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1、1.1 高分子的世界1.1.1 高分子科学的历史、现状和未来,1839年天然橡胶硫化成功1868年硝酸纤维素的发现1909年酚醛树脂的合成1912年丁钠橡胶的合成1920年史道丁格 德(Staudinger)提出“高分子”“长链大分 子”的概念（直到1932年高分子学说被确立）1927年醇酸树脂的合成1929年聚乙酸乙烯酯和脲醛树脂的合成1933年聚苯乙烯的合成1935年聚氯乙烯和尼龙-66的合成1936年聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇缩甲醛的合成,1938年尼龙-6的合成1939年高压聚乙烯和聚偏氯乙烯的合成1940年丁基橡胶的合成1941年聚酯（涤纶）的合成1942年不饱和聚酯的合成1943年
2、聚氨酯的合成1947年环氧树脂的合成1948年聚丙烯腈和ABS树脂的合成1954年低压（高密度）聚乙烯的合成1957年丙烯的配位聚合1958年顺丁橡胶和聚碳酸酯的合成1959年异戊橡胶和聚甲醛的合成1960年乙丙橡胶的合成1963年聚酰亚胺的合成1965年聚砜和聚苯醚的合成1968年聚苯硫醚的合成,2000年，全世界的合成材料年总产量已达2亿吨,塑料的特点：原料多，生产易，成本低，加工快，比强度大，性能好。已大量地取代传统材料（木材，皮革，水泥，玻璃，陶瓷，金属）塑料总产量已超过木材和水泥的总产量合成橡胶的产量已超过天然橡胶的产量合成纤维的产量已超过天然纤维和人造纤维总和的2倍,图1-1 近6
3、0年来全世界塑料年产量的比较图,1.1.2 高分子科学的重要性高分子科学的范畴：高分子化学 高分子物理 高分子的成型、加工和应用,高分子材料,约占飞机总质量的65%，汽车的18%若以体积计算，已远超过金属材料的用量高分子感光材料的出现使集成电路的微型化和超大集成化人们的日常生活，工作和娱乐，休闲，处处都被高分子包围着,建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学、力学等学科基础上的新兴的独立学科，既是基础学科也是应用学科高分子化学与无机化学，有机化学，分析化学，物理化学并列的二级学科（属于化学这一级学科之下）高分子材料又与无机材料，金属材料构成三大材料,现代生活中的高分子材料塑料,现代生活中的高
4、分子材料工程塑料,现代生活中的高分子材料橡胶,高分子材料的应用,2006年广东省材料领域高新技术产品统计 单位：亿元,2006年我国的塑料总产量2801.9万吨，广东省的塑料总产量680万吨，总产值1300亿元，均占全国的1/4，居全国的第一位,1.2 高分子科学的基本概念,高聚物，亦即聚合物，与高分子化合物同义,结构单元、重复单元、单体单元,由单体经聚合反应生成高分子的通式可表示为：,高分子化合物：分子量很大（104106）的一类化合物,单体、低聚物、高聚物（聚合物）,单体：合成高分子(聚合物)的起始原料,低聚物：分子量处于高分子量与低分子量之间 的化合物(齐聚物),结构单元：构成大分子链的
5、基本结构单元，也称为（最 小）重复单元。单体单元：相同于单体的元素组成及原子排列顺序 的结构单元。,聚合度、分子量聚合度DP：分子链的单体单元(或结构单元)数分子量M：等于结构单元分子量m0与聚合度的乘积 M=m0 DP(或 M=m0n),例如,链节：重复结构单元,链节数 n：重复单元数,也即链节数,1.3 聚合物的命名和分类1.3.1 聚合物的命名1.3.1.1 习惯命名天然高分子有其专门的名称。(如纤维素、淀粉、木质素、多糖、蛋白质等)。合成高分子 在原料单体名称前冠以“聚”字,某些缩聚物在原料后面附以“树脂”来命名 如：酚醛树脂、脲醛树脂、醇酸树脂 1.3.1.2 根据主链结构命名,1.
6、3.1.3 商品名称法,1.3.1.4 系统命名法（也称 IUPAC 命名）,命名步骤：确定结构重复单元 排好次序 按小分子有机化合物的 IUPAC 命名规则给结构单元命名并加括弧 在名称前冠以“聚”字 即为聚合物的系统名称,1.3.2 聚合物的分类,1.4 聚合物的平均分子量和分子量分布,数均分子量,重均分子量,Z均分子量,粘均分子量,式中的a是高分子溶液特性粘度h和分子量M之间的 关系式 hKMa 中的a值,平均分子量和分子量分布是控制聚合物性能的重要指标 平均分子量相同的聚合物其分子量分布很可能是不一样的 对不同用途的聚合物其对平均分子量的要求不同,合成纤维：1.51048104合成橡胶
7、：2105 塑料的平均分子量在两者之间,1.5 高分子结构的一般特点高分子的结构很复杂，由四个不同层次组成，即一级结构，二级结构，三级结构，四级结构（高级结构）,1.5.1 一级结构指单个大分子内与基本结构单元有关的结构（结构单元的化学组成，连接方式，构型，支化和交联）,（1）键接方式,头-头键接,（2）构型指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列，有两类构型不同的异构体，即旋光异构体和几何异构体,i 旋光异构,甲烷的四面体结构,旋光异构体的互为镜像关系,单烯类 高分子的旋光异构体,ii 几何异构,双烯类高分子主链上存在双键而形成的顺式和反式构型同时还会存在有1,2加成（聚异戊二烯还有3,4加
8、成）,双烯类高分子聚丁二烯的有规异构体,（3）分子构造指高分子链的几何形状，一般有线形，支链形和体（交联）形,几种典型的非线形高分子链,a.短链和长链支化高分子；b.接枝低聚物侧链的梳形高分子；c.星形高分子；d.交联网络,（4）共聚物的序列结构,如果聚合物由两种（或以上）单体聚合而成，即为共聚物，按照其单体单元的排列序列方式，可分为无规共聚物，交替共聚物，嵌段共聚物和接枝共聚物四种,无规共聚物,交替共聚物,嵌段共聚物,接枝共聚物,1.5.2 二级结构,指的是若干链节组成的一段链或整根分子链的排列形状高分子链由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象（或内旋转异构体），属于二级结构,高
9、分子链有五种基本构象：无规线团伸直链折叠链螺旋链锯齿形链,高分子的二级结构,1.5.3 三级结构和四级结构,三级结构是指许多大分子聚集在一起而形成的聚集态结构，也称为超分子结构，包括有结晶结构，非晶结构，液晶结构和取向结构,高分子结晶中的晶区与非晶区同时存在,高分子极难100%地结晶，往往是一根高分子链同时穿过晶区和非晶区四级结构是指高分子在材料中的堆砌方式,如高分子与加工添加剂之间、两种高分子（共混）所形成的复杂结构，属于织态结构,1.6 高分子性质的一般特点聚合物的相对分子质量很大，其力学性质、热性质、溶解性等与小分子化合物大为不同,1.6.1 力学性质,高分子的力学性质变化范围很大从软的橡胶状到硬的金属状有好的强度、断裂伸长率、弹性、硬度、耐磨性、低密度（0.912.3）、大比强度,1.6.2 热性质,低分子有明确的熔点和沸点可有固、液、气三相高分子只有熔限，没有沸点可有玻璃态、高弹态、粘流态热塑性高分子在一定温度条件下可反复软化（或熔融），塑化成形，冷却后硬化热固性高分子加热时交联固化成形（一次成形）,1.6.3 溶解性,高分子的溶解行为与小分子相比有很大不同，其溶解过程是先溶胀，后溶解,高分子与低分子溶解过程的比较示意图,
