Polymer Materials 高分子材料 认识高分子与高分子材料 高分子无处不在！ 现实生活中的高分子材料 现实生活中的高分子材料 现实生活中的高分子材料 现实生活中的高分子材料 现实生活中的高分子材料 现实生活中的高分子材料 现实生活中的高分子材料 现实生活中的高分子材料 白色污染 至今高分子科学诺贝尔奖获得者 H. Staudinger （德国） : 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） K.Ziegler（德国）, G.Natta （意大利） : 乙烯、 丙烯配位聚合（1963年） P. J. Flory (美国）: 聚合反应原理、高分子物理 性质与结构的关系（1974年）。 de Gennes(法国)：软物质、液晶（1991年）。 H. Shirakawa白川英树(日本), Alan G. MacDiarmid (美国), Alan J. Heeger (美国) ：对 导电聚合物的发现和发展（2000年）。 1.1 1.1 高分子基本概念高分子基本概念 高 分 子 也叫聚合物或大分子。主链由1共价键结合，具有2高的 分子量，其结构必须是由3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（单体） 衍生而来。概括的说，高分子是由许多相同的重复单元由许多相同的重复单元 通过化学键连接而成的大分子。通过化学键连接而成的大分子。 Polymer , Macromolecule 聚氯乙烯 高 分 子 小 分 子 聚 合 反 应 Polymerization 单 体 单 体: 能够进行聚合反应，并转化成高分子基本结构 组成单元的小分子。 Monomer 1.1 高分子基本概念 重复组成高分子的分子结构的最小结构单元。 重 复 结 构 单 元 如聚丙烯，单体是：CH2=CH-CH3 1.1 高分子基本概念 每个聚合物分子所含单体单元的数目。 聚 合 度Degree of Polymerization，DP 聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元。 单 体 单 元 Monomer(ic) Unit 2n 聚对苯二甲酸乙二酯 ，涤纶，PET n 1.1 高分子基本概念 聚合物 单 体 单体单元 聚合度 高分子链的末端结构单元。 末 端 基 团 End Groups 涤纶： 1.1 高分子基本概念 1.2 高分子材料的结构特点 由很多结构单元组成，单元间以共价键连接 主链有内旋转自由度 单元间、链之间范德华力作用明显 可交联，交联对力学性能影响大 聚集态分结晶态和非晶态，结晶不完整 高分子材料常是多种填料、助剂和色料的混合 物，织态结构复杂 商品名 AND 俗称 尼龙尼龙聚酰胺聚酰胺 特氟隆特氟隆聚四氟乙烯聚四氟乙烯 涤纶涤纶聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯 腈纶腈纶聚丙烯腈聚丙烯腈 有机玻璃有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 电木电木酚醛树脂酚醛树脂 电玉电玉脲醛树脂脲醛树脂 1.3 小知识 来 源 天然高分子：自然界天然存在的高分子。 半天然高分子：经化学改性后的天然高分子。 主链元素（ 链原子）组 成 碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。 杂链高分子：主链原子除C外，还含S,O,N等杂原子 。 元素有机高分子：主链由Si,B,Al,O,N,S,P杂原子组成。 合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子。 1.4 高分子的分类 碳链高分子 杂链高分子 元素有机高分子 聚乙烯聚丙烯 聚乙二醇尼龙6 聚二甲基硅氧烷 1.4 高分子的分类 按性能和用途分类 塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料、功能高分子 高分子分类 橡胶是有机高分子弹性化 合物。在很宽的温度（ 50150）范围内具有 优异的弹性，所以又称为 高弹体。 能把各种材料紧 密地结合在一起 的物质。 涂布在物体表面 而形成具有保护 和装饰作用膜层 的材料。 具有特定的功能 作用，可作功能 材料使用的高分 子化合物。 在常温下具有固定的形状和 强度，在高温下具有可塑性 的高分子化合物。在外力的 作用下，可以产生形变，加 工成任何所需的形状。 纤维是指长度比其直径 大很多倍(大于1000/1) ，并具有一定柔韧性的 纤细物质。 生物医学材料的要求 医疗功能，就必须强调安全性。外用医疗材料与肌体接触 时间短，要求稍低，而与血液直接接触或植入体内材料则 要求较高，即要有良好的生物相容性。 所有医用材料应满足如下基本要求： （1）聚合物纯度高；（2）化学性能不活泼；（3）无毒， 不引起肿瘤或过敏反应，没有异物反应；（4）稳定的物理 化学性能和良好的力学性能；（5）优良的生物相容性（6 ）能经受必要的消毒处理；（7）易加工成必须的复杂形状 ；（8）良好的生物降解性 塑 料 按加工热塑性塑料和热固性塑料 项目项目热塑性塑料热塑性塑料热固性塑料热固性塑料 加工特性加工特性 受热软化、熔融、受热软化、熔融、 塑制成一定形状，塑制成一定形状， 冷却后固化定型冷却后固化定型 未成型前受热软化，熔融未成型前受热软化，熔融 可塑制成一定形状，在热可塑制成一定形状，在热 和固化剂作用下，一次硬和固化剂作用下，一次硬 化定型化定型 重复加工性重复加工性 再次受热，仍可软再次受热，仍可软 化、熔融，反复多化、熔融，反复多 次加工次加工 受热不熔融，达到一定温受热不熔融，达到一定温 度分解破坏，不能反复加度分解破坏，不能反复加 工工 溶剂中情况溶剂中情况 可溶可溶不溶不溶 化学结构化学结构 线性高分子线性高分子由线性分子变为体形分子由线性分子变为体形分子 举例举例PEPE、PPPP、PVCPVC、ABSABSPFPF、UFUF、MFMF、EPEP 塑料的分类 通用塑料 产量大、价格较低、力学性能一般，主要作 非结构材料使用的塑料。 如PVC、PE、PP、PS等 工程塑料 一般指可作为结构材料使用，能经受较宽的温度变 化范围和较苛刻的环境条件，具有优异的力学性能 、耐热、耐磨性能和良好的尺寸稳定性的塑料。 主要品种有PA、PET、PC、ABS、PTFE等 用途 结构式: 性能： 化学性质非常稳定，耐酸、碱，耐溶剂性能好，吸水性低， 无毒，受热易老化 用途： 制造食品包装袋、各种饮水瓶、容器、玩具等；还可制各种 管材、电线绝缘层等 第四代聚乙烯（超高分子量聚乙烯）高韧性、高耐磨。 （1）聚乙烯 (PE) 结构式: 性能： 强极性，绝缘性好，耐酸碱，难燃，具有自熄性。缺点是介电 性能差，在100 120即可分解出氯化氢，热稳定性差 用途： 制造水槽，下水管；制造箱、包、沙发、桌布、窗帘、雨伞、 包装袋；还可做凉鞋、拖鞋及布鞋的塑料底等 （2）聚氯乙烯（PVC) （3）聚碳酸酯(PC) 用作工程塑料的只有用作工程塑料的只有双酚双酚A A型的芳香族聚碳酸酯。型的芳香族聚碳酸酯。 性能： 坚硬、耐高温、良好的机械性能、电绝缘性好、韧性好、抗 冲击性好、透明度高 用途： 制造继电器盒盖，计算机和磁盘的壳体、荧光灯罩、汽车及透 明窗的玻璃等 结构式: 生物塑料 生物塑料指以淀粉等天 然物质为基础在微生物 作用下生成的塑料。它 具有可再生性，因此十 分环保。 细菌制造的塑料 以玉米为原料制造的塑料 茨根大学生物学家最早提出了“种植”可分解塑料 的设想。他们用土豆和玉米为原料，植入塑料的 遗传基因，使它们能在人工控制下生长出不含有 害成分的生物塑料。 美国帝国化学工林公司利用细菌把糖和有机酸制 造成可生物降解的塑料。其方法与生产出乙醇的 发酵工艺相似，所不同的只是，用的细菌是产碱 杆菌属，能把喂食的物质转变成一种塑料，称为 PHBV。细菌积累这种塑料是作为能量储存，就像 人类和动物积存脂肪一样。当细菌积存的PHBV达 到它们体重的80%时，就用蒸汽把这些细胞冲破， 把塑料收集起来。PHBV具有与聚丙烯相似的性质 ，这种材料在废弃后，即使在潮湿的环境下也是 稳定的，但在有微生物的情况下，它将降解为二 氧化碳和水。 生物自毁塑料在医疗上用途颇广。在骨折手术中 ，它可以充当骨骼间的承托物。随着骨骼的愈合 ，它也会逐渐自行分解。医治破碎性骨折，医生 通常使用不锈钢制作的螺母、螺钉。夹板和钻孔 器，把碎骨固定起来。这种方法的缺点是要做两 次手术，一次是植入这些不锈钢材料，一次是再 把它们取出来。荷兰科学家发明一种塑料，植入 体内大约两年便自行分解，变成二氧化碳和水。 还有一种线状生物自毁塑料，可以代替传统的医 用外科手术线缝合伤口。这种塑料手术线，可被 身体逐渐吸收，免除拆线之苦恼。此外，用生物 自毁塑料制成的药用胶囊，在体内会慢慢溶解， 并且可控制药物进入血管的速度。 聚碳酸酯用作血液葡萄糖测试仪的部件，是用聚四 氟乙烯和玻纤增强尼龙66来润滑 塑料的医学应用 无针注射体系采用透明的、抗酯的聚碳酸酯注射模塑成型 塑料的医学应用 由于聚酰胺12与基体组织血管具有较低的相互作用，所以可以制成较 小的导管插入到人的身体。 塑料的医学应用 橡 胶 来源 天然橡胶 合成橡胶 从自然界含胶植物中制取的一种高弹性物质 用人工合成的方法制得的高分子弹性材料 分类 合 成 橡 胶 通用合成橡胶 特种合成橡胶 性能与天然橡胶相同或相近、广泛用于 制造轮胎及其他大量橡胶制品的橡胶品种 。 如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基 橡胶 具有耐寒、耐热、耐油、耐臭氧等特殊性能， 用于制造特定条件下使用的橡胶制品。 如丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶 按其性 能和用途 （1) 天然橡胶 天然橡胶的分子链由异戊二烯链节组成。天然橡胶的分子链由异戊二烯链节组成。 聚合度：聚合度：1000010000左右；相对分子量：左右；相对分子量：3-30003-3000万；万； 多分散性指数：多分散性指数：2.8-102.8-10 具有一系列优良的物理机械性能和加工性能，具有一系列优良的物理机械性能和加工性能， 是综合性能最好的橡胶。 橡胶工人从橡胶树 上提取橡胶 橡树之泪橡树之泪 优点：弹性高，是当前橡胶中弹性最高的一种； 耐低温 性能好，玻璃化温度为105；耐磨性能优异，滞后损失低 ，生热性低，耐屈挠性好；与其它橡胶相容性好。 主要用于制造轮胎，也用于制造胶鞋、胶辊等 耐磨性制品 (BR)(2) 聚丁二烯 (顺丁橡胶) 以丁二烯为单体聚合而得的一种通用以丁二烯为单体聚合而得的一种通用 合成橡胶。合成橡胶。 丁苯橡胶：是以丁苯橡胶：是以丁二烯丁二烯和和苯乙烯苯乙烯为单体共聚为单体共聚 而得的高分子弹性体。而得的高分子弹性体。 结构式：结构式： 最早工业化的合成橡胶，最早工业化的合成橡胶，19371937年德国首先实年德国首先实 现工业化生产。现工业化生产。 其其产量和消耗量在合成橡胶中占第一位，占产量和消耗量在合成橡胶中占第一位，占 50%50%以上。以上。 特点：耐磨性和气密性好，抗撕裂性和耐老特点：耐磨性和气密性好，抗撕裂性和耐老 化性较佳，但强度和弹性差化性较佳，但强度和弹性差 (3) 丁苯橡胶 (SBR) 用途：广泛用于制造汽车轮胎，皮带等；与天然橡胶共混可 作密封材料和电绝缘材料 丁基橡胶是丁基橡胶是异丁烯异丁烯和和少量异戊二烯少量异戊二烯的共聚物，为白色或的共聚物，为白色或 暗灰色透明弹性体。暗灰色透明弹性体。 结构式结构式 丁基橡胶于1943年美国开始工业生产。发展较快，已 成为通用橡胶之一。 (4)丁基橡胶 (IIR) 特点：气密性最好的橡胶，气透率约为天然橡胶的 1/20，顺丁橡胶的1/30 用途：主要用于制作内胎，也可用于制作无内胆轮