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首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页1第第7章章高分子化合物与材料高分子化合物与材料第1页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页24.4.了了解解几几个个主主要要高高分分子子材材料料和和复复合合材材料料性性能能及及其其应应用。用。1.1.了解高分子化合物基本概念、命名和分类。了解高分子化合物基本概念、命名和分类。2.2.了解高分子化合物基本结构与主要特征。了解高分子化合物基本结构与主要特征。3.3.了了解解高高分分子子化化合合物物合合成成反反应应及及改改性性、回回收收再再利利用用方法。方法。本章学习要求本章学习要求第2页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页37.2 7.2 高分子化合物基本结构和主要特征高分子化合物基本结构和主要特征 7.3 7.3 高分子化合物合成、改性与再利用高分子化合物合成、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 日常生活中高分子材料日常生活中高分子材料7.5 7.5 材料未来与分子设计材料未来与分子设计目目 录录第3页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页4高分子化合物高分子化合物（高分子、高聚物或聚合物）分子比低分子化（高分子、高聚物或聚合物）分子比低分子化合物分子要大很多。通常低分子有机化合物相对分子质量在合物分子要大很多。通常低分子有机化合物相对分子质量在10001000以下，而高分子化合物相对分子质量在以下，而高分子化合物相对分子质量在1 1万以上，有可达万以上，有可达上千万。上千万。1 1基本概念基本概念高分子化合物高分子化合物基本特征基本特征(同低分子化合物根本区分同低分子化合物根本区分)：相对：相对分子质量大。分子质量大。7.1.1 7.1.1 高分子化合物基本概念和特点高分子化合物基本概念和特点7.1 7.1 高分子化合物概述高分子化合物概述第4页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页5高分子化合物相对分子质量即使很大，但其化学组成普通却比较高分子化合物相对分子质量即使很大，但其化学组成普通却比较简单。简单。例例 聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯结合而成：聚氯乙烯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 链节式量链节式量=高聚物平均相对分子质量高聚物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低分子化合物聚合成高分子化合物低分子化合物链节链节组成高分子链重复结构单元组成高分子链重复结构单元聚合度聚合度高分子链所含链节数目高分子链所含链节数目第5页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页6（1）高分子化合物组成简单，相对分子质量大，含有）高分子化合物组成简单，相对分子质量大，含有“多分散多分散性性”。是多分子混合物。是多分子混合物。（2）高分子化合物可归纳为）高分子化合物可归纳为线型线型和和体型体型两种结构。线型结构中两种结构。线型结构中包含链型和支链型。包含链型和支链型。（3 3）高分子化合物因为其相对分子质量很大，有很好）高分子化合物因为其相对分子质量很大，有很好机械强度机械强度，又因为其分子是由共价键结合而成，故有很好又因为其分子是由共价键结合而成，故有很好绝缘性绝缘性和和耐腐蚀耐腐蚀性性，因为其分子链很长，呈卷曲状，故有很好，因为其分子链很长，呈卷曲状，故有很好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，几几乎乎无挥发性，无挥发性，溶解性溶解性也很差，有时只发生也很差，有时只发生溶胀溶胀。2 2高分子化合物特点高分子化合物特点第6页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页71高分子化合物命名高分子化合物命名（1 1）按原料单体或聚合物结构特征命名）按原料单体或聚合物结构特征命名 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。二酰己二胺、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 高分子化合物命名和分类高分子化合物命名和分类（2）按商品名命名）按商品名命名*我我国国习习惯惯以以“纶纶”作作为为合合成成纤纤维维商商品品名名后后缀缀，如如涤涤纶纶、氯氯纶纶、腈纶、锦纶、丙纶等。腈纶、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。为处理聚合物读写不便，常采取国际通用英文缩写符号，如为处理聚合物读写不便，常采取国际通用英文缩写符号，如PVC、ABS等。等。第7页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页8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 一些聚合物名称、商品名称、符号及单体一些聚合物名称、商品名称、符号及单体第8页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页9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9页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页10（2）按主链结构分类按主链结构分类（1）按起源分类按起源分类 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 主链除碳原子外，还含有氧、氮、硫等杂原子。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（尼龙如聚己二酰己二胺（尼龙-66）：）：2 2高分子化合物分类高分子化合物分类第10页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页11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、硫硫、磷磷等等组组成成，侧侧链链是是有有机机基基团团。如如聚聚二甲基硅氧烷：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效高分子六大类。功效高分子六大类。（4）按按功功效效分分类类 通通用用高高分分子子、工工程程材材料料高高分分子子、功功效效高高分分子、仿生高分子等子、仿生高分子等 。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主链和侧链均由无机元素或基团组成。如聚二氯磷腈：基团组成。如聚二氯磷腈：第11页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页12（2）体形结构高聚物体形结构高聚物 分子中无独立大分分子中无独立大分子存在，所以只有子存在，所以只有交聚度交聚度概念。概念。（1）线型结构高分子物质线型结构高分子物质 分子中有独立分子中有独立大分子存在，分子链中以单键相连相邻两大分子存在，分子链中以单键相连相邻两链节之间还能够保持一定键角而旋转，所链节之间还能够保持一定键角而旋转，所以，一个分子链在无外力作用时会有众多以，一个分子链在无外力作用时会有众多分子空间形态，绝大部分为卷曲状。高分分子空间形态，绝大部分为卷曲状。高分子链这种强烈卷曲倾向称为（分子）链子链这种强烈卷曲倾向称为（分子）链柔柔顺性顺性，它对高聚物弹性和塑性等有主要影，它对高聚物弹性和塑性等有主要影响。响。键角固定高分子链键角固定高分子链节旋转示意图节旋转示意图1 1高聚物分子几何形状高聚物分子几何形状 7.2.1 7.2.1 高分子化合物基本结构高分子化合物基本结构7.2 7.2 高分子化合物基本结构和要重特征高分子化合物基本结构和要重特征第12页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页13体型结构高聚物，因为分子链间有体型结构高聚物，因为分子链间有大量交联，分子链不可能产生有序大量交联，分子链不可能产生有序排列，因而都是非晶态。排列，因而都是非晶态。从结晶状态来看，线型结构高聚从结晶状态来看，线型结构高聚物分为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，或者二者共存。，或者二者共存。高聚物中结晶性区域称为结晶区，高聚物中结晶性区域称为结晶区，非结晶区域称非结晶区，结晶多非结晶区域称非结晶区，结晶多少称少称结晶度结晶度（高聚物含晶体结构（高聚物含晶体结构质量百分数）质量百分数）。2 2高聚物聚集态高聚物聚集态第13页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页14玻璃态玻璃态 分子链节或整个分子链无分子链节或整个分子链无法产生运动，高聚物展现如玻璃体法产生运动，高聚物展现如玻璃体状固态。比如常温下塑料。状固态。比如常温下塑料。高弹态高弹态 链节能够较自由地旋转，链节能够较自由地旋转，但整个分子链不能移动。比如常温但整个分子链不能移动。比如常温下橡胶。高弹态是高聚物所独有罕下橡胶。高弹态是高聚物所独有罕见一个物理形态，能产生很大形变，见一个物理形态，能产生很大形变，除去外力后能可逆恢复原状。除去外力后能可逆恢复原状。粘流态粘流态 高聚物分子链节能够自由地旋转，整个分子链也能自由高聚物分子链节能够自由地旋转，整个分子链也能自由移动，从而成为能流动粘液，比液态低分子化合物粘度要大得多，移动，从而成为能流动粘液，比液态低分子化合物粘度要大得多，又称为塑性态。比如胶粘剂或涂料。又称为塑性态。比如胶粘剂或涂料。3线型非晶态高聚物物理形态线型非晶态高聚物物理形态第14页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页15玻璃化温度玻璃化温度 由高弹态向玻璃态转变温度，用由高弹态向玻璃态转变温度，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温度，用由高弹态向粘流态转变温度，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）一些非晶态高聚物一些非晶态高聚物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15页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页161 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，高聚物处于玻璃态，用做材料时可做塑料。可做塑料。7.2.2 高分子化合物结构与性能关系高分子化合物结构与性能关系 玻璃化温度玻璃化温度Tg是高聚物链节开始旋转最低温度。它高低与分子是高聚物链节开始旋转最低温度。它高低与分子链柔顺性和分子链间作用力大小相关。链柔顺性和分子链间作用力大小相关。分子柔顺性越大，分子柔顺性越大，Tg越越低。低。体型高聚物分子链因为被化学键牢靠地交联，极难变形，所以，体型高聚物分子链因为被化学键牢靠地交联，极难变形，所以，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，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。而只呈玻璃态。第16页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页17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。主要影响原因有：。主要影响原因有：(1)平均相对分子质量平均相对分子质量（或平均聚合度）增大，有利于增加分（或平均聚合度）增大，有利于增加分子链间作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所提升。子链间作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所提升。(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，能增加分子链之间作用力时，能增加分子链之间作用力而提升其强度。而提升其强度。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17页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页18(3)适度交联适度交联有利于增加分子链之间作用力。有利于增加分子链之间作用力。(4)在结晶区内分子链在结晶区内分子链排列紧密有序排列紧密有序，可使分子链之间作用力增，可使分子链之间作用力增大，机械强度也随之增高。大，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、杂环取代基等高聚物，其强度或侧链引入芳环、杂环取代基等高聚物，其强度和刚性比含脂肪族主链高聚物要高。和刚性比含脂肪族主链高聚物要高。如聚乙烯交联后，冲击强度可提升如聚乙烯交联后，冲击强度可提升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18页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页19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，普通不存在自由电子和离子，结合，普通不存在自由电子和离子，所以所以高聚物通常是很好绝缘体高聚物通常是很好绝缘体，可作为绝缘材料。，可作为绝缘材料。高聚物极性越小，其绝缘性越好。高聚物极性越小，其绝缘性越好。非极性高聚物非极性高聚物 分子链节结构对称高聚物，如聚乙烯，聚四氟分子链节结构对称高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯等。乙烯等。极性高聚物极性高聚物 分子链节结构不对称高聚物，如聚氯乙烯，聚酰分子链节结构不对称高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺等。胺等。例：例：试比较以下高聚物电绝缘性：试比较以下高聚物电绝缘性：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电绝缘性和抗静电性电绝缘性和抗静电性 第19页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页20电绝缘材料高聚物可分为：电绝缘材料高聚物可分为：（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高聚物，如聚乙烯，聚四氟高聚物，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。乙烯，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，但链节结构不对称高聚物无极性基团，但链节结构不对称高聚物，如聚苯乙烯，天，如聚苯乙烯，天然橡胶等，可用做中频电绝缘材料。然橡胶等，可用做中频电绝缘材料。（3）链节结构不对称且有极性基团高聚物链节结构不对称且有极性基团高聚物，如聚氯乙烯，聚酰，如聚氯乙烯，聚酰胺，酚醛树指等，可用做低频或中频电绝缘材料。胺，酚醛树指等，可用做低频或中频电绝缘材料。第20页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页21分子极性可用相对介电常数分子极性可用相对介电常数衡量，通常非极性高聚物衡量，通常非极性高聚物2，弱，弱极性或中等极性高聚物极性或中等极性高聚物24，强极性高聚物，强极性高聚物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 常见高聚物相对介电常数常见高聚物相对介电常数第21页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页22静电现象静电现象 两种电性不一样物体相互接触或磨擦时，会有电两种电性不一样物体相互接触或磨擦时，会有电子转移而使一物种体带正电荷，另一个物体带负电荷现象。子转移而使一物种体带正电荷，另一个物体带负电荷现象。静电现象含有两面性，它应用于静电印刷、油漆喷涂和静电分静电现象含有两面性，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，比如腈纶纤维起毛球、吸灰尘；粉离等。但静电往往是有害，比如腈纶纤维起毛球、吸灰尘；粉料在干燥运转中会结块等。料在干燥运转中会结块等。惯用抗静电剂是一些惯用抗静电剂是一些表面活性剂表面活性剂，其主要作用是提升高聚物表，其主要作用是提升高聚物表面电导性，使之快速放电，预防电荷积累。面电导性，使之快速放电，预防电荷积累。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、导电纤维等也一样起到抗静电作用。也一样起到抗静电作用。第22页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页23高聚物溶解两个阶段：高聚物溶解两个阶段：溶胀溶胀 溶剂分子渗透高聚物内部，使高分子链间产生松动，并溶剂分子渗透高聚物内部，使高分子链间产生松动，并经过溶剂化使高聚物膨胀成凝胶状。经过溶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，溶解形成均一溶高分子链从凝胶表面分散进入溶剂中，溶解形成均一溶液。液。（1）溶解）溶解性性普通普通线型线型（包含带支链）高聚物，在适当溶剂中常能够溶解。（包含带支链）高聚物，在适当溶剂中常能够溶解。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）可溶于氯仿或丙酮。尺）可溶于氯仿或丙酮。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23页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页24溶剂选择标准是溶剂选择标准是“相同相溶相同相溶”，极性大高聚物选取极性大溶剂；，极性大高聚物选取极性大溶剂；极性小高聚物先用极性小溶剂。比如，未硫化天然橡胶是弱极性，极性小高聚物先用极性小溶剂。比如，未硫化天然橡胶是弱极性，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，不溶于水，在水中只能溶胀，有惊人吸水能力。吸水后成凝胶状，在加压下，水分也不易胀，有惊人吸水能力。吸水后成凝胶状，在加压下，水分也不易挤出来。比如，由淀粉和聚氧乙烯制成保水材料，吸水重量可达挤出来。比如，由淀粉和聚氧乙烯制成保水材料，吸水重量可达自重自重46034603倍；这些高吸水性树脂已应用于农业保湿大棚，制作婴倍；这些高吸水性树脂已应用于农业保湿大棚，制作婴儿尿不湿、预防土地荒漠化等。儿尿不湿、预防土地荒漠化等。（2 2）保水性）保水性晶态高聚物普通需将其加热至熔点附近，待晶态高聚物普通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，溶剂分子才能渗透，使高聚物逐步溶解。后，溶剂分子才能渗透，使高聚物逐步溶解。相对分子质量大高聚物，链间作用力大，不利于其溶解。相对分子质量大高聚物，链间作用力大，不利于其溶解。第24页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页25高聚物主要由高聚物主要由C-CC-C、C-HC-H、C-OC-O等牢靠共价键连接而成，含活泼基等牢靠共价键连接而成，含活泼基团较少，且分子链相互缠绕，使分子链上不少基团难以参加反团较少，且分子链相互缠绕，使分子链上不少基团难以参加反应，因而应，因而普通化学稳定性较高普通化学稳定性较高。（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，在酸或碱催化下会与水反应。比如，聚酰胺与水反应：在酸或碱催化下会与水反应。比如，聚酰胺与水反应：高聚物普通化学稳定性好高聚物普通化学稳定性好，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25页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页26老化是指高聚物及其材料在加工、贮存和使用过程中，长久受化老化是指高聚物及其材料在加工、贮存和使用过程中，长久受化学、物理（热、光、电、机械等）以及生物（霉菌）原因综合影学、物理（热、光、电、机械等）以及生物（霉菌）原因综合影响，发生响，发生裂解裂解或或交联交联，造成性能变坏，造成性能变坏现象现象。比如，塑料制品变脆、。比如，塑料制品变脆、橡胶龟裂、纤维泛黄、油漆发粘等。橡胶龟裂、纤维泛黄、油漆发粘等。老化是物理性质变坏不可逆过程。主要有两种过程：老化是物理性质变坏不可逆过程。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、聚氯如天然胶、聚氯乙烯老化乙烯老化若若在在高高聚聚物物分分子子链链中中引引入入较较多多芳芳环环、杂杂环环结结构构，或或在在主主链链或或支支链链中引入中引入无机元素无机元素（如硅、磷、铝等），均可提升其热稳定性。（如硅、磷、铝等），均可提升其热稳定性。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加入各类入各类光稳定剂、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26页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页27聚合反应聚合反应 7.3.1 高分子化合物合成反应高分子化合物合成反应加成聚合反应（加成聚合反应（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化学反应由小分子单体合成聚合物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 高分子化合物合成、改性与再利用高分子化合物合成、改性与再利用第27页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页28加聚反应加聚反应仅由一个单体聚合而成，仅由一个单体聚合而成，分子链分子链中只包含一个单体组成链节聚合中只包含一个单体组成链节聚合反应反应由两种或两种以上单体同时进行由两种或两种以上单体同时进行聚合，生成聚合物含有各种单体聚合，生成聚合物含有各种单体组成链节聚合反应组成链节聚合反应共聚物往往可兼具两种或两种以上均聚物一些优异性能，所以共聚物往往可兼具两种或两种以上均聚物一些优异性能，所以经过共聚方法能够改进产品性能经过共聚方法能够改进产品性能。加聚反应加聚反应由一个或各种单体相互加成，或由环状化合物开由一个或各种单体相互加成，或由环状化合物开环相互结合成聚合物反应。环相互结合成聚合物反应。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28页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页29缩聚反应缩聚反应由一个或各种单体相互缩合生成高聚物，同时有由一个或各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）析出反应。低分子物质（如水、卤化氢、氮、醇等）析出反应。比如癸二酸和己二胺合成为尼龙比如癸二酸和己二胺合成为尼龙-610反应：反应：2 2缩聚反应缩聚反应第29页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页30高分子材料改性高分子材料改性 经过各种方法改变已经有材料组成、经过各种方法改变已经有材料组成、结结构，以到达改进性能、扩大品种和应用范围目标。构，以到达改进性能、扩大品种和应用范围目标。通常采取改性方法大致上可分为通常采取改性方法大致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 高分子化合物改性高分子化合物改性1 1高聚物化学改性高聚物化学改性 借化学反应改变高聚物本身组成、结构，以到达材料改性目标。借化学反应改变高聚物本身组成、结构，以到达材料改性目标。惯用反应惯用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30页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页31经经部分交联部分交联后橡胶，既提升了强度和韧性，又同时保留了很好后橡胶，既提升了强度和韧性，又同时保留了很好弹性。硫化后橡胶只发生溶胀，含有耐溶剂性。弹性。硫化后橡胶只发生溶胀，含有耐溶剂性。例例 橡胶硫化：橡胶硫化：借化学键形成，使线型高聚物连接成为体型高聚物反应。借化学键形成，使线型高聚物连接成为体型高聚物反应。（1）交联反应）交联反应第31页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页32ABSABS工程塑料含有聚苯乙烯优良电性能和易加工成型性，丁二烯工程塑料含有聚苯乙烯优良电性能和易加工成型性，丁二烯提升弹性和冲击强度，丙烯腈可增加耐热、耐油、耐腐蚀性和表提升弹性和冲击强度，丙烯腈可增加耐热、耐油、耐腐蚀性和表面硬度，使之成为综合性能优良工程材料。面硬度，使之成为综合性能优良工程材料。由两种或两种以上不一样单体经过共聚所生成共聚物，往往在性由两种或两种以上不一样单体经过共聚所生成共聚物，往往在性能上有取长补短效果。能上有取长补短效果。（2）共聚反应）共聚反应第32页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页33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基团，使之含有离子交换功效，且应具备不溶性和供离子交换基团，使之含有离子交换功效，且应具备不溶性和一定机械强度。一定机械强度。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（体二乙烯苯共聚物（体型高聚物），然后再经过官能团反应，在高聚物骨架上引入活型高聚物），然后再经过官能团反应，在高聚物骨架上引入活性基团。比如，制取磺酸型阳离子交换树脂，可利用上述共聚性基团。比如，制取磺酸型阳离子交换树脂，可利用上述共聚物与物与H H2 2SOSO4 4磺化反应，引入磺酸基磺化反应，引入磺酸基SOSO3 3H H。由此所得离子交换树。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）结构（简）式可脂（简称为聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂）结构（简）式可表示以下：表示以下：利用官能团反应，在高分子结构中引入适当利用官能团反应，在高分子结构中引入适当功效基功效基，使高分子，使高分子含有特定功效。含有特定功效。（3）官能团反应）官能团反应第33页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页34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-SOSO3 3H H中中氢氢离离子子能能与与溶溶液液中中阳阳离子进行离子交换。离子进行离子交换。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阴离子离子进行离子交换基团，即可得进行离子交换基团，即可得阴离子交换树脂阴离子交换树脂。比如，季。比如，季铵型阴离子交换树脂铵型阴离子交换树脂R-NR-N（CHCH3 3）3 3ClCl。第34页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页35在高聚物中掺和各种助剂（又称添加剂）、将不一样高聚物共在高聚物中掺和各种助剂（又称添加剂）、将不一样高聚物共混、或用其它材料与高分子材料复合而完成改性。混、或用其它材料与高分子材料复合而完成改性。（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、阻剂、紫外光稳定剂）、着色剂、发泡剂、固化剂、润滑剂、阻燃剂等燃剂等添加剂添加剂，以提升产品质量和使用效果。，以提升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。其中填料和增塑剂是添加剂中用量最大。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 作用作用改进性能改进性能: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、碳酸钙、硅藻土、炭黑、滑石粉、金属粉、金属氧化物、白炭黑（金属氧化物、白炭黑（SiO2）等）等2 2高聚物物理化学改性高聚物物理化学改性第35页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页36通常都选取一些高沸点（普通大于通常都选取一些高沸点（普通大于300）液体或低熔点固）液体或低熔点固体有机化合物（如邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、脂肪族二元体有机化合物（如邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、脂肪族二元酸酯类、环氧化合物等）作为增塑剂。酸酯类、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%增塑剂就成为软质增塑剂就成为软质聚氯乙烯塑料。聚氯乙烯塑料。增塑剂加入能增大高聚物分子链间距离，减弱分子链之间作增塑剂加入能增大高聚物分子链间距离，减弱分子链之间作用力，从而使其用力，从而使其Tg和和Tf值降低，材料脆性和加工性能得以改进。值降低，材料脆性和加工性能得以改进。一些能促进高聚物柔韧性和熔融流动性物质。一些能促进高聚物柔韧性和熔融流动性物质。增塑剂增塑剂第36页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页37将两种或两种以上不一样高聚物混合形成含有纯组分所没有综合将两种或两种以上不一样高聚物混合形成含有纯组分所没有综合性能高聚物方法。形成高聚物称为性能高聚物方法。形成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高分子合金金)。聚合物聚合物共混物共混物塑料塑料共混。如塑料塑料共混。如ABS-PVC共混，可改进耐燃性共混，可改进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，可提丁腈橡胶与天然橡胶共混，可提升天然橡胶耐油性和耐热性升天然橡胶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，可改进抗天然氯丁胶共混，可改进抗冲击性能冲击性能共混作用：共混作用：改变单一聚合物弱点，性能互补，取得优良综合性能；改变单一聚合物弱点，性能互补，取得优良综合性能；赋予尤其性能或功效，如赋予粘结性能、减震、导电、阻燃、赋予尤其性能或功效，如赋予粘结性能、减震、导电、阻燃、耐水等；耐水等；改进加工功效。改进加工功效。（2）共混改性）共混改性第37页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页38 由两种或两种以上性质不一样材料组合制得一个多相材料由两种或两种以上性质不一样材料组合制得一个多相材料过程。过程。与共混相比，复合包含范围更广；共混改性组分材料仅限与共混相比，复合包含范围更广；共混改性组分材料仅限于高聚物，而复合改性对象除高聚物外，还可包含金属材料与于高聚物，而复合改性对象除高聚物外，还可包含金属材料与无机非金属材料。无机非金属材料。（3）复合改性）复合改性第38页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页39高分子化合物回收及再利用高分子化合物回收及再利用基本意义基本意义：v 处理了环境污染问题处理了环境污染问题 因为高分子化合物化学稳定性好，难以分解，日积月累，会污因为高分子化合物化学稳定性好，难以分解，日积月累，会污染环境、危害生态。染环境、危害生态。v 充分利用自然资源充分利用自然资源 7.3.3 高分子化合物回收及再利用高分子化合物回收、利用包含：高分子化合物回收、利用包含：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39页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页40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、聚氯乙主要指聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯烯、聚苯乙烯)进入广泛实用阶段。因为塑料含有很多优点：它进入广泛实用阶段。因为塑料含有很多优点：它取材轻易，价格低廉，加工方便，质地轻巧，所以塑料一问世，取材轻易，价格低廉，加工方便，质地轻巧，所以塑料一问世，便深受欢迎，它快速渗透到社会生活方方面面，塑料被制成碗、便深受欢迎，它快速渗透到社会生活方方面面，塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管等。创造了巨大社会和经济效益。塑料被列杯、袋、盆、桶、管等。创造了巨大社会和经济效益。塑料被列为为2020世纪最伟大创造之一，塑料普及被誉为世纪最伟大创造之一，塑料普及被誉为白色革命白色革命。伴随塑料产量不停增大，成本越来伴随塑料产量不停增大，成本越来越低，我们用过大量农用薄膜、包越低，我们用过大量农用薄膜、包装用塑料袋和一次性塑料餐具在使装用塑料袋和一次性塑料餐具在使用后被抛弃在环境中，给景观和环用后被抛弃在环境中，给景观和环境带来很大破坏。因为塑料包装物境带来很大破坏。因为塑料包装物大多呈白色，它们造成环境污染被大多呈白色，它们造成环境污染被称为称为白色污染白色污染。*塑料贡献与白色污染塑料贡献与白色污染第40页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页41视觉污染视觉污染指是塑料袋、盒、杯、碗等散落在环境中，给人们视觉指是塑料袋、盒、杯、碗等散落在环境中，给人们视觉带来不良刺激，影响环境美感。带来不良刺激，影响环境美感。白色污染白色污染潜在危害潜在危害则是多方面。则是多方面。（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身体健康。健康。（2 2）使土壤环境恶化，严重影响农作物生长。）使土壤环境恶化，严重影响农作物生长。（3 3）填埋作业仍是我国处理城市垃圾一个主要方法。因为塑料）填埋作业仍是我国处理城市垃圾一个主要方法。因为塑料膜密度小、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能力；而且，填埋后场地因为地基松软，垃圾中细菌、病毒圾能力；而且，填埋后场地因为地基松软，垃圾中细菌、病毒等有害物质很轻易渗透地下，污染地下水，危及周围环境。等有害物质很轻易渗透地下，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，将给环境造成严重二次污染。）把废塑料直接进行焚烧处理，将给环境造成严重二次污染。白色污染存在两种危害：视觉污染白色污染存在两种危害：视觉污染和和潜在危害潜在危害1.1.白色污染危害白色污染危害第41页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页42（1 1）停顿使用一次性餐具及超薄塑料袋。）停顿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处理白色污染根本路径。回收废塑料并使之资源化是处理白色污染根本路径。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：即要求做到废塑料减量化运动：即要求做到废塑料减量化（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。降解塑料有三类：光降解塑料、降解塑料有三类：光降解塑料、生物降解塑料及双降解塑料。生物降解塑料及双降解塑料。（4 4）加强环境保护宣传，提）加强环境保护宣传，提升公民环境保护意识，在社会升公民环境保护意识，在社会上形成良好环境保护气氛，是上形成良好环境保护气氛，是处理白色污染及其它各种形式处理白色污染及其它各种形式污染前提。污染前提。2.2.白色污染防治白色污染防治 一靠法律二靠科学一靠法律二靠科学第42页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页437.4 7.4 日常生活中高分子材料日常生活中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。高分子材料与其它材料相比，含有高分子材料与其它材料相比，含有密度小、比强度高、耐腐蚀、密度小、比强度高、耐腐蚀、绝缘性好、易于加工成型绝缘性好、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，即强度不够高，不耐高温、易燃烧和易老化强度不够高，不耐高温、易燃烧和易老化。高分子材料因为高分子材料因为其品种多，功效齐全、能适应各种需要，加工其品种多，功效齐全、能适应各种需要，加工轻易，适宜于自动化生产，原料起源丰富易得、价格廉价轻易，适宜于自动化生产，原料起源丰富易得、价格廉价等原等原因，已成为我们日常生活中必不可少主要材料。功效高分子材因，已成为我们日常生活中必不可少主要材料。功效高分子材料研究快速发展，愈加扩展了高分子材料应用范围。料研究快速发展，愈加扩展了高分子材料应用范围。第43页首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页44产量大，价格低，
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