高分子物理：0 前言

1、2022/8/21 高分子物理 Polymer Physics2022/8/22教材：高分子物理（北京化工大學(xué) 金日光主編）(第四版)參考書： 高分子物理何曼君（復(fù)旦大學(xué)） 高聚物結(jié)構(gòu)與性能馬德柱，何平笙（中國科技大學(xué)） 高分子化學(xué)林尚安（中山大學(xué)） 高分子物理蘭立文（西北工大） 高分子基礎(chǔ)沃爾默特德 Principles of Polymer ChemistryPaul J. Flory2022/8/23授課方式講為主，作業(yè)及思考題，每章節(jié)自學(xué)內(nèi)容作業(yè)每周交一次上課紀(jì)律準(zhǔn)時(shí)、手機(jī)關(guān)閉或調(diào)振動(dòng)、記好筆記考核及成績評定期末成績占70，平時(shí)成績占30。2022/8/24人類的文明史 = 材料的發(fā)展

2、史 2022/8/25材料包括： 無機(jī)材料-金屬和非金屬材料 有機(jī)材料-高分子材料 復(fù)合材料2022/8/26緒 論 高分子及其應(yīng)用高分子的發(fā)展史高分子物理研究對象及內(nèi)容 2022/8/27高分子, polymer (poly=many; mer=unit) 由許多結(jié)構(gòu)相同的單元通過共價(jià)鍵重復(fù)連接而成的相對分子量很大的化合物。 高分子、大分子、聚合物的區(qū)別天然高分子：纖維素、甲克素、天然橡膠等合成高分子：塑料、橡膠、纖維 高分子材料的基本性質(zhì)： 比重小，比強(qiáng)度高，韌性、可塑性，高彈性、耐磨性，絕緣性，耐腐蝕性，抗射線。緒 論一 .高分子及其應(yīng)用生活中的高分子-衣蠶絲、棉、毛、麻合成纖維中大量生

3、產(chǎn)的“四綸”： 由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)紡制的滌綸，“的確良” ； 由聚酰胺(PA)制成的錦綸（尼龍），尼龍襪，耐用但不透氣 由聚丙烯腈(PAN)紡成的腈綸，腈綸棉質(zhì)輕保暖，不蛀不霉，便于洗滌. 由聚乙烯醇縮甲醛制得的維尼綸，維尼綸織物透氣干爽，穿著舒適。 廚 房生活中的高分子-食客 廳生活中的高分子-住電視、電腦、電話外殼、電源開關(guān)（PC ABS 酚醛）涂料、壁紙、復(fù)合地板或地板革、窗戶等墻內(nèi)還有看不到的保溫隔熱泡沫塑料 浴 室牙刷、牙杯人造大理石梳妝臺-由不飽和聚酯加石灰石和顏料制成玻璃鋼浴缸塑料凳、塑料盆生活中的高分子-行PP （聚丙烯） :保險(xiǎn)桿、儀表殼、擋泥板、空調(diào)系統(tǒng)制件等

4、PUR（聚氨酯 ） :座椅、車內(nèi)地板、減振器、護(hù)板PC/ABS（聚碳酸脂 /丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物 ):收音機(jī)殼、散熱格板、變速箱殼、反射鏡殼體PE（聚乙烯）：內(nèi)護(hù)板、油箱、扶手骨架PA（聚酰胺）：散熱器蓋、齒輪、皮帶輪、水泵葉輪PVC（聚氯乙烯）：電線電纜包材、地板墊POM（聚甲醛 ）：燃油泵、電氣設(shè)備系統(tǒng)、各種軸承、襯套PC（聚碳酸酯 ）：車門把手、前燈PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，有機(jī)玻璃 ）：后擋板、遮陽罩、燈罩PPO（聚苯醚 ）：耐沖擊格柵PF（酚醛樹脂 ）：化油器PP、PUR、PC/ABS、PE、PA、PVC、POM、PMMA、PPO汽車工業(yè)：塑料件、儀表盤、保險(xiǎn)杠、油箱內(nèi)飾件

5、、坐墊等農(nóng)業(yè)塑料薄膜（透光性、強(qiáng)度、耐老化性）；灌溉用管 應(yīng)用領(lǐng)域塑料大棚PVC管建筑：給排水管PVC、HDPE；塑料門窗，涂料油漆，復(fù)合地板， 家具（人造木材），壁紙，地板革，天花板（聚氯乙烯） 應(yīng)用領(lǐng)域塑料門窗采用硬質(zhì)聚氯乙烯（UPVC)型材，內(nèi)插鋼襯，四角用熱熔焊機(jī)焊接而成。由于在塑料型材空腔中填充了用于增強(qiáng)強(qiáng)度的鋼襯，因此俗稱塑鋼門窗。 包裝：塑料薄膜：PE（聚乙烯 ）、PP（聚丙烯）、PS（聚苯乙烯）、 PET（聚對苯二甲酸乙二酯 ）、PA（聚酰胺，俗稱尼龍）等 中空容器：PET、PE、PP等 泡沫塑料：酚醛、PU（聚氨酯 ）、PS等 應(yīng)用領(lǐng)域塑料盒塑料桶聚苯乙烯泡沫塑料航空航天波音

6、787飛機(jī)大幅增加了新型復(fù)合材料的使用，即環(huán)氧樹脂中嵌入多層碳化纖維，形成更輕、更持久耐用的復(fù)合材料。 應(yīng)用領(lǐng)域人造心臟醫(yī)療衛(wèi)生： 人工心臟、人工臟器、人工腎、人工肌肉、（智能型凝膠）輸液管、血袋、注射器、可溶縫合淺藥物釋放。 應(yīng)用領(lǐng)域電氣：絕緣材料（導(dǎo)熱性、電阻率）等電子：通訊光纖、電纜、電線等，光盤、手機(jī)、電話 應(yīng)用領(lǐng)域材料電氣/電子應(yīng)用丙烯酸樹脂彩色電子顯示濾光片，保形涂層氟塑料導(dǎo)線和電纜絕緣層酮樹脂導(dǎo)線絕緣層，電纜連接器液晶聚合物片式載體，插座，連接器，繼電器殼體尼龍連接器，導(dǎo)線套管，導(dǎo)線箍，線圈電子領(lǐng)域材料電氣/電子應(yīng)用聚酰胺-酰亞胺連接器，電路板，天線屏蔽器，薄膜，導(dǎo)線涂層聚芳酯連

7、接器，線圈，開關(guān)和熔斷器蓋，繼電器殼體聚碳酸酯連接器，端子板，線圈聚醚酰亞胺連接器，低損耗天線屏蔽器，印制電路板，片式載體，插座，線圈，開關(guān)聚烯烴導(dǎo)線和電纜絕緣層電子領(lǐng)域材料電氣/電子應(yīng)用聚酰亞胺電動(dòng)機(jī)絕緣層，磁導(dǎo)線，扁平電纜，集成電路應(yīng)用聚苯醚連接器，熔線盒聚苯硫醚連接器聚鄰苯二甲酰胺連接器，開關(guān)聚苯乙烯殼體聚砜樹脂電路板，連接器，TV元件乙烯基樹脂導(dǎo)線絕緣層，配管，套管2022/8/223高分子材料的消耗率2022/8/224 五光十色的塑料（plastic）、美觀耐用的纖維（fibres）、性能優(yōu)異的橡膠（rubber）致使高分子材料與金屬材料、無機(jī)非金屬材料并列為材料世界的三大支柱。2

8、0世紀(jì)的20項(xiàng)偉大發(fā)明之一：plastic2022/8/225環(huán)境友好的高分子材料：生物降解化學(xué)降解光降解 2022/8/226思 考 題1、高分子材料為何具有獨(dú)特性能，如何劃分三大合成材料：Molecule weights of rubber（幾十萬）、fiber（5萬左右）、plastic（介于二者之間） ？2、為什么一種聚合物的應(yīng)用具有多樣性？如PE、PET等3、高分子材料的環(huán)境適應(yīng)性如何？4、高分子材料的如何進(jìn)行改進(jìn)和制備復(fù)合材料？2022/8/227緒 論二 .高分子的發(fā)展史 History of Polymers15世紀(jì) 美洲瑪雅人用天然橡膠做容器，雨具等生活用品1839年 美國人

9、古德伊爾(Charles Goodyear)發(fā)現(xiàn)天然橡膠與硫磺共熱后明顯地改變了性能，使它從硬度較低、遇熱發(fā)粘軟化、遇冷發(fā)脆斷裂的不實(shí)用的性質(zhì)，變?yōu)楦挥袕椥?、可塑性的材?1869年 美國的海厄特(John Wesley Hyatt,1837-1920)把硝化纖維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱，制造出了第一種人工合成塑料“賽璐珞”(Cellulose, 乒乓球、鏡架、人偶等)。2022/8/2281887年 Count Hilaire de Chardonnet用硝化纖維素的溶液進(jìn)行紡絲制得了第一種人造絲。 1909年 美國人貝克蘭德(Leo Baekeland)用苯酚與甲醛反應(yīng)制造出第一種

10、完全人工合成的塑料-酚醛樹酯。1920年 施陶丁格(Hermann Staudinger)發(fā)表了“關(guān)于聚合反應(yīng)”(Uber Polymerization)的論文提出：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)，通過化學(xué)鍵連接在一起的大分子化合物，提出了高分子及聚合物的概念。 2022/8/2291926年 瑞典化學(xué)家斯維德貝格等人設(shè)計(jì)出一種超離心機(jī)，用它測量出蛋白質(zhì)的分子量，證明高分子的分子量的確是從幾萬到幾百萬。 1926年 美國化學(xué)家Waldo Semon合成了聚氯乙烯并于1927年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。1930年 制備出聚苯乙烯。 1932年 施陶丁格(Hermann Stau

11、dinger)總結(jié)了自己的大分子理論，出版了劃時(shí)代的巨著高分子有機(jī)化合物，成為高分子化學(xué)作為一門新興學(xué)科建立的標(biāo)志。1935年 杜邦公司基礎(chǔ)化學(xué)研究所有機(jī)化學(xué)部的卡羅瑟斯(Wallace H. Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼龍66，尼龍?jiān)?938年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 2022/8/2301936年 德國人用金屬鈉作為催化劑，用丁二烯合成出丁鈉橡膠和丁苯橡膠。 1940年 英國人溫費(fèi)爾德(T.R.Whinfield,1901-1966)合成出聚酯纖維(PET) 1940年 Peter Debye 發(fā)明了通過光散射測定高分子物質(zhì)分子量的方法 1948年 Paul Fl

12、ory 建立了高分子長鏈結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)理論。 1950年 德國人齊格勒(Karl Ziegler)與意大利人納塔(Giulio Natta)分別用金屬絡(luò)合催化劑合成了聚乙烯與聚丙烯。 2022/8/2311971年 S.L Wolek 發(fā)明可耐300oC高溫的Kevlar纖維。 1955年 美國人利用齊格勒-納塔催化劑聚合異戊二烯，首次用人工方法合成了結(jié)構(gòu)與天然橡膠基本一樣的橡膠。 20世紀(jì)20年代 Staudinger首次提出高分子概念 40年代 形成高分子物理理論 50年代 高分子工程：聚合反應(yīng)工程、成型加工 60年代 高分子工業(yè)大發(fā)展時(shí)期：通用塑料、工 程塑料、合成纖維和橡膠。 近年來高分子

13、的發(fā)展方向： 高性能樹脂：聯(lián)苯、雜環(huán)、含氮磷酸高分子材料 環(huán)?；禾烊桓叻肿?生物醫(yī)藥：腫瘤等藥物的控釋、基因轉(zhuǎn)染. 功能材料：仿生材料、燃料電池、超疏水或超親水材料、 3D打印、光子晶體、自組裝。 智能化：自愈合材料，刺激響應(yīng)性高分子 復(fù)合材料：與石墨烯、C60等復(fù)合.2022/8/233在高分子科學(xué)的形成和發(fā)展的過程中，世界上許多科學(xué)家作出了巨大的貢獻(xiàn)，我們不應(yīng)忘記他們The Nobel Prizes and Chinese Polymer Scientists2022/8/2341953 Hermann Staudinger (1881-1965) 施陶丁格(Hermann Staudi

14、nger)是德國著名的化學(xué)家，1881年3月23日生于德國的沃爾姆斯(Worms)，1965年8月8日在弗賴堡(Freiburg)逝世，終年84歲。他是1953年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的獲得者。1947年，他編輯出版了高分子化學(xué)(Die makromolekulare Chemie)雜志，形象地描繪了高分子(Macromolecules)存在的形式。從此，他把“高分子”這個(gè)概念引進(jìn)科學(xué)領(lǐng)域，并確立了高分子溶液的粘度與分子量之間的關(guān)系 (施陶丁格爾定律)。他的科研成就對當(dāng)時(shí)的塑料、合成橡膠、合成纖維等工業(yè)的蓬勃發(fā)展起了積極作用。由于他對高分子科學(xué)的杰出貢獻(xiàn)，1953年他以72歲高齡，走上了諾貝爾獎(jiǎng)金的領(lǐng)獎(jiǎng)

15、臺 .2022/8/235For his discoveries in the field of macromolecular chemistry H. Staudinger (1881-1965)2022/8/236 Karl Ziegler (1903-1979) Giulio Natta(1898-1973) 德國人齊格勒(Karl Ziegler)與意大利人納塔(Giulio Natta)分別發(fā)明用三乙基鋁和三氧化鈦組成的金屬絡(luò)合催化劑合成低壓聚乙烯與聚丙烯的方法。這種催化劑被統(tǒng)稱為齊格勒納塔型催化劑。1963年12月10日，他們共享諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的崇高榮譽(yù)。 Karl Ziegler

16、(1903-1979)Giulio Natta (1898-1973)“For their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers 2022/8/237Paul J. Flory (1910-1985) 美國高分子物理化學(xué)家弗洛里(Paul J. Flory)由于在高分子科學(xué)領(lǐng)域，尤其在高分子物理性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的研究方面取得巨大成就，1974年榮獲瑞典皇家科學(xué)院授予的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 Polymer thermodynamics, kinetics, molecular weight dist

17、ribution, solution theoryPaul J. Flory(1910-1985)2022/8/238Pierre-Gilles de Gennes 法國科學(xué)家吉尼(Pierre-Gilles de Gennes) 提出高分子鏈性質(zhì)的非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)理論和標(biāo)度理論，成功地將高分子物理理論引向新階段。1991年被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 Pierre-Gilles de Gennes“For discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalize

18、d to more complex forms of matter, in particular to liquid crystals and polymers 2022/8/239Hideki Shirakawa Alan J. Heeger Alan G. MacDiarmid 2000年10月10日，日本筑波大學(xué)白川英樹(Hideki Shirakawa)，美國加利福尼亞大學(xué)的黑格(Alan J. Hegger)和美國賓夕法尼亞大學(xué)的馬克迪爾米德(Alan G. MacDiarmid)因?qū)垡胰矊?dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展而獲得2000年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 “For the discovery

19、and development of conductive polymers 由于歷史原因，1950年之前我國的高分子科學(xué)和工業(yè)幾乎空白。當(dāng)時(shí)國內(nèi)沒有一所高等學(xué)校設(shè)立高分子專業(yè)，更沒有開設(shè)任何與高分子科學(xué)與工程相關(guān)的課程。當(dāng)時(shí)除上海、天津和四川等地有幾家生產(chǎn)“電木”制品（酚醛樹脂加木粉熱壓成型的電器元件）和油漆的小型作坊以外，國內(nèi)沒有一家現(xiàn)代意義的高分子材料生產(chǎn)工廠。我國的高分子發(fā)展情況我國的高分子發(fā)展情況20世紀(jì)50年代開始，國內(nèi)才開始建立一批中小型規(guī)模的合成塑料、合成橡膠、化學(xué)纖維和涂料工廠。20世紀(jì)6080年代我國高分子材料工業(yè)蓬勃發(fā)展，一大批萬噸乃至10萬噸以上級別的大型PE、PP、P

20、VC、PS、ABS、以及其他類別的高分子材料生產(chǎn)和加工的大型企業(yè)在全國各地相繼建成投產(chǎn)。時(shí)至今日，我國在高分子科學(xué)基礎(chǔ)研究、專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)以及各種高分子材料的生產(chǎn)量等方面，已經(jīng)大大縮短了與發(fā)達(dá)國家的差距。高分子合成材料行業(yè)代表了我國石化工業(yè)最先進(jìn)的水平。經(jīng)過近些年的努力，我國石化工業(yè)已居世界領(lǐng)先地位。其中，合成材料產(chǎn)量已居世界第2位，合成纖維產(chǎn)量居世界第1位。我國石化工業(yè)已初步達(dá)到大型化目標(biāo)。我國大型合成樹脂生產(chǎn)裝置，包括了具有世界規(guī)模的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS等，實(shí)現(xiàn)了品種基本齊全、成本初具競爭力的目標(biāo)。2022/8/243我國從50年代才開始研究高分子： 王葆仁(1907.1.201986.9.12）：中國最早從事高分子科學(xué)研的化學(xué)家之一。50年代開始研究聚甲基丙烯酸甲酯、聚已內(nèi)酰胺和有機(jī)硅高分子 。 馮新德(北大) 自由基聚合； 唐敖慶 高分子統(tǒng)計(jì)理論；徐 僖 (川大)塑料加工; 錢保功 順丁橡膠合成；錢人元（南大) 高分子溶液理論及粘度的測定。 我國與高分子領(lǐng)域的中科院院士：唐敖慶、錢人元、錢保功、徐僖（川大）、馮新德、何炳林(南開)、王佛松(