第3章高分子材料简介.ppt

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1、第第3章章 高分子材料简介高分子材料简介3.1 3.1 高分子高分子材料材料的历史的历史3.2 3.2 高分子科学的发展高分子科学的发展3.2 3.2 高分子的基本知识高分子的基本知识3.1 高分子材料的历史高分子材料的历史古代古代1、纤维素的利用、纤维素的利用造纸造纸东汉（公元东汉（公元105年）蔡伦造纸年）蔡伦造纸1、纤维素的利用、纤维素的利用造纸造纸l造纸是我国古代科学技术的四大发明之一。造纸是我国古代科学技术的四大发明之一。l1987年年2月初，美国印刷工业月初，美国印刷工业100周年的纪念周年的纪念会上当时的美国总统布什说：会上当时的美国总统布什说：“那个伟大国家那个伟大国家在造纸、

2、印刷和排字方面所做的贡献，确实可在造纸、印刷和排字方面所做的贡献，确实可以说改变了历史的进程。以说改变了历史的进程。”1、纤维素的利用、纤维素的利用造纸造纸l纤维素是世界上蕴藏量最大的可再生资源，据纤维素是世界上蕴藏量最大的可再生资源，据估计自然界每年产估计自然界每年产1000亿吨。亿吨。l纤维素的最重要的应用之一就是造纸。纤维素的最重要的应用之一就是造纸。造纸的步骤大致可分为三步：造纸的步骤大致可分为三步：1.打浆打浆2.抄造抄造 3.施胶施胶2、蛋白质的利用、蛋白质的利用练丝、鞣革练丝、鞣革豆腐：西汉淮南王刘安发明了豆腐。实质是用豆腐：西汉淮南王刘安发明了豆腐。实质是用Ca,Mg等离子使大

3、豆球蛋白的水溶液沉淀。而冻豆腐等离子使大豆球蛋白的水溶液沉淀。而冻豆腐是是蛋白质冷冻变性蛋白质冷冻变性的过程。的过程。练丝：一根蚕丝由两根丝纤合并组成，外围包着练丝：一根蚕丝由两根丝纤合并组成，外围包着丝胶，丝胶，“练练”就是用浓碱去掉丝胶，才成为可染就是用浓碱去掉丝胶，才成为可染色的熟丝。色的熟丝。鞣革：兽皮的主要成分是动物蛋白质纤维。鞣革鞣革：兽皮的主要成分是动物蛋白质纤维。鞣革剂与蛋白质中的氨基交联反应。最原始的方法是剂与蛋白质中的氨基交联反应。最原始的方法是烟薰法，烟中的醛为鞣革剂。烟薰法，烟中的醛为鞣革剂。3、最早的涂料、最早的涂料生漆生漆漆树在秦汉时期主要分布在黄河流域，后来由于中

4、漆树在秦汉时期主要分布在黄河流域，后来由于中原气候变冷，漆树现主要分布在四川盆地。原气候变冷，漆树现主要分布在四川盆地。漆漆（木汁如水滴而下，形象表现割漆的情形。）（木汁如水滴而下，形象表现割漆的情形。）主成分是具有双键侧链的漆酚，经氧化后聚合成高主成分是具有双键侧链的漆酚，经氧化后聚合成高分子链。分子链。天然生漆是我国的土特产之一，来自于原始森林和自然漆树科类中，天然生漆是我国的土特产之一，来自于原始森林和自然漆树科类中，天然生漆是用人工从漆树割取的天然漆树液，天然生漆漆夜内主要含有天然生漆是用人工从漆树割取的天然漆树液，天然生漆漆夜内主要含有高分子漆酚、漆酶、树胶质及水分等构成。素有我国高

5、分子漆酚、漆酶、树胶质及水分等构成。素有我国三大宝三大宝（树割（树割漆、蚕吐丝、蜂做蜜）誉名。漆、蚕吐丝、蜂做蜜）誉名。4、最早的黏合剂的利用、最早的黏合剂的利用中国墨中国墨中国墨的发明人是韦诞（公元中国墨的发明人是韦诞（公元179253）墨烟灰明胶（粘合剂）墨烟灰明胶（粘合剂）烟灰用松木烧成的松烟最好，碳颗粒极细。明胶烟灰用松木烧成的松烟最好，碳颗粒极细。明胶由动物的皮、骨骼和甲壳等熬制而成。以徽州人由动物的皮、骨骼和甲壳等熬制而成。以徽州人最擅长制墨，所以有最擅长制墨，所以有“徽墨徽墨”之称。之称。1、纤维素（、纤维素（Cellulose）的改性）的改性1846年的一天，瑞士巴塞尔大学的化

6、学教授舍恩拜因在厨房做实年的一天，瑞士巴塞尔大学的化学教授舍恩拜因在厨房做实验，不小心打破了蒸馏硝酸和硫酸的烧瓶，验，不小心打破了蒸馏硝酸和硫酸的烧瓶，.。近近 代代发现它的威力比发现它的威力比黑火药黑火药大大23倍，可以用于军事。当时倍，可以用于军事。当时只用作炸药，由于它燃烧太快，安定性问题又未解决，只用作炸药，由于它燃烧太快，安定性问题又未解决，爆炸事故频繁爆炸事故频繁 海厄特（海厄特（1870年）发明赛璐珞年）发明赛璐珞美国的印刷工人海厄特（美国的印刷工人海厄特（Hyatt）是一位业余化）是一位业余化学爱好者。学爱好者。1870年为了找到一种象牙的代用品，他年为了找到一种象牙的代用品，

7、他在硝酸纤维素中加入樟脑增塑。用这种方法得到的在硝酸纤维素中加入樟脑增塑。用这种方法得到的角质状材料不仅韧性好，还可热塑加工。这是历史角质状材料不仅韧性好，还可热塑加工。这是历史上第一种塑料，称为上第一种塑料，称为“赛璐珞赛璐珞”（Celluloid）。）。可用作乒乓球、眼镜架、梳子、衣领、指甲油可用作乒乓球、眼镜架、梳子、衣领、指甲油等。等。1884年柯达公司用它生产胶卷、但这种电影胶年柯达公司用它生产胶卷、但这种电影胶片放映时常摩擦而燃烧。片放映时常摩擦而燃烧。夏尔多内伯爵（夏尔多内伯爵（1884年）发明人造丝年）发明人造丝但极易燃烧，纺织厂的工人们似但极易燃烧，纺织厂的工人们似乎很不喜欢

8、他们的岳母大人，把乎很不喜欢他们的岳母大人，把这种丝称为岳母丝这种丝称为岳母丝 用天然纤维素为原料的再生纤维，由于它的化学组成和天然纤维素相同而物理结构已用天然纤维素为原料的再生纤维，由于它的化学组成和天然纤维素相同而物理结构已经改变，所以称再生纤维素纤维。经改变，所以称再生纤维素纤维。天然的绝缘材料天然的绝缘材料2.贝克兰的研究持续了贝克兰的研究持续了5年，获得年，获得100多项专利。酚醛塑料是人多项专利。酚醛塑料是人类有目的创造的第一种高分子，也是人类真正合成的第一种高分类有目的创造的第一种高分子，也是人类真正合成的第一种高分子。子。在高中教材里，酚醛树脂作为缩聚反应的典例在高中教材里，酚

9、醛树脂作为缩聚反应的典例。聚乙烯的发明（聚乙烯的发明（1）19世纪世纪30年代，由于合成氨工业的发展，人们在有机合年代，由于合成氨工业的发展，人们在有机合成反应中开始广泛采用高压技术。成反应中开始广泛采用高压技术。1933年年3月，英国帝国月，英国帝国化学公司的福西特和吉布森想让乙烯和苯甲醛在化学公司的福西特和吉布森想让乙烯和苯甲醛在140MPa的高压和的高压和170温度下进行反应。但是达到预定时间后，温度下进行反应。但是达到预定时间后，预定的反应没有发生。当他们打开反应釜清理时，发现器预定的反应没有发生。当他们打开反应釜清理时，发现器壁上有一层白色蜡状的固体薄膜，取下分析后发现它是乙壁上有一

10、层白色蜡状的固体薄膜，取下分析后发现它是乙烯的聚合物。这使他们感到十分惊奇，于是他们重复了上烯的聚合物。这使他们感到十分惊奇，于是他们重复了上述实验，试图找出原因所在，不幸发生了爆炸事故使实验述实验，试图找出原因所在，不幸发生了爆炸事故使实验不得不终止下来。不得不终止下来。3.聚乙烯的发明（聚乙烯的发明（2）1935年，帝国化学公司的另几位研究人员帕林、年，帝国化学公司的另几位研究人员帕林、巴顿和威廉姆斯决定重复上述试验。他们在一个高巴顿和威廉姆斯决定重复上述试验。他们在一个高压容器中进行实验，实验过程中，由于高压容器的压容器中进行实验，实验过程中，由于高压容器的密封性能不好，容器里的压力不断

11、降低，虽然采取密封性能不好，容器里的压力不断降低，虽然采取了补救措施，实验还是不得不终止。不过在实验结了补救措施，实验还是不得不终止。不过在实验结束后，他们还是在装置中发现有少量的白色固体，束后，他们还是在装置中发现有少量的白色固体，经分析，它与两年前被福西特发现的蜡状薄膜是同经分析，它与两年前被福西特发现的蜡状薄膜是同一种物质一种物质聚乙烯。聚乙烯。聚乙烯的发明（聚乙烯的发明（3）这种貌似偶然的巧合使他们意识到可能存在着必然的原因，这种貌似偶然的巧合使他们意识到可能存在着必然的原因，于是他们对实验的每一步骤进行分析。实验是按原计划进于是他们对实验的每一步骤进行分析。实验是按原计划进行的，只是

12、在发现容器漏气以后，曾往容器中补充过一些行的，只是在发现容器漏气以后，曾往容器中补充过一些乙烯气体。显然，问题的症结就在这里。在这一过程中，乙烯气体。显然，问题的症结就在这里。在这一过程中，一定带进去某些物质，这种物质可能是乙烯聚合反应的催一定带进去某些物质，这种物质可能是乙烯聚合反应的催化剂。他们认为带进去的物质除了氧气别无可能。他们重化剂。他们认为带进去的物质除了氧气别无可能。他们重新设计了操作工艺，在聚合系统中引入了少量的氧气，经新设计了操作工艺，在聚合系统中引入了少量的氧气，经过多次试验，终于制得了聚乙烯。由于这种聚乙烯是在高过多次试验，终于制得了聚乙烯。由于这种聚乙烯是在高压条件下制

13、得的，被称为高压聚乙烯，于压条件下制得的，被称为高压聚乙烯，于1939年实现了工年实现了工业生产。业生产。高压聚乙烯：典型的自由基加成聚合高压聚乙烯：典型的自由基加成聚合4.汤姆森发明充气轮胎汤姆森发明充气轮胎在过去的几千年间，人们所坐的车使用的一直是木制在过去的几千年间，人们所坐的车使用的一直是木制轮子，或者再在轮子周围加上金属轮辋。轮子，或者再在轮子周围加上金属轮辋。1845年，英国工程师汤姆森在车轮周围套上一个合适的年，英国工程师汤姆森在车轮周围套上一个合适的充气橡胶管，并获得了这项设备的专利，到了充气橡胶管，并获得了这项设备的专利，到了1890年，轮年，轮胎被正式用在自行车上，到了胎被

14、正式用在自行车上，到了1895年，被用在各种老式汽年，被用在各种老式汽车上。尽管橡胶是一种柔软而易破损的物质，但却比木头车上。尽管橡胶是一种柔软而易破损的物质，但却比木头或金属更加耐磨。橡胶的耐用、减震等性能，加上充气轮或金属更加耐磨。橡胶的耐用、减震等性能，加上充气轮胎的巧妙设计，使乘车的人觉得比以往任何时候都更加舒胎的巧妙设计，使乘车的人觉得比以往任何时候都更加舒适。适。随着汽车数量的大量增加，用于制造轮胎的橡胶的需求随着汽车数量的大量增加，用于制造轮胎的橡胶的需求量也变成了天文数字。如此广泛的应用使天然橡胶供不应量也变成了天文数字。如此广泛的应用使天然橡胶供不应求。面对橡胶生产的严峻形势

15、，各国竞相研制合成橡胶。求。面对橡胶生产的严峻形势，各国竞相研制合成橡胶。聚异丁烯的发明聚异丁烯的发明20世纪世纪30年代，德国法本公司在实验中偶然发年代，德国法本公司在实验中偶然发现一种怪现象，这种现象很有趣，在干冰温度下，现一种怪现象，这种现象很有趣，在干冰温度下，将异丁烯液化，然后加入几滴三氟化硼（一种高效将异丁烯液化，然后加入几滴三氟化硼（一种高效催化剂）。催化剂刚落在液体表面，就会产生无声催化剂）。催化剂刚落在液体表面，就会产生无声的爆炸，随之产生白色的雪球，雪球越滚越大，从的爆炸，随之产生白色的雪球，雪球越滚越大，从玻璃杯口滚出来。玻璃杯口滚出来。聚异丁烯：离子聚合聚异丁烯：离子聚

16、合橡胶的合成：离子聚合橡胶的合成：离子聚合1928年美国最大的化学公年美国最大的化学公司杜邦公司建立了聚合物研司杜邦公司建立了聚合物研究实验室，究实验室，32岁的杰出化学岁的杰出化学家卡罗瑟斯（家卡罗瑟斯（Carothers）担任领导。担任领导。5.尼龙的诞生（尼龙的诞生（1）1930年的一天，他的助手希尔斯在观察缩聚反应时，年的一天，他的助手希尔斯在观察缩聚反应时，把玻璃搅拌棒从反应器里拿出，无意发现棒上粘着把玻璃搅拌棒从反应器里拿出，无意发现棒上粘着的产物被拉成了许多细丝。他用手拉了拉固化的细的产物被拉成了许多细丝。他用手拉了拉固化的细丝，发现它能像橡胶一样拉伸，具有很好的弹性。丝，发现它能像橡胶一样拉伸，具有很好的弹性。希尔斯兴高采烈地把结果告诉给卡罗瑟斯，卡罗瑟希尔斯兴高采烈地把结果告诉给卡罗瑟斯，卡罗瑟斯意识到这是纺丝原料的特性。斯意识到这是纺丝原料的特性。在以后的在以后的4年时间里，他领导的研究室继续进行了年时间里，他领导的研究室继续进行了几千种单体的组合，试验了几百种不同的纤维，但几千种单体的组合，试验了几百种不同的纤维，但结果都不理想。结果都不理想。尼龙的诞生（尼龙的诞