合成高分子化合物的基本方法2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高分子化合物,1,内容提要：,10.1 高分子化合物的概述,10.2 合成高分子材料,10.3 新型高分子材料,10.4 复合材料,2,学习要求：,1.了解有关高分子的一些基本概念及特性,2.对一些合成高分子和功能高分子有初步了解。,3,高分子化学：,研究链状大分子的合成、大分子的,链结构和聚集态结构，以及大分子聚合物做为高分子,材料的成型及应用。,在20世纪，高分子材料已是人类社会文明的标志之一。,10.1 高分子化合物的概述,10.1.1 高分子化合物的基本概念,聚氯乙烯的结构式 ：,高分子化合物的相对分子量很大，但化学组成并不复杂。,高分子化合物也称聚合物或高聚物。,4,链节：,聚合度,单体,聚合度和高分子的相对分子质量有如下关系：,Mr,=,n,m,5,表10-1 某些有机高分子的链节与单体,名称 符号 单体 商品名,聚乙烯,PE,腈纶,乙纶,丙纶,聚丙烯,聚丙烯睛,聚氯乙烯,聚四氟乙烯,PP,PAN,PVC,氯纶,氟纶,PTFE,6,10.1.2 高分子化合物的命名,高分子化合物的命名有系统命名法和通俗命名法。,天然高分子化合物,：,纤维素、淀粉、蛋白质等。,合成高分子化合物,常按合成方法、所用原料或高聚物,的用途来命名。,聚苯乙烯、聚己二酰己二胺、聚对苯二甲酸已二酯；也有在两种原料缩写的名称后加“树脂”来命名的。如苯酚和甲醛合成的聚合物称酚醛树脂。,有些高分子化合物常使用习惯名称或商品名称及简写代号。,例如聚甲基丙烯酸甲酯，商品名称为有机玻璃，简写代号：,PMMA 。,7,10.1.3 高分子化合物的结构和特性,高分子化合物根据分子的几何形状，分为,线型长链状不带支,链的、带支链的和体型网状,的。,无规线图,直线图 螺旋形 片状,(a) 线型链状不带支链,(b) 线型链状带支链,(c) 体型网壮,8,特性：,1. 线型分子属于热塑性，加热可以塑化变型，冷却可以,凝固，并能反复进行，有利于成型加工。,2. 体型高分子属于热固性。一旦加工成型后，不能通过加热重新回到原来的状态。,3. 高分子材料相对密度小，但强度高，有的工程塑料的,强度超过钢铁和其他金属材料。,泡沫塑料的相对密度只有0.01，比水轻100倍，是非常好的救生材料。,玻璃钢的强度比合金钢大1.7倍，比铝大1.5倍，比钛钢大1倍。,取代金属材料的位置，全塑汽车的问世。,9,3. 高分子具有耐酸、耐腐蚀等特性,著名的“塑料王”聚四氟乙烯，在王水中煮也不会变质，其,耐酸程度远超过金。,4.高分子具有绝缘性，电线的包皮、电插座等都是用,塑料制成。,10.1.4 高分子化合物的分类,来源分，,可分为天然高分子化合物、合成高分子化合物和,天然改性高分子化合物。,10.2 合成高分子材料,10,1907年世界上第一个合成高分子材料酚醛塑料,诞生，3040年代又合成了许多高分子材料，包括塑料、,合成纤维和合成橡胶，此后合成高分子工业发展迅速。,1950,1960,1970,1978,1986,1988,塑料,合成纤维,合成橡胶,总量,1.0,1.5,1.0,3.5,6.0,1.5,3.0,10.5,25.0,5.0,5.0,35.0,42.0,12.0,4.0,58.0,58.5,11.4,5.4,75.3,73.0,15.3,10.1,98.4,10-2 世界合成高分子材料的消费量（单位：百万吨）,11,10.2.1 塑料,塑料是指在加热、加压下可塑制成型、而在通常,条件下能保持固定形状的合成高分子材料。,热塑性塑料,在加热到一定程度后变软或成为粘流态，可塑造,成型，冷却后定型。再加热后又可变软，可再成形，反复若干次,性能基本不变。如聚乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂。,热固性塑料,是指成型时需加入引发剂、固化剂等，固化成型后再次加热不能再熔融成型的塑料。如环氧树脂、聚氨脂等。,塑料按性能和用途来分类,，可分为通用塑料、工程塑料、特种,塑料和增强塑料。,12,13,10.2.2 合成纤维,人造纤维,是以天然高分子纤维素或蛋白质为原料，经过化学,改性而制成的，如粘胶纤维（人造棉）、醋酸纤维（人造丝）、,再生蛋白质纤维等。,合成纤维,是由合成高分子为原料，通过拉丝工艺获得的纤维。,合成纤维的品种很多，最重要的品种是聚酯（涤纶）、聚酰胺,（尼龙、锦纶）、聚丙烯腈（腈纶），它们占世界合成纤维总产,量的90以上。,14,合成纤维一般都具有强度高、弹性大、耐磨、耐化学腐蚀、,耐光、耐热等特点。广泛用作衣料等生活用品。,表10-3 一些合成纤维的性能,名称,化学组成,相对密度,耐晒性,耐酸性,耐碱性,耐蛀性,耐霉性,涤纶,尼龙,腈纶,维纶,氯纶,丙纶,聚对苯二甲酸二乙酯,聚酰胺,聚丙烯腈,聚乙烯醇,聚氯乙烯,聚丙烯,1.38,1.14,1.141.17,1.261.3,1.39,0.91,优,差,优,良,良,差,优,良,优,良,优,优,优,优,优,优,优,优,优,优,优,良,优,优,优,优,优,良,优,优,15,10.2.3 合成橡胶,橡胶分天然橡胶和合成橡胶,名称,结构,性能,用途,丁苯橡胶,耐油、耐磨、电绝缘性比天然橡胶好，但弹性、抗拉强度和粘着力不如天然橡胶,制造轮胎、传输带、密封配件、电绝缘材料、胶管等,氯丁橡胶,耐油、耐气候、耐臭氧的性能好，机械性能与天然橡胶相似，但弹性、耐寒性较差,制造耐油制品，海底电缆，胶管等,丁腈橡胶,耐油、耐磨、耐热、耐酸、耐碱，气密性好。但弹性、耐寒性、电绝缘性较差,制造特殊耐油制品、汽车轮胎，工业垫圈、运输带及耐热橡胶制品,硅橡胶,优良的电绝缘性和很高的耐热性、耐寒性和耐氧化性。但机械强度低，耐油性差,制造电绝缘材料及衬垫密封、耐高温、低温和耐臭氧制品,氟橡胶,分子结构中含有氟原子的橡胶的总称,具有高度的热稳定性和化学稳定性，使用范围宽，耐高真空，但耐寒性差，加工性能不好,制造飞机零件，高真空设备及宇宙飞行器中最重要的橡胶部件等,表10-4 一些合成橡胶的结构、性能和用途,16,10.3 新型高分子材料,功能高分子,：在合成高分子的主链或支链上接上,带有显示某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功,能，满足光、电、磁、化学、生物、医学等方面的功,能要求。,链接,10.3.1 导电高分子,聚吡咯、聚噻吩、聚噻唑、聚苯硫醚等都具有导电性,导电塑料做成的塑料电池已进入市场。塑料电池具有体积小，,工作寿命长的特点。据报道美国以把导电聚合物用到隐形飞机上。,17,功能高分子的品种和分类,返回,18,10.3.2 医用高分子,某些合成高分子与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的,化学结构和物理性能，因此用高分子材料做成的人工器官具有很好,的生物相容性，不会因与人体接触而产生排斥和其他作用。,人造器官,医用高分子材料,人造心脏,人造血管,人造器官,人造肾,人造鼻,人造肺,人造骨,人造肌肉,人造皮肤,硅橡胶、聚氨酯橡胶,聚氨酯橡胶、聚对苯二甲酸乙二酯,有机硅橡胶、聚乙烯,醋酸纤维素、聚酯纤维,有机硅橡胶、聚乙烯,聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯,聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树脂,硅橡胶和涤纶织物,硅橡胶、聚多肽,表10-5 医用高分子材料及用途,19,10.3.3 可降解高分子,生物降解塑料、化学降解塑料和光照降解塑料，这类可降解,高分子将在解决环境污染方面起到重要的作用。,10.3.4 高吸水性高分子,高吸水性高分子是一种很好的保鲜包装材料，也适宜做人造皮肤的材料，也可防止土地沙漠,10.4 复合材料,采用适当的工艺方法，把两种或两种以上物化性能不同,的材料复合起来，形成一种多相固体材料，其性能比组成它的各组分材料的性能更好。这样的多相固体材料称为,复合材料。,20,复合材料的重要特点：，就是其性能要比其组分材料的性能,好。这种性能变得更好的效应称为复合效应。,10.4.1 复合材料的分类,两类原材料构成基体和分散材料,按增强材料的形状分类,：颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料,和纤维增强复合材料。,基体分类：,树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。,10.4.1.1 纤维增强树脂基复合材料,玻璃纤维增强塑料 玻璃纤维增强塑料是以塑料作为基体材料，,而以玻璃纤维作为增强材料的复合材料。,21,将玻璃纤维用合成树脂浸渍后，以层压或缠绕的方法成型。,以这样的方法制作得到的复合材料又称为,玻璃钢。,材料的,强度大大提高,，可达到某些合金钢的水平，而密度却,只有钢铁的15左右，即材料的比强度很高。仍具有的较好的耐,化学腐蚀性、电绝缘性和易加工性能。,玻璃钢的,缺点,是它的刚性不如钢铁，即受力后易发生形变。,再者，玻璃钢耐高温性能较差，当温度超过40时，强度不,易保持。,2. 碳纤维增强塑料,碳纤维的特点是耐高温、质轻且硬、强度高。,22,新一代的运动器材如羽毛球拍、网球拍、高尔夫球杆、,滑雪杖、滑雪板、撑杆、弓箭等都采用,碳纤维增强塑料,来做，,为运动员创造世界记录做出了贡献。,10.4.1.2 纤维增强陶瓷基复合材料,陶瓷基复合材料为改变陶瓷的脆性，将石墨或聚合物纤维包埋,在陶瓷中，制成的复合材料有一定的韧性，不易碎裂，且还可,在极高的温度下使用。,汽车、火箭发动机的新型结构材料,23,齐格勒为德国化学家。,对自由基化学反应、金属有机,化学等都有深入的研究。,1953年.通过一系列筛选试验发现，,由四氯化钛和三乙基铝组成的催,化剂可以使乙烯在低压下的聚合,物完全是线型的，并且易结晶、,密度高、硬度大，称高密度聚乙烯,（低压聚乙烯）。低压聚乙烯和,高聚乙烯相比，具有生产成本低、,设备投资少、工艺简单等优点,。,24,意大利科学家纳塔经过改进,将此催化剂用在丙烯聚合反应中，,制得了结晶形聚丙烯。,由于齐格勒和纳塔发明了乙烯、,丙烯聚合的新催化剂，奠定了定向,聚合的理论基础，改进了高压聚合,工艺，使聚乙烯、聚丙烯等工业得,到巨大的发展，为此他们两人于1963,年共同获得诺贝尔化学奖。,齐格勒在从事科学研究的同时，,也特别重视对科技人才的培养。,他对助手的要求极为严格，制定了一,些特殊“诫规”，如要求他的助手必须,把某重要书籍从第一页背到最后一页,。,25,他自己也是以身作则，有些危险而重要的实验，常是自己亲,自动手，昼夜不离开实验室，而且暂时不让别人进入实验室，,以防发生事故。,为纪念这二位科学家的业绩，在德国的普朗克煤炭研究院有,一座塑有齐格勒、纳塔的两人铜牌头像。,26,