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(xué)鍵連接而成的長鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的材料。它們?cè)谏钪袩o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(yīng)用廣泛高分子材料應(yīng)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(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，如汽車、航空、電子等行業(yè)。33.促進(jìn)科技進(jìn)步新型高分子材料的研發(fā)為各個(gè)領(lǐng)域帶來新的技術(shù)和產(chǎn)品，推動(dòng)科技發(fā)展。44.改善生活質(zhì)量高分子材料的應(yīng)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(duì)較弱，應(yīng)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(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，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(xué)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(diǎn)，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(yīng)用于各行各業(yè)。高分子材料的性能主要包括機(jī)械性能、熱性能、光學(xué)性能、電性能、阻隔性能等。機(jī)械性能主要指材料的強(qiáng)度、硬度、韌性、彈性等，與高分子鏈的結(jié)構(gòu)、分子量、交聯(lián)度等因素有關(guān)。熱性能主要指材料的熔點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱穩(wěn)定性等，與高分子鏈的結(jié)構(gòu)、分子間作用力等因素有關(guān)。光學(xué)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(gòu)、分子排列方式等因素有關(guān)。高分子材料的制備方法1聚合反應(yīng)通過單體分子之間反應(yīng)形成高分子鏈，例如聚乙烯的合成。2縮聚反應(yīng)通過兩種或多種含有官能團(tuán)的單體分子之間反應(yīng)，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(gòu)形成高分子鏈，例如環(huán)氧樹脂的合成。聚合反應(yīng)的基本原理聚合反應(yīng)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(yīng)中，單體分子發(fā)生反應(yīng)，形成長鏈狀的聚合物聚合反應(yīng)涉及化學(xué)鍵的形成，單體分子間通過共價(jià)鍵連接自由基聚合反應(yīng)引發(fā)引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)單體聚合反應(yīng)。鏈增長自由基與單體反應(yīng)生成新的自由基，不斷重復(fù)形成聚合物鏈。鏈終止兩個(gè)自由基相遇，通過偶合或歧化反應(yīng)終止鏈增長。離子聚合反應(yīng)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(yīng)，包括陽離子聚合和陰離子聚合。機(jī)理離子聚合反應(yīng)通常具有更高的活性，可以形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的聚合物。聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究反應(yīng)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(yīng)速率越快。引發(fā)劑濃度引發(fā)劑濃度越高，反應(yīng)速率越快。溫度溫度升高，反應(yīng)速率加快。聚合反應(yīng)的影響因素單體結(jié)構(gòu)單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)會(huì)影響聚合速率、聚合物鏈的結(jié)構(gòu)和性能。引發(fā)劑引發(fā)劑的種類、濃度和反應(yīng)溫度會(huì)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(huì)影響單體和引發(fā)劑的擴(kuò)散速率，進(jìn)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(gòu)。鏈增長聚合反應(yīng)引發(fā)引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基，并與單體發(fā)生反應(yīng)，生成活性中心。鏈增長活性中心與單體分子發(fā)生鏈?zhǔn)郊映煞磻?yīng)，鏈不斷增長。鏈終止兩個(gè)活性中心發(fā)生偶合或歧化反應(yīng)，導(dǎo)致聚合反應(yīng)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(yīng)。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(fù)離子。離子聚合的活性中心通常比自由基更穩(wěn)定，可以進(jìn)行更長的時(shí)間的鏈增長反應(yīng)，生成高分子量的聚合物。連鎖傳遞反應(yīng)11.單體添加活潑自由基與單體分子反應(yīng)，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(yīng)自由基偶合兩個(gè)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(gè)活性鏈自由基相互反應(yīng)，形成一個(gè)新的聚合物分子和一個(gè)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(biāo)，它反映了聚合物鏈的平均長度。分子量對(duì)高分子材料的性能有重大影響，例如熔點(diǎn)、強(qiáng)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(dǎo)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(gòu)與性能聚合物的結(jié)構(gòu)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(duì)材料的物理和化學(xué)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(qiáng)度和剛度；交聯(lián)高分子則表現(xiàn)出更高的強(qiáng)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(diǎn)線性高分子鏈之間的相互作用力較弱，因此熔點(diǎn)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(jī)械性能支鏈高分子比線性高分子具有更高的抗拉強(qiáng)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(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(diǎn)和更高的熔體粘度。支鏈的存在會(huì)影響分子鏈的排列，降低分子間作用力，從而降低熔點(diǎn)。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(dòng)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(dòng)和塑形。交聯(lián)高分子的性能強(qiáng)度和硬度交聯(lián)結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)高分子的強(qiáng)度和硬度。因?yàn)榻宦?lián)網(wǎng)絡(luò)阻止了分子鏈的滑動(dòng)，從而提高了材料的抗拉強(qiáng)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(gòu)限制了分子鏈的運(yùn)動(dòng)，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(luò)阻止了溶劑滲透到高分子材料內(nèi)部，導(dǎo)致材料的溶解性降低?；瘜W(xué)穩(wěn)定性交聯(lián)高分子具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性。交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)減少了高分子鏈的自由端，從而提高了材料的抗化學(xué)腐蝕能力。高分子加工技術(shù)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(shù)是指將高分子材料通過物理和化學(xué)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(shù)包括：成型、混合、粉碎、干燥等。不同的加工技術(shù)適用于不同的高分子材料，并根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的加工工藝。高分子材料的應(yīng)用塑料塑料廣泛應(yīng)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(yīng)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(qiáng)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(fù)合材料復(fù)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(jiān)固，并且具有多種特性，使其適用于飛機(jī)、汽車和建筑等應(yīng)用。熱塑性塑料可重復(fù)加熱加熱至熔融狀態(tài)，冷卻后可再次固化。可塑性強(qiáng)可反復(fù)加工成各種形狀。可回收利用可回收再加工成新的塑料制品。廣泛應(yīng)用在包裝、建筑、汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)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(fù)加工。2交聯(lián)結(jié)構(gòu)熱固性塑料在固化過程中形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有較高的強(qiáng)度和耐熱性。3應(yīng)用領(lǐng)域廣泛用于汽車、航空航天、電子等領(lǐng)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(fù)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(xué)腐蝕橡膠對(duì)許多化學(xué)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(dòng)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(diǎn)。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(diǎn)，如滌綸、尼龍、丙綸等。纖維的結(jié)構(gòu)纖維的結(jié)構(gòu)影響其性能，包括強(qiáng)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(fù)合材料定義復(fù)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(qiáng)材料。增強(qiáng)材料增強(qiáng)基體的強(qiáng)度、剛度或其他性能。優(yōu)勢復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高剛度、輕質(zhì)和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。它們還具有良好的耐熱性和抗沖擊性，使其成為多種應(yīng)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(yùn)輸和結(jié)構(gòu)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(chǔ)存能量和構(gòu)成細(xì)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