第五章 第三节 高分子材料的保护.doc(18次)新
高分子材料课件
——轻度硫化的橡胶
➢若交联点密度大，链段不能运动，性能硬而脆
——酚醛塑料
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2、高分子材料的性能特点
（1）力学性能特点
1） 低强度和较高的比强度
抗拉强度平均为100MPa，比金属材料低得多，但是高分
子材料的密度小，只有钢的1/4～1/8，所以其比强度并不比
某些金属低。
2）高弹性和低弹性模量
n2 C C 2 H H [ C 2 H C 2 ] H n
（2）缩聚反应（缩合聚合反应）-------缩聚物 一种或几种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出 (缩去)某种低分子物质(如水、氨、醇、卤化氢等)的 反应。缩聚物成分与单体不同。
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二、高分子材料的结构
1. 大分子链的结构
B、S、P等元素组成. 例:氟硅橡胶
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（2）大分子链的形态
A、线型分子链：各链节以共价键连接成长链分子，直径
小，长度很长，呈卷曲状或线团状。长径比1000:1
B、支化型分子链：在主链的两侧以共价键连接相当数量
的长短不一的支链，其形状有树枝型、梳型、线团型。
C、体型分子链：在线型或支化型分子链之间，沿横向通
橡胶是典型的高弹性材料，其弹性变形率为100%～1000%，
弹性模量仅为2～20MPa左右。
3）塑性好和受迫弹性高
屈服应变达20%以上。在玻璃化温度以下，链节运动由卷
曲变为伸直形，变形不能恢复。
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4）粘弹性（应变不随作用力即时建立平衡, 而有所滞后） 高聚物的粘弹性表现为蠕变、应力松弛和内耗三种现象。 蠕变是在恒定载荷下，应变随时间而增加的现象，它反
第五章 第三节 高分子材料的保护.doc(18次)新
第三节 高分子材料的保护一、高分子化合物的基本概念1．定义：分子量大（＞10000），以共价键结合的化合物2．特点：高熔点、高强度、高弹性，溶液或熔体具有高粘度。
3．分类： 天然高分子化合物 松香、淀粉、纤维素、蛋白质按来源分 聚乙烯聚氯乙烯合成高分子化合物 尼龙（聚酰胺）丁苯橡胶涤纶丁苯橡胶：[]CH 2 CH CH 2 CH CH CH 2n涤纶：[]CH 2CH 2OOC COO n的确良（涤纶的纺织物，耐磨，干得快）二、聚合反应1．定义：高聚物、单体高聚物：高分子化合物作为聚合反应的产物单体：作为原料的小分子化合物。
nCH 2 CH 2[]2 CH 2n—CH 2—CH 2—称为链结，n 为结构单元数，即聚合度2．分类 碳链高分子化合物[]CH 2 CH2n高分子化合物杂链高分子化合物[]CH CH 2Cl n均聚物：由一种单体聚合而成[]CH 2 CH 2n共聚物：由两种或两种以上单体聚合而成 如ABS[]CNCH 2 CH CH 2 CH CH CH 2 CH CH 2n三、高分子化合物的聚合反应1．加聚反应和缩聚反应按反应机理分聚合反应分为加聚反应（加成聚合）和缩聚反应（缩合聚合）（1）加成聚合n FF F F C C[]F F F F C C n（2）缩合聚合：在形成高聚物的同时，伴随着失去小分子物质 nHO C （CH 2）5NH 2O[]C （CH2）5 NH O n +nH 2O尼龙6 6代表碳原子个数nH 2N （CH 2）6NH 2 nHOOC （CH 2）4NH （CH 2）6NHC （CH 2）4C OO []n ++nH 2O尼龙662．连锁聚合和逐步聚合（不细讲）按动力学特征分聚合反应分为连锁聚合和逐步聚合。
（1）连锁聚合：烯烃类单体的聚合。
三个步骤：链引发、链增长、链终止。
链引发过程中，烯类双链被引发激活，然后通过单键相互连接聚合。
引发剂有三类：自由基引发剂、阳离子引发剂和阴离子引发剂。
第五章高分子材料ppt课件
当外力不是静力，而是交变力（即应力大小呈周期性变化）时，应力和应变的关系就会呈现出滞后现象。所谓滞后现象，是指应变随时间的变化一直跟不上应力随时间的变化的现象。当应力与应变有相位差时，每一次循环变化过程中要消耗功，称为力学损耗或内耗。链段运动跟得上外力变化，则内耗很小，反之完全跟不上也小；当链段运动稍微滞后于外力的变化，内耗最大。
能结晶；160C
能结晶；160C
不结晶；75C
双烯类高分子主链上存在双键。由于取代基不能绕双键旋转，因而内双键上的基团在双键两侧排列的方式不同而有顺式构型和反式构型之分，称为几何异构体。以聚1,4-丁二烯为例，有顺1,4和反1,4两种几何异构体。反式结构重复周期为0.51nm（图b），比较规整，易于结晶，在室温下是弹性很差的塑料；反之顺式结构重复周期为0.91nm（图a），不易于结晶，是室温下弹性很好的橡胶。类似地聚1,4-异戊二烯也只有顺式才能成为橡胶(即天然橡胶)。对于聚丁二烯，还可能有1,2加成，双键成为侧基。因而与单烯类高分子一样，有全同（图d）和间同（图c）两种有规旋光异构体。
1.缨状微晶胞模型
2.折叠链结晶模型 基于的实验事实：电子衍射研究结果表明高分子单晶都具有一般共同的形态，即厚度约10纳米，长、宽约几微米尺寸的薄片晶，而且高分子链方向垂直于片晶平面。
3.聚合物结晶度： 结晶度即结晶部分的含量；利用比容、量热法、X射线衍射、红外光谱法。 影响结晶度的因素： 1.聚合物结构：规整结构的聚合物可以达到很高结晶度，分支、结构不规整的聚合物结晶度较； 2.结晶条件：缓慢降温比急冷更容易高的结晶度。
高分子柔顺性与单链内旋转难易程度有关。原子间的联结作用阻碍了单键的内旋转，使大分子链的运动以相连接的链段运动来实现。链段越短柔顺性越大。 高分子链的柔顺性是高聚物许多性质不同于低分子物质的重要原因，尤其对高聚物的弹性和塑性有重要影响。
高分子材料-2020-9
例：酚醛树脂、硫化橡胶
第五章 高分子材料的基本性能
二、其它化学反应
第五章 高分子材料的基本性能
§5.6 化学反应
2、力合成： 力活化产生自由基进行链增长、支化、交联
例：共混改性时产生嵌段、接枝共聚物 在水分存在下，甲基丙烯酸甲酯与SiO2一起分散：
第五章 高分子材料的基本性能
与·OH自由基作用生成水； 6、协同作用
第五章 高分子材料的基本性能
▪ 高分子材料改性的基本思路？ ▪ 如何应用来对PS、PVC、PP进行改性？
第五章 高分子材料的基本性能
§5.7 分子设计基本思路及改性途径
一、分子设计的基本思路
应用性能
预测结构性能
选择成型
原思维：
设计分子链ຫໍສະໝຸດ 选择单体选择合成方法
三、阻 燃
第五章 高分子材料的基本性能
§5.7 燃烧性能
--------加入阻燃剂、无机填料
作用：
1、吸热效应，例：氢氧化铝 2、覆盖效应：防火发泡涂料、磷酸酯类化合物 3、稀释效应：受热产生不燃性气体:CO2、HCl、H2O等 4、转移效应：磷酸抑制可燃性气体的产生； 5、抑制效应：溴、氯有机化合物，连锁反应抑制剂 ；
第五章 高分子材料的基本性能
§5.5 渗透性能
第五章 高分子材料的基本性能
三、影响渗透扩散的因素
第五章 高分子材料的基本性能
§5.5 渗透性能
3、复合材料 界面结合力越大，D越小 （界面粘合力）
4、厚度（L）：增大，抗渗能力增大。 增大有效渗透距离
5、介质浓度： 浓度大，J大；
6、温度：越高，D越大 结构越紧密，对T的敏感性越大；
• 所加助剂 • 天然高分子的改性（如醇酸树脂） • 提供温床
5.2高分子材料课件2024-2025学年高二下学期化学人教版选择性必修3
思考：顺丁橡胶能否直接用于制造汽车轮胎？ 该聚合物呈线型结构，分子链较柔软，性能较差。 ③顺丁橡胶---硫化 橡胶硫化是将橡胶与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的
碳碳双键打开，以二硫键(—S—S—)等，把线型结构连接为网状结构，
低温低压、使用催化剂 支链较少
0.94～0.97(较高) 120～140(较高)
无毒，较硬
主要用途 类别
生产食品包装袋、薄膜、绝缘材 料等
低密度聚乙烯(LDPE)
生产瓶、桶、板、管等 高密度聚乙烯(HDPE)
为什么低密度聚乙烯比高密度聚乙烯的软化温度低，密度也低呢？
这是因为高分子链之间的作用力与链的长短有关，高分子链越长， 高分子相对分子质量越大，高分子链之间的作用力越大。低密度聚乙 烯相对分子质量相对较小。
主要成分是合成树脂 例如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、脲醛树脂
辅助成分是各种加工助剂
增塑剂：提高柔韧性 热稳定剂：提高耐热性 着色剂：赋予塑料各种颜色
2.塑料的分类 (1)热塑性塑料：可以反复加热熔融加工 (受热时软化并可熔化成流动的 液体，冷却后变成固体，加热后又熔化，可反复加工，多次使用)。 如聚乙烯、聚氯乙烯等制成的塑料。 线型结构，链状结构
①单体： ②缩聚反应：
HOCH2CH2OH
③性能： 强度大，耐磨，易洗，快干，保形性好，但透气性和吸湿性差，
可以与天然纤维混纺获得改进。 ④应用：
大量用于服装与床上用品、各种装饰布料、国防军工特殊织物, 以及工业用纤维制品等。
4. 合成纤维——聚酰胺纤维
(1)聚己二酰己二胺纤维(锦纶66或尼龙66)
天然橡胶
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•
1909年 美国人Leo Baekeland用苯酚与甲醛反应制造出第一种完全人工合成的塑料——酚醛树酯。
•
1920年 德国人Hermann Staudinger发表了“关于聚合反应”的论文提出：高分子物质是由具有相同化学结构
的单体经过化学反应（聚合），通过化学键连接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一词即源于此。
• 按高分子排列情况分类：结晶高聚物，非 晶高聚物。
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4. 性能介绍
• 高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制 和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子 材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具 有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从 而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个 领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个 方面不可缺少的材料。 很多天然材料通常是高 分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官 等。人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如 此。一般称在生活中大量采用的，已经形成工业 化生产规模的高分子为通用高分子材料，称具有 特殊用途与功能的为功能高分子
子化学作为一门新兴学科建立的标志。
•
1935年 杜邦公司基础化学研究所有机化学部的Wallace H. Carothers合成出聚酰胺66，即尼龙。尼龙在1938年
实现工业化生产。
•
1930年 德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出丁钠橡胶和丁苯橡胶。
•
1940年 英国人T. R. Whinfield合成出聚酯纤维（PET）。
天然橡胶。
•
1956年Szwarc提出活性聚合概念。高分子进入分子设计时代。
•
1971年S. L Wolek 发明可耐300℃高温的Kevlar。
高分子材料资源的综合利用与环境保护课件
高分子材料资源的综合利用与环境保护课件日期:目录•高分子材料概述•高分子材料的生产工艺及资源利用•高分子材料资源的综合利用•高分子材料与环境保护的关系•高分子材料资源的综合利用与环境保护的前景与挑战•案例分析高分子材料概述高分子材料定义高分子材料是指由大量重复的单元组成的材料，通常由共价键连接，其分子量通常在104~106道尔顿之间。
高分子材料分类高分子材料可根据其来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。
天然高分子材料如纤维素、淀粉、蛋白质等，而合成高分子材料包括塑料、橡胶、纤维等。
高分子材料的定义与分类高分子材料在建筑领域中广泛应用于防水材料、保温材料、装饰材料等。
建筑领域高分子材料在电子电器领域中用于制造绝缘材料、导电材料、光学材料等。
电子电器领域高分子材料在汽车制造领域中用于制造汽车零部件、汽车内饰等。
汽车制造领域高分子材料在医疗领域中用于制造医疗器械、药物载体等。
医疗领域高分子材料的应用领域提高高分子材料的性能，如耐高温、耐腐蚀、高强度等，以满足各种领域的更高要求。
高性能化环保化智能化发展可降解、可循环利用的高分子材料，以减少对环境的污染。
将高分子材料与传感器、微电子等技术结合，实现智能化应用。
03高分子材料的发展趋势0201高分子材料的生产工艺及资源利用阐述高分子材料的基本合成原理，包括自由基聚合、离子聚合和配位聚合等。
聚合反应原理介绍高分子材料的常见合成方法，如乳液聚合法、悬浮聚合法和溶液聚合法等。
合成方法绘制高分子材料生产工艺流程图，详细标注各步骤和反应条件。
工艺流程图高分子材料的生产工艺流程资源高效利用探讨如何提高资源利用率，减少浪费，采用可持续的生产方式。
原料来源说明高分子材料的主要原料来源，包括石油、煤炭、天然橡胶等。
节能减排措施介绍生产过程中的节能减排措施，如余热回收、废物再利用等。
高分子材料生产过程中的资源利用列举高分子材料生产过程中产生的废弃物种类，如废水、废气、废渣等。
高分子材料课件人教版
你了解“尿不湿”的材料吗？它应该有什么性能？
“尿不湿”起作用的物质是一种功能高分子材 料，具有很强的吸水能力。它所用的材料是高吸水 性树脂（常用网状结构的聚丙烯酸钠 ）
聚丙烯酸钠如何合成？
思考：如何以带有强亲水性原子团的化合物 CH2=CHCOOH制得网状聚丙烯酸钠？
CH2=CHCOOH
CH2=CHCOONa
加交联剂得网状结构
加交联剂的目的是什么？
•高吸水性树脂加交联剂的目的是变线型结构为体型 结构，使其既有吸水性而又不溶于水，耐挤压。
种类
吸水性
保水性 结论 用途
传统吸水性材料
吸水性高分子材 料
第三节 功能高分子材料
当今社会的三大支柱产业：材料、能源、信息
探寻功能高分子材料时应考虑的问题： 1）具有什么样的主链？——单体 2）具有什么样的功能基？——官能团 3）不断修正。
一．功能高分子材料
1、功能高分子材料的涵义
具有新型骨架结构的高分子材料和在天然 或合成高分子的主链或支链上引入某种功 能的官能团，使其显示出在光、电、磁、 声、热、化学、生物、医学等方面的特殊 功能的高分子。
鲨鱼皮泳衣
轻便赛车
复合材料—碳纤维
碳纤维复合材料，它具有强度高、耐疲劳、重量 轻等优点，主要以聚丙烯腈为原料，也可用人造丝、石油 沥青或煤沥青为原料。
复合材料—隐形飞机上的特殊材料
•
1. 满含泪眼问问春花，春花却不答语 ，零乱 的落花 已经飘 飞过秋 千去。
•
2.怎能忍受这孤独的馆舍正紧紧关 住的春 寒，特 别在杜 鹃悲啼 不停夕 阳将暮 之时。
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第三节 高分子材料的保护
一、高分子化合物的基本概念
1．定义：分子量大（＞10000），以共价键结合的化合物
2．特点：高熔点、高强度、高弹性，溶液或熔体具有高粘度。
3．分类： 天然高分子化合物 松香、淀粉、纤维素、蛋白质
按来源分 聚乙烯
聚氯乙烯
合成高分子化合物 尼龙（聚酰胺）
丁苯橡胶
涤纶
丁苯橡胶：
[]CH 2 CH CH 2 CH CH CH 2n
涤纶：
[]CH 2CH 2OOC COO n
的确良（涤纶的纺织物，耐磨，干得快）
二、聚合反应
1．定义：高聚物、单体
高聚物：高分子化合物作为聚合反应的产物
单体：作为原料的小分子化合物。
nCH 2 CH 2[]2 CH 2n
—CH 2—CH 2—称为链结，n 为结构单元数，即聚合度
2．分类 碳链高分子化合物[]CH 2 CH 2n
高分子化合物
杂链高分子化合物[]
CH CH 2Cl n
均聚物：由一种单体聚合而成
[]CH 2 CH 2n
共聚物：由两种或两种以上单体聚合而成 如ABS
[]CH 2 CH CH 2 CH CH CH 2 CH CH 2
n
三、高分子化合物的聚合反应
1．加聚反应和缩聚反应
按反应机理分聚合反应分为加聚反应（加成聚合）和缩聚反应（缩合聚合）
（1）加成聚合
n F
F F
F C C []F F C C n
（2）缩合聚合：在形成高聚物的同时，伴随着失去小分子物质
nHO C （CH 2）5NH 2O []C （CH2）
5 NH O n +nH 2O
尼龙6 6代表碳原子个数 nH 2N （CH 2）6NH 2 nHOOC （CH 2）4NH （CH 2）6（CH 2）4C O O
[]n ++nH 2O
尼龙66
2．连锁聚合和逐步聚合（不细讲）
按动力学特征分聚合反应分为连锁聚合和逐步聚合。
（1）连锁聚合：烯烃类单体的聚合。
三个步骤：链引发、链增长、链终止。
链引发过程中，烯类双链被引发激活，然后通过单键相互连接聚合。
引发剂有三类：自由基引发剂、阳离子引发剂和阴离子引发剂。
以自由基引发剂过氧化二苯甲酰（BOP ）引发乙烯为例。
A ．链引发：
①引发剂受热产生自由基（以R ·表示）
O O O C C O
惰 性 溶
剂0O C O 2CO 22+
②自由基引发乙烯聚合
+CH 2 CH 22CH B ．链增长：自由基不断向乙烯分子转移，使聚合链不断增长，在此过程中，自由基的数量并不减少，直到自由基捕获到不活泼自由基发生链终止反应或到单体反应完毕。
RCH 2CH 2 CH 2 CH 2+RCH 2CH 2CH 2CH RCH 2CH 2CH 2CH 2+CH 2 CH 2（
CH 2）5CH ．．．．．．．．．．． C ．链终止：
R （CH 2）m CH 2CH 2R （
CH 2）n CH 2CH +R （CH 2）m n CH 2CH 2CH 2CH 2（CH 2）
R （2）逐步聚合
聚合物的链是逐步增长的 四、高分子化合物的力学状态
晶态
高分子化合物按结构形态
（大多数合成树脂与橡胶） 力学状态
玻璃态
高弹态
粘流态
1．玻璃态：处于玻璃态的高分子化合物，整个分子链热运动受到限制，且链段的内旋被“冻结”当受到外力作用时，形变很小，外力撤消后恢复形变。
此时，高分子化合物坚硬缺少弹性，我们称这种状态为玻璃态。
因为塑料具备这个特性，因此，把常温下处于玻璃态的高分子化合物称为塑料。
（只要是在常温下是玻璃态的高分子化合物都可称为塑料）
2．高弹态：升高温度，分子热运动加剧，虽然整个分子链还不能自由移动，但链段内的“冻结”被解除，可自由转动，且链段可以弯曲或伸长，当外力存在时发生形变，撤去外力后恢复形变，表现出很高的弹性，我们称为高弹态。
因为橡胶具备这个特性，因此，把常温下处于高弹态的高分子化合物成为橡胶。
3．粘流态：继续升高温度，分子动能大到可以克服分子间力。
此时整个分子链可以自由移动。
聚合物成为可流动的粘稠液体，这种流动形变是不可逆的，这种状态称为粘流态。
我们把常温下处于粘流态的高分子化合物称为流动性树脂。
一般高分子的加工成型都是在粘流态完成的。
4．非晶态高分子的玻璃化温度（T g ）和粘流化温度（T f ）
形变
g f
线型
高分子的加工
体型：在未完成交联前加入到模具中，加热使其交联成型，成型后不能再改变。
五、高分子材料的老化（自己看书）
高分子材料在使用过程中，由于环境的影响，其强度、弹性、硬度等性能逐渐变坏，这种现象称为高分子材料的老化。
1．光氧老化
2．热氧老化
3．化学试剂作用下的老化
六、高分子材料的保护
高分子材料作为新型材料越来越受到人们的重视，高分子材料熔点低、硬度小、但密度也小，可作为航天工业中的结构材料。
而且高分子材料一般不导电，可作为电绝缘材料。
高分子材料易老化，多由碳、氢元素组成，易燃，易溶于有机溶剂，必须在使用过程中加以保护。
1．光稳定剂和抗氧化剂
根据高分子的光氧老化和热氧老化机理，如在高分子材料加工成型前加入光稳定剂和抗氧剂，就能达到防止和延缓光老化和热老化的目的。
光稳定剂是抑制和延缓高分子光氧老化过程的试剂。
光稳定剂的类型：
（1）紫外线吸收剂能先于高分子吸收紫外线辐射能。
在高分子材料中加入一些能先于高分子吸收紫外线的有机物，条件是此有机物无毒，且与高分子相溶性好。
（2）能量转移剂能转移高分子受紫外光激发后的激发能，又称猝灭剂。
它们主要是镍、钴的配合物，其有机部分是取代酚和硫代双酚等。
（3）光屏蔽剂减少紫外线透射。
炭黑、氧化锌、氧化钛
（4）自由基捕获剂
抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂，作用看书P244
2．氧指数和阻燃剂
通常，高分子材料都是可燃的。
它相当于燃料、当具备了氧和温度另外两个燃烧过程的要素时，燃烧就会发生。
对于高分子材料的阻燃性能的评价目前常用极限氧指数（LOI）表示，简称氧指数。
在标准状况下，材料样品在氧、氮混合气流中维持平稳燃烧所需的最低氧气浓度，以氧所占的体积分数表示。
一般说来，氧指数在20以下很容易燃烧，在26以上，即可认为材料在空气中不燃烧，具有自熄性。
氧指数越大，阻燃效果越好。
提高高分子材料的阻燃性，一般是加入阻燃剂，且阻燃剂浓度越大，阻燃效果越好，但会牺牲高分子材料的某些性能作为代价。
阻燃剂大多数是元素周期表中第三、五、七主族元素的化合物。
3．填充剂和偶联剂
填充剂又称填料。
一般是指加入材料组成中作为基本组分以改变材料的性能，或降低其成本的固体物质。
为了提高高分子材料的电绝缘性能，可在树脂加工成型以前加入陶土、石棉、硅微粉等；为了增加导电、导热性和提高刚性、硬度、耐热性等，可在树脂加工成型前添加各种金属粉末；为了增加强度，加入玻璃纤维、碳纤维等。
但是无机填料和高分子材料的相容性不好，所以需要使用偶联剂，将无机填料与高分子化合物“偶联”起来。
4．化学镀和塑料电镀
非金属材料一般不导电，很难电镀，但因需要，使其表面镀上一层金属薄膜，实现非金属材料上的金属镀层，称之为化学镀。
（1）粗化在碱液中（氢氧化钠、磷酸钠、碳酸钠、洗涤液）除油后，进行粗化处理，粗化的目的是使塑料制件表面蚀刻出一些微观粗糙不平的状态，来增加材料本身和镀层之间的结合力，主要是用一些
强氧化剂，比如加入三氧化铬和浓硫酸。
（2）敏化使金属制件表面吸附上一层易于氧化的还原性金属离子，常用的敏化剂有二价锡盐和三价钛盐。
比如加入二水合二氯化锡和浓盐酸和锡粒。
（3）活化为了加快化学镀的沉积速率并使镀层均匀，利用二价锡的还原性将某些贵重金属离子，一般用银离子，使析出银微粒作为晶种。
（4）化学镀。