高分子化合物与材料优秀课件.ppt

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1、高分子化合物与材料高分子化合物与材料第1页，本讲稿共95页三维目标三维目标知识与技能知识与技能方法与目标方法与目标情感态度与价值观情感态度与价值观教学重难点教学重难点第2页，本讲稿共95页4.4.了了解解几几种种重重要要高高分分子子材材料料和和复复合合材材料料的的性性能能及及其其应用。应用。1.1.了解高分子化合物的基本概念、命名和分类。了解高分子化合物的基本概念、命名和分类。2.2.了解高分子化合物的基本结构与重要特性。了解高分子化合物的基本结构与重要特性。3.3.了了解解高高分分子子化化合合物物的的合合成成反反应应及及改改性性、回回收收再再利利用的方法。用的方法。本章学习要求本章学习要求第

2、3页，本讲稿共95页7.2 7.2 高分子化合物的基本结构和重要特性高分子化合物的基本结构和重要特性 7.3 7.3 高分子化合物的合成、改性与再利用高分子化合物的合成、改性与再利用 7.1 7.1 高分子化合物概述高分子化合物概述7.4 7.4 日常生活中的高分子材料日常生活中的高分子材料7.5 7.5 材料的未来与分子设计材料的未来与分子设计目目 录录第4页，本讲稿共95页高分子化合物高分子化合物（高分子、高聚物或聚合物）的分子比低分子化合物（高分子、高聚物或聚合物）的分子比低分子化合物的分子要大很多。通常低分子有机化合物的相对分子质量在的分子要大很多。通常低分子有机化合物的相对分子质量在

3、10001000以以下，而高分子化合物的相对分子质量在下，而高分子化合物的相对分子质量在1 1万以上，有的可达上千万。万以上，有的可达上千万。1 1基本概念基本概念高分子化合物的高分子化合物的基本特征基本特征(同低分子化合物的根本区别同低分子化合物的根本区别)：相对分子质：相对分子质量大。量大。7.1.1 7.1.1 高分子化合物的基本概念和特点高分子化合物的基本概念和特点7.1 7.1 高分子化合物概述高分子化合物概述第5页，本讲稿共95页高分子化合物的相对分子质量虽然很大，但其化学组成一般却比较简单。高分子化合物的相对分子质量虽然很大，但其化学组成一般却比较简单。例例 聚氯乙烯的分子是由许

4、多氯乙烯结合而成：聚氯乙烯的分子是由许多氯乙烯结合而成：单体单体聚合物聚合物聚合度聚合度链节链节*平均聚合度平均聚合度 n n 链节的式量链节的式量=高聚物的平均相对分子质量高聚物的平均相对分子质量简写：简写：链节链节单体单体聚合成高分子化合物的低分子化合物聚合成高分子化合物的低分子化合物链节链节组成高分子链的重复结构单元组成高分子链的重复结构单元聚合度聚合度高分子链所含链节的数目高分子链所含链节的数目第6页，本讲稿共95页（1）高分子化合物组成简单，相对分子质量大，具有）高分子化合物组成简单，相对分子质量大，具有“多分散性多分散性”。是。是多分子的混合物。多分子的混合物。（2）高分子化合物可

5、归纳为）高分子化合物可归纳为线型线型和和体型体型两种结构。线型结构中包括链型两种结构。线型结构中包括链型和支链型。和支链型。（3 3）高分子化合物由于其相对分子质量很大，有较好的）高分子化合物由于其相对分子质量很大，有较好的机械强度机械强度，又由于，又由于其分子是由共价键结合而成，故有较好的其分子是由共价键结合而成，故有较好的绝缘性绝缘性和和耐腐蚀性耐腐蚀性，由于其分子，由于其分子链很长，呈卷曲状，故有较好的链很长，呈卷曲状，故有较好的可塑性可塑性和和高弹性高弹性。（4 4）高高分分子子化化合合物物在在常常温温常常压压下下主主要要以以固固态态或或液液态态存存在在，几几乎乎无无挥挥发发性，性，溶

6、解性溶解性也很差，有时只发生也很差，有时只发生溶胀溶胀。2 2高分子化合物的特点高分子化合物的特点第7页，本讲稿共95页1高分子化合物的命名高分子化合物的命名（1 1）按原料单体或聚合物的结构特征命名）按原料单体或聚合物的结构特征命名 在单体名称前面冠以在单体名称前面冠以“聚聚”字：字：聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙二酰己二聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙二酰己二胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。在单体名称后面加在单体名称后面加“树脂树脂”：酚醛树脂、环氧树脂等。酚醛树脂、环氧树脂等。7.1.2 高分子化合物的命名和分类高分子化合物的命名和分类（2）按商品名命名）按商品名命名*我我国国

7、习习惯惯以以“纶纶”作作为为合合成成纤纤维维商商品品名名的的后后缀缀，如如涤涤纶纶、氯氯纶纶、腈腈纶纶、锦纶、丙纶等。锦纶、丙纶等。有机玻璃有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯。聚甲基丙烯酸甲酯。尼龙或锦纶尼龙或锦纶聚酰胺，如尼龙聚酰胺，如尼龙610610。为解决聚合物读写不便，常采用国际通用的英文缩写符号，为解决聚合物读写不便，常采用国际通用的英文缩写符号，如如PVC、ABS等。等。第8页，本讲稿共95页聚合物 单体 名称 商品名称 符号 名称 结构式 聚氯乙烯 氯纶 PVC 氯乙烯 聚丙烯 丙纶 PP丙烯 聚丙烯腈 腈纶 PAN丙烯腈 聚己内酰胺 锦纶6（或尼龙-6）PA6己内酰胺 表表7.1 一些聚

8、合物的名称、商品名称、符号及单体一些聚合物的名称、商品名称、符号及单体第9页，本讲稿共95页聚己二酰己二胺 锦纶66（尼龙66）PA66己二酸己二胺 聚对苯二甲酸乙二醇酯 涤纶 PET对苯二甲酸乙二醇 聚苯乙烯 聚苯乙烯树脂 PS苯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 有机玻璃 PMMA甲基丙烯酸甲酯 聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 ABS树脂 ABS丙烯腈丁二烯 苯乙烯 第10页，本讲稿共95页（2）按主链结构分类按主链结构分类（1）按来源分类按来源分类 天然高分子和合成高分子。天然高分子和合成高分子。碳链聚合物碳链聚合物 主链完全由碳原子组成。如聚乙烯：主链完全由碳原子组成。如聚乙烯：杂链聚合物杂链聚合物 主

9、链除碳原子外，还含有氧、氮、硫等杂原子。如聚己主链除碳原子外，还含有氧、氮、硫等杂原子。如聚己二酰己二胺（尼龙二酰己二胺（尼龙-66）：）：2 2高分子化合物的分类高分子化合物的分类第11页，本讲稿共95页元元素素有有机机聚聚合合物物 主主链链由由硅硅、硼硼、铝铝与与氧氧、氮氮、硫、磷等组成，侧链是有机基团。如聚二甲基硅氧烷：硫、磷等组成，侧链是有机基团。如聚二甲基硅氧烷：（3）按按性性能能和和用用途途分分类类 塑塑料料、纤纤维维、橡橡胶胶、涂涂料料、粘粘合合剂剂和和功功能能高高分分子子六大类。六大类。（4）按按功功能能分分类类 通通用用高高分分子子、工工程程材材料料高高分分子子、功功能能高高

10、分分子子、仿仿生生高分子等高分子等 。元素无机聚合物元素无机聚合物 主链和侧链均由无机元素或基主链和侧链均由无机元素或基团组成。如聚二氯磷腈：团组成。如聚二氯磷腈：第12页，本讲稿共95页（2）体形结构的高聚物体形结构的高聚物 分子中无独立的大分子存分子中无独立的大分子存在，因此只有在，因此只有交聚度交聚度的概念。的概念。（1）线型结构高分子物质线型结构高分子物质 分子中有独立的分子中有独立的大分子存在，分子链中以单键相连的相邻两大分子存在，分子链中以单键相连的相邻两链节之间还可以保持一定的键角而旋转，因链节之间还可以保持一定的键角而旋转，因此，一个分子链在无外力作用时会有众多的此，一个分子链

11、在无外力作用时会有众多的分子空间形态，绝大部分为卷曲状。高分子分子空间形态，绝大部分为卷曲状。高分子链这种强烈卷曲的倾向称为（分子）链的链这种强烈卷曲的倾向称为（分子）链的柔柔顺性顺性，它对高聚物的弹性和塑性等有重要影响。，它对高聚物的弹性和塑性等有重要影响。键角固定的高分子链键角固定的高分子链节的旋转示意图节的旋转示意图1 1高聚物分子的几何形状高聚物分子的几何形状 7.2.1 7.2.1 高分子化合物的基本结构高分子化合物的基本结构7.2 7.2 高分子化合物的基本结构和要重特性高分子化合物的基本结构和要重特性第13页，本讲稿共95页体型结构的高聚物，由于分子链间有大体型结构的高聚物，由于

12、分子链间有大量的交联，分子链不可能产生有序排列，量的交联，分子链不可能产生有序排列，因而都是非晶态的。因而都是非晶态的。从结晶状态来看，线型结构的高从结晶状态来看，线型结构的高聚物分为聚物分为晶态高聚物晶态高聚物和和非晶态高聚非晶态高聚物物，或者两者共存。，或者两者共存。高聚物中结晶性区域称为结晶区，非高聚物中结晶性区域称为结晶区，非结晶区域称非结晶区，结晶的多少称结晶区域称非结晶区，结晶的多少称结晶度结晶度（高聚物含晶体结构的质量百（高聚物含晶体结构的质量百分数）分数）。2 2高聚物的聚集态高聚物的聚集态第14页，本讲稿共95页玻璃态玻璃态 分子链节或整个分子链无法产生分子链节或整个分子链无

13、法产生运动，高聚物呈现如玻璃体状的固态。例运动，高聚物呈现如玻璃体状的固态。例如常温下的塑料。如常温下的塑料。高弹态高弹态 链节可以较自由地旋转，但整个链节可以较自由地旋转，但整个分子链不能移动。例如常温下的橡胶。高分子链不能移动。例如常温下的橡胶。高弹态是高聚物所独有的罕见的一种物理形弹态是高聚物所独有的罕见的一种物理形态，能产生很大形变，除去外力后能可逆态，能产生很大形变，除去外力后能可逆恢复原状。恢复原状。粘流态粘流态 高聚物分子链节可以自由地旋转，整个分子链也能自由移动，从而高聚物分子链节可以自由地旋转，整个分子链也能自由移动，从而成为能流动的粘液，比液态低分子化合物的粘度要大得多，又

14、称为塑性态。成为能流动的粘液，比液态低分子化合物的粘度要大得多，又称为塑性态。例如胶粘剂或涂料。例如胶粘剂或涂料。3线型非晶态高聚物的物理形态线型非晶态高聚物的物理形态第15页，本讲稿共95页玻璃化温度玻璃化温度 由高弹态向玻璃态转变的温度，用由高弹态向玻璃态转变的温度，用Tg 表示。表示。粘流化温度粘流化温度 由高弹态向粘流态转变的温度，用由高弹态向粘流态转变的温度，用Tf 表示。表示。塑料与纤维塑料与纤维:要求要求Tg 高，高，Tf 低（较耐热，加工成型温度不高）低（较耐热，加工成型温度不高）橡胶：橡胶：要求要求Tg 低，低，Tf 高（耐寒又耐热）高（耐寒又耐热）一些非晶态高聚物的一些非晶

15、态高聚物的Tg和和Tf值：值：聚氯乙烯聚氯乙烯 Tg=81 Tf=175聚苯乙烯聚苯乙烯 Tg=100 Tf=135聚丁二烯聚丁二烯(顺丁橡胶顺丁橡胶)Tg=-108 Tf 天然橡胶天然橡胶 Tg=-73 Tf=122第16页，本讲稿共95页1 1弹性和塑性弹性和塑性 （1）弹性弹性 当高聚物当高聚物Tg TR(室温室温)TR，高聚物处于玻璃态，用做材料时可做塑，高聚物处于玻璃态，用做材料时可做塑料。料。7.2.2 高分子化合物的结构与性能的关系高分子化合物的结构与性能的关系 玻璃化温度玻璃化温度Tg是高聚物的链节开始旋转的最低温度。它的高低与是高聚物的链节开始旋转的最低温度。它的高低与分子链

16、的柔顺性和分子链间的作用力大小有关。分子链的柔顺性和分子链间的作用力大小有关。分子的柔顺性越分子的柔顺性越大，大，Tg越低。越低。体型高聚物的分子链由于被化学键牢固地交联，很难变形，因此，当温度体型高聚物的分子链由于被化学键牢固地交联，很难变形，因此，当温度改变时不会出现粘流态，交联度大时也不会出现高弹态，而只呈玻璃态。改变时不会出现粘流态，交联度大时也不会出现高弹态，而只呈玻璃态。第17页，本讲稿共95页主要指标有主要指标有机械强度机械强度、刚性刚性、冲出强度冲出强度。主要影响因素有：。主要影响因素有：(1)平均相对分子质量平均相对分子质量（或平均聚合度）的增大，有利于增加分子（或平均聚合度

17、）的增大，有利于增加分子链间的作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所提高。链间的作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所提高。(2)极性取代基极性取代基或链间能形成或链间能形成氢键氢键时，能增加分子链之间的作用力而提时，能增加分子链之间的作用力而提高其强度。高其强度。强度强度：天然橡胶（：天然橡胶（M r=20万）万）丁苯橡胶（丁苯橡胶（M r=45万）万）拉伸强度拉伸强度:聚氯乙烯聚氯乙烯(含极性基团含极性基团-Cl)聚乙烯聚乙烯 2 2机械性能机械性能第18页，本讲稿共95页(3)适度交联适度交联有利于增加分子链之间的作用力。有利于增加分子链之间的作用力。(4)在结晶区内分子链在结晶区内分子链排

18、列紧密有序排列紧密有序，可使分子链之间的作用力增大，可使分子链之间的作用力增大，机械强度也随之增高。机械强度也随之增高。(5)主链主链含苯环含苯环或侧链引入芳环、杂环取代基等的高聚物，其强度或侧链引入芳环、杂环取代基等的高聚物，其强度和刚性比含脂肪族主链的高聚物的要高。和刚性比含脂肪族主链的高聚物的要高。如聚乙烯交联后，冲击强度可提高如聚乙烯交联后，冲击强度可提高34倍。倍。机械强度机械强度:高结晶聚乙烯高结晶聚乙烯 低结晶聚乙烯低结晶聚乙烯强度强度：芳香尼龙芳香尼龙(如芳纶如芳纶-1313)普通尼龙普通尼龙第19页，本讲稿共95页高分子化合物通常以高分子化合物通常以共价键共价键结合，一般不存

19、在自由电子和离子，因结合，一般不存在自由电子和离子，因此此高聚物通常是很好的绝缘体高聚物通常是很好的绝缘体，可作为绝缘材料。，可作为绝缘材料。高聚物的极性越小，其绝缘性越好。高聚物的极性越小，其绝缘性越好。非极性高聚物非极性高聚物 分子链节结构对称的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯等。分子链节结构对称的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯等。极性高聚物极性高聚物 分子链节结构不对称的高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺分子链节结构不对称的高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺等。等。例：例：试比较下列高聚物的电绝缘性：试比较下列高聚物的电绝缘性：聚四氟乙烯聚四氟乙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯3电绝缘性

20、和抗静电性电绝缘性和抗静电性 第20页，本讲稿共95页电绝缘材料的高聚物可分为：电绝缘材料的高聚物可分为：（1）链节结构对称且无极性基团链节结构对称且无极性基团的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯，的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯，对直流电和交流电都绝缘，可用作高频电绝缘材料。对直流电和交流电都绝缘，可用作高频电绝缘材料。（2）无极性基团，但链节结构不对称的高聚物无极性基团，但链节结构不对称的高聚物，如聚苯乙烯，天然橡胶，如聚苯乙烯，天然橡胶等，可用做中频电绝缘材料。等，可用做中频电绝缘材料。（3）链节结构不对称且有极性基团的高聚物链节结构不对称且有极性基团的高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺，如聚氯乙烯，聚

21、酰胺，酚醛树指等，可用做低频或中频电绝缘材料。酚醛树指等，可用做低频或中频电绝缘材料。第21页，本讲稿共95页分子的极性可用相对介电常数分子的极性可用相对介电常数衡量，通常非极性高聚物的衡量，通常非极性高聚物的2，弱极，弱极性或中等极性高聚物的性或中等极性高聚物的24，强极性高聚物的，强极性高聚物的4。高聚物 高聚物 聚四氟乙烯 2.0 聚氯乙烯 3.23.6 聚丙烯 2.2 聚甲基丙烯酸甲酯 3.33.9 低密度聚乙烯 2.252.35 硅树脂 2.754.20 高密度聚乙烯 2.302.35 尼龙66 4.0 聚苯乙烯 2.453.10 酚醛树脂 5.0 6.5 表表7.2 7.2 常见高

22、聚物的相对介电常数常见高聚物的相对介电常数第22页，本讲稿共95页静电现象静电现象 两种电性不同的物体相互接触或磨擦时，会有电子的转移而两种电性不同的物体相互接触或磨擦时，会有电子的转移而使一物种体带正电荷，另一种物体带负电荷的现象。使一物种体带正电荷，另一种物体带负电荷的现象。静电现象具有两面性，它应用于静电印刷、油漆喷涂和静电分离等。但静电现象具有两面性，它应用于静电印刷、油漆喷涂和静电分离等。但静电往往是有害的，例如腈纶纤维起毛球、吸灰尘；粉料在干燥运转中静电往往是有害的，例如腈纶纤维起毛球、吸灰尘；粉料在干燥运转中会结块等。会结块等。常用的抗静电剂是一些常用的抗静电剂是一些表面活性剂表

23、面活性剂，其主要作用是提高高聚物表面，其主要作用是提高高聚物表面的电导性，使之迅速放电，防止电荷积累。的电导性，使之迅速放电，防止电荷积累。另外，在高聚物中填充导电填料如炭黑、金属粉、导电纤维等也同样另外，在高聚物中填充导电填料如炭黑、金属粉、导电纤维等也同样起到抗静电的作用。起到抗静电的作用。第23页，本讲稿共95页高聚物溶解的两个阶段：高聚物溶解的两个阶段：溶胀溶胀 溶剂分子渗入高聚物内部，使高分子链间产生松动，并通过溶溶剂分子渗入高聚物内部，使高分子链间产生松动，并通过溶剂化使高聚物膨胀成凝胶状。剂化使高聚物膨胀成凝胶状。溶解溶解 高分子链从凝胶表面分散进入溶剂中，溶解形成均一的溶液。高

24、分子链从凝胶表面分散进入溶剂中，溶解形成均一的溶液。（1）溶解性）溶解性一般一般线型线型（包括带支链）的高聚物，在适当的溶剂中常可以溶解。如聚（包括带支链）的高聚物，在适当的溶剂中常可以溶解。如聚苯乙烯（彩色玩具）可溶于苯或甲苯，有机玻璃（绘图直尺）可溶于氯苯乙烯（彩色玩具）可溶于苯或甲苯，有机玻璃（绘图直尺）可溶于氯仿或丙酮。仿或丙酮。但但体型体型高聚时，通常只发生溶胀而不能溶解。高聚时，通常只发生溶胀而不能溶解。4 4溶解性和保水性溶解性和保水性第24页，本讲稿共95页溶剂选择的原则是溶剂选择的原则是“相似相溶相似相溶”，极性大的高聚物选用极性大的溶剂；，极性大的高聚物选用极性大的溶剂；极

25、性小的高聚物先用极性小的溶剂。例如，未硫化的天然橡胶是弱极性的，极性小的高聚物先用极性小的溶剂。例如，未硫化的天然橡胶是弱极性的，可溶于汽油、苯、甲苯等非极性或弱极性溶剂中。可溶于汽油、苯、甲苯等非极性或弱极性溶剂中。高吸水性树脂高吸水性树脂含有羟基等含有羟基等强亲水基团强亲水基团，不溶于水，在水中只能溶胀，有，不溶于水，在水中只能溶胀，有惊人的吸水能力。吸水后成凝胶状，在加压下，水分也不易挤出来。惊人的吸水能力。吸水后成凝胶状，在加压下，水分也不易挤出来。例如，由淀粉和聚氧乙烯制成的保水材料，吸水重量可达自重的例如，由淀粉和聚氧乙烯制成的保水材料，吸水重量可达自重的46034603倍；这些高

26、吸水性的树脂已应用于农业保湿大棚，制作婴儿尿不湿、倍；这些高吸水性的树脂已应用于农业保湿大棚，制作婴儿尿不湿、防止土地荒漠化等。防止土地荒漠化等。（2 2）保水性）保水性晶态高聚物一般需将其加热至熔点附近，待晶态高聚物一般需将其加热至熔点附近，待晶态转变为非晶态晶态转变为非晶态后，溶后，溶剂分子才能渗入，使高聚物逐渐溶解。剂分子才能渗入，使高聚物逐渐溶解。相对分子质量大的高聚物，链间作用力大，不利于其溶解。相对分子质量大的高聚物，链间作用力大，不利于其溶解。第25页，本讲稿共95页高聚物主要由高聚物主要由C-CC-C、C-HC-H、C-OC-O等牢固的共价键连接而成，含活泼的基团较少，等牢固的

27、共价键连接而成，含活泼的基团较少，且分子链相互缠绕，使分子链上不少基团难以参与反应，因而且分子链相互缠绕，使分子链上不少基团难以参与反应，因而一般化学稳一般化学稳定性较高定性较高。（1 1）稳定性）稳定性 一些含一些含 高聚物不耐水，高聚物不耐水，在酸或碱的催化下会与水反应。例如，聚酰胺与水的反应：在酸或碱的催化下会与水反应。例如，聚酰胺与水的反应：高聚物一般化学稳定性好高聚物一般化学稳定性好，耐酸碱腐蚀，但不耐高温，易老化。耐酸碱腐蚀，但不耐高温，易老化。5化学稳定性和老化化学稳定性和老化第26页，本讲稿共95页老化是指高聚物及其材料在加工、贮存和使用过程中，长期受化学、老化是指高聚物及其材

28、料在加工、贮存和使用过程中，长期受化学、物理（热、光、电、机械等）以及生物（霉菌）因素的综合影响，物理（热、光、电、机械等）以及生物（霉菌）因素的综合影响，发生发生裂解裂解或或交联交联，导致性能变坏的，导致性能变坏的现象现象。例如，塑料制品变脆、橡胶龟。例如，塑料制品变脆、橡胶龟裂、纤维泛黄、油漆发粘等。裂、纤维泛黄、油漆发粘等。老化是物理性质变坏的不可逆过程。主要有两种过程：老化是物理性质变坏的不可逆过程。主要有两种过程：降解降解 链断裂，Mr变小 发粘、变软、丧失机械强度交联交联 线型变体型变硬、变脆、丧失弹性，如天然胶、聚氯乙烯的老化如天然胶、聚氯乙烯的老化若若在在高高聚聚物物分分子子链

29、链中中引引入入较较多多的的芳芳环环、杂杂环环结结构构，或或在在主主链链或或支支链链中中引入引入无机元素无机元素（如硅、磷、铝等），均可提高其热稳定性。（如硅、磷、铝等），均可提高其热稳定性。为为了了延延缓缓光光、氧氧、热热对对高高聚聚物物的的老老化化作作用用，通通常常可可在在高高聚聚物物中中加入各类加入各类光稳定剂、抗氧剂（芳香族胺类如二苯胺光稳定剂、抗氧剂（芳香族胺类如二苯胺和酚类等），或和酚类等），或热稳定剂热稳定剂（如硬脂酸盐等）。（如硬脂酸盐等）。（2）老化）老化第27页，本讲稿共95页聚合反应聚合反应 7.3.1 高分子化合物的合成反应高分子化合物的合成反应加成聚合反应（加成聚合反应

30、（加聚反应加聚反应）聚合反应聚合反应由小分子单体合成聚合物的化学反应由小分子单体合成聚合物的化学反应缩合聚合反应（缩合聚合反应（缩聚反应缩聚反应）7.3 高分子化合物的合成、改性与再利用高分子化合物的合成、改性与再利用第28页，本讲稿共95页加聚反应加聚反应仅由一种单体聚合而成的，仅由一种单体聚合而成的，分子链分子链中只包含一种单体构成的链节的聚合中只包含一种单体构成的链节的聚合反应反应由两种或两种以上单体同时进行聚由两种或两种以上单体同时进行聚合，生成的聚合物含有多种单体构合，生成的聚合物含有多种单体构成的链节的聚合反应成的链节的聚合反应共聚物往往可兼具两种或两种以上均聚物的一些优异性能，因

31、此共聚物往往可兼具两种或两种以上均聚物的一些优异性能，因此通过共聚通过共聚方法可以改善产品的性能方法可以改善产品的性能。加聚反应加聚反应由一种或多种单体相互加成，或由环状化合物开环相互由一种或多种单体相互加成，或由环状化合物开环相互结合成聚合物的反应。结合成聚合物的反应。均聚反应均聚反应共聚反应共聚反应1 1加聚反应加聚反应第29页，本讲稿共95页缩聚反应缩聚反应由一种或多种单体相互缩合生成高聚物，同时有低分子物质由一种或多种单体相互缩合生成高聚物，同时有低分子物质（如水、卤化氢、氮、醇等）析出的反应。（如水、卤化氢、氮、醇等）析出的反应。例如癸二酸和己二胺合成为尼龙例如癸二酸和己二胺合成为尼

32、龙-610的反应：的反应：2 2缩聚反应缩聚反应第30页，本讲稿共95页高分子材料的改性高分子材料的改性 通过各种方法改变已有材料的组成、通过各种方法改变已有材料的组成、结构，以结构，以达到改善性能、扩大品种和应用范围的目的。达到改善性能、扩大品种和应用范围的目的。通常采用的改性方法大体上可分为通常采用的改性方法大体上可分为化学法化学法与与物理化学法物理化学法两大类：两大类：7.3.2 7.3.2 高分子化合物的改性高分子化合物的改性1 1高聚物的化学改性高聚物的化学改性 借化学反应改变高聚物本身的组成、结构，以达到材料改性的目借化学反应改变高聚物本身的组成、结构，以达到材料改性的目的。的。常

33、用的反应常用的反应交联反应交联反应共聚反应共聚反应 官能团反应官能团反应第31页，本讲稿共95页经经部分交联部分交联后的橡胶，既提高了强度和韧性，又同时保留了较好的弹后的橡胶，既提高了强度和韧性，又同时保留了较好的弹性。硫化后的橡胶只发生溶胀，具有耐溶剂性。性。硫化后的橡胶只发生溶胀，具有耐溶剂性。例例 橡胶的硫化：橡胶的硫化：借化学键的形成，使线型高聚物连接成为体型高聚物的反应。借化学键的形成，使线型高聚物连接成为体型高聚物的反应。（1）交联反应）交联反应第32页，本讲稿共95页ABSABS工程塑料具有聚苯乙烯优良的电性能和易加工成型性，丁二烯提高弹工程塑料具有聚苯乙烯优良的电性能和易加工成

34、型性，丁二烯提高弹性和冲击强度，丙烯腈可增加耐热、耐油、耐腐蚀性和表面硬度，使之成性和冲击强度，丙烯腈可增加耐热、耐油、耐腐蚀性和表面硬度，使之成为综合性能优良的工程材料。为综合性能优良的工程材料。由两种或两种以上不同单体通过共聚所生成的共聚物，往往在性能上由两种或两种以上不同单体通过共聚所生成的共聚物，往往在性能上有取长补短的效果。有取长补短的效果。（2）共聚反应）共聚反应第33页，本讲稿共95页如离子交换树脂就是利用官能团反应，在高聚物结构中引入可供离子交换如离子交换树脂就是利用官能团反应，在高聚物结构中引入可供离子交换的基团，使之具有离子交换功能，且应具备不溶性和一定的机械强度。的基团，

35、使之具有离子交换功能，且应具备不溶性和一定的机械强度。先要制备高聚物母体（即骨架）如苯乙烯先要制备高聚物母体（即骨架）如苯乙烯-二乙烯苯共聚物（体型高聚物）二乙烯苯共聚物（体型高聚物），然后再通过官能团反应，在高聚物骨架上引入活性基团。例如，制取，然后再通过官能团反应，在高聚物骨架上引入活性基团。例如，制取磺酸型阳离子交换树脂，可利用上述共聚物与磺酸型阳离子交换树脂，可利用上述共聚物与H H2 2SOSO4 4的磺化反应，引入磺的磺化反应，引入磺酸基酸基SOSO3 3H H。由此所得离子交换树脂（简称为聚苯乙烯磺酸型阳离子交换。由此所得离子交换树脂（简称为聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂）的结构（

36、简）式可表示如下：树脂）的结构（简）式可表示如下：利用官能团反应，在高分子结构中引入适当的利用官能团反应，在高分子结构中引入适当的功能基功能基，使高分子具有特，使高分子具有特定的功能。定的功能。（3）官能团反应）官能团反应第34页，本讲稿共95页通通常常可可简简写写为为R-SOR-SO3 3H H（R R代代表表树树脂脂母母体体），磺磺酸酸基基-SO-SO3 3H H中中的的氢氢离离子子能能与与溶溶液液中中的的阳阳离离子子进进行行离子交换。离子交换。同理，若利用官能团反应在高聚物母体中引入可与溶液中同理，若利用官能团反应在高聚物母体中引入可与溶液中阴离子阴离子进行离进行离子交换的基团，即可得子

37、交换的基团，即可得阴离子交换树脂阴离子交换树脂。例如，季铵型阴离子交。例如，季铵型阴离子交换树脂换树脂R-NR-N（CHCH3 3）3 3ClCl。第35页，本讲稿共95页在高聚物中掺和各种助剂（又称添加剂）、将不同高聚物共混、或用在高聚物中掺和各种助剂（又称添加剂）、将不同高聚物共混、或用其他材料与高分子材料复合而完成的改性。其他材料与高分子材料复合而完成的改性。（1）掺和改性）掺和改性 聚合物中通常要加入填料、增塑剂、防老剂（抗氧剂、热稳定剂、聚合物中通常要加入填料、增塑剂、防老剂（抗氧剂、热稳定剂、紫外光稳定剂）、着色剂、发泡剂、固化剂、润滑剂、阻燃剂等紫外光稳定剂）、着色剂、发泡剂、固

38、化剂、润滑剂、阻燃剂等添加剂添加剂，以提高产品质量和使用效果。，以提高产品质量和使用效果。其中填料和增塑剂是添加剂中用量最大的。其中填料和增塑剂是添加剂中用量最大的。填料填料降低成本降低成本类型类型 有机填料有机填料 木粉、纤维、棉布等木粉、纤维、棉布等 作用作用改善性能改善性能:机械性能、耐热性、电性能、加工性能机械性能、耐热性、电性能、加工性能无机填料无机填料 碳酸钙、硅藻土、炭黑、滑石粉、金属粉、金属氧化碳酸钙、硅藻土、炭黑、滑石粉、金属粉、金属氧化物、白炭黑（物、白炭黑（SiO2）等）等2 2高聚物的物理化学改性高聚物的物理化学改性第36页，本讲稿共95页通常都选用一些高沸点（一般大于

39、通常都选用一些高沸点（一般大于300）的液体或低熔点的固体）的液体或低熔点的固体有机化合物（如邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、脂肪族二元酸酯类、有机化合物（如邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、脂肪族二元酸酯类、环氧化合物等）作为增塑剂。环氧化合物等）作为增塑剂。如聚氯乙烯中加入质量分数为如聚氯乙烯中加入质量分数为30%70%的增塑剂就成为软质聚氯乙烯塑的增塑剂就成为软质聚氯乙烯塑料。料。增塑剂的加入能增大高聚物分子链间的距离，减弱分子链之间的作用增塑剂的加入能增大高聚物分子链间的距离，减弱分子链之间的作用力，从而使其力，从而使其Tg和和Tf值降低，材料的脆性和加工性能得以改善。值降低，材料的脆性和加工性能得

40、以改善。一些能增进高聚物柔韧性和熔融流动性的物质。一些能增进高聚物柔韧性和熔融流动性的物质。增塑剂增塑剂第37页，本讲稿共95页将两种或两种以上不同的高聚物混合形成具有纯组分所没有的综合性能的将两种或两种以上不同的高聚物混合形成具有纯组分所没有的综合性能的高聚物的方法。形成的高聚物称为高聚物的方法。形成的高聚物称为共混高聚物共混高聚物(又称为又称为高分子合金高分子合金)。聚合物共聚合物共混物混物塑料塑料共混。如塑料塑料共混。如ABS-PVC共混，可改善耐燃性共混，可改善耐燃性橡胶橡胶共混。橡胶橡胶共混。丁腈橡胶与天然橡胶共混，可提高天然丁腈橡胶与天然橡胶共混，可提高天然橡胶的耐油性和耐热性橡胶

41、的耐油性和耐热性橡胶塑料共混。橡胶塑料共混。PVC-天然氯丁胶共混，可改善抗冲击天然氯丁胶共混，可改善抗冲击性能性能共混的作用：共混的作用：改变单一聚合物的弱点，性能互补，获得优良综合性能；改变单一聚合物的弱点，性能互补，获得优良综合性能；赋予特别性能或功能，如赋予粘结性能、减震、导电、阻燃、赋予特别性能或功能，如赋予粘结性能、减震、导电、阻燃、耐水等；耐水等；改善加工功能。改善加工功能。（2）共混改性）共混改性第38页，本讲稿共95页 由两种或两种以上性质不同的材料组合制得一种多相材料的过程。由两种或两种以上性质不同的材料组合制得一种多相材料的过程。与共混相比，复合包含的范围更广；共混改性的

42、组分材料仅限于高与共混相比，复合包含的范围更广；共混改性的组分材料仅限于高聚物，而复合改性的对象除高聚物外，还可包括金属材料与无机非金属聚物，而复合改性的对象除高聚物外，还可包括金属材料与无机非金属材料。材料。（3）复合改性）复合改性第39页，本讲稿共95页高分子化合物的回收及再利用的高分子化合物的回收及再利用的基本意义基本意义：v 解决了环境污染问题解决了环境污染问题 由于高分子化合物的化学稳定性好，难以分解，日积月累，会污染由于高分子化合物的化学稳定性好，难以分解，日积月累，会污染环境、危害生态。环境、危害生态。v 充分利用自然资源充分利用自然资源 7.3.3 高分子化合物的回收及再利用高

43、分子化合物的回收、利用包括：高分子化合物的回收、利用包括：v 再生利用和改性利用再生利用和改性利用v 热分解回收化工原料热分解回收化工原料 v 焚烧回收热能焚烧回收热能 v 掩埋处理掩埋处理 v 光降解和微生物降解光降解和微生物降解 第40页，本讲稿共95页从上世纪六十年代开始，塑料从上世纪六十年代开始，塑料(主要指聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、主要指聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯聚苯乙烯)进入广泛实用阶段。由于塑料具有很多优点：它取材容易，进入广泛实用阶段。由于塑料具有很多优点：它取材容易，价格低廉，加工方便，质地轻巧，因此塑料一问世，便深受欢迎，价格低廉，加工方便，质地轻巧，因此塑料一问世

44、，便深受欢迎，它迅速渗入到社会生活的方方面面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、它迅速渗入到社会生活的方方面面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管等。创造了巨大的社会和经济效益。塑料被列为桶、管等。创造了巨大的社会和经济效益。塑料被列为2020世纪最伟世纪最伟大的发明之一，塑料的普及被誉为大的发明之一，塑料的普及被誉为白色革命白色革命。随着塑料产量不断增大，成本越来越随着塑料产量不断增大，成本越来越低，我们用过的大量农用薄膜、包装低，我们用过的大量农用薄膜、包装用的塑料袋和一次性塑料餐具在使用用的塑料袋和一次性塑料餐具在使用后被抛弃在环境中，给景观和环境带后被抛弃在环境中，给景观和环境带来很大破坏。由于

45、塑料包装物大多呈来很大破坏。由于塑料包装物大多呈白色，它们造成的环境污染被称为白色，它们造成的环境污染被称为白白色污染色污染。*塑料的贡献与白色污染塑料的贡献与白色污染第41页，本讲稿共95页视觉污染视觉污染指的是塑料袋、盒、杯、碗等散落在环境中，给人们的视觉带来不指的是塑料袋、盒、杯、碗等散落在环境中，给人们的视觉带来不良刺激，影响环境的美感。良刺激，影响环境的美感。白色污染的白色污染的潜在危害潜在危害则是多方面的。则是多方面的。（1 1）一次性发泡塑料饭盒和塑料袋盛装食物严重影响我们的身体）一次性发泡塑料饭盒和塑料袋盛装食物严重影响我们的身体健康。健康。（2 2）使土壤环境恶化，严重影响农

46、作物的生长。）使土壤环境恶化，严重影响农作物的生长。（3 3）填埋作业仍是我国处理城市垃圾的一个主要方法。由于塑料）填埋作业仍是我国处理城市垃圾的一个主要方法。由于塑料膜密度小、体积大，它能很快填满场地，降低填埋场地处理垃圾的膜密度小、体积大，它能很快填满场地，降低填埋场地处理垃圾的能力；而且，填埋后的场地由于地基松软，垃圾中的细菌、病毒等能力；而且，填埋后的场地由于地基松软，垃圾中的细菌、病毒等有害物质很容易渗入地下，污染地下水，危及周围环境。有害物质很容易渗入地下，污染地下水，危及周围环境。（4 4）把废塑料直接进行焚烧处理，将给环境造成严重的二次污染。）把废塑料直接进行焚烧处理，将给环境

47、造成严重的二次污染。白色污染存在的两种危害：视觉污染白色污染存在的两种危害：视觉污染和和潜在危害潜在危害1.1.白色污染的危害白色污染的危害第42页，本讲稿共95页（1 1）停止使用一次性餐具及超薄塑料袋。）停止使用一次性餐具及超薄塑料袋。（2 2）回收废塑料并使之资源化是解决白色污染的根本途径。回收废塑料并使之资源化是解决白色污染的根本途径。近年来，一些国家大力开展近年来，一些国家大力开展3R运动：即要求做到废塑料的减量化运动：即要求做到废塑料的减量化（Reduce）、再利用（）、再利用（Reuse）、再循环（）、再循环（Recycle）。）。（3）研究开发降解塑料。）研究开发降解塑料。降解

48、塑料有三类：光降解塑料、生物降解塑料有三类：光降解塑料、生物降解塑料及双降解塑料。降解塑料及双降解塑料。（4 4）加强环保宣传，提高公民）加强环保宣传，提高公民的环保意识，在社会上形成良好的环保意识，在社会上形成良好的环保氛围，是解决白色污染及的环保氛围，是解决白色污染及其它各种形式污染的前提。其它各种形式污染的前提。2.2.白色污染的防治白色污染的防治 一靠法律二靠科学一靠法律二靠科学第43页，本讲稿共95页7.4 7.4 日常生活中的高分子材料日常生活中的高分子材料高分子材料高分子材料、无机材料和金属材料并列为三大材料、无机材料和金属材料并列为三大材料。高分子材料与其他材料相比，具有高分子

49、材料与其他材料相比，具有密度小、比强度高、耐腐蚀、绝缘密度小、比强度高、耐腐蚀、绝缘性好、易于加工成型性好、易于加工成型等特点。但也普遍存在四个弱点，即等特点。但也普遍存在四个弱点，即强度不够强度不够高，不耐高温、易燃烧和易老化高，不耐高温、易燃烧和易老化。高分子材料由于高分子材料由于其品种多，功能齐全、能适应多种需要，加工容易，适其品种多，功能齐全、能适应多种需要，加工容易，适宜于自动化生产，原料来源丰富易得、价格便宜宜于自动化生产，原料来源丰富易得、价格便宜等原因，已成为我们日常等原因，已成为我们日常生活中必不可少的重要材料。功能高分子材料研究的迅速发展，更加扩生活中必不可少的重要材料。功

50、能高分子材料研究的迅速发展，更加扩展了高分子材料的应用范围。展了高分子材料的应用范围。第44页，本讲稿共95页产量大，价格低，日常生活中应用范围广的塑料产量大，价格低，日常生活中应用范围广的塑料。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。7.4.1 7.4.1 塑料塑料1.1.根据塑料制品的用途可分为根据塑料制品的用途可分为:机械性能好，能用于制造各种机械零件的塑料机械性能好，能用于制造各种机械零件的塑料。主要有主要有聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚砜、酚醛树脂、聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚砜、酚醛树脂、ABS塑料等。塑料等。具有特殊功能和特殊用途的塑料具有特