華東理工高分子課件cha

高分子材料概述高分子材料，又稱為聚合物材料，是一類由許多小分子單體通過化學鍵連接而成的長鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構的材料。它們在生活中無處不在，從我們穿的衣服到我們住的房子，都離不開高分子材料。高分子材料的重要性11.日常生活應用廣泛高分子材料應用于衣食住行各方面，例如合成纖維、塑料制品、橡膠制品等。22.工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺高分子材料在各個領域都發(fā)揮著重要作用，如汽車、航空、電子等行業(yè)。33.促進科技進步新型高分子材料的研發(fā)為各個領域帶來新的技術和產(chǎn)品，推動科技發(fā)展。44.改善生活質(zhì)量高分子材料的應用為人們的生活帶來便利和舒適，提高生活質(zhì)量。高分子材料的分類天然高分子材料主要包括生物來源的天然高分子，例如蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素和橡膠。這些材料具有可再生性，但性能相對較弱，應用范圍有限。合成高分子材料由人工合成的高分子，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚酯。它們具有性能優(yōu)異、耐用性強、應用范圍廣的特點，是現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分。半合成高分子材料以天然高分子為原料，經(jīng)過化學改性或加工得到的材料，如改性纖維素和人造橡膠。它們兼具天然高分子和合成高分子的優(yōu)點，具有特殊的性能。高分子材料的性能高分子材料擁有多種優(yōu)異的性能，使其廣泛應用于各行各業(yè)。高分子材料的性能主要包括機械性能、熱性能、光學性能、電性能、阻隔性能等。機械性能主要指材料的強度、硬度、韌性、彈性等，與高分子鏈的結(jié)構、分子量、交聯(lián)度等因素有關。熱性能主要指材料的熔點、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱穩(wěn)定性等，與高分子鏈的結(jié)構、分子間作用力等因素有關。光學性能主要指材料的光透過率、反射率、折射率等，與高分子鏈的結(jié)構、分子排列方式等因素有關。高分子材料的制備方法1聚合反應通過單體分子之間反應形成高分子鏈，例如聚乙烯的合成。2縮聚反應通過兩種或多種含有官能團的單體分子之間反應，生成高分子鏈并伴隨小分子生成，例如聚酯的合成。3開環(huán)聚合環(huán)狀單體打開環(huán)狀結(jié)構形成高分子鏈，例如環(huán)氧樹脂的合成。聚合反應的基本原理聚合反應是通過單體分子之間相互連接形成高分子鏈的過程聚合反應中，單體分子發(fā)生反應，形成長鏈狀的聚合物聚合反應涉及化學鍵的形成，單體分子間通過共價鍵連接自由基聚合反應引發(fā)引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)單體聚合反應。鏈增長自由基與單體反應生成新的自由基，不斷重復形成聚合物鏈。鏈終止兩個自由基相遇，通過偶合或歧化反應終止鏈增長。離子聚合反應定義離子聚合是一種由離子或極性中間體參與的聚合反應，包括陽離子聚合和陰離子聚合。機理離子聚合反應通常具有更高的活性，可以形成具有特定結(jié)構和功能的聚合物。聚合反應動力學聚合反應動力學研究反應速率和影響因素。影響因素描述單體濃度單體濃度越高，反應速率越快。引發(fā)劑濃度引發(fā)劑濃度越高，反應速率越快。溫度溫度升高，反應速率加快。聚合反應的影響因素單體結(jié)構單體的化學結(jié)構和官能團會影響聚合速率、聚合物鏈的結(jié)構和性能。引發(fā)劑引發(fā)劑的種類、濃度和反應溫度會影響引發(fā)速率、聚合速率和聚合物分子量。溶劑溶劑的極性和黏度會影響單體和引發(fā)劑的擴散速率，進而影響聚合速率。溫度溫度影響聚合速率、聚合物分子量和聚合物的結(jié)構。鏈增長聚合反應引發(fā)引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基，并與單體發(fā)生反應，生成活性中心。鏈增長活性中心與單體分子發(fā)生鏈式加成反應，鏈不斷增長。鏈終止兩個活性中心發(fā)生偶合或歧化反應，導致聚合反應終止。鏈末端活性中心自由基聚合自由基聚合中，活性中心是自由基。自由基在鏈增長過程中不斷傳遞，直到發(fā)生鏈終止反應。自由基的活性決定了聚合速度和聚合物的分子量。離子聚合離子聚合中，活性中心是碳正離子或碳負離子。離子聚合的活性中心通常比自由基更穩(wěn)定，可以進行更長的時間的鏈增長反應，生成高分子量的聚合物。連鎖傳遞反應11.單體添加活潑自由基與單體分子反應，生成新的自由基，繼續(xù)鏈增長。22.鏈轉(zhuǎn)移劑活潑自由基從聚合物鏈轉(zhuǎn)移到其他分子，形成新的自由基和穩(wěn)定的分子。33.鏈轉(zhuǎn)移到溶劑活潑自由基從聚合物鏈轉(zhuǎn)移到溶劑分子，形成新的自由基和穩(wěn)定的溶劑分子。44.鏈轉(zhuǎn)移到單體活潑自由基從聚合物鏈轉(zhuǎn)移到單體分子，形成新的自由基和穩(wěn)定的單體分子。連鎖停止反應自由基偶合兩個活性鏈自由基相互結(jié)合，形成穩(wěn)定的非活性聚合物分子。自由基歧化兩個活性鏈自由基相互反應，形成一個新的聚合物分子和一個穩(wěn)定的分子。聚合物的分子量分子量是高分子材料的重要指標，它反映了聚合物鏈的平均長度。分子量對高分子材料的性能有重大影響，例如熔點、強度、粘度等。分子量分布是指不同分子量的聚合物在樣品中的比例。聚合物的分子量分布聚合物鏈的長度并不完全相同。不同的聚合物鏈具有不同的長度，導致分子量分布。分子量分布是指不同分子量聚合物鏈在聚合物樣品中所占比例。1單分散所有聚合物鏈具有相同的分子量2多分散不同分子量的聚合物鏈共存3Mw/Mn多分散指數(shù)，衡量分子量分布的廣度聚合物的結(jié)構與性能聚合物的結(jié)構直接影響其性能。高分子鏈的長度、分支程度和交聯(lián)程度都對材料的物理和化學性質(zhì)有重要影響。線性高分子具有較好的柔韌性和可加工性；支鏈高分子則降低了材料的強度和剛度；交聯(lián)高分子則表現(xiàn)出更高的強度和耐熱性。線性高分子的性能柔韌性線性高分子鏈之間的相互作用力較弱，因此表現(xiàn)出良好的柔韌性。熔點線性高分子鏈之間的相互作用力較弱，因此熔點較低。溶解性線性高分子鏈之間的相互作用力較弱，因此溶解性較好。透明性線性高分子鏈排列整齊，因此具有良好的透明性。支鏈高分子的性能機械性能支鏈高分子比線性高分子具有更高的抗拉強度和韌性。由于支鏈的存在，分子鏈之間更容易相互纏繞，形成更強的網(wǎng)絡結(jié)構，提高材料的韌性和抗沖擊性能。熔融性能支鏈高分子比線性高分子具有更低的熔點和更高的熔體粘度。支鏈的存在會影響分子鏈的排列，降低分子間作用力，從而降低熔點。溶解性能支鏈高分子比線性高分子更易溶解。由于支鏈的存在，分子鏈之間的相互作用力減弱，更易于溶解在溶劑中。加工性能支鏈高分子比線性高分子具有更好的流動性和加工性能。由于支鏈的存在，分子鏈之間的相互作用力減弱，更容易流動和塑形。交聯(lián)高分子的性能強度和硬度交聯(lián)結(jié)構能增強高分子的強度和硬度。因為交聯(lián)網(wǎng)絡阻止了分子鏈的滑動，從而提高了材料的抗拉強度和硬度。熱穩(wěn)定性交聯(lián)高分子擁有更高的熱穩(wěn)定性。交聯(lián)結(jié)構限制了分子鏈的運動，從而提高了材料的耐熱性。溶解性交聯(lián)高分子具有較低的溶解性。由于交聯(lián)網(wǎng)絡阻止了溶劑滲透到高分子材料內(nèi)部，導致材料的溶解性降低?；瘜W穩(wěn)定性交聯(lián)高分子具有更高的化學穩(wěn)定性。交聯(lián)網(wǎng)絡減少了高分子鏈的自由端，從而提高了材料的抗化學腐蝕能力。高分子加工技術1成型注塑、擠出、吹塑、壓塑2混合塑料、橡膠、添加劑混合3粉碎廢舊塑料破碎，回收利用4干燥去除塑料中的水分，提高產(chǎn)品質(zhì)量高分子加工技術是指將高分子材料通過物理和化學方法加工成具有特定形狀和性能的產(chǎn)品的工藝。常見加工技術包括：成型、混合、粉碎、干燥等。不同的加工技術適用于不同的高分子材料，并根據(jù)實際情況選擇合適的加工工藝。高分子材料的應用塑料塑料廣泛應用于各種產(chǎn)品，包括瓶子、包裝、家具和電子產(chǎn)品。它們輕便、耐用且成本低廉，使其成為多種應用的理想選擇。纖維纖維用于制造服裝、地毯、繩索和其他織物。它們可以從天然或合成來源制成，并具有多種特性，例如強度、柔軟度和耐用性。橡膠橡膠具有彈性和防水性，使其成為輪胎、密封件、膠管和絕緣體的理想材料。復合材料復合材料通過結(jié)合兩種或多種材料來制造，以獲得優(yōu)異的性能。它們輕巧、堅固，并且具有多種特性，使其適用于飛機、汽車和建筑等應用。熱塑性塑料可重復加熱加熱至熔融狀態(tài)，冷卻后可再次固化?？伤苄詮娍煞磸图庸こ筛鞣N形狀?？苫厥绽每苫厥赵偌庸こ尚碌乃芰现破贰V泛應用在包裝、建筑、汽車等領域廣泛應用。熱固性塑料1不可逆性熱固性塑料在高溫下固化成型后，無法再次熔融，因此無法重復加工。2交聯(lián)結(jié)構熱固性塑料在固化過程中形成三維網(wǎng)狀結(jié)構，具有較高的強度和耐熱性。3應用領域廣泛用于汽車、航空航天、電子等領域，例如：環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。橡膠11.高彈性橡膠具有很高的彈性，在受到外力作用后可以恢復到原來的形狀。22.不透水性橡膠可以阻止水分子通過，這使其成為防水材料的理想選擇。33.耐磨性橡膠具有較高的耐磨性，可以抵抗摩擦和磨損。44.抗化學腐蝕橡膠對許多化學物質(zhì)具有抵抗力，使其能夠在各種環(huán)境中使用。纖維天然纖維天然纖維主要來自植物和動物，如棉花、羊毛、絲綢等。天然纖維具有柔軟舒適、透氣吸濕等優(yōu)點。合成纖維合成纖維是指由人工合成的聚合物制成的纖維。合成纖維具有耐用、耐洗、耐磨等優(yōu)點，如滌綸、尼龍、丙綸等。纖維的結(jié)構纖維的結(jié)構影響其性能，包括強度、彈性、吸濕性等。例如，棉纖維具有較高的吸濕性，而滌綸纖維則具有較好的耐用性。復合材料定義復合材料由兩種或多種材料組成，其中一種是基體，而另一種是增強材料。增強材料增強基體的強度、剛度或其他性能。優(yōu)勢復合材料具有高強度、高剛度、輕質(zhì)和耐腐蝕等優(yōu)點。它們還具有良好的耐熱性和抗沖擊性，使其成為多種應用的理想選擇。生物高分子核酸核酸是生物體遺傳信息的載體，由核苷酸組成，包括脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是生物體重要的組成部分，由氨基酸組成，具有多種功能，例如催化、運輸和結(jié)構支撐。碳水化合物碳水化合物是生物體能量的主要來源，由單糖、二糖和多糖組成，例如淀粉和纖維素。脂類脂類包括脂肪、磷脂和類固醇，在生物體中發(fā)揮多種作用，例如儲存能量和構成細胞膜。高分子的回收與再利用塑料回收塑料回收利用率較高，可制成再生塑料。紙張回收紙張回收可制成再生紙。橡膠回收橡膠回收可用于生產(chǎn)橡膠制品。高分子材料的發(fā)展趨勢1