9高分子材料的聚合.ppt
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1、第三章 高分子材料的聚合,高分子科学既是一门应用学科,也是一门基础学科,它是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。,第一节 高分子材料简介,远古时期天然高分子材料已得到应用 (皮毛、天然橡胶、 棉花、虫胶、蚕丝、木材等) 15世纪,美洲玛雅人用天然橡胶做容器,雨具等生活用品。 19世纪中期到后期天然高分子的改性和加工工艺得到开发 1839年美国人Goodyear发明了天然橡胶的硫化 1855年英国人Parks实现硝化纤维产业化 1870年Hyatt制得赛璐珞塑料(硝化纤维+樟脑+乙醇高压共热) 1887年,法国人Chardonnet用硝化纤维
2、素的溶液进行纺丝,制得了第一种人造丝。,20世纪初合成高分子得到开发和应用 1933年,英国ICI公司高压聚乙烯问世 1935年,杜邦公司Carothers第一次用人工方法制成合成纤维尼龙66 1953年,低压PE,PP被聚合,高分子材料是由一种或多种简单低分子化合物聚合而成的,也叫聚合物或高聚物。顾名思义, “高分子”是指这种材料的分子量很大,通常几万,再大者可达数百万。高分子材料虽然分子量很大,但组成并不复杂,主要是由C、H、O、N、P、S等原子以共价键方式组成大分子链。,一、高分子基本概念,高分子的含义 分子量很大(104107,甚至更大)。 分子似“一条链”,由许多相同的结构单元组成。
3、 以共价键的形式重复连接而成。,聚四氟乙烯单体,人类DNA(500nm),人类染色体(17nm),二、高分子材料的结构特点,与小分子比较 分子量不确定,只有一定的范围,是分子量不等的同系物的混合物; 没有固定熔点,只有一段宽的温度范围; 分子间力很大,没有沸点,加热到2000C3000C以上,材料破坏(降解或交联)。,三、高分子材料的类别,性 质 和 用 途,塑 料,纤 维,橡 胶,涂 料,胶粘剂,功能高分子,以聚合物为基础,加入(或不加)各种助剂和填料,经加工形成的塑性材料或刚性材料。,具有可逆形变的高弹性材料。,纤细而柔软的丝状物,长度至少为直径的100倍。,涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、
4、起装饰和保护作用的聚合物材料,能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料,具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料,四、塑料、橡胶和纤维合成材料的特性,1、塑料,1870年31岁的印刷工人约翰海厄特发明赛璐珞(硝化纤维+樟脑),1907年贝克兰德发明酚醛树脂,30、40年代合成高分子蓬勃发展时期:特别是乙烯类单体的自由基聚合,如PVC、PS、PMMA、高压PE; 50年代高分子化学的历史性发展时期:低压PE、PP; 60年代由于航空航天的需要而出现高温高分子的研究热:工程塑料,塑料的分类,按受热行为分,热塑性塑料,按使用范围和用途分,通用塑料,线型结构,能重复进行熔融、加工,能
5、溶于适当溶剂,热固性塑料,立体网状结构,固化后受热不熔融,在溶剂中也不溶解,工程塑料,通用工程塑料,特种工程塑料,PE、PP、PVC、PS、酚醛树脂、氨基树脂,PA、PC、POM、PPO等,PI、PSF、PPS、PEEK、PTFE等,(100150 ),(150 ),现代生活中的高分子材料塑料,现代生活中的高分子材料工程塑料,橡树之泪,天然橡胶,硫化橡胶,合成橡胶,18世纪法国人在南美发现野生橡胶树 19世纪中叶,英国人取橡胶树的种子在斯里兰卡种植成功逐渐扩大到马来西亚与印尼等地,2、橡胶,橡胶的特性: 大分子链具有足够的柔性; Tg比室温低得多,在很宽的温度范围具有优异的弹性,橡胶的分类:,
6、天然橡胶,特种合成橡胶,通用合成橡胶,合成橡胶,丁苯、顺丁、乙丙、丁基、氯丁橡胶等,丁腈、硅、氟、丙烯酸酯橡胶等,现代生活中的高分子材料橡胶,天然纤维,人造纤维,合成纤维,动物纤维:蚕丝、羊毛等 植物纤维:棉花、麻等 矿物纤维:石棉等,再生蛋白质纤维 再生纤维素纤维:粘胶、铜铵 纤维素酯纤维:二乙酯、三乙酯,杂链纤维,碳链纤维,尼龙 涤纶 氨纶,腈纶 维伦 氯纶 丙纶,3、纤维,合成纤维,长丝纤维,短纤维,单丝:一根连续纤维 复丝:8100单丝组成,棉型:2538mm,主要用于与棉混纺 中长型:5176mm 毛型:70150mm,用于与羊毛混纺,(km),(几十几cm),按加工长度分:,合成纤
7、维,常规纤维,特种纤维,按用途分:,尼龙(锦纶) 涤纶、维纶 丙纶,高功能纤维:医用功能纤维、光导纤维等,高性能纤维:氨纶、芳纶纤维、碳纤维等,纤维的特点: 长度比直径大很多 具有一定的柔韧性,涂布在物体表面而形成的具有保护和装饰作用的膜层材料 多组分体系:主要成膜物质、颜料、溶剂三种组分,此外还包括填充剂、增塑剂、增稠剂、稀释剂等;,发展方向:水性涂料、粉末涂料、电泳涂料、光固化涂料等,保护作用:防腐、增加物体表面硬度; 装饰作用: 可赋予物体表面丰富的色彩,还可修饰物体表面缺陷; 标志作用: 利用不同色彩来标示警告、危险、安全、前进、停止等信号; 特殊功能:隔热、防污、阻燃、导电、隐身(吸
8、收电磁波)、阻尼(吸收声波)、示温等。,作用:,4、涂料,是一种把各种材料紧密粘合起来的物质 一般为多组分体系:聚合物、固化剂、增塑剂、填料和溶剂等。,按主要成分分:,合成胶粘剂,天然胶粘剂,无机胶粘剂,有机胶粘剂,动物胶:骨胶、虫胶、鱼胶 植物胶:淀粉、松香、阿拉伯树胶 矿物胶:沥青、矿物腊,热塑性树脂:PVAc、PVA、PA 热固性树脂:酚醛、环氧 橡胶型:氯丁、丁腈、硅橡胶等,5、胶粘剂,6、功能高分子材料,化学功能高分子材料,光功能高分子材料,液晶高分子固态向液态转换时形成的一种具有特殊性质的中间相态,既具有液体的流动性,又具有晶体的双折射等光学各向异性;分子中具有刚性棒状结构。,高分
9、子液晶显示材料光开关,在塑料中加入蓄光型发光材料经加工就可制成发光塑料。发光塑料是近年来兴起的一种高附加值新型功能材料。其产品如:交通领域通道标识、楼梯标识、标志线;发光涂料、发光开光、发光壁纸、工艺品、玩具、体育休闲用品。,发光高分子材料,导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。目前,它已成为一门新型的多学科交叉的研究领域,并在世界范围内吸引了一大批材料设计专家。,电功能高分子材料,在共轭聚合物中掺杂碘以后,其电导率在104S/m左右,可以满足实际应用需要。,发光二极管,太阳能电池,生物功能高分子材料,生物功能高分子材料:用于与生物体接触以形成特定功能并相互作用的无生命材料。,生物功
10、能高分子材料,医用高分子材料,药用高分子(药物),仿生高分子材料,第二节 聚合反应,一、高分子聚合的发展与基本概念 1、单体的来源: 石油化工路线 煤炭路线 其他原料路线,石油分馏产品:,原油,常压蒸馏,轻质油,汽油,煤油,柴油,重油,减压蒸馏,石油气,柴油,沥青,燃料油,石蜡,润滑油,石油裂解:在一定条件下,把分子量大, 沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的烃的过程。,如:C16H34 C8H18+C8H16 C8H18 C4H10 + C4H8 C4H10 CH4+C3H6 C4H10 C2H4+C2H6,石油有热裂化和催化裂化两种,石油经裂解、重整分离可以得到烯烃、丁二烯和芳烃、苯、甲苯、
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- 高分子材料 聚合
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