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非金属材料及应用 主讲：司家勇
中南林业科技大学机电学院
sjy98106@163.com
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第3章 高分子材料 3
? 高分子科学是当代发展最迅速的学科之一
? 高分子科学既是一门应用科学，又是一门基础科学
? 高分子科学已经发展成高分子化学、高分子物理、高分子加工等主要分支
? 高分子的基本概念
? 高分子化合物的基本特征 ? 高分子化合物的命名和分类 ? 聚合反应
本章内容 幻灯片3
高 分 子 科 学 简 史
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。
研究聚合反应和高分子化学反应原理，选择原料、确定路线、寻找催化剂、制订合成工艺等。
高 分 子 化 学
研究聚合物的结构与性能的关系，为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导，是沟通合成与应用的桥梁。
高 分 子 科 学 高 分 子 物 理 高 分 子 加 工
研究聚合物加工成型的原理与工艺。 幻灯片4
高 分 子 科 学 简 史 ? 1838-----利用光化学第一次使氯乙烯聚合。 ? 1839-----合成了聚苯乙烯，同年英国的 ? Macintosh 和 Hancock 和美国的
? Goodyear 发现了天然橡胶用硫磺进行硫化， ? 这能制备出橡皮产品，用作轮胎和防雨布。 ? 1868-----Hyatt 发明了硝基纤维素
? 1870-----商业化生产赛璐珞的商品。 ? 1893—98-----英国开始生产人造丝， ? 20世纪初-----合成了苯乙烯和双烯类共聚物， 幻灯片5
高 分 子 科 学 简 史
? 1907-----德国开发了酚醛树脂。 ? 1930-----高分子概念已被承认。
? 1929-----Dupont 公司的 Carothers 系统研究 ? 缩聚, 并发展了大分子理论。开发了聚酰胺 ? 和聚酯的合成
? 1931-----出现了聚甲基丙烯酸甲酯， ? 1936-----聚醋酸乙烯酯和聚丁酸乙烯酯做安全 ? 玻璃，
? 1937-----德国开始了工业生产聚苯乙烯， ? 1938-----出现了商业生产尼龙－66。 幻灯片6
高 分 子 科 学 简 史
? 1939-----开发聚氯乙烯和脲醛树脂，
? 美国开始了聚硫橡胶和氯丁橡胶的生产。 ? 1930--40----近代高分子化学蓬勃发展。 ? 1939----聚丁二烯橡胶，丁腈橡胶，聚氨酯。 ? 1941----丁苯橡胶，丁基橡胶，丁钠橡胶， ? 含氟聚合物。
? 1945--60，高分子化学和工程快速发展。
? 1947—48--环氧树脂和ABS塑料。 ? 1950----聚酯和聚丙烯腈纤维, 聚硅氧烷。 幻灯片7
高 分 子 科 学 简 史
? 50年代--Ziegler和Natta的定向聚合， ? 高密度线型聚乙烯、等规立构聚丙烯等。 ? Szwar负离子活性聚合。丁苯嵌段共聚物
? 聚甲醛、聚碳酸酯、聚氨酯泡沫塑料，顺式聚异戊二烯，顺式聚丁二烯，乙丙橡胶，
聚酰亚胺，聚苯醚，聚砜等。
? 近年来，合成高分子化学向结构更精细、性能更高级的方向发展。如超高模量、超高
强度、难燃性、耐高温性，耐油性等材料，生物医学材料，半导体或超导体材料，低
温柔性材料等及具有多功能性的材料。 幻灯片8
高 分 子 科 学 简 史
Hermann Staudinger : 把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺贝尔奖）。 Carothers : 建立缩聚反应理论。
Karl Ziegler, Giulio Natta : 乙烯、丙烯配位聚合 （1963年诺贝尔奖） Paul J. Flory : 聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系（1974年诺贝尔奖）。 Hideki Shirakawa, Alan G. MacDiarmid, Alan J. Heeger ：对导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖）。 幻灯片9
高 分 子 科 学 简 史
“在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献.”
制 约 因 素
：高分子制品废弃后对环境的污染
解 决 途 径
（1）延长使用寿命：减少废弃 （2）回收利用：低性能应用；降解 （3）自然降解：自然分解回归自然 幻灯片10
高 分 子 科 学 简 史 天 然 高 分 子的 直 接 利 用 淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等 天 然 高 分 子的 化 学 改 性 天然橡胶的硫化, 硝化纤维的合成等
高 分 子 合 成
缩聚反应，自由基、配位、离子聚合等
高 分 子 时 代
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日常生活中常见的高分子化合物
天然高分子：淀粉、纤维素和蛋白质、天然橡胶等。
有机高分子
合成高分子： 合成纤维、合成树脂、合成橡胶等。 幻灯片12
1.1 高分子的基本概念
高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由共价键连接的一类化合物 什么是高分子？
高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物 这些术语一般可以通用
Macromolecule, High Polymer, Polymer
常见高分子化合物的分子量一般高达几万、几十万，甚至上百万，范围一般在104～106 幻灯片13
高 分 子 基 本 概 念 根据IUPAC1996年之建议：Excerpt from Pure Appl. Chem. 1996, 68, 2287 - 2311
Polymer molecule, Macromolecule
高 分 子
International Union of Pure and Applied Chemistry 国际理论(化学)与应用化学联合会 也叫聚合物分子或大分子，具有高的相对分子量，其结构必须是由多个重复单元所组成，并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来。
概念上 实际上 聚乙烯醇 聚氯乙烯
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高 分 子 基 本 概 念
高分子化合物 Polymeric Substance
或称聚合物，是由许多单个高分子（聚合物分子）组成的物质。
聚 合 反 应 小 分 子 高 分 子 Polymerization
单 体
Monomer
能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子。 幻灯片15
1.由一种结构单元组成的高分子
一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成。 例如：聚苯乙烯
聚合
缩写成
? 合成聚合物的起始原料称为单体（Monomer）
? 在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为结构单元（Structure unit）
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? 结构单元有时也称为单体单元（Monomer unit） 重复单元(Repeating unit）, 链节
(Chain element）
结构单元＝单体单元＝重复单元＝链节
? n 表示重复单元数，也称为链节数, 在此等于聚合度 ? 聚合度（Degree of polymerization）
? 聚合度是衡量高分子大小的一个指标。 ? 有两种表示法：
? 以大分子链中的结构单元数目表示，记作 ? 以大分子链中的重复单元数目表示，记作
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在这里,两种聚合度相等，都等于 n 由聚合度可计算出高分子的分子量：
式中: M 是高分子的分子量 M0 是结构单元的分子量