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1、1,化学与社会 Chemistry and Society,化学化工系,2,第九讲 高分子材料,3,化合物,金属材料,半导体和超导材料,硅酸盐材料,复合材料,纳米材料,高分子材料,4,基本概念,高分子化合物: 物质的分子量达到某一值后,其物理性质和化学性质不会再因为分子量的变化而发生变化,通常而言,其分子量比一般的普通化合物分子量大得多。,特点: 分子量大,有重复结构单元,没有固定的熔点和沸点,二是有较宽的熔程,常温下多为固态或粘稠状态存在,按性质特点,可分为纤维、塑料、粘胶剂和橡胶等,5,6,塑料 Plastics,纤维 Fibers,橡胶 Elastomers,7,主要内容,8,纤维素:
2、1839年法国科学家Payen A. 在研究从植物中提取某种化合物过程中的分离出的一种物质。,特点: 纤维素约占植物界碳含量的50%以上。其中棉花含量接近100%,一般木材中占4050%,麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等都有丰富的纤维素。,9,纤维,天然纤维,动物纤维:毛发,蚕丝,蜘蛛丝 由蛋白构成,植物纤维:棉、麻 由CHO等构成的多糖,人造纤维,纤维素与浓硝酸或浓硫酸反应生成硝酸或硫酸纤维酯,合成纤维,纤维素与浓硝酸或浓硫酸反应生成硝酸或硫酸纤维酯,10,几种代表性的纤维素的来源与组成,11,天然纤维素的构成(C6H10O5)n,天然纤维素能溶于Schwitzer试剂或浓硫酸,不易溶于酸,但是稀酸
3、或纤维素酶可使纤维素生成D-葡萄糖、纤维二糖和寡糖。不溶于水、酒精,但能溶于铜氨溶液等。(酸、碱、盐水溶液渗入纤维结晶区),12,纤维素的实验室制法,用水、有机溶剂处理植物原料、再用氯、亚氯酸盐、过氧化氢、过氧乙酸等除去木素,得纤维素和半纤维素,再除去半纤维素,制得纤维素。,纤维素的用途,制药业和棉纺业主要原料,如: 人造丝:棉花纤维素碱溶、再经二氧化硫处理制得 醋酸纤维酯(胶卷、人造丝、塑料原料):纤维素与乙 酸结合 硝酸纤维酯(炸药原料):纤维素经浓硝酸处理 农业上用于制作牲畜饲料,13,单糖和多糖 单糖:是最简单的,不能再被水分解的碳水化合物。 二糖:水解时生成两分子单糖的化合物叫二糖。
4、 低聚糖:水解时生成2-10分子单糖的化合物叫低聚糖。 多糖:水解时生成单糖分子在10以上化合物叫多糖。,葡萄糖C6(H2O)6的线型构像,14,葡萄糖的环状结构,葡萄糖,葡萄糖,15,葡萄糖的立体结构,16,二糖 常见的二糖有蔗糖、乳糖、麦芽糖和纤维二糖 麦芽糖(饴糖的主要组分)用无机酸水解时生成两分子葡萄糖。两糖靠键连接。 乳糖水解时生成一分子葡萄糖和一分子半乳糖,牛奶变酸是由于其中的所含的乳糖变成了乳酸。 纤维二糖用无机酸水解时生成两分子葡萄糖两糖靠键连接。,17,纤维结构片段,多糖,18,人为何不能靠吃草过活? 1草和粮食成分不同:草的主成分是纤维素,粮食的主成分是淀粉,前者为-葡萄糖
5、,后者为-葡萄糖,二者在结构上虽然差别甚微,只是第一个碳原子上的羟基排列不同,但性质和功能截然不同。 2人的消化液中所含的酶只能使淀粉水解成人体能吸收的葡萄糖,却不能使纤维素水解。 3牛羊的消化系统里寄生了某些微生物,可以分泌使纤维素水解的酶,这种酶可使纤维素迅速水解成葡萄糖。 4目前正研究从木霉菌中提取纤维素酶,以将纤维素转化为葡萄糖,这样就可将纤维素制成饲料和食品。 5农业和林业的下脚料中木质纤维素甚多,它们包含木质素、纤维素和半纤维素。木质素不能被生物催化降解, 而且还干扰纤维素的发酵,因此解决木质素的广泛利用问题,将有助于纤维素的转化研究。,19,高分子的合成,均聚:单一单体的加成聚合
6、,共聚物:两种或以上不同的单体进行聚合,交替共聚,无规共聚,嵌段共聚,接枝共聚,20,高分子的立体结构,全同立构,间同立构,无规立构,21,线形高分子,枝链高分子,交叉连接高分子,22,23,(1)酚醛树脂,(2)聚烯烃:聚乙烯、PVC、聚苯乙烯,(3)有机玻璃:单体甲基丙烯酸甲酯是以丙酮、 甲醇、氰化钠、硫酸为原料合成的。,(4)ABS塑料:用苯乙烯-丙烯氰共聚物与丁 二烯-丙烯氰共聚物共混制得。也可用苯乙烯、 丙烯氰、丁二烯共聚制得。,(5)含氟塑料:聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯和 聚全氟丙烯。不粘锅的表面镀层就是聚四氟乙烯。,(6)工程塑料,24,乙烯(H2C=CH2)-分子量28,四氟乙烯
7、((F2C=CF2)),聚乙烯-分子量从2,000(72个乙烯分子)到40,000(1429个乙烯分子),25,聚乙烯大棚,26,氯乙烯(H2C=CHCl),PVC室内装饰,27,料,线,管,28,丙烯(H2C=CH-CH3),聚丙稀地毯,聚丙稀生产厂,29,苯乙烯(H2C=CH-C6H5),聚苯乙烯灯罩,30,有机玻璃-甲基丙稀酸甲脂,31,32,橡胶是指具有显著高弹性的一类高分子化合物。它可以分为天然橡胶和合成橡胶。未经硫化的橡胶分子是线型或少数短支链的高分子。硫化后的大分子之间通过硫桥进行交联,成为网状或体型结构,有时被称为橡皮。,33,天然橡胶的采集和加工,34,合成橡胶,丁氰橡胶:丁二烯与丙烯氰的共聚物,35,合成橡胶,丁苯橡胶 它是合成橡胶的最大品种,是丁二烯与苯乙烯聚合成。 氯丁橡胶(万能橡胶) 丁氰橡胶 丁二烯与丙烯氰的共聚物。 丁基橡胶,36,37,导电高分子,聚苯胺,聚苯,38,聚苯乙烯,39,聚吡咯,聚噻吩,40,形状记忆高分子材料(智能材料),41,高分子材料成型,42,43,44,有机胺固化剂,环氧树脂,环氧树脂胶粘剂的交联固化,45,46,47,48,49,谢谢!,
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