第四章高分子合成材料

第四章

高分子合成材料高分子材料的重要性與人類的生活密切相關(guān)：衣、食、住、行、用衣—棉、麻、絲、毛、皮革、尼龍、滌綸等食—蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素等住—竹、木、涂料、塑料管材等行—鞋、輪胎、車船內(nèi)飾等用—杯盆碗碟、薄膜、玩具、家電外殼、光盤、泡沫塑料

高分子材料的消耗率

高分子材料的重要性自然界的生命現(xiàn)象都與高分子有關(guān)：人體機(jī)體的20%是高分子物質(zhì)遺傳物質(zhì)DNA是高分子，是4種核苷酸單體的共聚物蛋白質(zhì)是20種氨基酸的共聚物高分子材料高分子是由低分子量分子通過共價(jià)鍵結(jié)合而形成的分子量很大的化合物，相對分子質(zhì)量通常在10000以上。這些低分子原料稱為單體，把單體連接起來形成高分子的過程叫聚合。

單體CH2=CH2CH2=CHR聚合物

CH2CH

CH2CHRR均聚物——由一種單體聚合而成的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。共聚物——由兩種以上單體共聚而成的聚合物，如氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物。三大高分子合成材料

1、合成樹脂及塑料

2、合成橡膠

3、合成纖維合成樹脂及塑料

合成樹脂是人工合成的某些性能與天然樹脂相似的高分子聚合物，是塑料的主要原料。

塑料制品是由樹脂粒子添加填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、顏料等輔助原料經(jīng)混合、成型所得到的產(chǎn)品?！裉烊粯渲怯勺匀唤缰袆?dòng)植物分泌物所得的無定形有機(jī)物質(zhì)，如松香、琥珀、蟲膠（紫膠蟲分泌物）等。

琥珀

松香

蟲膠

幾種常用的塑料聚乙烯（PE）單體：乙烯（CH2=CH2）性質(zhì)：熱塑性、絕緣性高，化學(xué)穩(wěn)定性好。用途：電纜、薄膜制品，日用品等。聚氯乙烯（PVC）單體：氯乙烯（CH2=CHCl）性質(zhì)：熱塑性、耐化學(xué)腐蝕性好。

用途：硬聚氯乙烯塑料，制化工設(shè)備材料；軟聚氯乙烯塑料，制電線絕緣材料、薄膜、雨衣、軟管等。幾種常用的塑料酚醛塑料（PF）單體：甲醛、苯酚性質(zhì)：熱固性、電絕緣性良好。用途：電器工業(yè)材料、日用品、機(jī)器零件及各種模壓制品等。幾種常用的塑料酚醛樹脂層壓板工程塑料指適于作工程機(jī)構(gòu)件和化工設(shè)備等工業(yè)用途的塑料，如聚酰胺（PA）、PC、聚甲醛（POM）、聚苯醚（PPO）、PBT/PET、ABS、特氟隆(Teflon)優(yōu)點(diǎn)：與通用塑料相比，工程塑料具有更優(yōu)異的機(jī)械性能、電性能、耐化學(xué)性、耐熱性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、耐候性等優(yōu)點(diǎn)，比金屬材料輕，成型時(shí)能耗小，當(dāng)今塑料工業(yè)發(fā)展中增長速度最快的材料。

缺點(diǎn)：產(chǎn)量相對小，成本較高。

工程塑料熱塑性塑料

以熱塑性樹脂為基本成分的塑料，一般具有鏈狀線形結(jié)構(gòu)，受熱軟化，可反復(fù)塑制成型，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。

熱固性塑料

以熱固性樹脂為基本成分的塑料，加工成形后變?yōu)椴蝗懿蝗蹱顟B(tài)。一般具有網(wǎng)狀的體形結(jié)構(gòu)，成型后受熱不再軟化，不可反復(fù)塑制，如酚醛塑料、氨基塑料等。合成橡膠

橡膠是具有高彈性的高分子化合物，由比較少量的交聯(lián)鍵連成網(wǎng)狀的柔性分子所組成。除高彈性外，橡膠還具有高電絕緣性、耐水性、不透氣性。某些橡膠還具有耐化學(xué)腐蝕、耐高溫、耐磨損等特殊性能。順丁橡膠（BR）單體：1,3-丁二烯性質(zhì)和用途：彈性好、耐磨、耐低溫、耐老化性能好。用作輪胎、耐熱膠管、膠鞋、三角皮帶等。幾種常用的合成橡膠丁苯橡膠（SBR）單體：1,3-丁二烯、苯乙烯性質(zhì)和用途：耐磨性好、抗老化性能好，彈性較差。用于制作輪胎和其他通用工業(yè)制品。幾種常用的合成橡膠丁腈橡膠（NBR）單體：1,3-丁二烯、丙烯腈性質(zhì)和用途：耐油性能好，耐磨、耐熱性好，有良好的物理機(jī)械性能，電絕緣性能差。主要用作耐油橡膠制品。幾種常用的合成橡膠合成纖維

合成纖維由單體小分子聚合而成。用作纖維的聚合物必須具有很高的拉伸強(qiáng)度，這要求聚合物分子為線形而不是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。常見的合成纖維有：聚酯纖維（滌綸）、聚酰胺纖維（尼龍）、聚丙烯腈纖維（腈綸）等。2010廣州亞運(yùn)會(huì)“行云流水”頒獎(jiǎng)禮儀服裝阿波羅號(hào)太空服一件水冷尼龍內(nèi)衣一件多層加壓服內(nèi)層：帶有織物排氣孔的輕質(zhì)尼龍中間層：氯丁橡膠涂層尼龍，可保持壓力外層：用于約束內(nèi)部加壓層的尼龍五層鋁化聚酯薄膜與四層滌綸織物交織以提供熱保護(hù)用于提供額外熱保護(hù)的兩層Kapton聚酰亞胺薄膜一層用于防止刮擦的涂有聚四氟乙烯的布（不可燃）一層白色的聚四氟乙烯布（不可燃）合成聚合物的原料單體加成聚合單體（具有不飽和化學(xué)結(jié)構(gòu)）縮合聚合單體（具有二個(gè)以上反應(yīng)性官能團(tuán)）引發(fā)劑和催化劑溶劑及其他助劑高分子材料典型生產(chǎn)工藝高壓法生產(chǎn)聚乙烯生產(chǎn)低密度聚乙烯（LDPE），相對分子質(zhì)量10-50萬。聚合條件：壓力為100-300MPa，溫度為200-300℃。制做薄膜、包裝袋等。

低壓法生產(chǎn)聚乙烯生產(chǎn)高密度聚乙烯（HDPE）。聚合條件：壓力為5MPa以下；溫度為60-80℃，鋁、鈦催化劑。制做管材、日用品等。功能高分子材料

功能高分子材料既具有一般高分子的特性，又具有特殊功能，如光學(xué)功能、吸附分離功能、化學(xué)功能、生物醫(yī)藥功能、電磁功能等。

種類功能特性應(yīng)用示例1.吸附分離功能高分子材料離子交換樹脂離子交換作用化工、制藥、水凈化高分子分離膜傳質(zhì)作用化工、制藥、海水淡化、冶金貯氫材料吸著作用化工、能源高吸水性材料吸著作用農(nóng)業(yè)、紙制品2.化學(xué)功能高分子材料高分子催化劑和固定化酶催化作用化工、食品加工、生物工程高分子試劑反應(yīng)性農(nóng)藥、醫(yī)用、環(huán)保

種類功能特性應(yīng)用示例3.電磁功能高分子材料導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電性防靜電材料、屏蔽材料、固體電解質(zhì)材料、面狀發(fā)熱體高分子半導(dǎo)體導(dǎo)電性電子技術(shù)和電子器件光導(dǎo)電材料光電效應(yīng)電子照相、光電池、傳感器壓電高分子力電效應(yīng)開關(guān)材料、儀器儀表測量材料、機(jī)器人觸感材料高分子磁性體導(dǎo)磁作用塑料磁石、磁性橡膠、微型電機(jī)磁性記錄材料磁性轉(zhuǎn)換磁帶、磁盤電致變色材料光電效應(yīng)顯示、記錄

種類功能特性應(yīng)用示例4.光功能高分子材料光致變色、顯示和光色、光電效應(yīng)自動(dòng)調(diào)光的太陽鏡和窗玻璃發(fā)光材料等、顯示、記錄液晶高分子偏光效應(yīng)顯示、連接器熒光高分子材料光化學(xué)作用情報(bào)處理、熒光染料光降解高分子材料光化學(xué)環(huán)境保護(hù)光盤基板材料光學(xué)原理高密度記錄和貯存信息5.生物醫(yī)用高分子材料人工器官材料仿人體功能與替人體臟器代修補(bǔ)作用藥物高分子藥理作用治療動(dòng)脈硬化、抗血栓降解性縫合材料化學(xué)降解非永久性外科材料離子交換樹脂

分子中含有活性基團(tuán)而能與其他物質(zhì)進(jìn)行離子交換的樹脂。其主要原料為苯乙烯和二乙烯基苯，大分子呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。具有交換、吸附、催化等功能。例如：強(qiáng)酸性陽離子型交換樹脂帶有-SO3H，用于去除Ca2+、Mg2+等制取軟化水。其他離子交換樹脂也可用于各種化學(xué)品的分離、提純、精制以及廢水處理等。離子交換樹脂高吸水性樹脂具有卓越的吸水性和保水性，能迅速吸收自重成百上千倍的水分。最早開發(fā)的SAP是淀粉-丙烯腈接枝共聚水解產(chǎn)物。按原料組成分：改性天然高分子（包括淀粉類和纖維素類）人工合成高分子（包括聚丙烯酸系、聚丙烯腈系、聚乙烯醇系、聚環(huán)氧乙烷系等）通常情況下，纖維素類高吸水性樹脂的吸水能力比淀粉類樹脂低，但是吸水速度更快。

高吸水性樹脂（SAP）高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)特征：分子中具有強(qiáng)親水性基團(tuán)，如羥基、羧基，能夠與水分子形成氫鍵；b.樹脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)；c.聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度；d.聚合物具有較高的分子量高吸水性樹脂的應(yīng)用：已廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生醫(yī)療、農(nóng)林園藝、改造沙漠、建筑、涂料以及石油化工等諸多領(lǐng)域。含有高吸水性樹脂，可吸收自重幾百倍的水，但仍保持干爽。高分子分離功能膜當(dāng)膜處在某兩相之間時(shí)，由于膜兩側(cè)存在的壓力差、濃度差以及電位差等，驅(qū)使液態(tài)或氣態(tài)的分子或離子等可從膜的一側(cè)滲透到另一側(cè)。在滲透過程中，由于分子或離子的大小、形狀、化學(xué)性質(zhì)、所荷電荷等不同，其滲透速率也不同，即膜對滲透物具有選擇性，因此可利用膜的這種滲透選擇性來分離不同的化合物，具有這種分離功能的高分子膜稱高分子分離功能膜。

高分子分離功能膜分類

按被分離物質(zhì)的不同：可分為氣體分離膜、液體分離膜、固體分離膜、離子分離膜和微生物分離膜等。按膜的孔徑或被分離物的體積大?。?00~5000nm，微濾膜，可用于清除溶液中的微生物以及其他懸浮微粒(0.1~10um)

，如除菌(飲用水處理等）、果汁澄清、分離血細(xì)胞等

2~100nm，超濾膜，常用于清除液體中的膠體級(jí)微粒以及大分子溶質(zhì)(2~100nm，分子量1000~1000,000)，如分離白蛋白、胃蛋白酶等

~10?，納濾膜，主要用來處理一些中等分子量溶質(zhì)(0.5~5nm,分子量100~1000)，可用于生活和生產(chǎn)用水的純化和軟化處理、藥物的純化與濃縮、活性多肽的回收與濃縮、溶劑回收、分離游離酸和糖等

~?，反滲透膜，可在分子水平上分離NaCl等，主要用于海水或苦咸水的脫鹽、高硬水的軟化、高純水的制備等

導(dǎo)電性功能高分子材料具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的高分子材料通常具有半導(dǎo)電性甚至導(dǎo)電性，例如聚炔類的聚乙炔、聚苯乙炔等。可以制得導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電涂料等。AlanJ.Heeger、AlanG.MacDiamid、

HidekiShirakawa(白川英樹，1971年制備聚乙炔薄膜)發(fā)現(xiàn)聚乙炔等共軛高分子具有導(dǎo)電性，獲2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。（1）電子元件（二極管、晶體管、場效應(yīng)晶體管等）（2）導(dǎo)電性應(yīng)用透明導(dǎo)體、聚合物電容器、反復(fù)充放電的二次電池的電極材料（3）電磁屏蔽與隱身（吸波材料）（4）抗靜電導(dǎo)電高分子的應(yīng)用

高分子液晶具有流體的流動(dòng)性，又不同于流體的各向同性特征，保留了晶體的有序排列（有序流體），呈現(xiàn)既有晶體性質(zhì)又有液體性質(zhì)的過渡中間狀態(tài)，這類高分子材料稱為高分子液晶。液晶示意圖

醫(yī)用高分子1）與生物組織不接觸的材料

如醫(yī)療器械、輸血用具、注射