高分子物理緒論課件

高分子物理一、高分子科學的發(fā)展1.高分子科學發(fā)展歷史2.我國高分子科學發(fā)展歷史二、高分子物理的教學內(nèi)容1.高聚物結(jié)構(gòu)的特點2.高分子材料的性能特點3.高分子材料的應用4.高分子物理知識解決實際生產(chǎn)問題5.高分子物理的學習方法緒論

高分子科學既是一門應用學科，也是一門基礎學科，它是建立在有機化學、物理化學、生物化學、物理學和力學等學科的基礎上逐漸發(fā)展而成的一門新興學科。高分子科學高分子化學研究聚合反應和高分子化學反應原理，選擇原料、確定路線、尋找催化劑、制訂合成工藝等。研究聚合物的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，為設計合成預定性能的聚合物提供理論指導，是溝通合成與應用的橋梁。高分子物理高分子加工研究聚合物加工成型的原理與工藝。高分子科學1909年貝克蘭合成酚醛樹脂1911年英國馬修斯合成聚苯乙烯1912年聚氯乙烯被合成1927年合成出聚甲基丙烯酸甲酯1933年高壓聚乙烯問世1938年四氟乙烯被聚合…1953年齊格勒在低壓條件下合成聚乙烯，隨后納塔合成出聚丙烯，1963齊格勒、納塔獲得諾貝爾化學獎。聚合產(chǎn)生的奇跡

塑料的發(fā)現(xiàn)1869年31歲的印刷工人約翰?海阿特發(fā)明賽璐珞1909年貝克蘭發(fā)明酚醛樹脂現(xiàn)代生活中的高分子材料－塑料橡膠的發(fā)展橡樹之淚丑卻受寵的合成橡膠現(xiàn)代生活中的高分子材料－橡膠1855年瑞士人奧蒂瑪斯把纖維素放在硝酸中得到硝化纖維素溶液，制得第一根人造纖維；1884年查唐納脫把硝化纖維素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造絲；纖維的發(fā)展功能高分子材料－高吸水性樹脂高吸水性樹脂就是一種功能高分子材料，它具有優(yōu)異的吸水、保水功能，可吸收自身重量幾百倍、上千倍，被冠予“超級吸附劑”的桂冠。主要類型有聚丙烯酸酯類、聚乙烯醇類、醋酸乙烯共聚物類、聚氨酯類、淀粉接校共聚物類等。聚丙烯酸酯類以丙烯酸和燒堿為主要原料，采用逆向聚合法而制得?？梢宰龀蓩D女衛(wèi)生巾、嬰幼兒紙尿布以及紙餐巾等，此外還可用作室內(nèi)空氣芳香劑，蔬菜、水果的保鮮劑、防霉劑、阻燃劑、防潮劑以及吸水后體積膨脹的兒童玩具等。目前，全世界總生產(chǎn)能力已經(jīng)超過130萬噸/年，其中日本觸媒化學公司是目前世界上最大的生產(chǎn)公司，生產(chǎn)能力達到25萬噸/年。高分子膜是指那些由具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄膜，能有選擇地分離物質(zhì)。目前應用于海水淡化、反滲透、膜萃取、膜蒸餾等技術(shù)領(lǐng)域。高分子分離膜建于沙特阿拉伯的基塔自來水廠，是世界上最大的海水淡化廠，日供應淡水12000噸，主要使用醋酸纖維素分離膜裝置。光敏高分子材料以光敏樹脂為代表，主要用于照相、印刷制版、印刷集成電路等。印刷工業(yè)應用聚乙烯醇酸酯，光照時交聯(lián)而不溶而保留下來，得到凸版。光解性的光刻膠，重氮醌接到酚醛樹脂上，光作用下重氮醌分解，圖像被保留，分辨率達10納米。光敏高分子材料在塑料中加入蓄光型發(fā)光材料經(jīng)加工就可制成發(fā)光塑料。發(fā)光塑料是近年來興起的一種高附加值新型功能材料。其產(chǎn)品如：交通領(lǐng)域通道標識、樓梯標識、標志線；發(fā)光涂料、發(fā)光開光、發(fā)光壁紙、工藝品、玩具、體育休閑用品。功能高分子材料－－發(fā)光材料導電高分子自發(fā)現(xiàn)之日起就成為材料科學的研究熱點。目前，它已成為一門新型的多學科交叉的研究領(lǐng)域，并在世界范圍內(nèi)吸引了一大批材料設計專家。功能高分子材料－導電高分子材料液晶高分子作為一類新型的高性能材料，極大地引起了科學界和工業(yè)界的關(guān)注，得到了廣泛的應用，并發(fā)展為高分子科學中最活躍的領(lǐng)域之一。液晶高分子生物降解高分子材料目前自然界的污染存在“白色”（塑料）和“黑色”（橡膠）垃圾。發(fā)展可生物降解的產(chǎn)品是必要而且急需的，但許多具體問題不能解決。1、可降解塑料袋承重能力低；2、可降解塑料袋色澤暗淡發(fā)黃，透明度低；3、是價格偏高，成本難以接受。一次性醫(yī)療用品如輸液管、藥品瓶、醫(yī)用膠粘劑等。診斷儀器如聽疹器、內(nèi)窺鏡及各種其他診斷儀器。體外裝置如人工假肢、血液透析或灌注裝置等。人體器官如心臟導管、心臟補片、人工心臟泵材料、氣管導管、人工膀胱、人工腦膜、動脈補片、人工血管及人工關(guān)節(jié)等。整形外科手術(shù)材料如面部整形植入物等。生物降解材料是指那些可由體液、酶或微生物的作用而引起分解的材料，用于縫線、人體植入、控釋藥物等。醫(yī)用高分子材料的種類人造心臟生物材料人造關(guān)節(jié)人工腎至今高分子科學諾貝爾獎獲得者H.Staudinger（德國）:把“高分子”這個概念引進科學領(lǐng)域，并確立了高分子溶液的粘度與分子量之間的關(guān)系（1953年諾貝爾獎）

K.Ziegler（德國）,G.Natta

（意大利）:乙烯、丙烯配位聚合（1963年諾貝爾獎）P.J.Flory

(美國）:聚合反應原理、高分子物理性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系（1974年諾貝爾獎）。H.Shirakawa白川英樹(日本),AlanG.MacDiarmid(美國),AlanJ.Heeger(美國)：對導電聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展（2000年諾貝爾獎）。deGennes(法國)：軟物質(zhì)、普適性、標度、魔梯。l 我國高分子研究起步于50年代初，唐敖慶于1951年，發(fā)表了首篇高分子科學論文。

l 長春應化所1950年開始合成橡膠工作（王佛松，沈之荃）；l 馮新德50年代在北京大學開設高分子化學專業(yè)。l 何炳林50年代中期在南開大學開展了離子交換樹脂的研究。l 錢人元于1952年在應化所建立了高分子物理研究組，開展了高分子溶液性質(zhì)研究。l 錢保功50年代初在應化所開始了高聚物粘彈性和輻射化學的研究。l 徐僖先生50年初成都工學院（四川大學）開創(chuàng)了塑料工程專業(yè)。l 王葆仁先生1952年上海有機所建立了PMMA、PA6研究組。

我國與高分子領(lǐng)域的中科院院士：王葆仁馮新德何炳林錢保功錢人元于同隱徐僖王佛松程镕時黃葆同卓仁禧沈家驄林尚安沈之荃白春禮周其鳳曹鏞楊玉良等。2.我國高分子的科學發(fā)展高分子的結(jié)構(gòu)：包括高分子鏈的結(jié)構(gòu)和凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，鏈段、柔順性、球晶、片晶、分子量和分子量分布、θ溶液概念。高分子材料的性能：力學性能、熱、電、光、磁等性能。力學性能包括拉伸性能、沖擊性能等、銀紋、剪切帶、強度、模量。高分子的分子運動：玻璃化轉(zhuǎn)變、粘彈性、熵彈性、結(jié)晶動力學、結(jié)晶熱力學、熔點、流變性能、粘度、非牛頓流體。

WLF方程、Avrami方程、橡膠狀態(tài)方程、Boltzmann疊加原理。高分子物理的重點內(nèi)容聚合物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系HOW？研究方法結(jié)構(gòu)：長鏈、柔性、纏結(jié)、鏈段運動性能：質(zhì)輕、易著色、韌性、耐腐蝕、易加工、減震、生物兼容、易剪裁WHY？研究的目的?指導大分子設計?指導加工發(fā)展高分子材料

1.高聚物結(jié)構(gòu)的特點①高分子的鏈式結(jié)構(gòu)：高分子是由很大數(shù)目（103—105數(shù)量級）的結(jié)構(gòu)單元組成的。②高分子鏈的柔順性：高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生非常多的構(gòu)象（如：DP=100的PE，構(gòu)象數(shù)1094），可以使主鏈彎曲而具有柔性。③高分子結(jié)構(gòu)具有多分散性，不均一性。④高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的復雜性：晶態(tài)、非晶態(tài)，球晶、串晶、單晶、伸直鏈晶等。其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)對高分子材料的物理性能有很重要的影響。聚合物材料具有以下優(yōu)點：①質(zhì)量輕、相對密度小。LDPE（0.91），PTFE（2.2）②良好的電性能和絕緣性能。③優(yōu)良的隔熱保溫性能，絕熱材料。④良好的化學穩(wěn)定性，耐化學溶劑。⑤良好的耐磨、耐疲勞性質(zhì)。橡膠是輪胎不可替代的材料。⑥良好的自潤滑性，用于軸承、齒輪。⑦良好的透光率。樹脂基光盤，樹脂鏡片。⑧寬范圍內(nèi)的力學可選擇性。⑨原料來源廣泛、加工成型方便、適宜大批量生產(chǎn)、成本低。⑩漂亮美觀的裝飾性?？扇我庵?、表面修飾。2.高分子材料的性能特點性質(zhì)和用途塑料纖維橡膠涂料膠粘劑功能高分子以聚合物為基礎，加入（或不加）各種助劑和填料，經(jīng)加工形成的塑性材料或剛性材料。具有可逆形變的高彈性材料。纖細而柔軟的絲狀物，長度至少為直徑的100倍。涂布于物體表面能成堅韌的薄膜、起裝飾和保護作用的聚合物材料能通過粘合的方法將兩種以上的物體連接在一起的聚合物材料具有特殊功能與用途但用量不大的精細高分子材料3.高分子材料的應用農(nóng)用塑料：①薄膜②灌溉用管建筑工業(yè)：①給排水管PVC、HDPE

②塑料門窗③涂料油漆④復合地板、家具人造木材、地板⑤PVC天花板包裝工業(yè)：①塑料薄膜：PE、PP、PS、PET、PA等

②中空容器：PET、、PE、PP等③泡沫塑料：PE、PU等汽車工業(yè)：塑料件、儀表盤、保險機、油箱內(nèi)飾件、坐墊等軍工工業(yè)：飛機和火箭固體燃料（低聚物）、復合纖維等3.高分子材料的應用高分子材料遍及各行各業(yè)，各個領(lǐng)域：包裝、農(nóng)林牧漁、建筑、電子電氣，交通運輸、家庭日用、機械、化工、紡織、醫(yī)療衛(wèi)生、玩具、文教辦公、家具等等。電氣工業(yè)：①絕緣材料（導熱性、電阻率）等、導電高分子②電子：通訊光纖、電纜、電線、光盤、手機、電話③家用電器：外殼、內(nèi)膽（電視、電腦、空調(diào)）等醫(yī)療衛(wèi)生中的應用：人工心臟、人工臟器、人工腎（PU）、人工肌肉、輸液管、血袋、注射器、可溶縫合線、藥物釋放等。防腐工程：耐腐蝕性，防腐結(jié)構(gòu)材料。如水管閥門（PTFE）：230～260℃長期工作，適合溫度高腐蝕嚴重的產(chǎn)品。功能高分子：離子交換樹脂、高分子分離膜、高吸水性樹脂、光刻膠、感光樹脂、醫(yī)用高分子、液晶高分子、高導電高分子、電致發(fā)光高分子等。3.高分子材料的應用

4.高分子物理知識解決實際生產(chǎn)問題①分子量、分子量分布影響高分子材料性能：分子量大：材料強度大，但加工流動性變差，分子量要適中。分子量分布：a纖維，分布窄些，高分子量組分對強度性能不利。b橡膠：平均分子量大，加工困難，所以經(jīng)過塑煉，降低分子量，使分布變寬起增塑作用。②凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)影響高分子材料性能：結(jié)晶使材料強度↑，脆，韌性↓。另外球晶大小也影響性能，球晶不能過大?？杉映珊藙?，減小球晶尺寸；改變結(jié)晶溫度，多成核。③加工工藝影響高分子材料性能：粘度低，加工容易。聚碳酸酯，改變溫度，降低粘度。而聚乙烯：改變螺桿轉(zhuǎn)速，提高注射壓力和剪切力→降低粘度。

5.如何學好高分子物理？高分子物理內(nèi)容多、概念多、頭緒多、關(guān)系多、數(shù)學推導多。緊緊抓住高聚物結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系這一主線，將分子運動和熱轉(zhuǎn)變作為聯(lián)系結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的橋梁，把零散的知識融合成一體。課堂內(nèi)認真聽講，注意概念、方法，總結(jié)規(guī)律。我們要注重培養(yǎng)自學能力，在課堂上和課外能夠認真看書。獨立思考、親自動手推演例題和習題。以啟發(fā)式為主導的教學方法，廢除以往注入式的教學方法。[1]何曼君，陳維孝，董西俠，《高分子物理》，上海，復旦大學出版社，1990年。[2]馬德柱，何平笙等，《高聚物的結(jié)構(gòu)與性能》，北京，科學出版社，1995年。[3]B.Wunderlich,MacromolecularPhysics,