《高分子化学绪论》课件

高分子化学绪论本课程将深入探讨高分子化学的基本概念、性质和应用通过本课程的学习您,将掌握高分子材料的合成方法、结构表征和性能分析等核心知识为后续的高分,子化学学习奠定坚实基础高分子材料的定义和特点分子结构分子量大高分子材料由大量重复的基本单元组高分子材料的平均分子量通常在数万成呈现出特殊的分子结构到数百万之间,性能优良化学结构复杂高分子材料具有优异的机械、热、电、高分子材料的化学结构复杂可以通过,光学等性能广泛应用于工业和日常生化学反应进行改性和合成,活中高分子材料的分类基于来源基于结构基于用途基于熔融性高分子材料可分为天然高分子高分子材料还可根据分子结构从应用领域来看高分子材料高分子材料按照是否能被熔融,和合成高分子两大类天然高划分为线型、网状和支化高分涵盖塑料、橡胶、纤维、涂料加工分为热塑性和热固性两大分子如蛋白质、脂肪、淀粉等子每种结构都赋予材料不同等广泛应用领域满足人类生类前者可反复熔融后者一,,源自生物体而合成高分子则的物理化学性质活的各种需求旦固化就不可逆,是通过化学反应制造而成天然高分子物质蛋白质核酸由氨基酸串联而成的高分子物质在生命活动中起着重要作用包括和是遗传信息的载体是生命的基础,DNA RNA,,多糖天然橡胶由单糖单元聚合而成在植物、动物和微生物中广泛存在从橡胶树中提取的一种重要的天然高分子材料广泛应用于工业和日,,常生活合成高分子物质合成高分子的定义合成高分子的反应合成高分子的应用合成高分子是通过化学反应合成而成的高分合成高分子通常是通过链增长聚合反应或步合成高分子材料广泛应用于塑料、橡胶、涂子材料包括塑料、橡胶、纤维等广泛应用骤增长聚合反应进行以单体分子为原料经料、粘合剂、电子材料等是现代工业不可,,,,于工业和日常生活化学反应合成而成或缺的重要材料高分子分子量及其测定高分子材料的分子量是其重要的物理化学特性之一影响着高分子材料的各种性能常用的分子量测定方法包括渗透压法、粘度法和光散射法等通过这些测试手段可以获得数平均分子量、重平均分子量等关键数据为高分,,子材料的应用提供重要依据高分子溶液的性质稀溶液与浓溶液分散性与溶解性12高分子溶液可分为稀溶液和浓溶液根据分子量和浓度的不高分子材料的分散性和溶解性与其亲和性、分子量、结构等,同具有不同的理化性质因素有关表面张力和润湿性溶剂效应34高分子溶液的表面张力和润湿性与其化学结构、亲和性等特溶剂类型和条件会对高分子溶液的理化性质产生重要影响征密切相关高分子溶液的浓度表示方法质量浓度摩尔浓度12通过溶质质量与溶液总质量的比值来表示溶液浓度常用于溶质的摩尔数与溶液总体积的比值适用于低分子量溶质的固体高分子溶液浓度表示质量分数体积分数34溶质质量与溶液总质量的比值可用于固体和液体高分子溶溶质体积与溶液总体积的比值适用于溶液中固体高分子浓液的浓度表示度的表示高分子溶液的粘度影响因素描述分子量分子量越高溶液粘度越大,溶质浓度溶质浓度越高溶液粘度越大,温度温度升高溶液粘度下降,溶剂性良溶剂会使高分子链展开增加溶液粘度,高分子溶液的粘度是研究高分子性质的重要参数通过测量溶液粘度可以间接反映高分子链的分子量大小、溶剂性等特性合理控制这些因素对高分子材料性能调控至关重要高分子溶液的渗透压

0.2MPa渗透压高分子溶液的典型渗透压为

0.2MPa

0.01摩尔分数高分子溶液的摩尔分数通常小于

0.0195%溶剂组成高分子溶液中溶剂的组成大约占95%高分子溶液的渗透压是由溶质高分子分子浓度决定的，通常比小分子溶液的渗透压低得多这是由于高分子溶质的分子量高、摩尔分数低以及溶液中溶剂的绝对含量大造成的高分子溶液的光学性质高分子量化的方法相对分子质量绝对分子质量分子量分布数均分子量和质量均分子量通过测定高分子相对分子质量测定高分子的绝对分子质量可不同制备方法得到的高分子都可以了解其分子结构和性能以更准确地描述其分子量分布有一定分子量分布，通过测定数均分子量表示平均每条链上常用的方法有凝胶渗透色谱法、如光散射法、超离心法和质谱分布曲线可以了解其均一性的单体数，质量均分子量则代渗透压法和粘度法法等表单位质量内的平均分子量高分子链的构型线性构型螺旋构型分支构型环状构型高分子链可以呈现线性构型即高分子链也可能呈现螺旋构型某些高分子链会发生分支形成高分子链还可能形成环状构型,,,,沿着一个直线方向排列具有简形成三维空间中的螺旋结构增复杂的树枝状结构这种分支构增加了分子的空间结构形态对,,,,单直接的分子结构加了分子的空间结构复杂性型会影响材料的物理化学性能材料的性能也有重要影响高分子链的构象顺式和反式构象扭转角度高分子链中的取代基可以以顺式相邻键之间的扭转角度决定了链或反式构型排列这会影响链的空的刚性和柔性从而影响高分子材,,间结构和性能料的物理特性有序和无序结构分子内和分子间作用力高分子链可以形成有序的结晶区分子内和分子间的氢键、范德华和无序的非晶区这种微结构决定力等作用力会影响高分子链的空,,了材料的力学性能间构象和材料性能高分子链的热运动分子热振动1高分子链分子内各个原子之间会不断发生热振动这种振动是由,热能引起的分子热运动分子热转动2高分子链上的单键可以自由旋转导致整个链段发生热转动影,,响了材料的结构和性能分子热扩散3在热运动的驱动下高分子链内不同部位的链段会发生扩散运动,,改变链的构象和堆积状态高分子链的无定型结构高分子材料的无定型结构是指高分子链段无规则地排列和堆积缺乏长程的有序,性这是由于受热运动的影响高分子链段呈现不规则的卷曲和折叠状态,无定型结构赋予了高分子材料独特的性能如良好的抗冲击性、韧性和透明性,了解高分子链段的无定型结构对于优化材料性能非常重要高分子链的结晶结构高分子链通过规则有序的排列形成结晶结构这种规则性是由于聚,合物分子链中存在重复的基本结构单元在结晶过程中聚合物分,子链发生折叠和堆积形成有序的晶体结构包括晶体单元胞和晶格,,高分子材料的结晶度和晶体结构对其性能有重要影响高分子材料的性能与结构的关系分子结构结晶度高分子材料的性能与其独特的分子结高分子的结晶度影响其机械强度、耐构密切相关如链长、侧基基团、交联热性、透明度等性能结晶度越高性,,程度等能也越好转变温度形态结构高分子的玻璃化转变温度决定其在常高分子的形态结构如无定型、半结晶、,温下是硬脆还是柔韧从而影响材料的完全结晶也决定了其物理化学性能,,使用性能高分子材料的加工工艺预热及塑化通过预热和塑化使高分子材料达到可加工的温度和流动状态这为后续的成,型加工奠定基础压缩注射成型/高分子材料被放入模具并加压成型获得所需的形状和尺寸这是最常见的高,分子加工方法之一挤出成型将熔融的高分子材料通过挤出机和模具挤出成型可制造出管材、板材、薄膜,等增材制造利用打印等技术逐层叠加高分子材料可快速制造出复杂形状的零件3D,,高分子材料的力学性能100MPa抗拉强度高分子材料的抗拉强度通常在左右但可通过改性达到更高水平100MPa,300%断裂伸长率高分子材料展现出较高的断裂伸长率可达或更高,300%3GPa弹性模量高分子材料的弹性模量通常在左右表现出一定的刚性3GPa,高分子材料的力学性能是其应用的关键依据高强度、高韧性和适当的刚性使其广泛应用于各种工程领域通过改性和复合可进一步优化高分子材料的力学特性满足不同应用需求,高分子材料的热学性能热膨胀系数描述材料在温度变化下的体积变化程度高分子材料的热膨胀系数较大需要考虑在应用过程中的热胀冷,缩效应热导率描述材料传热能力的指标大多数高分子材料的热导率较低具有良好,的隔热性能熔点玻璃化转变温度高分子材料根据分子结构的不同会/,有不同的熔点或玻璃化转变温度这,决定了其使用温度范围综合来看高分子材料的热学性能与其分子结构、取向、结晶度等因素密切相关,合理选择高分子材料可以满足不同应用场景的热学需求高分子材料的电学性能高分子材料的电学性能是其重要特性之一主要体现在电导率、介电常数、电介质强度等方面适当的电学性能可满足电子设备、电力传输等领域的需求,高分子材料的光学性能高分子材料的光学性能是指其对光的传输、反射和吸收等特性这些性质受到高分子链结构、形态和组成的影响合理设计和选用高分子材料可获得特殊的光学性能如透明、不透明、着色、发光等广泛应用于光电子、光信息存储、光学元件等领域,,90%

1.5500nm透光率折射率吸收带优质透明高分子材料如聚甲基丙烯酸甲酯可高分子材料的折射率通常在范围内共轭高分子材料在可见光区域有特定的吸收

1.3-

1.7,达的高透光率可根据需求进行调控带用于光电转换90%,高分子材料的化学性能高分子材料作为一种特殊的化学物质其化学性能在很大程度上决定了其在工业和日常生活中的应用高分子材料具有独特的化学结构和反应特性这使它们在耐腐蚀性、耐溶剂性、耐老,,化性等方面表现出色化学性能指标具体表现耐腐蚀性高分子材料能抵御酸、碱、氧化剂等化学试剂的侵蚀在化工领域应用广泛,耐溶剂性大多数高分子材料能够抵御有机溶剂的溶解适用于制造化学容器、管道等,耐热性部分高分子材料如芳香族聚合物具有较高的热稳定性能承受较高温度而不会分解,耐老化性通过添加各种稳定剂可以提高高分子材料对热、光、氧化等因素的抵御能力,高分子材料的生物相容性生物耐受性组织相容性高分子材料在人体内需要良好的生物高分子材料在植入人体时需要与周围耐受性不能引起人体的免疫排斥反应组织协调和融合不能引起组织损伤,,细胞相容性血液相容性高分子材料表面性质需要有利于细胞高分子材料与血液接触时不能引起血的附着、生长和分化促进组织再生液凝固、溶血、血小板聚集等反应,高分子材料的应用医疗领域电子电器高分子材料广泛应用于医疗器械、塑料外壳、电线电缆绝缘层、绝假体、义肢、缝合线等具有优异缘板等部件广泛采用高分子材料,的生物相容性建筑领域包装行业防水涂料、保温材料、装饰材料塑料瓶罐、软包装膜等高分子材等都使用高分子材料具有轻质、料广泛应用具有成本低、易成型,耐腐蚀等优点等特点高分子材料的发展趋势环境友好型材料智能化纳米技术随着可持续发展理念的推广开发环保型高高分子材料向智能化发展可实现形状记忆、利用纳米技术改善高分子材料的力学、电磁,,分子材料成为未来趋势如生物基高分子、自修复等特殊功能广泛应用于智能设备和等性能研发出高性能、轻质高分子纳米复,,,可降解塑料等仿生器官合材料结论与展望高分子材料是一个广阔而深邃的学科领域其未来发展前景广阔随着科学技术,的不断进步高分子材料必将在各个领域发挥越来越重要的作用为人类社会的可,,持续发展做出更大贡献参考文献期刊论文专著12张三李四高分子材料性能分析高分子学报王五高分子化学基础北京化学工业出版社,..,2023,..:,

2020.451:23-

30.学位论文会议论文34赵六可降解高分子材料的研究与开发博士学位论文清华陈七吴八高分子材料在电子领域的应用第十五届全国高..,,..大学分子学术会议论文集,

2021.,

2022.。