1、1,高分子材料基礎(chǔ)知識(shí)及發(fā)展現(xiàn)狀,高分子發(fā)展歷史 高分子基礎(chǔ)知識(shí),2,高分子材料的發(fā)展歷史,20年代： 高分子概念 30年代： 高分子合成 40年代： 自由基聚合 50年代： 工業(yè)化生產(chǎn) 60年代： 耐高溫高分子 70年代： 導(dǎo)電高分子 80年代： 復(fù)合材料,3,高分子材料的發(fā)展歷史,20世紀(jì)初，人們已經(jīng)確認(rèn)了淀粉的分子式，并知道其水解后得到葡萄糖。但并不知道分子之間如何連接，所以認(rèn)為淀粉是葡萄糖或它的環(huán)狀二聚體的締合體。同樣，科學(xué)家了解天然橡膠裂解可得異戊二烯，但是不知它們之間如何連接以及它的末端結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐舱J(rèn)為是二聚環(huán)狀結(jié)構(gòu)的締合體。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使科學(xué)家們有可能用物理化學(xué)和膠體化學(xué)的方法

2、去研究天然和實(shí)驗(yàn)室合成的高分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。德國(guó)物理化學(xué)家斯陶丁格經(jīng)過近10年的研究認(rèn)為，高分子物質(zhì)是由具有相同化學(xué)結(jié)構(gòu)的單體經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)（聚合）將化學(xué)鍵連接在一起的大分子化合物，即重復(fù)鏈結(jié)構(gòu)，高分子或聚合物一詞即源于此。 1928年當(dāng)斯陶丁格在德國(guó)物理和膠體化學(xué)年會(huì)上宣布這一觀點(diǎn)時(shí)，卻遭到多數(shù)同行反對(duì)而未被承認(rèn)。但真理是在斯陶丁格這一邊，經(jīng)過兩年的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，1930年斯陶丁格再次在德國(guó)物理和膠體化學(xué)年會(huì)上闡明他的高分子概念觀點(diǎn)時(shí)，他成功了。至此，歷經(jīng)10余載的爭(zhēng)論，科學(xué)的高分子概念才得以確立。他進(jìn)一步闡明了高分子的稀溶液粘度與分子量的定量關(guān)系，并在1932年出版了一部關(guān)于高分子有機(jī)物的論著，這

3、后來被公認(rèn)為是高分子化學(xué)作為一門新興學(xué)科建立的標(biāo)志。為了表?yè)P(yáng)斯陶丁格的功績(jī)，瑞典皇家科學(xué)院授予他1953年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),4,高分子材料的發(fā)展歷史,30年代，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，高分子結(jié)構(gòu)概念， 有機(jī)自由基化學(xué)三者的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了許多通用高分子品種并工業(yè)化生產(chǎn)。30年末,W.H.Carothers發(fā)現(xiàn)了縮聚合成高分子的方法。 例：對(duì)大分子概念的一個(gè)有力證實(shí)就是1935年美國(guó)杜邦公司發(fā)表已二胺與已二酸縮聚而成高分子聚酰胺，即尼龍66，并于1938年工業(yè)化，這就是大家熟知的尼龍襪材料。另外，鮮為人知的是，二次大戰(zhàn)后期美軍使用的降落傘就是這種尼龍66材料制作的。 40年代乙烯類單體的自由基引發(fā)聚合發(fā)展很快，實(shí)現(xiàn)

4、工業(yè)化的包括氯乙烯、聚苯乙烯和有機(jī)玻璃等，這是合成高分子蓬勃發(fā)展的時(shí)期。 進(jìn)入50年代，從石油裂解而得的a烯烴主要包括乙烯與丙烯，德國(guó)人齊格勒與意大利人納塔分別發(fā)明用金屬絡(luò)合催化劑聚合而成聚乙烯即低壓聚乙烯與聚丙烯，前者1952年工業(yè)化，后者1957年工業(yè)化，這是高分子化學(xué)的歷史性發(fā)展，因?yàn)榭梢杂墒蜑樵嫌帜芙⒛戤a(chǎn)10萬t的大廠，他們二人后來都獲得了諾貝爾獎(jiǎng)金,5,高分子材料的發(fā)展歷史,60年代，由于要飛往月球而出現(xiàn)高溫高分子的研究熱。耐高溫的定義是材料能夠在氮?dú)庵小?00環(huán)境中能使用一個(gè)月；在空氣中，300環(huán)境下能使用一個(gè)月。其結(jié)果主要分為兩大類，一類是芳香聚酰胺例如苯二胺與間苯二酰縮聚

5、得到的高分子Nomex，這在當(dāng)時(shí)曾被作為太空服的原料。還有對(duì)苯二胺與對(duì)苯二酰氯縮聚得到的高分子Kevlar，它屬于耐高溫的高分子液晶，現(xiàn)在用于超音速飛機(jī)的復(fù)合材料中。另一類是雜環(huán)高分子，例如聚芳亞酰胺和作為高溫粘合劑的聚苯并咪唑?yàn)楝F(xiàn)在的宇航飛行所需的材料打下了基礎(chǔ)。 20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)科學(xué)家Heeger,MacDiarmid和日本白川英樹的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，改變了高分子只能是絕緣體的觀念，在塑料導(dǎo)電研究領(lǐng)域取得突破性的發(fā)現(xiàn)，具有光、電、磁活性的導(dǎo)電聚合物成為對(duì)物理學(xué)家和化學(xué)家都具有重要意義的研究領(lǐng)域。導(dǎo)電聚合物在發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、移動(dòng)電話和微型電視顯示裝置等領(lǐng)域不斷找到新的用武之地。 例

6、：美國(guó)1929年高分子產(chǎn)量2萬多噸，1980年發(fā)展到2000多萬噸，1979年合成高分子總產(chǎn)量 體積算大大超過所有各種技術(shù)的總產(chǎn)量。 2000年，金屬材料：天然材料：合成材料=19：3：78（消耗量比值,6,我國(guó)高分子材料的研究和開發(fā),我國(guó)的高分子材料的研究起步于20世紀(jì)50年代初，通過高分子化學(xué)、高分子物理、高分子成型加工和高分子反應(yīng)工程等學(xué)科和產(chǎn)業(yè)部門的合作，開發(fā)出一批體現(xiàn)我國(guó)科研和產(chǎn)業(yè)化水平和能力的高分子材料及生產(chǎn)技術(shù)。這些材料有滿足國(guó)防需要的離子交換樹脂和高分子粘結(jié)劑，有已產(chǎn)業(yè)化的鐮催化順丁橡膠、輻照交聯(lián)熱收縮高分子材料及超細(xì)旦聚丙烯纖維，有已出口的SBS熱塑彈性體工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)和聚丙

7、烯工業(yè)化生產(chǎn)用型催化劑，還有已在境外實(shí)施的稀土催化異戊橡膠等。我國(guó)是高分子材料的大國(guó)，年消費(fèi)量超過3000萬，但還不是強(qiáng)國(guó)。不僅產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力有待提高，產(chǎn)量也不能滿足國(guó)內(nèi)的需求，如合成塑料和合成橡膠的年產(chǎn)量只能滿足一半左右的國(guó)內(nèi)需求。盡快完成從高分子材料的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)到強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，發(fā)揮高分子材料對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、對(duì)新興產(chǎn)業(yè)的興起的支撐作用，需要開展高分子材料科學(xué)的創(chuàng)新研究，需要實(shí)現(xiàn)高分子材料產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展,7,高分子材料優(yōu)點(diǎn)及用途,塑料：質(zhì)輕，不腐，不蝕，色彩絢麗。 用于機(jī)械零件、車船材料、工業(yè)管道容器、農(nóng)用薄膜、包裝用品、板材、管材。 醫(yī)療器械、家用器具、文化體育娛樂用品、兒童玩具。 纖維：

8、輕柔、不皺、強(qiáng)韌、挺括、不霉 一個(gè)工廠生產(chǎn)的合成纖維相當(dāng)上百萬畝農(nóng)田生產(chǎn)的天然纖維。 橡膠：不受地域限制 例：最強(qiáng)韌的材料，不是鋼、鈦、鈹，而是碳纖維和環(huán)氧樹脂復(fù)合的塑料,8,高分子材料迅速發(fā)展,迅速發(fā)展的原因 人類社會(huì)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)高分子新材料不斷需求 如：衣著服飾（棉、的確良、腈 綸）促進(jìn)聚酰胺、聚酯發(fā)展 納米纖維、高強(qiáng)度高模量纖維 相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)交叉、滲透、融合 有機(jī)化學(xué)高分子化學(xué) 高分子物理高分子工程功能高分子,高分子材料具有優(yōu)異性能,資源豐富，原料價(jià)格低廉,9,高分子材料迅速發(fā)展,高分子新技術(shù)、新材料 電子功能聚合物 光電磁功能高分子 高分子液晶顯示技術(shù) 高密度紀(jì)錄技術(shù) 醫(yī)藥功能高分

9、子 控制藥物釋放材料 醫(yī)用材料 人體組織修復(fù)材料,10,塑料之王賽璐珞,由“象牙問題”引發(fā)的研究 最早的“天然塑料物質(zhì)” 毛發(fā)、蹄腳、角質(zhì)物、羽毛等纖維蛋白都是含有高硫量的聚合物,11,纖維素硝酸酯 賽璐珞的合成 纖維素分子中的羥基與硝酸生成酯，稱之纖維素硝酸酯 把硝比纖維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱使它于模型，然后在常壓下硬化。他研制出第一個(gè)合成塑料是一種堅(jiān)韌材料，具有很大的抗張強(qiáng)度，耐水， 耐油、耐酸，能夠低成本地生產(chǎn)各種顏色的產(chǎn)品， 由牙科產(chǎn)品創(chuàng)出一條成功之路 于1870年建立奧爾巴尼(Albany牙托公司生產(chǎn)賽璐珞假牙托，成功以后在1871年注冊(cè)商標(biāo)，命名為賽璐珞,塑料之王賽璐珞,

10、海厄特,12,塑料之王賽璐珞,18世紀(jì)末和19世紀(jì)初，賽璐珞有很多方面的應(yīng)用，如制造梳子、牙刷，衣領(lǐng)、薄膜玩具、汽車風(fēng)擋、鋼琴鍵及照相膠卷等消費(fèi)品 賽璐珞一度作為專利產(chǎn)品的還有眼鏡框架、鋼筆桿、安全(不碎）玻璃及彈子球等 乒乓球，火棉,易燃,13,塑料之王賽璐珞,14,醫(yī)用高分子材料,醫(yī)用高分子材料的重大需求 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步已經(jīng)越來越依賴于生物材料和器械的發(fā)展 生物醫(yī)用材料可分為醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用陶瓷材料和醫(yī)用高分子材料三大類（當(dāng)然還可以由它們組合而成復(fù)合材料） 高分子材料的物理化學(xué)性能與金屬、陶瓷等材料相比，與人體組織更加匹配（骨密質(zhì)等除外），因此適用面最廣,15,醫(yī)用高分子材料的要求,1）

11、生物功能性：因各種生物材料的用途而異，如：作為緩釋藥物時(shí)，藥物的緩釋性能就是其生物功能性。 （2）生物相容性：可概括為材料和活體之間的相互關(guān)系，主要包括血液相容性和組織相容性（無毒性、無致癌性、無熱原反應(yīng)、無免疫排斥反應(yīng)等）。 （3）化學(xué)穩(wěn)定性：耐生物老化性（特別穩(wěn)定）或可生物降解性（可控降解）。 （4）可加工性：能夠成型、消毒（紫外滅菌、高壓煮沸、環(huán)氧乙烷氣體消毒、酒精消毒 等,16,醫(yī)用高分子材料種類,人工臟器 人工肺（并不是對(duì)于人體肺的完全替代，而是體外執(zhí)行血液氧交換功能的一種裝置）；人工腎（透析型、過濾型、吸附型）；人工肝臟（透析等） 人工組織 牙科材料（蛀牙填補(bǔ)用樹脂、假牙和人工牙根

12、、人工齒冠材料和硅橡膠牙托軟襯墊等）；（2）眼科材料（人工角膜、人工晶狀體、人工玻璃體、人工眼球、人工視網(wǎng)膜、人工淚道、隱型眼鏡） 護(hù)理和醫(yī)療用具相關(guān)的醫(yī)用材料 高分子醫(yī)療用具及制品，如：一次性高分子用品（注射器、輸血輸液袋等）、高分子繃帶材料（彈性繃帶、高分子代用石膏繃帶、防滑脫繃帶）、醫(yī)用縫合線等,17,醫(yī)用高分子材料種類,藥用高分子 （1）高分子緩釋藥物載體：時(shí)間控制緩釋體系（如康泰克等，理想情形為零級(jí)釋放）、部位控制緩釋體系（脈沖釋放方式）； （2）高分子藥物（帶有高分子鏈的藥物和具有藥效的高分子）：抗癌高分子藥物（非靶向、靶向） （3）藥物制劑和包裝用高分子材料 液狀制劑中的高分子增

13、稠劑、稀釋劑、分散劑和消泡劑；固體制劑中的高分子粘合劑、包衣劑、膏劑和涂膜劑）、微膠囊,18,醫(yī)用高分子材料,19,白色污染,20,白色污染,一、什么叫白色污染 這要從塑料開始談起。塑料是一類高分子材料。以石油為原料可以制得乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯等，這些物質(zhì)的分子在一定條件下能相互反應(yīng)生成分子量很大的化合物（即高分子）：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯。我們通常使用的塑料就是由上述四種高分子組成的材料（聚乙烯、聚丙烯薄膜抖動(dòng)時(shí)聲音發(fā)脆，而聚氯乙烯薄膜則較柔軟，抖動(dòng)時(shí)無發(fā)脆聲音；發(fā)泡塑料一般是聚苯乙烯，燃燒時(shí)有濃煙）。 從上世紀(jì)六十年代開始，塑料進(jìn)入廣泛實(shí)用階段。由于塑料具有很多優(yōu)點(diǎn)：它取

14、材容易，價(jià)格低廉，加工方便，質(zhì)地輕巧，因此塑料一問世，便深受世界歡迎，它迅速滲入到社會(huì)生活的方方面面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管等。塑料被列為20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，塑料的普及被譽(yù)為白色革命。 隨著塑料產(chǎn)量不斷增大，成本越來越低，我們用過的大量農(nóng)用薄膜、包裝用的塑料袋和一次性塑料餐具在使用后被拋棄在環(huán)境中，給景觀和環(huán)境帶來很大破壞。由于塑料包裝物大多呈白色，它們?cè)斐傻沫h(huán)境污染被稱為白色污染,21,二、白色污染的危害,白色污染存在兩種危害：視覺污染和潛在危害。 視覺污染指的是塑料袋、盒、杯、碗等散落在環(huán)境中，給人們的視覺帶來不良刺激，影響環(huán)境的美感。前幾年，有人戲稱我國(guó)有兩座萬里長(zhǎng)城，一為古長(zhǎng)城，二為白色長(zhǎng)城，指的是我國(guó)鐵路沿線到處是白色的飯盒、塑料袋，這就是視覺污染,22,二、白色污染的危害,一次性發(fā)泡塑料飯盒和塑料袋盛裝食物嚴(yán)重影響我們的身體健康 使土壤環(huán)境惡化，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長(zhǎng) 填埋作業(yè)仍是我國(guó)處理城市垃圾的一個(gè)主要方法。由于塑料膜密度小、體積大，它能很快填滿場(chǎng)地，