高分子材料概述

1基本概念 重点：高分子的定义、制备方法及结构特征

1）高分子

A. 定义：高分子(Polymer or Macromolecule)是指具有巨大分子量的物质。它是由许多小分子的单体(Monomer)以共价键连续结合而成的长链分子，分子量高达数千、数万或者数十万以上。B. 别称：聚合物 － Polymer；高聚物－High polymer； 大分子－Macromolecule；C. 对应：低聚物(<10000)－Oligomer，或齐聚物，寡聚物。

2）聚合反应－Polymerization （如何得到高分子）

小分子到聚合物的反应过程。原料小分子，monomer；重复单元（聚合物中化学组成相同的单位称为重复单元）；单体单元

3）聚合物聚合度与分子量

聚合度：大分子中的重复单元数或结构单元数，n；数均聚合度、重均聚合度 。分子量：数均分子量、重均分子量

4）聚合物结构类型

线型，Linear Polymer；支化型，Branched Polymer；交联型，Crosslinked Polymer；星型及树状，超支化，Star Polymer，Dendrimer，Hyperbranched polymer

2. 高分子材料：无处不在

材料特点：质轻；耐温范围宽：硅橡胶(－80℃)，聚苯并咪唑（600℃)， 碳纤维（4000℃）；性能优异，可调范围宽：高强度（Kevlar，比强度为钢的8倍）、高模量、高弹性（伸长率1000 ％）、透明性好、 抗腐蚀好、可以进行光、电、磁功能化设计； 种类多，满足不同的需求；易加工，节能、低成本。

3. 发展历程

天然高分子利用：天然油漆；1839年，天然橡胶硫化，美国人古德伊尔（Charlers Goodyear）；1869年，第一种人工塑料， 赛璐珞（ Celluloid，硝化纤维素），美国人海厄特（Jhon Wesley Hyatt）；1887年，第一种人造丝， 硝化纤维素，Count Hilaire de Chardonnet；合成高分子问世，1909年，第一种合成塑料， 酚醛树脂，美国人，贝克兰德（Leo Baekeland）；大分子概念提出，1920年，提出聚合反应生成高分子量化合物， 施陶丁格（Hermann Staudinger）；奠定基础，1930－40年代，聚合方法及理论发展，卡罗瑟斯（Carothers），美国人， 弗洛里（Paul Flory），美国人；大发展，1950年代，配位聚合（Coordination Polymerization)，齐格勒（Karl Ziegler）， 德国人，纳塔（Giulio Natta），意大利人；1960－70年代，高性能化，特种高分子合成， 高强度、高模量、耐高温等。Gennes, 高分子物理

功能、复合高分子材料

1980－90年代，功能高分子：导体和半导体高分子、 磁性高分子、光敏高分子、 光导高分子、生物医用高分子、液晶高分子、 高分子催化剂等等。高分子合金： 不同的高分子混合。复合高分子材料： 与玻璃纤维、碳纤维等复合，如玻璃钢等

4 高分子分类：

天然(Natural polymer): 纤维素(Cellulose)、淀粉(Starch)、天然橡胶(Natural rubber)，人造 (Artificial polymer): 硝化纤维素（塑料、电影胶片、炸药）、粘胶纤维等，合成 (Synthetic polymer) : 有机玻璃、涤纶、尼龙等。

从组成及功能:

有机高分子 (Organic Polymer):主链以碳氢为主，如聚乙烯、聚丙烯等。无机高分子 (Inorganic Polymer):主链由杂原子构成, 如SiO2等。复合高分子材料 (Polymer Composite):聚合物与无机材料复合，如玻璃钢，轮胎。生物高分子 (Biopolymer):具有生物功能, 如蛋白质(Protein)、核酸 (Nucleic acid)从用途: 塑料( (Plastics)，橡胶( (Rubber)，纤维(Fiber)，涂料 (Coating)，粘合剂 (Adhesive)，功能高分子，天然高分子通用（传统）高分子材料（结构高分子）：应用其机械力学性能作为结构材料使用。使用有塑料、纤维和橡胶三类，俗称三大合成高分子材料。

5.塑料简介

A塑料定义：是以合成（或天然）树脂为基础，再加入塑料助剂（如填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、交联剂及其它添加剂），在一定的温度和压力下，经过模塑而成型的产物。

B塑料分类：

1) 根据受热行为和反复成型加工性分类

热塑性塑料 (Thermoplastics)： 受热熔融，成型时无固化反应，冷却时硬化，再次受热又熔融。具有多次重复加工性。聚乙烯, Polyethylene： 产量大，结构简单； 聚丙烯, Polypropylene：轻的塑料； 聚氯乙烯，Polyvinyl chloride：全能的塑料，价格低廉； 聚甲基丙烯酸甲酯，Poly(methyl methacylate)：透明的塑料，不会碎的玻璃。热固性塑料:热固性塑料( Thermosetting plastics) : 受热熔化，成型的同时发生固化反应，形成高分子立体网络结构。再受热不熔融，也不在溶剂集中溶解，不能重复加工。环氧树脂 (Epoxy resins )：用作复合材料，粘合剂等。酚醛树脂 (Phenolic resins)：电器绝缘材料等。聚酯树脂 (Polyester resins )：玻璃钢等。

按使用范围和用途分类

通用塑料：产量大、用途广、价格低、性能一般，主要用于非结构材料。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等;General purpose plastics

工程塑料：Engineering plastics，具有较高的力学性能，能够经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件，并在此条件下长期使用，可作为结构材料。(又可分为通用工程塑料, 尼龙、聚甲醛、聚酯、聚碳酸酯等; 和特种工程塑料, 聚四氟乙烯、Kevlar等)

C 典型例子：低密度聚乙烯：Low-Density Polyethylene (LDPE)；Chain Length: 1000 - 2000特点：是一种塑料材料，它适合热塑性成型加工的各种成型工艺；应用：要用途是作薄膜产品，还用于注塑制品，医疗器具，药品和食品包装材料。高密度聚乙烯：High-Density Polyethylene (HDPE)；Chain Length: 10,000 – 100,000；主要特点：硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性较好；应用领域：挤出包装薄膜，绳索，编织袋，渔网，水管，挤出吹塑容器，中空制品，瓶子等。

6 高分子科学研究

建立了理论体系和实验方法；涉及多个领域；诺贝尔奖

7 发展前景：可持续发展（高分子材料再利用&天然高分子的利用）；发展新的高分子合成方法；功能、智能高分子；超分子高分子及纳米结构；软物质软物理

高分子材料再利用：聚合物的再利用（例如,聚烯烃－柴油，轮胎－沥青）；可降解聚合物的循环利用（例如，涤纶、有机玻璃降解为单体。）天然高分子的利用：利用天然高分子生产塑料（淀粉生成塑料；乳酸生产聚乳酸）； 纤维素、甲壳素的利用（功能化，可加工化）；天然高分子－生物质能源（气化、液化作为生物质油；利用玉米生成乙醇汽油燃料等。）