高分子課程分析

高分子課程分析第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四高分子歷史中學(xué)課程高分子大學(xué)課程高分子課程分析比較高分子現(xiàn)狀目錄第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四1838年，A.Parker制備出了第一種稱為硝酸纖維素的人造塑料，并在1862年倫敦的國(guó)際展覽會(huì)上展出。1840年，Goodyear和Hancock開發(fā)天然橡膠的硫化技術(shù)，達(dá)到了消除橡膠的粘性增加彈性的目的，從而使得天然橡膠性能發(fā)生改變并得到了廣泛的應(yīng)用。1851年，硬質(zhì)橡膠實(shí)現(xiàn)商品化。

1870年，美國(guó)的J.Hyatt在高溫高壓下制備了低硝酸含量俗稱為賽璐珞的硝酸纖維素。這是第一種具有商業(yè)價(jià)值的塑料，也是在1907年Bakeland開發(fā)出酚醛塑料前唯一的商品塑料。而由苯酚和甲醛反應(yīng)制得酚醛塑料則是最古老真正意義上的合成塑料

一、高分子歷史第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四1922年，H.Staudinger提出：所有的塑料、橡膠和纖維素一類的材料都是聚合物或稱大分子，從而動(dòng)搖了傳統(tǒng)膠體理論的基礎(chǔ)。對(duì)19世紀(jì)的大多數(shù)研究者而言，分子量超過10,000g/mol的物質(zhì)似乎是難以想象的，他們把這類物質(zhì)同由小分子穩(wěn)定懸浮液構(gòu)成的膠體系統(tǒng)視為同一物質(zhì)。Staudinger否定了這些物質(zhì)是有機(jī)膠體的觀點(diǎn)，并假設(shè)那些稱為聚合物的高分子量物質(zhì)是由共價(jià)鍵形成的真實(shí)大分子，同時(shí)在其大分子理論中闡明聚合物由長(zhǎng)鏈構(gòu)成，鏈中單體（或結(jié)構(gòu)單元）通過共價(jià)鍵彼此連接。較高的分子量和大分子長(zhǎng)鏈特征決定了聚合物獨(dú)特的性能。盡管一開始他的假設(shè)并不為大多數(shù)科學(xué)家所認(rèn)可，但最終這種解釋得到了合理的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，為工業(yè)化學(xué)家們的工作提供了有力的指導(dǎo)，從而使得聚合物的種類迅猛地增長(zhǎng)。直到這時(shí)，塑料、橡膠和相似的天然材料的本質(zhì)才被人們所認(rèn)識(shí)。為此，1953年，Staudinger獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?，F(xiàn)在人們都已非常清楚：塑料以及橡膠、纖維素、DNA等很多物質(zhì)都是大分子。

第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四H.Staudinger第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四從1930年開始，聚合物的數(shù)量和應(yīng)用都出現(xiàn)了很大的增長(zhǎng)。在二十世紀(jì)30年代，化工公司啟動(dòng)了一系列對(duì)我們社會(huì)產(chǎn)生了巨大影響的基礎(chǔ)研究計(jì)劃。例如，杜邦公司的WallaceCarothers開發(fā)了多種結(jié)構(gòu)確定的聚合物材料，并研究了這些材料結(jié)構(gòu)對(duì)其性能的影響。這一研究成果在1939年促成了尼龍的商品化。20世紀(jì)30年代，英國(guó)的ICI公司成功完成了合成聚乙烯的商業(yè)化過程。

第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四1955年，德國(guó)的K.Ziegler和意大利的J.Natta使用特殊的催化劑在低溫低壓下制得了聚乙烯。他們因在開發(fā)具有獨(dú)特立構(gòu)規(guī)整功能的新型聚合反應(yīng)催化劑方面做出的貢獻(xiàn)，分別于1964年和1965年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。20世紀(jì)70年代發(fā)展了用溶液和氣體合成線形聚乙烯的技術(shù)。20世紀(jì)80年代中期和90年代初期，新型聚合物的開發(fā)實(shí)現(xiàn)了更多的突破。由Natta在20世紀(jì)50年代中期發(fā)現(xiàn)的單點(diǎn)催化劑，1954年實(shí)現(xiàn)了間規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯的商業(yè)化，1984年實(shí)現(xiàn)了聚丙烯的商業(yè)化，90年代初期實(shí)現(xiàn)了聚乙烯的商業(yè)化。

第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四德國(guó)的K.Ziegler和意大利的J.Natta

第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四20世紀(jì)40年代以后相繼工業(yè)化的樹脂品種有：聚丙烯、不飽和聚酯、氟塑料、環(huán)氧樹脂、聚甲醛、聚碳酸酯和聚酰亞胺等通用塑料和工程塑料。20世紀(jì)60年代初，隨著航空宇航、電子信息、核能、石油化工、汽車、機(jī)械制造等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，研發(fā)成功了特種工程塑料。至20世紀(jì)80年代末，商品化的產(chǎn)品有：聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚芳酯、聚砜、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚醚酮等。自20世紀(jì)60年代起，人們開始注重研究塑料改性方法，用塑料合金、復(fù)合材料技術(shù)、納米技術(shù)、功能化技術(shù)生產(chǎn)改性塑料品種，開發(fā)應(yīng)用于各種塑料制品成型。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前樹脂品種有400多個(gè)，其中常用的樹脂品種有六十多個(gè)，各類樹脂及其改性樹脂牌號(hào)有1萬多個(gè)。

第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)科學(xué)家Heeger,MacDiarmid和日本白川英樹有關(guān)導(dǎo)電高分子材料的研究成果，改變了高分子只能是絕緣體的觀念，在塑料導(dǎo)電研究領(lǐng)域取得突破性的發(fā)現(xiàn)，這一領(lǐng)域的開創(chuàng)性研究“導(dǎo)電聚合物”獲得2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四二．高分子與衣食住行高分子材料與衣說到衣著，無論從城市到農(nóng)村，人們對(duì)漂亮實(shí)用的合成纖維制品都不陌生了。盡人皆知，“的確良”織物制成的服裝挺括美觀、易洗免燙；尼龍襪堅(jiān)固耐磨；睛綸棉質(zhì)輕保暖，不蛀不霉，便于洗滌；維尼綸織物透氣干爽，穿著舒適。這里所列舉的就是目前合成纖維中大量生產(chǎn)的“四綸”，即由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯紡制的滌綸；由聚酰胺制成的尼龍；由聚丙烯腈紡成的腈綸和由聚乙烯醇縮甲醛制得的維尼綸。第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四自1935年人們研究成功尼龍纖維，1947年制成滌綸纖維，1950年和1953年先后制成腈綸纖維和維尼綸纖維以來，合成纖維的品種不下30～40種。人類告別了單純依靠大自然賦予的棉、麻、毛、蠶絲編織衣著的時(shí)代，開創(chuàng)了纖維史上的第三次革命。到1990年世界合成纖維的產(chǎn)量已達(dá)1770萬噸，占全部纖維的45%，2000年合成纖維的產(chǎn)量已達(dá)3500萬噸。一座年產(chǎn)1萬噸合成纖維工廠的產(chǎn)量相當(dāng)于30萬畝棉田的年產(chǎn)量。由此可見，合成纖維對(duì)人類現(xiàn)代生活的貢獻(xiàn)是不言而喻的。

第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四

高分子材料與食

人類生活中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)“食”，與高分子材料的關(guān)系也十分密切。高分子材料的應(yīng)用不但給人類帶來更多更豐富的食品，也極大地豐富了我們的生活。我國(guó)北方乃至西藏等高寒地區(qū)常年能吃到豐富的蔬菜品種，寒冬過后提前品嘗到鮮甜的瓜果，首先得益于塑料大棚的功勞。塑料地膜覆蓋既保溫又保濕，能帶來糧食、蔬菜及棉花等作物的增產(chǎn)效果，已成為國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要技術(shù)措施，是許多寒冷和干旱地區(qū)農(nóng)民脫貧致富的重要手段。塑料地膜與化肥、農(nóng)藥一起已成為現(xiàn)今農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的三大化工材料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)用于農(nóng)膜生產(chǎn)的聚乙烯(PE)約占全部PE產(chǎn)量的1/4。雖然由于PE在自然條件下不易降解，長(zhǎng)期使用會(huì)給土壤帶來污染，但高分子材料的科學(xué)工作者已想出不少辦法來解決這個(gè)問題。在不久的將來，生物降解型的地膜將會(huì)問世，農(nóng)用塑料膜將繼續(xù)為農(nóng)業(yè)作物的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)做出重要貢獻(xiàn)。第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四高分子材料用于日常食品的包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、保鮮等方面已為人們所熟知。超級(jí)市場(chǎng)琳瑯滿目的各類食品，除了少數(shù)罐裝食品仍用金屬、玻璃包裝外，隨手就可取到高分子材料包裝的食品。它們大多數(shù)是聚乙烯、聚丙烯、聚酯等高分子的制品，這些包裝材料以其重量輕、不易碎、免回收、免洗滌、裝飾性強(qiáng)、美觀大方而大量取代過去的玻璃包裝。其中聚乙烯薄膜以其水氣透過率小、無毒而大量應(yīng)用于干燥食物。對(duì)于一些吸入氧氣后易于變質(zhì)的厭氧食品，則采用層壓方法將聚乙烯與干燥狀態(tài)下透氧率極低的玻璃紙壓成復(fù)合膜，然后再在其上涂一層聚丙烯而成為極端厭氧食品的包裝材料，使食品的保鮮期大大延長(zhǎng)。高分子材料在食品包裝中的應(yīng)用，便利了食品的儲(chǔ)藏和運(yùn)輸，使人們不出家門就可以品嘗到天南海北各個(gè)地方的鮮美食品，給旅行和居家生活帶來了很大的方便。至于由高分子材料制成的餐飲用具，更比比皆是。第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四高分子材料與住高分子材料與“住”的關(guān)系倍加密切。我們的祖先早就懂得用木料、竹子、草來蓋房子和制造家具，知道用天然漆裝飾和保護(hù)家具、房屋，并將豬血-老粉膩?zhàn)?即血朊膠粘劑)和桐油-石粉-竹纖維用到建筑和家具的制造中。近幾十年來，隨著高分子材料工業(yè)的迅速興起，高分子材料以其漂亮美觀，經(jīng)濟(jì)實(shí)用而在建筑業(yè)中又開辟了廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。用于建筑中的高分子材料既包括取代金屬、木材、水泥等的框架結(jié)構(gòu)材料(如在本章開頭提到的日本在東京灣建造超高層建筑中使用的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)，也包括墻壁、地面、窗戶等裝飾材料以及衛(wèi)生潔具、上下水管道等配套材料和消聲、隔熱保溫、防水等各種材料第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四在建筑中，除了這些大量使用的不同檔次的高分子材料之外，還有由酚醛或脲醛樹脂壓制成板材而便于拆裝運(yùn)輸?shù)幕顒?dòng)房、以充氣頂棚構(gòu)成的整體式展覽館、由玻璃增強(qiáng)纖維與樹脂制成的整體模塑住房等。這些輕巧實(shí)用，便于快速拆裝的房屋，為搭制臨時(shí)展覽場(chǎng)館、施工現(xiàn)場(chǎng)用房、救災(zāi)及野外考察用房等提供了極大的方便。第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四高分子材料與行至于高分子材料與“行”的關(guān)系就更加重要了。高分子復(fù)合增強(qiáng)材料的自重小，比強(qiáng)度、比模量高，而且可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，首先成為飛機(jī)中許多部件的首選材料，例如，碳纖維復(fù)合材料以其比強(qiáng)度、比模量高，質(zhì)輕，且在高溫(2000℃以上)情況下強(qiáng)度不降的優(yōu)異特性而被選作宇宙飛船的結(jié)構(gòu)材料和戰(zhàn)略導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的穩(wěn)定裙。在飛機(jī)中，1kg碳纖維復(fù)合材料可以代替3kg傳統(tǒng)的鋁合金結(jié)構(gòu)材料，因而目前由碳纖維復(fù)合材料制造的飛機(jī)零部件已有上千種。20世紀(jì)90年代民航機(jī)中金屬結(jié)構(gòu)材料的65%已被碳纖維及芳綸纖維復(fù)合材料所代替，對(duì)要求自重更輕的戰(zhàn)斗機(jī)，金屬材料的取代率則將高達(dá)90%，屆時(shí)，飛機(jī)的航程和航速將得到明顯增加。第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四在汽車制造業(yè)中，各種高分子材料也大顯神通，其作用首先是減輕車輛的自重，改善運(yùn)行性能，提高燃油效率。現(xiàn)在一部分高級(jí)轎車所用的高分子材料部件多達(dá)數(shù)百件，包括保險(xiǎn)杠、防沖撞護(hù)條板、發(fā)動(dòng)機(jī)散熱風(fēng)扇、通風(fēng)空調(diào)、音響、電器及儀表盤、方向盤、座椅、車內(nèi)裝飾等。這些高分子材料部件的應(yīng)用，不但顯著減輕了轎車的自重，降低每公里的耗油量，而且使轎車變得更舒適美觀，例如1990年美國(guó)高級(jí)轎車卡迪拉克內(nèi)使用的塑料制品就達(dá)136kg，而且這些汽車零部件的加工大量采用了目前塑料加工中的先進(jìn)技術(shù)，如片狀模塑、增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑、反射注塑模塑等。汽車工業(yè)的迅速發(fā)展還得益于制作輪胎的合成橡膠和作為輪胎簾子的合成纖維的發(fā)展。由于作為能源的石油日趨短缺，各個(gè)國(guó)家都致力于降低汽車百公里耗油量。而高分子材料在汽車中的應(yīng)用，除了可以減輕車身自重外，還能減少輪胎對(duì)地面的滾動(dòng)阻力以及提高輪胎的抗?jié)窕允節(jié)L動(dòng)阻力減少5%~7%，節(jié)油1%。第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四五.高分子材料在其他方面的應(yīng)用

上面所敘述的只是我們現(xiàn)代生活中衣食住行四個(gè)重要環(huán)節(jié)與高分子材料的關(guān)系，除了這幾個(gè)環(huán)節(jié)以外，在能源、通訊甚至日常生活的文娛、體育等各個(gè)方面都與高分子材料息息相關(guān)。燃料、水力和核能是目前廣泛利用的能源，高分子材料良好的絕緣性能是電力工業(yè)、電子和微電子工業(yè)必不可少的絕緣材料，廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電纜、導(dǎo)線和各種儀器儀表中。各種塑料、橡膠、纖維、薄膜和膠粘劑為能源工業(yè)做出了重要的貢獻(xiàn)。具有記憶功能的塑料導(dǎo)線使儀器儀表和車輛中的布線大大簡(jiǎn)化。第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四高分子材料對(duì)通訊設(shè)備的貢獻(xiàn)也功不可沒，包括電話機(jī)、BP機(jī)、手持電話機(jī)以及通訊衛(wèi)星和中繼站各種通訊設(shè)備中使用的線路板，都是纖維復(fù)合材料制成的，同時(shí)，制作精密線路時(shí)，也將應(yīng)用到感光樹脂，更不用說這些通訊設(shè)備外殼所使用的各種塑料了。體育器材中使用高分子材料的例子也不勝枚舉。沒有彈性不同的正反膠球拍，我國(guó)乒乓球運(yùn)動(dòng)員也不一定會(huì)取得今日輝煌的成績(jī)；沒有高強(qiáng)度、高彈性而質(zhì)輕的纖維復(fù)合材料，撐桿跳高運(yùn)動(dòng)員也不可能創(chuàng)造今天的世界記錄。纖維復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于高爾夫球桿、魚竿、球拍、球棒、弓、滑雪板、賽車、賽艇等各個(gè)項(xiàng)目中。目前，50%的碳纖維產(chǎn)量是用來做體育器材的。優(yōu)秀的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員使用的網(wǎng)球拍就是一種質(zhì)輕堅(jiān)韌的碳纖維復(fù)合材料。第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四在宇航和航空工業(yè)中，現(xiàn)在沒有一枚火箭、一艘宇宙飛船、一架飛機(jī)不用膠粘劑。這些膠粘劑既要求粘接強(qiáng)度高、結(jié)實(shí)牢靠，又要求耐高低溫的沖擊。目前在航空和宇航工業(yè)中廣泛使用的酚醛-丁腈、改性環(huán)氧樹脂、硅橡膠和聚氨酯為結(jié)構(gòu)的膠粘劑，其粘接強(qiáng)度達(dá)7MPa以上。

在醫(yī)療領(lǐng)域里，使用膠粘劑粘接皮膚、血管、人工角膜、牙齒、人工關(guān)節(jié)等。雖然醫(yī)用膠粘劑的使用條件苛刻，但已研究成功可以替代手術(shù)縫線的膠粘劑(α-氰基丙烯酸酯)，其粘接強(qiáng)度與縫合法相近，可以粘接組合，而且傷愈后不留下縫線疤痕。第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四中學(xué)課程中的高分子第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四中學(xué)課程中的高分子人教版九年級(jí)下冊(cè)第十二單元《化學(xué)與生活》講到了蛋白質(zhì)、糖類、油脂、維生素以及有機(jī)合成材料。根據(jù)高分子的定義：相對(duì)分子質(zhì)量很高，由許多簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元通過共價(jià)鍵重復(fù)連接而成的化合物。這些都屬于高分子。課程分析：九年級(jí)的課程中，首先是從人體必不可少的營(yíng)養(yǎng)素入手，讓學(xué)習(xí)從生活開始，從自己入手，這樣的話學(xué)生比較容易理解，容易接受。但是，對(duì)于九年級(jí)高分子課程的編寫，知識(shí)點(diǎn)比較淺，內(nèi)容比較窄，概念比較模糊。但這樣安排有一個(gè)好處，就是讓九年級(jí)的學(xué)生提前了解高分子，知道高分子的一些簡(jiǎn)單特點(diǎn)和作用，為以后的學(xué)習(xí)有一定的幫助和預(yù)見。我感覺此處比較合理。第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四高中人教版選修五《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四高中人教版選修五《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》第五章主要講了合成高分子化合物的基本方法：包括加成聚合反應(yīng)和縮合聚合反應(yīng)。同時(shí)介紹了應(yīng)用廣泛的高分子材料——塑料、合成纖維、合成橡膠。而常見的塑料包括聚乙烯、酚醛樹脂.合成橡膠于29世紀(jì)初開始出現(xiàn)，49年代起得到了迅速發(fā)展?，F(xiàn)在已經(jīng)有丁苯橡膠、順丁橡膠、合成天然橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、硅橡膠等品種。它們各自在耐磨性、耐油性、耐寒性、耐熱性、耐燃性、耐腐蝕性以及耐老化性等方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。最后又簡(jiǎn)單的介紹了一下功能高分子材料，這其中包括具有新型骨架結(jié)構(gòu)的高分子材料，還包括在合成高分子的主鏈或支鏈上引入某種功能原子團(tuán)，使其現(xiàn)出在光、電、磁、聲、熱、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等方面的特殊功能。這些高分子材料的優(yōu)異性能在通信、交通、航空航天、醫(yī)療、醫(yī)藥、建筑、印刷、海水淡化、農(nóng)林園藝等許多領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四大學(xué)所學(xué)習(xí)的高分子高分子科學(xué)簡(jiǎn)明教程第二版（董炎明主編）第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四

以上便是大學(xué)里面所學(xué)習(xí)所接觸的高分子教材。在這本教材中，我們系統(tǒng)而全面的學(xué)習(xí)了高分子的定義、命名、分類以及一些基本概念，同時(shí)我們還學(xué)習(xí)了高分子的鏈?zhǔn)骄酆虾椭鸩骄酆戏磻?yīng)，最后還學(xué)習(xí)了高分子的結(jié)構(gòu)和特性，對(duì)高分子有了更全面的認(rèn)識(shí)和了解。

課程比較：通過學(xué)習(xí)和比較，我們很清楚的知道，大學(xué)所學(xué)習(xí)的內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)比較全面，比較有深度，是對(duì)中學(xué)所學(xué)內(nèi)容的延伸以及和拓展。所涉及的知識(shí)點(diǎn)、內(nèi)容比較豐富，科學(xué)觀點(diǎn)和科學(xué)理論也比較前沿，與社會(huì)的發(fā)展并列在一線。開闊了學(xué)生的視野，豐富了學(xué)生的頭腦。而且，授課教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研經(jīng)驗(yàn)都比較豐富，給學(xué)生以真正的知識(shí)與智慧。第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四為什么大學(xué)和中學(xué)有關(guān)高分子的內(nèi)容差別如此之大？對(duì)于這個(gè)問題，我覺得應(yīng)該從教師和學(xué)生兩個(gè)方面進(jìn)分析。

從學(xué)生方面：