1、高分子化合物與材料第1頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四三維目標知識與技能方法與目標情感態度與價值觀教學重難點第2頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四4.了解幾種重要高分子材料和復合材料的性能及其應用。1.了解高分子化合物的基本概念、命名和分類。2.了解高分子化合物的基本結構與重要特性。3.了解高分子化合物的合成反應及改性、回收再利用的方法。本章學習要求第3頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四7.2 高分子化合物的基本結構和重要特性 7.3 高分子化合物的合成、改性與再利用 7.1 高分子化合物概述7.4 日常生活中的高分子材

2、料7.5 材料的未來與分子設計目 錄第4頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四高分子化合物（高分子、高聚物或聚合物）的分子比低分子化合物的分子要大很多。通常低分子有機化合物的相對分子質量在1000以下，而高分子化合物的相對分子質量在1萬以上，有的可達上千萬。 1基本概念高分子化合物的基本特征(同低分子化合物的根本區別)：相對分子質量大。 7.1.1 高分子化合物的基本概念和特點7.1 高分子化合物概述第5頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四高分子化合物的相對分子質量雖然很大，但其化學組成一般卻比較簡單。 例 聚氯乙烯的分子是由許多氯乙烯結合而成： 單體

3、聚合物聚合度鏈節*平均聚合度 n 鏈節的式量 = 高聚物的平均相對分子質量簡寫：鏈節單體聚合成高分子化合物的低分子化合物鏈節組成高分子鏈的重復結構單元聚合度高分子鏈所含鏈節的數目第6頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四（1）高分子化合物組成簡單，相對分子質量大，具有“多分散性”。是多分子的混合物。 （2）高分子化合物可歸納為線型和體型兩種結構。線型結構中包括鏈型和支鏈型。 （3）高分子化合物由于其相對分子質量很大，有較好的機械強度，又由于其分子是由共價鍵結合而成，故有較好的絕緣性和耐腐蝕性，由于其分子鏈很長，呈卷曲狀，故有較好的可塑性和高彈性。 （4）高分子化合物在常溫常

4、壓下主要以固態或液態存在，幾乎無揮發性，溶解性也很差，有時只發生溶脹。2高分子化合物的特點第7頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四1高分子化合物的命名 （1）按原料單體或聚合物的結構特征命名 在單體名稱前面冠以“聚”字：聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙二酰己二胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯等。 在單體名稱后面加“樹脂” ：酚醛樹脂、環氧樹脂等。7.1.2 高分子化合物的命名和分類（2）按商品名命名*我國習慣以“綸”作為合成纖維商品名的后綴，如滌綸、氯綸、腈綸、錦綸、丙綸等。有機玻璃聚甲基丙烯酸甲酯。尼龍或錦綸聚酰胺，如尼龍610。 為解決聚合物讀寫不便，常采用國際通用的英文縮寫符號，如

5、PVC、ABS等。第8頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四聚合物 單體 名稱 商品名稱 符號 名稱 結構式 聚氯乙烯 氯綸 PVC 氯乙烯 聚丙烯 丙綸 PP丙烯 聚丙烯腈 腈綸 PAN丙烯腈 聚己內酰胺 錦綸6 （或尼龍-6） PA6己內酰胺 表7.1 一些聚合物的名稱、商品名稱、符號及單體第9頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四聚己二酰己二胺 錦綸66 （尼龍66） PA66己二酸己二胺 聚對苯二甲酸乙二醇酯 滌綸 PET對苯二甲酸乙二醇 聚苯乙烯 聚苯乙烯樹脂 PS苯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 有機玻璃 PMMA甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯腈-丁二烯-苯

6、乙烯 ABS樹脂 ABS丙烯腈丁二烯 苯乙烯 第10頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四（2）按主鏈結構分類（1）按來源分類 天然高分子和合成高分子。碳鏈聚合物 主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯：雜鏈聚合物 主鏈除碳原子外，還含有氧、氮、硫等雜原子。如聚己二酰己二胺（尼龍-66）：2高分子化合物的分類第11頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四元素有機聚合物 主鏈由硅、硼、鋁與氧、氮、硫、磷等組成，側鏈是有機基團。如聚二甲基硅氧烷：（3）按性能和用途分類 塑料、纖維、橡膠、涂料、粘合劑和功能高分子六大類。（4）按功能分類 通用高分子、工程材料高分子、功能

7、高分子、仿生高分子等 。元素無機聚合物 主鏈和側鏈均由無機元素或基團組成。如聚二氯磷腈：第12頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四（2）體形結構的高聚物 分子中無獨立的大分子存在，因此只有交聚度的概念。 （1）線型結構高分子物質 分子中有獨立的大分子存在，分子鏈中以單鍵相連的相鄰兩鏈節之間還可以保持一定的鍵角而旋轉，因此，一個分子鏈在無外力作用時會有眾多的分子空間形態，絕大部分為卷曲狀。高分子鏈這種強烈卷曲的傾向稱為（分子）鏈的柔順性，它對高聚物的彈性和塑性等有重要影響。鍵角固定的高分子鏈節的旋轉示意圖1高聚物分子的幾何形狀 7.2.1 高分子化合物的基本結構7.2 高分

8、子化合物的基本結構和要重特性第13頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四體型結構的高聚物，由于分子鏈間有大量的交聯，分子鏈不可能產生有序排列，因而都是非晶態的。 從結晶狀態來看，線型結構的高聚物分為晶態高聚物和非晶態高聚物，或者兩者共存。高聚物中結晶性區域稱為結晶區，非結晶區域稱非結晶區，結晶的多少稱結晶度（高聚物含晶體結構的質量百分數）。 2高聚物的聚集態第14頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四玻璃態 分子鏈節或整個分子鏈無法產生運動，高聚物呈現如玻璃體狀的固態。例如常溫下的塑料。 高彈態 鏈節可以較自由地旋轉，但整個分子鏈不能移動。例如常溫下的橡

9、膠。高彈態是高聚物所獨有的罕見的一種物理形態，能產生很大形變，除去外力后能可逆恢復原狀。 粘流態 高聚物分子鏈節可以自由地旋轉，整個分子鏈也能自由移動，從而成為能流動的粘液，比液態低分子化合物的粘度要大得多，又稱為塑性態。例如膠粘劑或涂料。 3線型非晶態高聚物的物理形態第15頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四玻璃化溫度 由高彈態向玻璃態轉變的溫度，用Tg 表示。 粘流化溫度 由高彈態向粘流態轉變的溫度，用Tf 表示。 塑料與纖維: 要求Tg 高， Tf 低（較耐熱，加工成型溫度不高）橡膠：要求Tg 低， Tf 高（耐寒又耐熱）一些非晶態高聚物的Tg和Tf值：聚氯乙烯 T

10、g =81 Tf =175聚苯乙烯 Tg =100 Tf =135聚丁二烯(順丁橡膠) Tg =-108 Tf 天然橡膠 Tg =-73 Tf =122第16頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四1彈性和塑性 （1）彈性 當高聚物Tg TR (室溫) TR ，高聚物處于玻璃態，用做材料時可做塑料。 7.2.2 高分子化合物的結構與性能的關系 玻璃化溫度Tg是高聚物的鏈節開始旋轉的最低溫度。它的高低與分子鏈的柔順性和分子鏈間的作用力大小有關。分子的柔順性越大， Tg越低。 體型高聚物的分子鏈由于被化學鍵牢固地交聯，很難變形，因此，當溫度改變時不會出現粘流態，交聯度大時也不會出

11、現高彈態，而只呈玻璃態。第17頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四主要指標有機械強度、剛性、沖出強度。主要影響因素有：(1) 平均相對分子質量（或平均聚合度）的增大，有利于增加分子鏈間的作用力，可使拉伸強度與沖擊強度等有所提高。(2) 極性取代基或鏈間能形成氫鍵時，能增加分子鏈之間的作用力而提高其強度。強度：天然橡膠（M r=20萬） 丁苯橡膠（ M r =45萬）拉伸強度: 聚氯乙烯(含極性基團-Cl) 聚乙烯 2機械性能第18頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四(3) 適度交聯有利于增加分子鏈之間的作用力。(4) 在結晶區內分子鏈排列緊密有序，可

12、使分子鏈之間的作用力增大，機械強度也隨之增高。(5) 主鏈含苯環或側鏈引入芳環、雜環取代基等的高聚物，其強度和剛性比含脂肪族主鏈的高聚物的要高。 如聚乙烯交聯后，沖擊強度可提高34倍。 機械強度: 高結晶聚乙烯 低結晶聚乙烯強度： 芳香尼龍(如芳綸-1313) 普通尼龍第19頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四高分子化合物通常以共價鍵結合，一般不存在自由電子和離子，因此高聚物通常是很好的絕緣體，可作為絕緣材料。 高聚物的極性越小，其絕緣性越好。 非極性高聚物 分子鏈節結構對稱的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯等。 極性高聚物 分子鏈節結構不對稱的高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺等。

13、 例：試比較下列高聚物的電絕緣性：聚四氟乙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯3電絕緣性和抗靜電性 第20頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四電絕緣材料的高聚物可分為： （1）鏈節結構對稱且無極性基團的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯，對直流電和交流電都絕緣，可用作高頻電絕緣材料。 （2）無極性基團，但鏈節結構不對稱的高聚物，如聚苯乙烯，天然橡膠等，可用做中頻電絕緣材料。 （3）鏈節結構不對稱且有極性基團的高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺，酚醛樹指等，可用做低頻或中頻電絕緣材料。 第21頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四分子的極性可用相對介電常數衡量，通常非極性高

14、聚物的2，弱極性或中等極性高聚物的24，強極性高聚物的4。 高聚物 高聚物 聚四氟乙烯 2.0 聚氯乙烯 3.23.6 聚丙烯 2.2 聚甲基丙烯酸甲酯 3.33.9 低密度聚乙烯 2.252.35 硅樹脂 2.754.20 高密度聚乙烯 2.302.35 尼龍66 4.0 聚苯乙烯 2.453.10 酚醛樹脂 5.0 6.5 表7.2 常見高聚物的相對介電常數第22頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四靜電現象 兩種電性不同的物體相互接觸或磨擦時，會有電子的轉移而使一物種體帶正電荷，另一種物體帶負電荷的現象。 靜電現象具有兩面性，它應用于靜電印刷、油漆噴涂和靜電分離等。但

15、靜電往往是有害的，例如腈綸纖維起毛球、吸灰塵；粉料在干燥運轉中會結塊等。常用的抗靜電劑是一些表面活性劑，其主要作用是提高高聚物表面的電導性，使之迅速放電，防止電荷積累。另外，在高聚物中填充導電填料如炭黑、金屬粉、導電纖維等也同樣起到抗靜電的作用。第23頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四高聚物溶解的兩個階段：溶脹 溶劑分子滲入高聚物內部，使高分子鏈間產生松動，并通過溶劑化使高聚物膨脹成凝膠狀。 溶解 高分子鏈從凝膠表面分散進入溶劑中，溶解形成均一的溶液。 （1）溶解性一般線型（包括帶支鏈）的高聚物，在適當的溶劑中常可以溶解。如聚苯乙烯（彩色玩具）可溶于苯或甲苯，有機玻璃（

16、繪圖直尺）可溶于氯仿或丙酮。但體型高聚時，通常只發生溶脹而不能溶解。4溶解性和保水性第24頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四溶劑選擇的原則是“相似相溶” ，極性大的高聚物選用極性大的溶劑；極性小的高聚物先用極性小的溶劑。例如，未硫化的天然橡膠是弱極性的，可溶于汽油、苯、甲苯等非極性或弱極性溶劑中。 高吸水性樹脂含有羥基等強親水基團，不溶于水，在水中只能溶脹，有驚人的吸水能力。吸水后成凝膠狀，在加壓下，水分也不易擠出來。例如，由淀粉和聚氧乙烯制成的保水材料，吸水重量可達自重的4603倍；這些高吸水性的樹脂已應用于農業保濕大棚，制作嬰兒尿不濕、防止土地荒漠化等。 （2）保水

17、性晶態高聚物一般需將其加熱至熔點附近，待晶態轉變為非晶態后，溶劑分子才能滲入，使高聚物逐漸溶解。相對分子質量大的高聚物，鏈間作用力大，不利于其溶解。 第25頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四高聚物主要由C-C、C-H、C-O等牢固的共價鍵連接而成，含活潑的基團較少，且分子鏈相互纏繞，使分子鏈上不少基團難以參與反應，因而一般化學穩定性較高。 （1）穩定性 一些含 高聚物不耐水，在酸或堿的催化下會與水反應。例如，聚酰胺與水的反應：高聚物一般化學穩定性好，耐酸堿腐蝕，但不耐高溫，易老化。5化學穩定性和老化第26頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四老化是指

18、高聚物及其材料在加工、貯存和使用過程中，長期受化學、物理（熱、光、電、機械等）以及生物（霉菌）因素的綜合影響，發生裂解或交聯，導致性能變壞的現象。例如，塑料制品變脆、橡膠龜裂、纖維泛黃、油漆發粘等。老化是物理性質變壞的不可逆過程。主要有兩種過程：降解 鏈斷裂，Mr變小 發粘、變軟、喪失機械強度交聯 線型變體型變硬、變脆、喪失彈性，如天然膠、聚氯乙烯的老化若在高聚物分子鏈中引入較多的芳環、雜環結構，或在主鏈或支鏈中引入無機元素（如硅、磷、鋁等），均可提高其熱穩定性。為了延緩光、氧、熱對高聚物的老化作用，通常可在高聚物中加入各類光穩定劑、抗氧劑（芳香族胺類如二苯胺和酚類等），或熱穩定劑（如硬脂酸鹽

19、等）。（2）老化第27頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四聚合反應 7.3.1 高分子化合物的合成反應加成聚合反應（加聚反應） 聚合反應由小分子單體合成聚合物的化學反應縮合聚合反應（縮聚反應）7.3 高分子化合物的合成、改性與再利用第28頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四加聚反應僅由一種單體聚合而成的，分子鏈中只包含一種單體構成的鏈節的聚合反應由兩種或兩種以上單體同時進行聚合，生成的聚合物含有多種單體構成的鏈節的聚合反應共聚物往往可兼具兩種或兩種以上均聚物的一些優異性能，因此通過共聚方法可以改善產品的性能。 加聚反應由一種或多種單體相互加成，或由環

20、狀化合物開環相互結合成聚合物的反應。均聚反應共聚反應1加聚反應第29頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四縮聚反應由一種或多種單體相互縮合生成高聚物，同時有低分子物質（如水、鹵化氫、氮、醇等）析出的反應。例如癸二酸和己二胺合成為尼龍-610的反應： 2縮聚反應第30頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四高分子材料的改性 通過各種方法改變已有材料的組成、 結構，以達到改善性能、擴大品種和應用范圍的目的。 通常采用的改性方法大體上可分為化學法與物理化學法兩大類： 7.3.2 高分子化合物的改性1高聚物的化學改性 借化學反應改變高聚物本身的組成、結構，以達到材

21、料改性的目的。 常用的反應交聯反應共聚反應 官能團反應第31頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四經部分交聯后的橡膠，既提高了強度和韌性，又同時保留了較好的彈性。硫化后的橡膠只發生溶脹，具有耐溶劑性。例 橡膠的硫化： 借化學鍵的形成，使線型高聚物連接成為體型高聚物的反應。（1）交聯反應第32頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四ABS工程塑料具有聚苯乙烯優良的電性能和易加工成型性，丁二烯提高彈性和沖擊強度，丙烯腈可增加耐熱、耐油、耐腐蝕性和表面硬度，使之成為綜合性能優良的工程材料。由兩種或兩種以上不同單體通過共聚所生成的共聚物，往往在性能上有取長補短的效

22、果。 （2）共聚反應第33頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四如離子交換樹脂就是利用官能團反應，在高聚物結構中引入可供離子交換的基團，使之具有離子交換功能，且應具備不溶性和一定的機械強度。 先要制備高聚物母體（即骨架）如苯乙烯-二乙烯苯共聚物（體型高聚物），然后再通過官能團反應，在高聚物骨架上引入活性基團。例如，制取磺酸型陽離子交換樹脂，可利用上述共聚物與H2SO4的磺化反應，引入磺酸基SO3H。由此所得離子交換樹脂（簡稱為聚苯乙烯磺酸型陽離子交換樹脂）的結構（簡）式可表示如下： 利用官能團反應，在高分子結構中引入適當的功能基，使高分子具有特定的功能。（3）官能團反應第3

23、4頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四通常可簡寫為R-SO3H（R代表樹脂母體），磺酸基-SO3H中的氫離子能與溶液中的陽離子進行離子交換。同理，若利用官能團反應在高聚物母體中引入可與溶液中陰離子進行離子交換的基團，即可得陰離子交換樹脂。例如，季銨型陰離子交換樹脂R-N（CH3）3Cl。第35頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四在高聚物中摻和各種助劑（又稱添加劑）、將不同高聚物共混、或用其他材料與高分子材料復合而完成的改性。（1）摻和改性 聚合物中通常要加入填料、增塑劑、防老劑（抗氧劑、熱穩定劑、紫外光穩定劑）、著色劑、發泡劑、固化劑、潤滑劑、阻燃劑

24、等添加劑，以提高產品質量和使用效果。 其中填料和增塑劑是添加劑中用量最大的。 填料降低成本類型 有機填料 木粉、纖維、棉布等 作用改善性能: 機械性能、耐熱性、電性能、加工性能無機填料 碳酸鈣、硅藻土、炭黑、滑石粉、金屬粉、金屬氧化物、白炭黑（SiO2）等2高聚物的物理化學改性第36頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四通常都選用一些高沸點（一般大于300）的液體或低熔點的固體有機化合物（如鄰苯二甲酸酯類、磷酸酯類、脂肪族二元酸酯類、環氧化合物等）作為增塑劑。如聚氯乙烯中加入質量分數為30%70%的增塑劑就成為軟質聚氯乙烯塑料。增塑劑的加入能增大高聚物分子鏈間的距離，減弱分

25、子鏈之間的作用力，從而使其Tg和Tf值降低，材料的脆性和加工性能得以改善。一些能增進高聚物柔韌性和熔融流動性的物質。 增塑劑第37頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四將兩種或兩種以上不同的高聚物混合形成具有純組分所沒有的綜合性能的高聚物的方法。形成的高聚物稱為共混高聚物(又稱為高分子合金)。 聚合物共混物塑料塑料共混。如ABS-PVC共混，可改善耐燃性橡膠橡膠共混。丁腈橡膠與天然橡膠共混，可提高天然橡膠的耐油性和耐熱性橡膠塑料共混。PVC-天然氯丁膠共混，可改善抗沖擊性能共混的作用： 改變單一聚合物的弱點，性能互補，獲得優良綜合性能； 賦予特別性能或功能，如賦予粘結性能、

26、減震、導電、阻燃、 耐水等； 改善加工功能。（2）共混改性第38頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四 由兩種或兩種以上性質不同的材料組合制得一種多相材料的過程。 與共混相比，復合包含的范圍更廣；共混改性的組分材料僅限于高聚物，而復合改性的對象除高聚物外，還可包括金屬材料與無機非金屬材料。 （3）復合改性第39頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四高分子化合物的回收及再利用的基本意義： 解決了環境污染問題 由于高分子化合物的化學穩定性好，難以分解，日積月累，會污染環境、危害生態。 充分利用自然資源 7.3.3 高分子化合物的回收及再利用高分子化合物的回收

27、、利用包括： 再生利用和改性利用 熱分解回收化工原料 焚燒回收熱能 掩埋處理 光降解和微生物降解 第40頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四從上世紀六十年代開始，塑料(主要指聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯)進入廣泛實用階段。由于塑料具有很多優點：它取材容易，價格低廉，加工方便，質地輕巧，因此塑料一問世，便深受歡迎，它迅速滲入到社會生活的方方面面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管等。創造了巨大的社會和經濟效益。塑料被列為20世紀最偉大的發明之一，塑料的普及被譽為白色革命。隨著塑料產量不斷增大，成本越來越低，我們用過的大量農用薄膜、包裝用的塑料袋和一次性塑料餐具在使用后被

28、拋棄在環境中，給景觀和環境帶來很大破壞。由于塑料包裝物大多呈白色，它們造成的環境污染被稱為白色污染。* 塑料的貢獻與白色污染第41頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四視覺污染指的是塑料袋、盒、杯、碗等散落在環境中，給人們的視覺帶來不良刺激，影響環境的美感。白色污染的潛在危害則是多方面的。 （1）一次性發泡塑料飯盒和塑料袋盛裝食物嚴重影響我們的身體健康。 （2）使土壤環境惡化，嚴重影響農作物的生長。（3）填埋作業仍是我國處理城市垃圾的一個主要方法。由于塑料膜密度小、體積大，它能很快填滿場地，降低填埋場地處理垃圾的能力；而且，填埋后的場地由于地基松軟，垃圾中的細菌、病毒等有害

29、物質很容易滲入地下，污染地下水，危及周圍環境。（4）把廢塑料直接進行焚燒處理，將給環境造成嚴重的二次污染。白色污染存在的兩種危害：視覺污染和潛在危害1.白色污染的危害第42頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四（1）停止使用一次性餐具及超薄塑料袋。（2）回收廢塑料并使之資源化是解決白色污染的根本途徑。近年來，一些國家大力開展3R運動：即要求做到廢塑料的減量化（Reduce）、再利用（Reuse）、再循環（Recycle）。（3）研究開發降解塑料。降解塑料有三類：光降解塑料、生物降解塑料及雙降解塑料。（4）加強環保宣傳，提高公民的環保意識，在社會上形成良好的環保氛圍，是解決白

30、色污染及其它各種形式污染的前提。2. 白色污染的防治 一靠法律二靠科學第43頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四7.4 日常生活中的高分子材料高分子材料、無機材料和金屬材料并列為三大材料。高分子材料與其他材料相比，具有密度小、比強度高、耐腐蝕、絕緣性好、易于加工成型等特點。但也普遍存在四個弱點，即強度不夠高，不耐高溫、易燃燒和易老化。高分子材料由于其品種多，功能齊全、能適應多種需要，加工容易，適宜于自動化生產，原料來源豐富易得、價格便宜等原因，已成為我們日常生活中必不可少的重要材料。功能高分子材料研究的迅速發展，更加擴展了高分子材料的應用范圍。第44頁，共95頁，2022

31、年，5月20日，19點21分，星期四產量大，價格低，日常生活中應用范圍廣的塑料。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。7.4.1 塑料1.根據塑料制品的用途可分為:機械性能好，能用于制造各種機械零件的塑料。主要有聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚砜、酚醛樹脂、ABS塑料等。具有特殊功能和特殊用途的塑料。主要有氟塑料、硅塑料、環氧樹指等。通用塑料工程塑料特殊塑料第45頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四在加工過程中，一般只發生物理變化，受熱變為塑性體，成型后冷卻又變硬定型，若再受熱還可改變形狀重新成型的塑料。在成型過程中發生化學變化，利用塑料在受熱時可流動的特征而成型，并延長時

32、間，使其發生化學反應而成為不熔不溶的網狀分子結構，并固化定型而形成的塑料。熱塑性塑料（線型）熱固性塑料（體型）2.根據塑料受熱特性可分類第46頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四結構式:性能：強極性，絕緣性好，耐酸堿，難燃，具有自熄性。缺點是介電性能差，在100 120即可分解出氯化氫，熱穩定性差 用途：制造水槽，下水管；制造箱、包、沙發、桌布、窗簾、雨傘、包裝袋；還可做涼鞋、拖鞋及布鞋的塑料底等氯化聚氯乙烯CPVC（過氯乙烯）可作熱水硬管，使用溫度65 105。（1）聚氯乙烯（PVC)第47頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四結構式:性能：化學性質

33、非常穩定，耐酸、堿，耐溶劑性能好，吸水性低，無毒，受熱易老化 用途：制造食品包裝袋、各種飲水瓶、容器、玩具等；還可制各種管材、電線絕緣層等 第四代聚乙烯（超高分子量聚乙烯）高韌性、高耐磨。密度越低，制造成本越低。（2）聚乙烯 (PE)第48頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：具有韌性、耐磨、耐熱，具有吸濕性、無毒、接伸強度大 用途：可做尼龍布、尼龍襪子、尼龍繩及醫用消毒容器等；做機械零件、儀表、儀器零件結構式:（3）聚酰胺 （尼龍）第49頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：耐酸堿，耐腐蝕，化學穩定性好，耐寒，絕緣性好，耐磨。缺點是剛性差

34、結構式:用途：可用作高溫環境中化工設備的密封零件，無油潤滑條件下作軸承、活塞等，還可做電容器、電纜絕緣材料 （4）聚四氟乙烯（塑料王）第50頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：難溶、難熔、耐熱，機械強度高，剛性好，抗沖擊性好 結構式:用途：制造線路板、插座、插頭、電話機、行李車輪、工具手柄、貼面板、三合板、刨花板等 （5）酚醛樹脂（電木）第51頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：堅硬、耐高溫、良好的機械性能、電絕緣性好、韌性好、抗沖擊性好、透明度高 用途：制造繼電器盒蓋，計算機和磁盤的殼體、熒光燈罩、汽車及透明窗的玻璃等結構式:（6）聚碳

35、酸酯（透明金屬）第52頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：變硬度、高抗沖強度、抗蠕變性好，耐熱、耐寒、耐磨、抗氧化性好，尺寸穩定性好 用途： 制造機械、電子、電氣制造航空、航天等部門的零部件結構式:（7）聚砜 第53頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四 性能：無毒、無味，易溶于酮、醛、酯等有機溶劑。耐磨性、抗沖擊性能好 用途：用于家用電器、箱包、裝飾板材、汽車收音機等零部件結構式:（8）ABS塑料第54頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：其透明性在現有高聚物中是最好的，缺點是耐磨能差，硬度較低，易溶于有機溶劑等 結構

36、式:用途：廣泛用于航空、醫療、儀器等領域（9）聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃）第55頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠。 天然橡膠其化學組成是聚異戊二烯有順式與反式兩種構型，它們的結構簡式分別為：順式 反式 7.4.2 橡膠1.天然橡膠第56頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四（1）分子鏈的柔順性較好 （2）分子鏈間僅有較弱的作用力 （3）分子鏈中一般含有容易進行交聯的基團（如含不飽和雙鍵） 人們仿造天然橡膠的結構，合成了各種各樣的合成橡膠。合成橡膠在某些性能上往往優于天然橡膠，例如耐磨、耐油、耐寒等方面。 2. 合成橡膠下

37、面列舉幾種常見的合成橡膠的性能及用途。 順式-1,4-聚異戊二烯適合做橡膠，其分子結構具有三個特點： 第57頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：耐水，耐老化性能，特別是耐磨性和氣密性好。缺點是不耐油和有機溶劑，抗撕強度小 結構式:用途：為合成橡膠中最大的品種（約占50%），廣泛用于制造汽車輪胎，皮帶等；與天然橡膠共混可作密封材料和電絕緣材料（1）丁苯橡膠第58頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：耐油，耐氧化，耐燃，耐酸堿，耐老化，耐曲撓性及氣密性都很好；缺點是密度較大，耐寒和彈性較差 結構式:用途：制造運輸帶、防毒面具，電纜外皮、輪胎、膠

38、粘劑等 （2）氯丁橡膠（萬能橡膠）第59頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：彈性、耐老化性和耐低溫性、耐磨性，都超過天然橡膠；缺點是抗撕裂能力差，易出現裂紋 結構式:用途：為合成橡膠的第二大品種（約占15%），大約60%以上用于制造輪胎 （3）順丁橡膠第60頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：耐油性好，拉伸強度大，耐熱性好；缺點是電絕緣性、耐寒性差，塑性低、難加工 用途：用作機械上的墊圈以及制備收音機和汽車等需要耐油的零件 結構式:（4）丁腈橡膠第61頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：分子無雙鍵存在，故耐熱、

39、耐氧化、耐老化性好，使用溫度高 結構式:用途：制造耐熱膠管、墊片、三角膠帶、輸送帶、人力車胎等 （5）乙丙橡膠第62頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：是一種耐熱性和耐老化性很好的橡膠，它的特點是既耐高溫，又耐低溫，彈性好，耐油，防水，其制品柔軟光滑，物理性能穩定、無毒、生物惰性、加工性能好，缺點是機械性能差，較脆，易撕裂 結構式:用途：可用于醫用材料，如導管，引流管，靜脈插管，人造器管等，還可用于飛機、導彈上的一些零部件及電絕緣材料（6）硅橡膠第63頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四纖維 天然纖維化學纖維 合成纖維 7.4.3 纖維棉花、羊

40、毛、蠶絲、麻等再生人造纖維再生纖維素纖維和纖維素酯纖維等錦綸、滌綸、腈綸、維綸、丙綸和氯綸等用低分子化合物為原料，通過化學合成和機械加工而制得的均勻線條或絲狀高聚物。以天然高分子化合物為原料，經化學處理和機械加工制得的纖維。第64頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四 合成纖維具有優良的性能，例如強度大、彈性好、耐磨、耐腐蝕、不怕蟲蛀等。因而廣泛地用于工農業生產和人們日常生活中。合成纖維的條件 ：1.高聚物必須是線型結構，且相對分子質量大小要適當。 2.必須能夠拉伸，這就要求高分子鏈應具有極性或鏈間能有氫鍵結合，或有極性基團間的相互作用 隨著高科技的發展，現在已制造出很多高

41、功能性（如抗靜電、吸水性、阻燃性、滲 透性、抗水性、抗菌防臭性、高感光性）纖維及高性能纖維（如全芳香族聚酯纖維、全芳香族聚酰胺纖維、高強聚乙烯醇纖維、高強聚乙烯纖維等）。 第65頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：顯著優點是：抗皺、保型、挺括、美觀。對熱、光穩定性好。潤濕時強度不降低，經洗耐穿，可與其他纖維混紡。年久不會變黃。缺點是不吸汗，而且需要高溫染色 結構式:用途：是產量最大的合成纖維，大約90%作為衣料用（紡織品為75%，紡織物為15%）。用于工業生產的只占總量的6%左右 (1) 聚對苯二甲酸乙二醇酯(滌綸、的確涼)第66頁，共95頁，2022年，5月20日

42、，19點21分，星期四性能：強韌耐磨、彈性高、質量輕，染色性好，較不易起皺，抗疲勞性好。吸濕率為3.5%5.0%，在合成纖維中是較大的，吸汗性適當，但容易走樣 用途：約一半作衣料用，一半用于工業生產。在工業生產應用中，約1/3是做輪胎簾子線。尼龍66的耐熱性比尼龍6高，做輪胎簾子線很受歡迎 結構式:(2) 聚己二酰己二胺纖維（錦綸66，尼龍66）第67頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：具有與羊毛相似的特性，質輕，保溫性和體積膨大性優良。強韌（與棉花相同）而富有彈性，軟化溫度高。吸水率低，不適宜作貼身內衣。缺點是強度不如尼龍和滌綸 結構式:用途：大約70%作衣料用（

43、紡織物占60%左右），用于工業生產的只占5%左右 (3) 聚丙烯腈纖維(腈綸、人造羊毛)第68頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：親水性好，吸濕率可達5%，和尼龍相等，與棉花（7%）相近。強度與聚酯或尼龍相近，拉伸彈性比羊毛差，比棉花好 結構式:用途：70%用于工業生產，其中以布和繩索居多。可代替棉花作衣料用 (4) 聚乙烯醇纖維（維綸、維尼綸）第69頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四性能：它的抗張強度與蠶絲、棉花相當，潤濕時也完全不變。最大的優點是難燃性和自熄性。缺點是耐熱性低染色不好 用途：幾乎都不作衣料用，作過濾網等工業產品約占50%，

44、室內裝飾用占40% 結構式:(5) 聚氯乙烯（氯綸）第70頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四功能高分子材料 具有某種特殊功能的高分子材料。例如離子交換、滲透、導電、發光、對環境因素（光、電、磁、熱、pH）的敏感性、催化活性等 。7.4.4 感光高分子材料感光高分子材料 在光照射下能迅速發生物理或化學變化，經過一定的處理過程，可以得到記錄影像的高分子材料。光交聯型高分子光分解型高分子光致變色高分子感光高分子材料第71頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四在光照下，分子鏈間能發生交聯偶合反應的感光性高分子。聚乙烯醇肉桂酸酯生成的交聯產物不溶于有機溶劑。當

45、用適當溶劑（顯影液）沖洗時，未感光部分被沖洗下來，而感光部分因不溶解而保留下來，結果得到與底片相反的圖像（負圖像,即負性光刻膠）。 1光交聯型高分子第72頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四在光照下，高分子側鏈上的基團發生分解的感光性高分子。 受光照的部分溶于顯影液（稀堿液），而未受光照部分則保持不變，顯出圖像，稱為正圖像。鄰重氮醌不溶于稀堿液烯酮茚甲酸可溶于稀堿中正、負性光刻膠可以用于制造集成電路、照相底片、印刷、激光光盤等很多方面。 2光分解型高分子第73頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四在光照后化學結構發生變化前后對可見光的吸收波長不同，顯示

46、出顏色變化，停止光照后又恢復原來的顏色的高分子。無色藍色可制備各種光色太陽鏡、電焊鏡、護目鏡，各種玻璃窗，軍事用偽裝材料，密寫信息材料等。 3光致變色高分子第74頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四基體材料 粘合增加材料，傳導和分散外力。 為了增強兩者的結合力，有時加“偶聯劑”。如硅烷偶聯劑是一類具有有機官能團的硅烷，在其分子中同時具有能和無機質材料化學結合的反應基團及與有機質材料化學結合的反應基團。通過使用硅烷偶聯劑，可在無機物質和有機物質的界面之間架起分子橋，把兩種性質懸殊的材料連接在一起，起提高復合材料的性能和增加粘接強度的作用。 7.4.5 復合材料復合材料 =

47、基體材料 + 增強材料 連續相存在分散相存在增強材料 承載負荷，增加強度。第75頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四1聚合物基復合材料 主要是指纖維增強聚合物材料。如將碳纖維包埋在環氧樹脂中使復合材料強度增加；玻璃纖維復合材料為玻璃纖維與聚酯的復合體；玻璃纖維聚酰胺復合材料。 鋁基復合材料、鎳基復合材料、鈦基復合材料等。 碳纖維、碳化硅纖維和碳化硅晶須等。2金屬基復合材料3陶瓷基復合材料復合材料按基體材料可分為：聚合物基復合材料，金屬基復合材料和陶瓷基復合材料。 第76頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四 * 7.5 材料的未來與分子設計材料、能源和

48、信息構成現代文明的三大支柱。 新世紀對材料不僅功能上提出更高的要求，而且必須考慮資源、能源、環境和安全等與可持續發展有關的問題。對未來材料的發展趨勢大致可以概括為“六化”：即智能化、仿生化，復合化、納米化、輕量化和高功能化。未來的材料第77頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四智能化是指其功能可隨外界環境變化因素產生感知，而自動作出適時、靈敏和適當的響應，并能自動地調節、修飾和修復。例如，形狀記憶合金便是一種智能材料。高分子屬于軟物質，其特點是對弱的外界影響作出相對顯著的響應和變化。因此研究高分子的軟物質特征，利用外場的變化來調節高分子功能的變化，發掘高分子的自適應性，尋找

49、實現高分子功能材料智能化的途徑，將是人們今后的努力目標。 1智能化第78頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四 通過研究自然界中生物體的物質結構及其特有的功能，學習制造新材料的思路和方法，并在材料的設計和制造中加以模仿，稱為仿生材料學。科學家找到了貝殼硬而摔不破的原因，于是模仿貝殼的結構設計出一種摔不破的陶瓷。將涂有石墨層的SiC陶瓷片用熱壓法層層疊起來，抗沖擊能力可提高100倍。英國科學家用其制造汽車陶瓷發動機，它耐高溫，不需要水冷系統。2仿生化第79頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四既堅硬又柔韌的仿生陶瓷是航天航空理想的發動機材料，也是制造裝甲車

50、、坦克和防彈車的理想材料。蜘蛛絲是世界上最堅韌的纖維之一，美國投入很大力量研究天然蜘蛛絲的結構、性能及生長機理，已研制出仿生蛛絲。如何獲取價廉的原料，也是科學家肩負的巨大責任。植物的光合作用制造了大量有機物質，有機物質有的已被人類作為天然高分子材料使用著，如順式聚異戊二烯、反式聚異戊二烯、纖維素、木材等；有的可能是潛在的合成高分子的單體資源，如木質素、纖維素和淀粉等。第80頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四地球上以沙漠形式存在著大量SiO2，如能找到更方便、更廉價的將SiO2轉化成高分子單體的方法，這無疑將給合成高分子開辟另一重要的單體來源。若能模擬自然界的生物轉化和光

51、合作用的催化功能，研究開發光合作用合成碳氫化合物的新催化劑，將會徹底解決合成高分子的原料問題。第81頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四材料的分子設計是指應用已有的系統化的分子結構和性能等知識和信息，指導合成具有預期性能的材料。通常采用“逆向而行”的思維方法，即根據所需性能來設計結構并進行制備。科學家成功地設計了半導體超晶格材料，通過人工設計和調控材料中的電子結構，由組分不同的半導體超薄層交替生長而成多層異質周期結構材料，從而極大地推動了半導體激光器的研制。材料的分子設計第82頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四目前作為針對性的或局部性的高分子設計已

52、取得很大進展。纖維分子設計中的仿絲綢纖維設計，難燃性、耐熱纖維的設計等；塑料的分子設計中的ABS系樹脂的分子設計，透明聚氯乙烯用的助劑的分子設計等；為了保護環境、消除“白色污染”的自然降解高分子的分子設計，具有某種生物效能的高分子的分子設計等。研制自然降解型高分子的基本方法就是在原料聚合物中引進或造成感光性或感氧性結構或可發生微生物降解結構。第83頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四(1) 用共聚法在高分子鏈上引入極少量羰基乙烯與一氧化碳、苯乙烯與丙烯醛共聚可得：聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈及它們的共聚物等也可以用通過共聚引入羰基的方法達到類似的效果，獲得具有預期壽

53、命的聚合物。由于羰基的存在，制品易被陽光降解。現以光降解和微生物降解的分子設計為例，舉例簡介于下：可降解高聚物的分子設計第84頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四天然高分子如淀粉、纖維素等可被微生物分解。但合成高分子由于硬度、疏水性等原因，酶不能滲入其內部，無法被分解。方法一：采用改性天然高分子如改性淀粉與合成高分子共混，使其制品在自然條件下因天然高分子組分被生物分解而粉碎。但是殘留的碎片是合成高分子。方法二：采用聚合物改性方法，把少量親水性基團引入聚烯烴分子中，使微生物能夠滲入到材料內部從而發生微生物降解。(2)合成可為微生物分解的聚合物第85頁，共95頁，2022年，

54、5月20日，19點21分，星期四選讀材料 醫用功能高分子功能高分子材料指除傳統使用性能外，還具有某種特定功能的高分子材料。功能高分子材料電磁功能高分子材料 如導電高分子材料、高分子磁性體、磁記錄材料等。光功能高分子材料 如光導材料、光記錄、光敏劑、感光材料等。分子材料和化學功能材料 如分離膜、離子交換樹脂、高分子催化劑等。生物醫用高分子材料 如人造器官、醫用高分子器械、醫用高分子藥物、仿生高分子等。第86頁，共95頁，2022年，5月20日，19點21分，星期四作為醫用高分子材料，應符合以下要求：不因高壓煮沸、干燥滅菌、藥液等發生變質。化學性能穩定，對生理組織的適應性良好，無毒；無致癌性和生理排異性，不