高分子物理-前言

1高分子物理

PolymerPhysics2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］

《PrinciplesofPolymerChemistry》PaulJ.Flory3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、手機(jī)關(guān)閉或調(diào)振動、記好筆記考核及成績評定期末成績占70％，平時成績占30％。4人類的文明史=材料的發(fā)展史

5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6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7高分子,polymer(poly=many;mer=unit)由許多結(jié)構(gòu)相同的單元通過共價鍵重復(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。

8廚房生活中的高分子-食910客廳生活中的高分子-住電視、電腦、電話外殼、電源開關(guān)（PCABS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11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12生活中的高分子-行13PP（聚丙烯）

:保險桿、儀表殼、擋泥板、空調(diào)系統(tǒng)制件等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、保險杠、油箱內(nèi)飾件、坐墊等14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15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。

16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17航空航天波音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18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19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20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21電子領(lǐng)域材料電氣/電子應(yīng)用聚酰亞胺電動機(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222023/10/2023高分子材料的消耗率2324

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。20世紀(jì)的20項偉大發(fā)明之一：plastic25環(huán)境友好的高分子材料：生物降解化學(xué)降解光降解26思考題1、高分子材料為何具有獨特性能，如何劃分三大合成材料：Moleculeweightsofrubber（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？27緒論二.高分子的發(fā)展史HistoryofPolymers15世紀(jì)

美洲瑪雅人用天然橡膠做容器，雨具等生活用品1839年美國人古德伊爾(CharlesGoodyear)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)脆斷裂的不實用的性質(zhì)，變?yōu)楦挥袕椥?、可塑性的材?869年美國的海厄特(JohnWesleyHyatt,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)。281887年

CountHilairedeChardonnet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(LeoBaekeland)用苯酚與甲醛反應(yīng)制造出第一種完全人工合成的塑料--酚醛樹酯。1920年施陶丁格(HermannStaudinger)發(fā)表了“關(guān)于聚合反應(yīng)”(UberPolymerization)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。

291926年瑞典化學(xué)家斯維德貝格等人設(shè)計出一種超離心機(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WaldoSemon合成了聚氯乙烯并于1927年實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。1930年制備出聚苯乙烯。

1932年

施陶丁格(HermannStaudinger)總結(jié)了自己的大分子理論，出版了劃時代的巨著《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(WallaceH.Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼龍66，尼龍在1938年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

301936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年英國人溫費爾德(T.R.Whinfield,1901-1966)合成出聚酯纖維(PET)1940年

PeterDebye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

PaulFlory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(KarlZiegler)與意大利人納塔(GiulioNatta)分別用金屬絡(luò)合催化劑合成了聚乙烯與聚丙烯。311971年

S.LWolek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)展時期：通用塑料、工程塑料、合成纖維和橡膠。近年來高分子的發(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)?；禾烊桓叻肿由镝t(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…….3233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TheNobelPrizesandChinesePolymerScientists341953

HermannStaudinger(1881-1965)

施陶丁格(HermannStaudinger)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)獎的獲得者。1947年，他編輯出版了《高分子化學(xué)》(DiemakromolekulareChemie)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，走上了諾貝爾獎金的領(lǐng)獎臺.35ForhisdiscoveriesinthefieldofmacromolecularchemistryH.Staudinger(1881-1965)36

KarlZiegler(1903-1979)

GiulioNatta(1898-1973)

德國人齊格勒(KarlZiegler)與意大利人納塔(GiulioNatta)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)獎的崇高榮譽。

KarlZiegler(1903-1979)GiulioNatta(1898-1973)“Fortheirdiscoveriesinthefieldofthechemistryandtechnologyofhighpolymers"

37PaulJ.Flory(1910-1985)

美國高分子物理化學(xué)家弗洛里(PaulJ.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。Polymerthermodynamics,kinetics,molecularweightdistribution,solutiontheoryPaulJ.Flory(1910-1985)38Pierre-GillesdeGennes

法國科學(xué)家吉尼(Pierre-GillesdeGennes)

提出高分子鏈性質(zhì)的非平衡態(tài)統(tǒng)計理論和標(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。Pierre-GillesdeGennes“Fordiscoveringthatmethodsdevelopedforstudyingorderphenomenainsimplesystemscanbegeneralizedtomorecomplexformsofmatter,inparticulartoliquidcrystalsandpolymers"

39HidekiShirakawa

AlanJ.Heeger

AlanG.MacDiarmid

2000年10月10日，日本筑波大學(xué)白川英樹(HidekiShirakawa)，美國加利福尼亞大學(xué)的黑格(AlanJ.Hegger)和美國賓夕法尼亞大學(xué)的馬克迪爾米德(AlanG.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。

“Forthediscoveryanddevelopmentofconductivepolymers"

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40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)60~80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、PVC、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。41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，實現(xiàn)了品種基本齊全、成本初具競爭力的目標(biāo)。422023/10/2043我國從50年代才開始研究高分子：

王葆仁(1907.1.20～1986.9.12）：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