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高分子材料概述

1基本概念 重點：高分子的定義、制備方法及結構特征

1）高分子

A. 定義：高分子(Polymer or Macromolecule)是指具有巨大分子量的物質。它是由許多小分子的單體(Monomer)以共價鍵連續(xù)結合而成的長鏈分子，分子量高達數(shù)千、數(shù)萬或者數(shù)十萬以上。B. 別稱：聚合物 － Polymer；高聚物－High polymer； 大分子－Macromolecule；C. 對應：低聚物(<10000)－Oligomer，或齊聚物，寡聚物。

2）聚合反應－Polymerization （如何得到高分子）

小分子到聚合物的反應過程。原料小分子，monomer；重復單元（聚合物中化學組成相同的單位稱為重復單元）；單體單元

3）聚合物聚合度與分子量

聚合度：大分子中的重復單元數(shù)或結構單元數(shù)，n；數(shù)均聚合度、重均聚合度 。分子量：數(shù)均分子量、重均分子量

4）聚合物結構類型

線型，Linear Polymer；支化型，Branched Polymer；交聯(lián)型，Crosslinked Polymer；星型及樹狀，超支化，Star Polymer，Dendrimer，Hyperbranched polymer

2. 高分子材料：無處不在

材料特點：質輕；耐溫范圍寬：硅橡膠(－80℃)，聚苯并咪唑（600℃)， 碳纖維（4000℃）；性能優(yōu)異，可調范圍寬：高強度（Kevlar，比強度為鋼的8倍）、高模量、高彈性（伸長率1000 ％）、透明性好、 抗腐蝕好、可以進行光、電、磁功能化設計； 種類多，滿足不同的需求；易加工，節(jié)能、低成本。

3. 發(fā)展歷程

天然高分子利用：天然油漆；1839年，天然橡膠硫化，美國人古德伊爾（Charlers Goodyear）；1869年，第一種人工塑料， 賽璐珞（ Celluloid，硝化纖維素），美國人海厄特（Jhon Wesley Hyatt）；1887年，第一種人造絲， 硝化纖維素，Count Hilaire de Chardonnet；合成高分子問世，1909年，第一種合成塑料， 酚醛樹脂，美國人，貝克蘭德（Leo Baekeland）；大分子概念提出，1920年，提出聚合反應生成高分子量化合物， 施陶丁格（Hermann Staudinger）；奠定基礎，1930－40年代，聚合方法及理論發(fā)展，卡羅瑟斯（Carothers），美國人， 弗洛里（Paul Flory），美國人；大發(fā)展，1950年代，配位聚合（Coordination Polymerization)，齊格勒（Karl Ziegler）， 德國人，納塔（Giulio Natta），意大利人；1960－70年代，高性能化，特種高分子合成， 高強度、高模量、耐高溫等。Gennes, 高分子物理

功能、復合高分子材料

1980－90年代，功能高分子：導體和半導體高分子、 磁性高分子、光敏高分子、 光導高分子、生物醫(yī)用高分子、液晶高分子、 高分子催化劑等等。高分子合金： 不同的高分子混合。復合高分子材料： 與玻璃纖維、碳纖維等復合，如玻璃鋼等

4 高分子分類：

天然(Natural polymer): 纖維素(Cellulose)、淀粉(Starch)、天然橡膠(Natural rubber)，人造 (Artificial polymer): 硝化纖維素（塑料、電影膠片、炸藥）、粘膠纖維等，合成 (Synthetic polymer) : 有機玻璃、滌綸、尼龍等。

從組成及功能:

有機高分子 (Organic Polymer):主鏈以碳氫為主，如聚乙烯、聚丙烯等。無機高分子 (Inorganic Polymer):主鏈由雜原子構成, 如SiO2等。復合高分子材料 (Polymer Composite):聚合物與無機材料復合，如玻璃鋼，輪胎。生物高分子 (Biopolymer):具有生物功能, 如蛋白質(Protein)、核酸 (Nucleic acid)從用途: 塑料( (Plastics)，橡膠( (Rubber)，纖維(Fiber)，涂料 (Coating)，粘合劑 (Adhesive)，功能高分子，天然高分子通用（傳統(tǒng)）高分子材料（結構高分子）：應用其機械力學性能作為結構材料使用。使用有塑料、纖維和橡膠三類，俗稱三大合成高分子材料。

5.塑料簡介

A塑料定義：是以合成（或天然）樹脂為基礎，再加入塑料助劑（如填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、交聯(lián)劑及其它添加劑），在一定的溫度和壓力下，經(jīng)過模塑而成型的產(chǎn)物。

B塑料分類：

1) 根據(jù)受熱行為和反復成型加工性分類

熱塑性塑料 (Thermoplastics)： 受熱熔融，成型時無固化反應，冷卻時硬化，再次受熱又熔融。具有多次重復加工性。聚乙烯, Polyethylene： 產(chǎn)量大，結構簡單； 聚丙烯, Polypropylene：輕的塑料； 聚氯乙烯，Polyvinyl chloride：全能的塑料，價格低廉； 聚甲基丙烯酸甲酯，Poly(methyl methacylate)：透明的塑料，不會碎的玻璃。熱固性塑料:熱固性塑料( Thermosetting plastics) : 受熱熔化，成型的同時發(fā)生固化反應，形成高分子立體網(wǎng)絡結構。再受熱不熔融，也不在溶劑集中溶解，不能重復加工。環(huán)氧樹脂 (Epoxy resins )：用作復合材料，粘合劑等。酚醛樹脂 (Phenolic resins)：電器絕緣材料等。聚酯樹脂 (Polyester resins )：玻璃鋼等。

按使用范圍和用途分類

通用塑料：產(chǎn)量大、用途廣、價格低、性能一般，主要用于非結構材料。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等;General purpose plastics

工程塑料：Engineering plastics，具有較高的力學性能，能夠經(jīng)受較寬的溫度變化范圍和較苛刻的環(huán)境條件，并在此條件下長期使用，可作為結構材料。(又可分為通用工程塑料, 尼龍、聚甲醛、聚酯、聚碳酸酯等; 和特種工程塑料, 聚四氟乙烯、Kevlar等)

C 典型例子：低密度聚乙烯：Low-Density Polyethylene (LDPE)；Chain Length: 1000 - 2000特點：是一種塑料材料，它適合熱塑性成型加工的各種成型工藝；應用：要用途是作薄膜產(chǎn)品，還用于注塑制品，醫(yī)療器具，藥品和食品包裝材料。高密度聚乙烯：High-Density Polyethylene (HDPE)；Chain Length: 10,000 – 100,000；主要特點：硬度、拉伸強度和蠕變性優(yōu)于低密度聚乙烯；耐磨性、電絕緣性、韌性及耐寒性較好；應用領域：擠出包裝薄膜，繩索，編織袋，漁網(wǎng)，水管，擠出吹塑容器，中空制品，瓶子等。

6 高分子科學研究

建立了理論體系和實驗方法；涉及多個領域；諾貝爾獎

7 發(fā)展前景：可持續(xù)發(fā)展（高分子材料再利用&天然高分子的利用）；發(fā)展新的高分子合成方法；功能、智能高分子；超分子高分子及納米結構；軟物質軟物理

高分子材料再利用：聚合物的再利用（例如,聚烯烴－柴油，輪胎－瀝青）；可降解聚合物的循環(huán)利用（例如，滌綸、有機玻璃降解為單體。）天然高分子的利用：利用天然高分子生產(chǎn)塑料（淀粉生成塑料；乳酸生產(chǎn)聚乳酸）； 纖維素、甲殼素的利用（功能化，可加工化）；天然高分子－生物質能源（氣化、液化作為生物質油；利用玉米生成乙醇汽油燃料等。）