高分子科学基本知识.ppt
《高分子科学基本知识.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高分子科学基本知识.ppt(99页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、,高分子科学基本知识,高分子科学分类,高分子科学Polymer Science,高分子化学Polymer Chemistry,高分子物理Polymer Physics,高分子工程Polymer Engineering,通用高分子材料Commodity Polymer Mateials,功能高分子材料Functional Polymer Materials,综合性领域材料,基础性学科化学,高分子科学分类,(1)高分子化学 研究聚合反应机理、聚合 方法、降解、老化和交联。,(2)高分子物理 研究高分子的结构与性能 之间的关系。,(3)高分子工程 研究聚合反应工程、加工 成型技术、流变学理论。,高分
2、子化学Polymer Chemistry,高分子?,聚合物?,高聚物?,Polymer,高分子化学,1.高分子的基本概念,高分子是由许多结构单元通过共价键重复键接而成。,n为聚合度,重复单元,氯乙烯,聚氯乙烯,PVC,高分子化学,2.高分子的分类,用途,塑料,橡胶,纤维,热加工,热塑性高分子,热固性高分子,高分子化学,2.高分子的分类,主链结构,碳链高分子,杂链高分子,元素高分子,主链上除了C外,还有O、N、S等,主链全部由C组成,主链含有Si、P,高分子化学,3.高分子的特点,高分子的特点,分子量大,104106,线链结构,尺寸的多分散性,流变性及加工性,结构的多层次性,高分子化学,4.高分
3、子的聚合机理,聚合机理,连锁聚合,逐步聚合,自由基聚合,阳离子聚合,阴离子聚合,高分子化学,连锁聚合,自由基聚合,阳离子聚合,阴离子聚合,4.1 连锁聚合,烯类单体,活性中心,键,引发剂、光、热,链引发,链增长,链终止,高分子化学,链引发,链增长,链终止,I为引发剂,M为单体。I先形成活性种R*;R*打开M的键,形成单体活性种RM*;RM*与M不断结合,促使链增长;最后活性链失去活性,终止,得到聚合物。,键,高分子化学,连锁聚合单体双键,高分子化学,4.1.1 自由基聚合机理,慢引发,快增长,速终止,高分子化学,1.引发剂聚合,(1)有机类过氧化物引发剂,有机过氧化合物的结构通式为ROOH或R
4、OOR,R为烷基、酰基、碳酸酯基等。,高分子化学,(2)无机类过氧化物引发剂,无机过氧化合物因溶于水,多用于乳液和水溶液聚合反应,主要为过硫酸盐类,如过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵,其中最为常用的是过硫酸铵和过硫酸钾。,高分子化学,(3)偶氮类引发剂,偶氮类引发剂有偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈,属低活性引发剂。常用的为偶氮二异丁腈。,高分子化学,(4)氧化还原类引发剂,过氧化物引发剂和偶氮类引发剂分解温度较高(50100),限制了在低温聚合反应的应用。氧化还原引发体系是利用氧化剂和还原剂之间的电子转移所生成的自由基引发聚合反应。因此氧化还原引发剂较之热分解引发剂具有可以在较低温度(050)下引发聚
5、合反应,其优点可以提高反应速率,降低能耗,如过硫酸钾/亚硫酸氢钠。,高分子化学,2.热引发聚合,苯乙烯受热会形成自由基,受热至120时自由基生成速率明显增加,可用于引发聚合。因而,苯乙烯的聚合可以不加引发剂,而是在热的作用下进行热引发聚合。,高分子化学,3.光引发聚合,在紫外或可见光 照下,直接引发或使用能生成自由基或正离子的光引发剂引发的光聚合反应,如MMA。,高分子化学,4.辐射聚合,应用高能电离射线(射线、射线、射线、x射线、电子束)辐射单体生成离子或自由基,形成活性中心而发生的聚合反应。,辐射聚合所得的高分子具有较高的纯度,没有化学引发剂遗留的残渣;聚合反应可以在低温和固相下进行,且较
6、易控制;射线能量高,可以使难以聚合的单体发生聚合;但因辐射作用无选择性,会使反应比较复杂。,高分子化学,1938年最早发现液态乙烯在射线作用下能聚合成高分子,反应按自由基历程进行。1957年又发现异丁烯在-78C时经正离子反应历程的辐射聚合。,高分子化学,4.1.2 自由基聚合方法,采用的聚合方法有本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合。,(1)本体聚合,是单体本身在引发剂或光、热、辐照等作用下的聚合,通常只含单体和少量引发剂,所以操作简便,产物纯净,缺点是聚合热不易排除。例子:聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)。,高分子化学,(2)溶液聚合,将单体、引发剂(或催化剂)溶于适当溶剂中进行的聚合,其优
7、点是体系粘度低,传热快,聚合温度容易控制。缺点是聚合度比较低,产物纯度较差,此外由于使用溶剂和增添回收溶剂的设备,使生产成本提高。例子:丙烯酸酯溶液聚合用于制备涂料或胶粘剂等。,高分子化学,(3)悬浮聚合,是溶解有引发剂的单体被搅拌成小液滴,在水介质中进行的聚合。由于是在水中进行聚合,易散热,易分离与洗涤,纯度较高。缺点是聚合过程中聚合物容易粘结在釜壁上,需定时开盖清釜,所以不能连续生产。例子:阳离子交换树脂。,高分子化学,(4)乳液聚合,是单体借助乳化剂的作用分散在溶解有引发剂的水介质中,形成乳液后再进行的聚合。速率快,分子量大,易散热。缺点是包藏在聚合物颗粒中的乳化剂不易除去,影响性能,特
8、别是电性能较差。例子:丁苯橡胶。,高分子化学,4.1.3 阳离子聚合机理,快引发,快增长,难终止,高分子化学,4.1.4 阴离子聚合机理,快引发,慢增长,无终止,高分子化学,4.1.5 逐步聚合机理,逐步聚合反应通常是由单体所带的两种不同的官能团之间发生化学反应而进行的。例如:羟基和羧基之间的反应。两种官能团可在不同的单体上,也可在同一单体内。,高分子化学,(1)聚酰胺,尼龙,己二酸 己二胺,高分子化学,(2)聚酯,PET,涤纶,对苯二甲酸 乙二醇,高分子化学,5.高分子的老化与降解,5.1 老化,高分子化学,在高分子材料的使用过程中,由于受到热、氧、水、光、微生物、化学介质等环境因素的综合作
9、用,高分子材料的化学组成和结构会发生一系列变化,物理性能也会相应变坏,如发硬、发粘、变脆、变色、失去强度等,这些变化和现象称为老化,高分子材料老化的本质是其物理结构或化学结构的改变。,高分子化学,发生老化的原因主要是由于结构或组分内部具有易引起老化的弱点,如具有不饱和双键、过氧化物、支链、羰基、末端上的羟基,等等。外界或环境因素主要是阳光、氧气、臭氧、热、水、机械应力、高能辐射、电、工业气体(如二氧化碳、硫化氢等)、海水、盐雾、霉菌、细菌、昆虫,等等。,高分子化学,5.2 降解,降解是指聚合物聚合度或分子量变小的化学反应,包括解聚、无规断链、侧基脱除等。,影响因素:热、机械力、超声波、光、氧、
10、水、化学药品、微生物等。,高分子化学,有效利用,如废聚合物的高温裂解以回收单体;纤维素和蛋白质的水解以制葡萄糖和氨基酸。,研究降解目的,探讨老化机理,以便提出防老措施,延长使用寿命,研制耐老化聚合物和环境友好、易降解聚合物,废塑料的回收。,高分子物理Polymer Physics,高分子物理,1.高分子物理的研究内容,研究内容,结构,性能,之间关系,高分子物理,(1)高分子结构,高分子物理,溶液性能,热性能,力学性能,电性能,光学性能,(2)高分子性能,高分子物理,2.高分子链结构,高分子物理,高分子物理,线型链 HDPE,高分子物理,高分子物理,3.高分子聚集态结构,高分子物理,3.1 高分
11、子结晶形态,研究对象:单个晶粒的大小、形状及它们的聚集方式。,研究工具:光学显微镜和电子显微镜。,形貌分类:球晶、单晶、树枝状晶、伸直链片晶、纤维状晶、串晶和孪晶。,高分子物理,图1 等规聚丙烯球晶的偏光照片,图2 向列型液晶的偏光照片,高分子物理,3.2 高分子结晶模型,高分子物理,两相结构模型,高分子物理,3.3 高分子结晶热力学,将结晶高聚物加热到一定的温度,将发生熔融,在熔融过程中,不但发生晶体尺寸、结晶度等晶态结构参数的变化,而且伴随着体积、焓等热力学函数的大幅度的改变。,1.熔融和熔点,高分子物理,通常把DSC曲线的峰值温度称为熔点,记做Tm;把结晶高聚物从开始熔化到完全熔化时的温
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高分子 科学 基本知识
链接地址:https://www.31ppt.com/p-6493604.html