 高分子学科有初步的了解。
学时及学分:40学时,2学分。
学时分配:上课28学时,作业12学时(写论文)。 考核成绩:写一篇论文,不少于3500字,6月15日前交。
课件下载:
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高分子科学与材料概论课程上课时间表
章 目
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 第十三章 第十四章
内 容
绪论:神奇的高分子世界 高分子的设计与合成 光与高分子材料 光子学聚合物 高分子导体及半导体 聚合物在生物高分子中的分离作用 凝聚与溶解 高分子化学与超分子功能材料 高分子复合材料 电离辐射与高分子材料 环境与高分子材料 生物医用高分子 超分子化学与纳米高分子材料 DNA组装与分子机器
生物高分子 (Biopolymer)
具有生物功能, 如蛋白质(Protein)、核酸 (Nucleic acid)等。
高分子材料的特点
质轻:常用塑料的密度为1g/cm3,是钢铁的1/10。 耐温范围宽:硅橡胶(-80℃) 聚苯并咪唑(600℃) 碳纤维(4000℃) 性能优异:高强度(Kevlar,比强度为钢的8倍) 高模量 高弹性(伸长率1000%) 透明性好 抗腐蚀好 光、电、磁等功能 种类多:满足不同的需求。 易加工:节能、低成本。
碳纳米管
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
石墨
石墨烯
金刚石
二、高分子科学与材料
高分子学科
高分子化学(Polymer chemistry)
合成机理、结构设计、控制方法。
高分子物理(Polymer physics)
物理性质、结构与性能的关系。
高分子工艺学(Polymer technology)
合成工艺、加工工艺。
后起之秀,生气勃勃
高分子材料
材料与时代
石器时代 (Stone age) 新石器时代 (Neolithic age) 青铜时代 (Bronze age) 铁器时代 (Iron age) 高分子时代 (Polymer age)
地 60 %
(Coating)
(Adhesive)
高分子材料分类
从组成及功能
有机高分子 (Organic Polymer)
主链以碳氢为主,如聚乙烯、聚丙烯等。
无机高分子 (Inorganic Polymer)
主链由杂原子构成, 如SiO2等。
复合高分子材料 (Polymer Composite)
聚合物与无机材料复合,如玻璃钢,轮胎。
什么是聚合反应?
聚合反应-Polymerization
小分子化合物 聚合物
聚合物 (Polymer): 聚乙烯(Polyethylene,PE) 单体 (Monomer): 乙烯(Ethylene)
聚合物聚合度与分子量
结构式:
NH(CH2)6NH
结构单元 重复单元
CO(CH2)4CO
结构单元
人造高分子材料 (Artificial polymer)
硝化纤维素(塑料、电影胶片、炸药)、粘胶纤维等。
合成高分子材料 (Synthetic polymer)
有机玻璃、涤纶、尼龙等。
高分子材料分类
从用途
塑料
橡胶 纤维
(Plastics)
(Rubber) (Fiber)
涂料
粘合剂
PU 或 PVC
Angew. Chem. Int. Ed., 2013,52,9422-9441.
三、发展历程
天然高分子利用
7000多年前,天然油漆 我国已使用天然油漆涂饰船只。中国漆(大漆)
1839年,天然橡胶硫化 美国人古德伊尔(Charlers Goodyear)。 1869年,第一种人工塑料 赛璐珞( Celluloid,硝化纤维素) 美国 人海厄特(Jhon Wesley Hyatt)。 1887年,第一种人造丝 硝化纤维素,Count Hilaire de Chardonnet.
n
聚合度:大分子中的重复单元数或结构单元数,n。 数均聚合度 Xn 、重均聚合度 Xw 。 分子量:数均分子量 Mn 、重均分子量 Mw 。
聚合物结构类型
线型 Linear Polymer
支化型 Branched Polymer 交联型 Crosslinked Polymer 星型及树状 Star Polymer Dendrimer
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