《高分子近代史》課件

高分子近代史高分子材料，如塑料、橡膠和纖維，已成為現(xiàn)代生活中不可或缺的一部分。從20世紀初的早期研究到今天的先進應(yīng)用，高分子科學(xué)經(jīng)歷了巨大的進步。作者：高分子簡介高分子定義高分子是由許多小分子（單體）通過化學(xué)鍵連接而成的巨型分子。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在現(xiàn)代材料科學(xué)和技術(shù)中發(fā)揮著重要作用。高分子鏈高分子鏈是指由大量重復(fù)單元（單體）組成的長鏈結(jié)構(gòu)。高分子鏈可以是直鏈、支鏈或交聯(lián)鏈，其結(jié)構(gòu)決定了高分子的性質(zhì)。高分子種類高分子種類繁多，包括天然高分子（如蛋白質(zhì)、淀粉）和合成高分子（如塑料、橡膠）。它們具有不同的性能，滿足了人類社會多方面的需求。高分子的定義和性質(zhì)定義高分子是由許多重復(fù)單元組成的長鏈狀分子。這些重復(fù)單元通過共價鍵連接在一起，形成長鏈。高分子通常由單體通過聚合反應(yīng)形成。聚合反應(yīng)是指許多單體分子相互連接形成高分子的過程。性質(zhì)高分子具有許多獨特的性質(zhì)，例如高強度、高韌性、高彈性、高耐熱性、高絕緣性等。這些性質(zhì)使得高分子材料在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，例如塑料、橡膠、纖維、涂料、粘合劑等。高分子的分類聚合度根據(jù)高分子鏈中重復(fù)單元的數(shù)量進行分類來源根據(jù)來源可以分為天然高分子和合成高分子結(jié)構(gòu)根據(jù)高分子鏈的結(jié)構(gòu)，可以分為線性高分子、支鏈高分子和體型高分子性能根據(jù)高分子材料的性能，可以分為熱塑性塑料、熱固性塑料、彈性體、纖維和樹脂等天然高分子的發(fā)現(xiàn)1天然高分子的發(fā)現(xiàn)最早被人類認識和利用的聚合物是天然高分子。天然高分子是指存在于自然界中的生物高分子，比如蛋白質(zhì)、核酸、纖維素、淀粉等。2天然高分子與人類生活天然高分子在人類生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。例如，蛋白質(zhì)是生命活動的基礎(chǔ)，核酸是遺傳信息的載體，纖維素是植物細胞壁的主要成分，淀粉是重要的食物來源。3天然高分子研究的意義對天然高分子的研究可以幫助我們理解生命現(xiàn)象，并開發(fā)出新的功能性材料，從而更好地服務(wù)于人類社會。合成高分子的誕生119世紀末科學(xué)家開始嘗試合成高分子21907年美國化學(xué)家LeoBaekeland成功合成酚醛樹脂31920年代合成橡膠開始出現(xiàn)41930年代聚乙烯、聚氯乙烯等合成材料被發(fā)明合成高分子誕生標志著人類對材料的掌控力得到了巨大的提升。這些合成材料擁有天然材料所不具備的特性，使得工業(yè)生產(chǎn)和日常生活發(fā)生了翻天覆地的變化。聚乙烯的發(fā)明11.1933年英國化學(xué)家埃里克·法斯曼和雷吉納德·吉布森在研究高壓下乙烯的反應(yīng)時，意外地發(fā)現(xiàn)了聚乙烯。22.1939年德國的IGFarben公司利用高壓法成功地生產(chǎn)出聚乙烯，開創(chuàng)了聚乙烯工業(yè)化生產(chǎn)的先河。33.1953年英國的ICI公司開發(fā)出低壓法生產(chǎn)聚乙烯，大大降低了生產(chǎn)成本，使得聚乙烯的應(yīng)用范圍更加廣泛。44.如今聚乙烯已成為全球產(chǎn)量最大的合成高分子材料之一，廣泛應(yīng)用于包裝、建筑、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。尼龍的發(fā)明開創(chuàng)合成纖維時代尼龍，是世界上第一種合成纖維，具有強度高、耐磨、彈性好、易于染色等優(yōu)點。美國杜邦公司卡羅瑟斯帶領(lǐng)團隊研究合成纖維，1935年成功研制出尼龍，并于1938年正式上市。應(yīng)用廣泛尼龍廣泛應(yīng)用于服裝、地毯、繩索、輪胎、汽車零件等領(lǐng)域，改變了人們的生活方式。聚苯乙烯的發(fā)明發(fā)現(xiàn)1930年，德國化學(xué)家伊格納修斯·施特勞斯首次合成出聚苯乙烯。他在研究聚合反應(yīng)的過程中，意外發(fā)現(xiàn)了一種新的聚合物材料，并將其命名為聚苯乙烯。特性聚苯乙烯具有優(yōu)異的透明度、絕緣性、耐化學(xué)性和低成本等特點。它可以被制成各種形狀和尺寸，并廣泛用于包裝、建筑、電子等行業(yè)。聚氯乙烯的發(fā)明19世紀30年代德國化學(xué)家亨利·維克托·雷格納特首次合成出聚氯乙烯。1930年代聚氯乙烯作為一種熱塑性塑料開始商業(yè)化生產(chǎn)。二戰(zhàn)時期聚氯乙烯的生產(chǎn)得到快速發(fā)展，用于制造各種產(chǎn)品。戰(zhàn)后聚氯乙烯的應(yīng)用范圍不斷擴大，成為世界上產(chǎn)量最大的塑料之一。熱塑性塑料的發(fā)展早期發(fā)展19世紀末，第一批熱塑性塑料問世，如賽璐珞和酚醛樹脂，為塑料行業(yè)奠定了基礎(chǔ)。聚乙烯的出現(xiàn)20世紀30年代，聚乙烯的出現(xiàn)，其良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性和耐熱性為其在包裝、管道等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。聚氯乙烯的崛起20世紀40年代，聚氯乙烯的崛起，其價格低廉、性能優(yōu)良，在建筑材料、地板、管材等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。多元化發(fā)展20世紀50年代以后，聚丙烯、聚苯乙烯等新型熱塑性塑料不斷涌現(xiàn)，為塑料行業(yè)帶來了蓬勃發(fā)展。現(xiàn)代熱塑性塑料現(xiàn)代熱塑性塑料涵蓋了各種材料，從耐高溫的工程塑料到生物可降解塑料，為滿足各種應(yīng)用需求提供了廣泛的選擇。熱固性塑料的發(fā)展熱固性塑料是指在成型過程中發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的塑料。這些材料一旦固化，就不會再熔融，也無法重新成型。1酚醛樹脂最早的熱固性塑料，由德國化學(xué)家李奧·貝克蘭發(fā)明。2環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的粘接強度、耐腐蝕性以及絕緣性能。3聚酯樹脂廣泛應(yīng)用于玻璃鋼、涂料、粘合劑等領(lǐng)域。4聚氨酯樹脂具有良好的彈性、耐磨性和耐油性，廣泛應(yīng)用于泡沫塑料、涂料、粘合劑等領(lǐng)域。橡膠的發(fā)展歷程1天然橡膠的發(fā)現(xiàn)公元前1600年，瑪雅人開始使用天然橡膠。2橡膠的早期應(yīng)用1839年，查爾斯·古德伊爾發(fā)明了硫化橡膠。3合成橡膠的誕生1910年，德國科學(xué)家首次合成橡膠。4現(xiàn)代橡膠工業(yè)橡膠工業(yè)在第二次世界大戰(zhàn)后快速發(fā)展。從天然橡膠的發(fā)現(xiàn)到合成橡膠的誕生，橡膠經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷程。如今，橡膠已成為現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的一部分，應(yīng)用于輪胎、密封件、管道等各種領(lǐng)域。碳纖維的發(fā)明11.誕生碳纖維材料誕生于上世紀50年代末，由日本科學(xué)家首次制備。22.關(guān)鍵特性碳纖維具有高強度、高模量、低密度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異特性。33.廣泛應(yīng)用碳纖維已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、體育器材、建筑、電子等領(lǐng)域。44.未來發(fā)展隨著技術(shù)的不斷進步，碳纖維材料將得到更廣泛的應(yīng)用。光纖的發(fā)明光纖的出現(xiàn)光纖的發(fā)明源于1960年代，標志著信息傳輸方式的重大革新。光纖通信的優(yōu)勢光纖具有傳輸速度快、損耗低、抗干擾能力強等優(yōu)勢，極大地提高了通信效率。光纖網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用光纖網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)、電話、電視等領(lǐng)域，為現(xiàn)代社會提供高速、可靠的通信服務(wù)。液晶聚合物的發(fā)明液晶態(tài)介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)。獨特結(jié)構(gòu)具有規(guī)則的分子排列，但仍然可以流動。廣泛應(yīng)用用于液晶顯示器、光學(xué)器件等。導(dǎo)電高分子的發(fā)展導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物是指具有導(dǎo)電性的聚合物。聚合物鏈中的π電子可以自由移動，形成導(dǎo)電通路，使聚合物具有導(dǎo)電性。應(yīng)用領(lǐng)域?qū)щ姼叻肿釉陔娮悠骷?、傳感器、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。有機發(fā)光二極管(OLED)太陽能電池傳感器防靜電涂層未來展望導(dǎo)電高分子材料的研究與開發(fā)將會持續(xù)進行，未來將會研發(fā)出性能更加優(yōu)越的導(dǎo)電高分子材料，應(yīng)用于更多領(lǐng)域。生物可降解高分子的發(fā)展環(huán)境友好生物可降解高分子材料可以自然降解，減少環(huán)境污染。醫(yī)療應(yīng)用可用于制造可吸收縫合線、藥物緩釋載體等。包裝材料可用于制造生物降解塑料袋、餐具等。智能高分子材料的出現(xiàn)響應(yīng)性智能高分子材料可以對環(huán)境刺激作出響應(yīng)，例如溫度、光照、pH值或化學(xué)物質(zhì)的變化。這些響應(yīng)可以是形狀改變、顏色變化或其他物理或化學(xué)性質(zhì)的變化。應(yīng)用廣泛智能高分子材料在許多領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用，包括醫(yī)療保健、傳感器、電子產(chǎn)品和生物技術(shù)。例如，它們可以用于制造可控藥物釋放系統(tǒng)、生物傳感器和自愈材料。高分子在電子信息領(lǐng)域的應(yīng)用電子器件高分子材料在電子器件中得到廣泛應(yīng)用，如絕緣材料、封裝材料和導(dǎo)電材料。顯示技術(shù)高分子材料用于制作液晶顯示屏和有機發(fā)光二極管，提升了電子設(shè)備的顯示效果。傳感器高分子材料可以制作用于檢測環(huán)境參數(shù)的傳感器，如溫度、濕度和壓力傳感器。存儲介質(zhì)高分子材料用于制造閃存芯片，提高存儲密度和數(shù)據(jù)存儲能力。高分子在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用11.輕量化材料高分子材料重量輕、強度高，能夠減輕航天器重量，提高燃料效率。22.耐高溫材料高分子復(fù)合材料耐高溫、耐腐蝕，適合應(yīng)用于航天器的高溫環(huán)境。33.隔熱材料高分子泡沫材料具有良好的隔熱性能，可以有效防止航天器內(nèi)部溫度過高。44.防輻射材料高分子材料可以屏蔽宇宙射線，保護航天員安全。高分子在能源領(lǐng)域的應(yīng)用11.太陽能電池高分子材料可以用于制造高效、輕便的太陽能電池板，這對于提高太陽能發(fā)電效率至關(guān)重要。22.燃料電池高分子膜是燃料電池的核心部件之一，它可以有效地分離氫氣和氧氣，促進燃料電池的反應(yīng)。33.能量存儲高分子材料可以用于制造高性能的電池電極材料，提高電池的能量密度和循環(huán)壽命。44.絕緣材料高分子材料可以用于制造各種絕緣材料，用于保護電力設(shè)備和線路，確保能源安全。高分子在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用心臟支架高分子材料制成的支架可以幫助血管恢復(fù)正常功能，治療心血管疾病。藥物載體高分子材料可以作為藥物載體，控制藥物釋放時間和部位，提高藥物療效。人工關(guān)節(jié)高分子材料制成的人工關(guān)節(jié)可以幫助患者恢復(fù)行動能力，提高生活質(zhì)量。醫(yī)療器械高分子材料廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械，例如注射器、導(dǎo)管、繃帶等。高分子在交通運輸領(lǐng)域的應(yīng)用汽車部件高分子材料在汽車制造中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，從車身外殼到內(nèi)飾，廣泛應(yīng)用于各種部件。航空航天高分子復(fù)合材料以其輕質(zhì)、高強度和耐腐蝕性等優(yōu)異性能，在飛機制造中得到廣泛應(yīng)用。軌道交通高分子材料在軌道交通中應(yīng)用廣泛，例如車體、座椅、隔音材料等。船舶制造高分子材料在船舶制造中也發(fā)揮著重要作用，例如船體、甲板和船艙的材料。高分子在環(huán)境保護領(lǐng)域的應(yīng)用可降解塑料聚乳酸(PLA)和聚羥基烷酸酯(PHA)等可生物降解塑料在垃圾處理方面發(fā)揮重要作用。它們可以被微生物降解，減少環(huán)境污染。廢物回收與再利用高分子材料的回收和再利用是減少資源消耗的關(guān)鍵。例如，塑料瓶可以回收成新的塑料制品。高分子行業(yè)的發(fā)展趨勢高分子行業(yè)正朝著綠色、智能、復(fù)合化方向發(fā)展。50%可持續(xù)性生物降解、可循環(huán)利用高分子材料的研發(fā)成為重點。30%智能化智能響應(yīng)、自修復(fù)、自感知高分子材料研究不斷突破。20%復(fù)合化高分子與其他材料的復(fù)合應(yīng)用，拓展功能和性能。高分子行業(yè)的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)高分子行業(yè)正在經(jīng)歷著快速發(fā)展，但也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展越來越受到重視，高分子材料的回收和降解問題需要得到解決。此外，新材料的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用也需要不斷突破。機遇挑戰(zhàn)高分子行業(yè)面臨著巨大的機遇，但也存在著一些挑戰(zhàn)，需要企業(yè)和研究機構(gòu)共同努力，以推動行業(yè)