高分子化学第五版ppt课件 第一章_绪论.ppt
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1、1,第一章 绪论,本章内容,高分子的基本概念,高分子化合物的分类和命名,分子量及其分布,聚合反应分类,(*),(),(*),(*),高分子科学简史,教学目的及要求,掌握 基本概念、聚合反应分类;聚合物平均分子量、分子量分布的几种表示方法;熟悉 高分子特点;线型和体型大分子;聚合物分类及命名方法;了解 高分子化学研究的主要问题,高分子化学简史。,3,高分子化学既是一门应用科学,又是一门基础科学.它是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。目前,已经发展成四个主要分支.高分子化学继“四大化学”之后被称为“第五大化学”。属于高分子科学的一个分支。,高
2、分子化学 学科地位,4,高分子化学,高分子化学,高分子化学是研究高分子合成和化学反应的科学。学习高分子化学的目的是了解聚合反应的机理和聚合方法,以便合成出具有指定相对分子质量和相对分子质量分布、指定性能、能满足实际需要的高分子化合物。,研究目的,5,提高产量、增加品种、改进性能、处理三废、拓宽应用领域;研制新型引发剂,降低能源和材料消耗,使得合成方便易行;采用新的聚合方法获得新性能、新品种、新用途的高聚物;开发功能高分子材料和生物工程高分子材料。,高分子化学,发展方向,高分子科学简史,高分子工业:公元前,蛋白质、淀粉、棉、毛、丝、麻、造纸、油漆、虫胶等,高分子科学:-1833年,Berzeli
3、us 提出“Polymer”一词,指以共价键、非共价键联结的聚集体,1、十九世纪之前:天然高分子的加工利用,2、十九世纪中叶:天然高分子的化学改性,高分子工业:-1838 C.N.Goodyear 天然橡胶硫化-1845 C.F.Schobein 硝化纤维-1868 J.W.Hyatt 硝化纤维塑料-1889 建成最早的人造丝工厂-1900 英国建成年产1000t粘胶纤维工厂,高分子科学:-1870 提出纤维素、淀粉、蛋白质是大的分子1892 W.A.Tilden 确定天然橡胶干馏产物异戊二烯 结构式,高分子工业:-1907 L.Backeland 酚醛树脂-1911 丁钠橡胶-1914 醋酸
4、纤维和塑料-1925 醋酸乙烯工业化-1928 聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯,高分子科学:-1902 提出蛋白质是由氨基酸残基组成的多肽结构-1907 W.Ostwold 提出分子胶体概念-1920 H.Staudinger 提出“共价键联结的大分子”之现代高分子概念,3、二十世纪初叶:高分子工业和科学的创立的准备时期,高分子工业:塑料:PVC(1931)、PS(1934)、LDPE(1939)、ABS(1948)橡胶:氯丁胶(1931)、丁基胶(1940)、丁苯胶(1940)纤维:PVC(1931)、尼龙-66(1938)、PET(1941)、维纶(1948),高分子科学:-1932 H.St
5、audinger 高分子有机化合物出版-192940 W.H.Carothers.P.J.Floury 缩聚反应理论-193238 W.Kuhn,K.H.Mayer 橡胶弹性理论 193548 H.Mark,F.R.Mayo,et al 链式聚合反应和共 聚合理论-194249 P.J.Flory,M.L.Huggins,et al 高分子溶液理论-40年代 Harkin-Smith-Ewart 乳液聚合理论,4、二十世纪3040年代:高分子工业和科学的创立时期,高分子工业:HDPE(195355)、PP(195557)、BR(1959)、PC(1957)-石油化工产品的80%用于高分子工业-
6、塑料以两倍于钢铁的速率增长(1215%/年),高分子科学:-195356 Ziegler-Natta 催化剂和配位阴离子聚合-50年代 Szwarc 阴离子活性聚合 Kennedy 阳离子聚合-1957 A.Keller 获得聚乙烯单晶,5、二十世纪50年代:现代高分子工业确立、高分子合成化学大发展时期,高分子工业:通用塑料:PE、PP、PVC、PS(80%)、PF、UF、PU、UP(20%)-工程塑料:ABS、PA、PC、PPO、POM、PBT、合成橡胶:丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶、异戊胶、丁基胶、丁腈胶-合成纤维:PET、PAN、PP、PVA、nylon,高分子科学:-各种热谱、力谱、电镜、I
7、R手段的应用:1960 高分辨率NMR、1964 GPC的使用-结晶高分子、高分子粘弹性、流变学理论研究的深入,6、二十世纪60年代:高分子物理大发展时期,高分子工业:-生产的高效化、自动化、大型化:塑料6000万t、橡胶700万t、化纤6000万t、-高分子合金,如HIPS-高分子复合材料,如碳纤维增强复合材料,高分子科学:-197178 白川英树等 导电高分子-1973 Kevlar 纤维,7、二十世纪70年代:高分子工程科学大发展时期,高分子工业:80年代初,三大合成材料产量超过10亿t,其中塑料 8500万t,以体积计超过钢铁的产量-精细高分子、功能高分子、生物医学高分子,高分子科学:
8、-提出分子设计概念-1983 O.W.Webster 基团转移聚合-1994 王锦山 原子(基团)转移自由基聚合,8、二十世纪末期:高分子科学的扩展与深化,A.B.Nobel(1833-1896)瑞典化学家,崇高的科学奖赏,高分子科学诺贝尔奖获得者,德国人,1903年在Halla大学完成博士论文。毕业后在多所大学任教。早期研究有机化学,后转向对天然有机物的结构研究。,1920年,在德国化学会志上发表划时代的文章论聚合,首次提出高分子的概念。1932年,发表专著高分子有机化合物,标志着高分子化学的诞生。,H.Staudinger(18811965),1953年因“链状大分子物质的发现”获诺贝尔化
9、学奖,Ziegler-Natta催化剂的发现,*1923年,开始碱金属有机化合物研究,*二十世纪50年代,石油化工为高分子合成提供了廉价丰富的原料,但其中最 多的-烯烃由于没有合适的催化剂而末能得到充分使用。,*1948年,用AlH3与乙烯反应,得到不带支链的高级烯烃,*1953年,在一次实验中意外发现由于反应釜中残留的痕量镍而只生成二聚体,德国人,22岁获博士学位。毕业后在多所大学任教,主要从事金属有机化合物研究。治学严谨,重视理论与实践相结合。实验技巧娴熟,危险实验常亲自做。一生发表论文200余篇。对助手要求严格,对重要的书要求助手“通背”“翻破”为止。1946年起任前联邦德国化学会会长。
10、,*1955年,进一步的研究发现用TiCl4和Al(C2H5)3 组成的催化体系,能使乙烯 在室温低压下迅速聚合成为高分子量的高密度聚乙烯,Ziegler 催 化剂由此诞生。,K.Ziegler(18981973),1963年,K.Ziegler 和 G.Natta 因“在高分子合成和工艺领域中的重大发现”共同获诺贝尔化学奖,意大利人,21岁获博士学位。毕业后在多所大学任教,同时兼任Montecatini(蒙埃)公司顾问。主要从事有机合成和高分子结构研究。高度重视工业工作,不单纯学术生涯。一生发表论文700余篇,专利约百项。,*1930年,开始进行高分子结构研究,*1952年,受Ziegler
11、 研究结果影响,开始对Ziegler催化剂进行进一步研究,*1954年,对聚丙烯的结构进行研究发现为“全同立构”,*1954年,用TiCl3和Al(C2H5)3 组成的催化体系得到聚丙烯,G.Natta(19031979),美国人,1934年获博士学位后,作为物理化学家进入杜邦公司,在Carothers手下工作。Carothers鼓励他从事将数学方法用于高分子领域的研究。按照这一思路,Flory的研究在许多重要的理论方面多有建树:高分子分子量分布、等活性反应原理、高分子溶液的热力学研究等。,P.J.Flory(19101985),1974年因在长链分子物理化学性质方面的研究获诺贝尔化学奖,19
12、91年因把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较复杂的物质形式,特别是推广到液晶和聚合物的研究中获诺贝尔物理奖,P.G.de Geenes(1932),法国人,理论物理学家。6070年代,把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较复杂的物质形式,特别是推广到液晶和聚合物的研究中,为物理学研究开拓了新的领域。,聚合体链动态模型,Alan.G.MacDiarmid(1927),Alan.J.Heeger(1936),白川英树(1936),美国人,现任宾夕法尼亚大学化学教授,美国人,现任加利福尼亚大学巴巴拉分校聚合物和有机固体研究所所长,日本人,现任筑波大学材料科学研究所化学教授,2000年因在导电聚
13、合物领域的开创性工作共同获诺贝尔化学奖,1、理论研究,中国的高分子研究起步于二十世纪50年代,作出杰出贡献的有:,王葆仁先生:在我国高分子科学的形成、发展中进行了重要的组织工作,培 养了一大批学科骨干。,冯新德先生:在自由基聚合、氧化还原引发体系等领域开展了系统的基础研 究,并开创了国内医用高分子研究领域。,钱人元先生:对我国高分子物理的发展起了奠基作用,开拓了我国高分子溶 液、高分子凝聚态、有机金属导体等一些重要的研究领域。,何炳林先生:开拓了我国离子交换与吸附树脂的研究领域,并在将基础研究 和应用研究相结合推动产业发展方面做出富有成果的尝试。,钱保功先生:在组织高分子化学、高分子物理进行学
14、科联合,共同开发我国 新品种橡胶研究方面做出了重要贡献。,唐敖庆先生:开展了高分子统计理论研究,在高分子化学、高分子物理理论 研究方面开创了一个重要领域。,徐 僖先生:长期开展的塑料成型研究为我国高分子成型科学基础研究的发 展起了重要奠基的推动作用。,中国的高分子科学,新一代高分子科学的带头人,曹镛 院士,杨玉良 院士,吴奇 院士,周其凤 院士,颜德岳 院士,张希 院士,高分子的基本概念,高分子化学是研究高分子化合物合成和反应的一门科学,合成:由小分子化合物经过聚合反应形成高分子化合物的过程,反应:以高分子为反应物进行的化学反应,例,苯乙烯聚苯乙烯,聚乙烯醇聚乙烯醇缩甲醛,例,又称高分子化合物
15、、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物。(注:这些术语有时可以通用)Macromolecules,High Polymer,Polymer,什么是高分子?,高分子化合物,一种由许多结构相同的、简单的单元通过共价键重复连接而成的相对分子质量很大的化合物。,定义,高分子的特征相对分子质量很大,-103-104-107-低分子 过渡区(齐聚物)高聚物 超高分子量的聚合物,一般高分子的分子量在104107,相对分子质量 1.21.8104,尼 龙,相对分子质量 515104,聚氯乙烯,相对分子质量 2530104,顺丁橡胶,高分子的特征共价键连接、由相同简单化学结构重复键接,聚合物分子结构必须
16、是由多个重复单元所组成,并且这些重复单元是由相应的小分子衍生而来。,结构单元,重复单元,单体单元,链 节,元素组成同电子结构异,n,聚合度(DP),结构单元数,重复单元数,表示重复连接,高 分 子,小 分 子,聚合反应,Polymerization,单 体,能够进行聚合反应,并构成高分子基本结构组成单元的小分子。即合成聚合物的起始原料。,单 体(Monomer),在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团。即构成大分子链的基本结构单元。,结构单元(Structure unit),重复单元(Repeating unit),聚合物中化学组成相同的最小单位。,链节(Chain element),即一
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