第十章高分子化合物 高分子化合物

第十章高分子化合物 内容提要： 10.1 高分子化合物的概述 10.2 合成高分子材料 10.3 新型高分子材料 10.4 复合材料

第十章高分子化合物 学习要求： 1.了解有关高分子的一些基本概念及特性 2.对一些合成高分子和功能高分子有初步了解。

10.1 高分子化合物的概述 第十章高分子化合物 高分子化合物也称聚合物或高聚物。 高分子化学：研究链状大分子的合成、大分子的 链结构和聚集态结构，以及大分子聚合物做为高分子 材料的成型及应用。 在20世纪，高分子材料已是人类社会文明的标志之一。 10.1 高分子化合物的概述 10.1.1 高分子化合物的基本概念 高分子化合物的相对分子量很大，但化学组成并不复杂。 聚氯乙烯的结构式 ：

第十章高分子化合物 链节： 聚合度 单体 聚合度和高分子的相对分子质量有如下关系： Mr=n×m

第十章高分子化合物 表10-1 某些有机高分子的链节与单体 名称 符号 单体 商品名 聚乙烯 PE 腈纶 乙纶 丙纶 聚丙烯 聚丙烯睛 表10-1 某些有机高分子的链节与单体 名称 符号 单体 商品名 聚乙烯 PE   腈纶 乙纶 丙纶   聚丙烯 聚丙烯睛 聚氯乙烯 聚四氟乙烯 PP PAN PVC 氯纶 氟纶 PTFE

10.1.2 高分子化合物的命名 第十章高分子化合物 高分子化合物的命名有系统命名法和通俗命名法。 天然高分子化合物 ： 10.1.2 高分子化合物的命名 高分子化合物的命名有系统命名法和通俗命名法。 天然高分子化合物 ： 纤维素、淀粉、蛋白质等。 合成高分子化合物常按合成方法、所用原料或高聚物 的用途来命名。 聚苯乙烯、聚己二酰己二胺、聚对苯二甲酸已二酯；也有在两种原料缩写的名称后加“树脂”来命名的。如苯酚和甲醛合成的聚合物称酚醛树脂。 有些高分子化合物常使用习惯名称或商品名称及简写代号。 例如聚甲基丙烯酸甲酯，商品名称为有机玻璃，简写代号： PMMA 。

10.1.3 高分子化合物的结构和特性 第十章高分子化合物 高分子化合物根据分子的几何形状，分为线型长链状不带支 10.1.3 高分子化合物的结构和特性 高分子化合物根据分子的几何形状，分为线型长链状不带支 链的、带支链的和体型网状的。 无规线图 直线图 螺旋形 片状 (a) 线型链状不带支链 (b) 线型链状带支链 (c) 体型网壮

特性： 第十章高分子化合物 1. 线型分子属于热塑性，加热可以塑化变型，冷却可以 凝固，并能反复进行，有利于成型加工。 2. 体型高分子属于热固性。一旦加工成型后，不能通过加热重新回到原来的状态。 3. 高分子材料相对密度小，但强度高，有的工程塑料的 强度超过钢铁和其他金属材料。 泡沫塑料的相对密度只有0.01，比水轻100倍，是非常好的救生材料。 玻璃钢的强度比合金钢大1.7倍，比铝大1.5倍，比钛钢大1倍。 取代金属材料的位置，全塑汽车的问世。

10.1.4 高分子化合物的分类 10.2 合成高分子材料 第十章高分子化合物 3. 高分子具有耐酸、耐腐蚀等特性 著名的“塑料王”聚四氟乙烯，在王水中煮也不会变质，其 耐酸程度远超过金。 4.高分子具有绝缘性，电线的包皮、电插座等都是用 塑料制成。 10.1.4 高分子化合物的分类 来源分，可分为天然高分子化合物、合成高分子化合物和 天然改性高分子化合物。 10.2 合成高分子材料

1907年世界上第一个合成高分子材料—酚醛塑料— 诞生，30～40年代又合成了许多高分子材料，包括塑料、 第十章高分子化合物 1907年世界上第一个合成高分子材料—酚醛塑料— 诞生，30～40年代又合成了许多高分子材料，包括塑料、 合成纤维和合成橡胶，此后合成高分子工业发展迅速。 10-2 世界合成高分子材料的消费量（单位：百万吨）   1950 1960 1970 1978 1986 1988 塑料 合成纤维 合成橡胶总量 1.0 1.5 3.5 6.0 3.0 10.5 25.0 5.0 35.0 42.0 12.0 4.0 58.0 58.5 11.4 5.4 75.3 73.0 15.3 10.1 98.4

10.2.1 塑料 第十章高分子化合物 塑料是指在加热、加压下可塑制成型、而在通常 条件下能保持固定形状的合成高分子材料。 10.2.1 塑料 塑料是指在加热、加压下可塑制成型、而在通常 条件下能保持固定形状的合成高分子材料。 热塑性塑料在加热到一定程度后变软或成为粘流态，可塑造 成型，冷却后定型。再加热后又可变软，可再成形，反复若干次 性能基本不变。如聚乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂。 热固性塑料是指成型时需加入引发剂、固化剂等，固化成型后再次加热不能再熔融成型的塑料。如环氧树脂、聚氨脂等。 塑料按性能和用途来分类，可分为通用塑料、工程塑料、特种 塑料和增强塑料。

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10.2.2 合成纤维 第十章高分子化合物 人造纤维是以天然高分子纤维素或蛋白质为原料，经过化学 10.2.2 合成纤维 人造纤维是以天然高分子纤维素或蛋白质为原料，经过化学 改性而制成的，如粘胶纤维（人造棉）、醋酸纤维（人造丝）、 再生蛋白质纤维等。 合成纤维是由合成高分子为原料，通过拉丝工艺获得的纤维。 合成纤维的品种很多，最重要的品种是聚酯（涤纶）、聚酰胺 （尼龙、锦纶）、聚丙烯腈（腈纶），它们占世界合成纤维总产 量的90％以上。

第十章高分子化合物 合成纤维一般都具有强度高、弹性大、耐磨、耐化学腐蚀、 耐光、耐热等特点。广泛用作衣料等生活用品。     表10-3 一些合成纤维的性能 名称 化学组成 相对密度 耐晒性 耐酸性 耐碱性 耐蛀性 耐霉性 涤纶 尼龙 腈纶 维纶 氯纶 丙纶 聚对苯二甲酸二乙酯 聚酰胺 聚丙烯腈 聚乙烯醇 聚氯乙烯 聚丙烯 1.38 1.14 1.14～1.17 1.26～1.3 1.39 0.91 优 差 良

10.2.3 合成橡胶 第十章高分子化合物 橡胶分天然橡胶和合成橡胶 表10-4 一些合成橡胶的结构、性能和用途 名称 结构 性能 用途 10.2.3 合成橡胶 橡胶分天然橡胶和合成橡胶 表10-4 一些合成橡胶的结构、性能和用途 名称 结构 性能 用途 丁苯橡胶   耐油、耐磨、电绝缘性比天然橡胶好，但弹性、抗拉强度和粘着力不如天然橡胶 制造轮胎、传输带、密封配件、电绝缘材料、胶管等 氯丁橡胶 耐油、耐气候、耐臭氧的性能好，机械性能与天然橡胶相似，但弹性、耐寒性较差 制造耐油制品，海底电缆，胶管等 丁腈橡胶 耐油、耐磨、耐热、耐酸、耐碱，气密性好。但弹性、耐寒性、电绝缘性较差 制造特殊耐油制品、汽车轮胎，工业垫圈、运输带及耐热橡胶制品 硅橡胶 优良的电绝缘性和很高的耐热性、耐寒性和耐氧化性。但机械强度低，耐油性差 制造电绝缘材料及衬垫密封、耐高温、低温和耐臭氧制品 氟橡胶 分子结构中含有氟原子的橡胶的总称 具有高度的热稳定性和化学稳定性，使用范围宽，耐高真空，但耐寒性差，加工性能不好 制造飞机零件，高真空设备及宇宙飞行器中最重要的橡胶部件等  

10.3 新型高分子材料 第十章高分子化合物 功能高分子 ：在合成高分子的主链或支链上接上 带有显示某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功 10.3 新型高分子材料 功能高分子 ：在合成高分子的主链或支链上接上 带有显示某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功 能，满足光、电、磁、化学、生物、医学等方面的功 能要求。 链接 10.3.1 导电高分子 聚吡咯、聚噻吩、聚噻唑、聚苯硫醚等都具有导电性 导电塑料做成的塑料电池已进入市场。塑料电池具有体积小， 工作寿命长的特点。据报道美国以把导电聚合物用到隐形飞机上。

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第十章高分子化合物 10.3.2 医用高分子 某些合成高分子与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的 10.3.2 医用高分子 某些合成高分子与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的 化学结构和物理性能，因此用高分子材料做成的人工器官具有很好 的生物相容性，不会因与人体接触而产生排斥和其他作用。   表10-5 医用高分子材料及用途 人造器官 医用高分子材料 人造心脏 人造血管 人造肾 人造鼻 人造肺 人造骨 人造肌肉 人造皮肤 硅橡胶、聚氨酯橡胶 聚氨酯橡胶、聚对苯二甲酸乙二酯 有机硅橡胶、聚乙烯 醋酸纤维素、聚酯纤维 聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯 聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树脂 硅橡胶和涤纶织物 硅橡胶、聚多肽

10.4 复合材料 第十章高分子化合物 10.3.3 可降解高分子 10.3.4 高吸水性高分子 10.3.3 可降解高分子 生物降解塑料、化学降解塑料和光照降解塑料，这类可降解 高分子将在解决环境污染方面起到重要的作用。 10.3.4 高吸水性高分子 高吸水性高分子是一种很好的保鲜包装材料，也适宜做人造皮肤的材料，也可防止土地沙漠 10.4 复合材料 采用适当的工艺方法，把两种或两种以上物化性能不同 的材料复合起来，形成一种多相固体材料，其性能比组成它的各组分材料的性能更好。这样的多相固体材料称为复合材料。

第十章高分子化合物 10.4.1 复合材料的分类 复合材料的重要特点：，就是其性能要比其组分材料的性能 好。这种性能变得更好的效应称为复合效应。 10.4.1 复合材料的分类 两类原材料构成—基体和分散材料 按增强材料的形状分类：颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料 和纤维增强复合材料。 基体分类：树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。 10.4.1.1 纤维增强树脂基复合材料 玻璃纤维增强塑料 玻璃纤维增强塑料是以塑料作为基体材料， 而以玻璃纤维作为增强材料的复合材料。

第十章高分子化合物 2. 碳纤维增强塑料 将玻璃纤维用合成树脂浸渍后，以层压或缠绕的方法成型。 以这样的方法制作得到的复合材料又称为玻璃钢。 材料的强度大大提高，可达到某些合金钢的水平，而密度却 只有钢铁的1／5左右，即材料的比强度很高。仍具有的较好的耐 化学腐蚀性、电绝缘性和易加工性能。 玻璃钢的缺点是它的刚性不如钢铁，即受力后易发生形变。 再者，玻璃钢耐高温性能较差，当温度超过40℃时，强度不 易保持。 2. 碳纤维增强塑料 碳纤维的特点是耐高温、质轻且硬、强度高。

第十章高分子化合物 10.4.1.2 纤维增强陶瓷基复合材料 新一代的运动器材如羽毛球拍、网球拍、高尔夫球杆、 滑雪杖、滑雪板、撑杆、弓箭等都采用碳纤维增强塑料来做， 为运动员创造世界记录做出了贡献。 10.4.1.2 纤维增强陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料为改变陶瓷的脆性，将石墨或聚合物纤维包埋 在陶瓷中，制成的复合材料有一定的韧性，不易碎裂，且还可 在极高的温度下使用。 汽车、火箭发动机的新型结构材料

第十章高分子化合物 齐格勒为德国化学家。 对自由基化学反应、金属有机 化学等都有深入的研究。 1953年.通过一系列筛选试验发现， 由四氯化钛和三乙基铝组成的催 化剂可以使乙烯在低压下的聚合 物完全是线型的，并且易结晶、 密度高、硬度大，称高密度聚乙烯 （低压聚乙烯）。低压聚乙烯和 高聚乙烯相比，具有生产成本低、 设备投资少、工艺简单等优点。

第十章高分子化合物 意大利科学家纳塔经过改进 将此催化剂用在丙烯聚合反应中， 制得了结晶形聚丙烯。 由于齐格勒和纳塔发明了乙烯、 丙烯聚合的新催化剂，奠定了定向 聚合的理论基础，改进了高压聚合 工艺，使聚乙烯、聚丙烯等工业得 到巨大的发展，为此他们两人于1963 年共同获得诺贝尔化学奖。 齐格勒在从事科学研究的同时， 也特别重视对科技人才的培养。 他对助手的要求极为严格，制定了一 些特殊“诫规”，如要求他的助手必须 把某重要书籍从第一页背到最后一页。

第十章高分子化合物 他自己也是以身作则，有些危险而重要的实验，常是自己亲 自动手，昼夜不离开实验室，而且暂时不让别人进入实验室， 以防发生事故。 为纪念这二位科学家的业绩，在德国的普朗克煤炭研究院有 一座塑有齐格勒、纳塔的两人铜牌头像。