1-1 高分子合成材料的产生与发展在线视频

同学们好

我是北京理工大学材料学院的老师

柴春鹏

本次讲授的课程是

高分子合成材料学

高分子合成材料

是以人工合成的高分子化合物为基础

再配有其他助剂所构成的材料

它的出现改变了人类只能依赖和应用

从矿物

动植物中得到金属

木材

棉

毛

橡胶等天然材料的状况

高分子合成材料的性能优异

应用广泛

已经成为人们生活

和生产不可缺少的基础材料

也是高新技术领域重点发展的新型材料

高分子合成材料学

是以高分子化学

高分子物理

高分子成型加工

和高分子合成工艺学为基础

集合了高分子的结构和性能

高分子的合成与改性

高分子的成型加工及其应用等知识

是一门理论性和实用性非常强的课程

本课程主要是对材料科学与工程专业

及相关专业的研究生开设的专业基础课

课程除讲授高分子合成材料的基础知识

和基本概念外

还介绍高分子合成材料领域的新理论

新技术

和新方法

主要内容包括

绪论

合成树脂及塑料

合成纤维

合成橡胶

高分子涂料

高分子胶黏剂

智能高分子

共分七章讲述

第一章

绪论

主要介绍高分子合成材料的产生与发展

结构与性能

分类与应用

第一节

高分子合成材料的产生与发展

高分子是一类相对分子质量较高的

分子聚集而成的化合物

大多数高分子的相对分子质量

在一万到百万之间

其分子链是由许多简单的结构单元

通过共价键重复连接而成

也称为聚合物

或高聚物

高分子合成材料是在人们长期生产实践

和科学研究的基础上产生和发展起来的

人类远古时期就开始使用皮毛

棉花

淀粉

天然橡胶

纤维素

虫胶

蚕丝

甲壳素

木料等

一系列天然高分子材料

但是

对这些高分子材料的本质结构却毫无所知

在19世纪中叶时候

仍然没有形成长链分子的概念

为了满足人类对高分子材料性能

和品质的需求

开始对天然高分子进行改性研究

并试图进行人工合成

1839年

美国人查尔斯固特意尔

发现

天然橡胶与硫磺共热后

明显地改变了性能

使它从硬度较低

遇热发粘软化

遇冷发脆断裂的不实用的这个性质

变为富有弹性

可塑性的材料

1840年

Goodyear和Hancock

开发天然橡胶的硫化技术

达到了消除橡胶的粘性增加弹性的目的

从而使得天然橡胶性能发生改变

并得到了广泛的应用

1851年

硬质橡胶实现了商品化

1869年

美国化学家海厄特

把硝化纤维

樟脑和乙醇的混合物在高压下共热

制造出了第一种人工合成塑料

“赛璐珞” （celluloid )

它作为象牙的替代品

被用于

制造桌球

这是人类发明的第一种合成塑料

三年后

第一个生产赛璐珞的工厂在美国建成投产

这标志着塑料工业的开始

1887年

法国人

卡顿奈特

用硝化纤维素的溶液进行纺丝

制得了第一种人造丝

1909年

美籍比利时化学家

列奥·亨德里克·贝克兰

用苯酚和甲醛反应

制造出第一种完全由人工合成的树脂

酚醛树脂

俗称“电木”

这是用化学合成的方法得到

并被实际应用的第一个高分子合成材料

贝克兰申请了关于酚醛树脂的

“加压 加热”固化的专利技术

并与1910年10月10日

成立了Backlite公司

从此

就拉开了

人类制造和应用高分子合成材料的序幕

1915年

为了摆脱对天然橡胶的依赖

德国用二甲基丁二烯制造合成橡胶

并在世界上

首先实现了合成橡胶的工业化生产

对19世纪的大多数研究者而言

分子量超过一万的物质

似乎是难以想象的

他们把这类物质

同由小分子稳定悬浮液构成的胶体系统

视为同一物质

1920年

德国科学家赫尔曼·斯道丁格

否定了这些物质是有机胶体的观念

并假设那些称为聚合物的高分子量物质

是由共价键形成的真实的大分子

同时在其大分子理论中

阐明聚合物由长链构成

链中单体

或者叫结构单元

是通过共价键彼此连接的

较高的分子量和大分子长链特征

决定了聚合物独特的性能

尽管一开始他的假设

并不为大多数科学家所认可

但最终这种解释得到了合理的实验证实

为工业化学家们的工作

提供了有力的指导

从而使得聚合物的种类

迅猛增长

直到这时

塑料

橡胶

纤维素

和相似的天然材料的本质

才被人们所认识

用化学合成的方法

大规模制备高分子合成材料的时代

从此开始发展

1953年

Staudinger因

“链状大分子物质的发现”

获得了诺贝尔化学奖

自1929年开始

美国科学家杜邦公司的卡罗瑟斯

研究了一系列的缩合反应

验证并发展了大分子理论

合成出聚酰胺66

也就是尼龙66

1938年

尼龙66实现了工业化生产

随后

聚甲基丙烯酸甲酯

聚苯乙烯

脲醛树脂

聚硫橡胶

氯丁橡胶等众多的合成高分子材料

相继问世

迎来了高分子合成材料的蓬勃发展

20世纪50年代

随着石油化工的发展

高分子合成材料工业的原料

获得了丰富和廉价的来源

当时除乙烯 丙烯外

几乎所有的通用单体

都实现了工业化生产

1953年

德国化学家齐格勒

和意大利化学家纳塔

发明了配位聚合的齐格勒-纳塔催化剂

这种催化剂

能使乙烯在常温常压下进行聚合

工艺简单

生产成本低

大幅度地扩大了

高分子合成材料的原料来源

使聚乙烯和聚丙烯这类通用高分子合成材料

走入了千家万户

更重要的是

齐格勒-纳塔催化剂不仅应用于塑料合成

而且在合成橡胶等其它有机合成中

都有广泛用途

它加速了高分子合成材料工业的发展

得到了一大批新的高分子合成材料

并带动了

其它与不同金属配合的

配位聚合催化剂的开发

确立了高分子合成材料

作为当代人类社会文明发展阶段的标志

1963年

Ziegler和Natta

共同获得了诺贝尔化学奖

20世纪70年代

高分子合成材料科学获得快速发展

1971到1978年

美国科学家黑格

麦克迪尔米德

和日本白川英树

有关导电高分子材料的研究成果

改变了高分子只能是绝缘体的观念

在塑料导电研究领域取得突破性的发展

这一领域的开创性研究“导电聚合物”

获得2000年诺贝尔化学奖

随着高分子合成材料不断的深入研究

可以根据需求

通过分子设计

使高分子合成材料多样化

在更大的范围内拓展应用

目前

高分子合成材料正在向功能化

智能化

精细化方向发展

中国高分子合成材料的研究

起步于20世纪50年代

通过高分子化学

高分子物理

高分子成型加工

和高分子反应工程等学科

和产业部门的合作

高分子合成材料的科学研究和工业

逐渐兴起并蓬勃发展

下面

我们来了解

为中国高分子合成材料发展奠基

和开拓的老一辈科学家

首先

是徐僖院士

他是中国高分子材料学科的开拓者

和奠基人之一

长期从事高分子力化学

和高分子工程基础理论研究

在高分子超声降解和共聚

高分子氢键复合

高分子复合共混体系相容性等方面

做出多项成果

被誉为“中国塑料之父”

和“学科领路人”

在国内高分子领域创造了多个第一

发表研究论文200余篇

出版著作

译著4本

申请专利20余项

曾获国家自然科学奖

国家发明奖等20余项国家

部委

省级奖励

以及高分子学科高层次人才培养国家级

优秀教学成果奖

高分子化学育才奖

何梁何利基金科学与技术进步奖

钱保功先生

著名高分子科学家

在国内开创了合成橡胶

高分子辐射化学

高聚物粘弹性能

和高分子固态反应等方面的研究

在合成橡胶的力学性能

粘弹性能

分子运动等方面

进行了深入系统研究

领导组织稀土顺丁

镍顺丁橡胶的

表征研究

还对天然橡胶的结晶过程

聚乙烯的紫外光敏交联

高聚物体系固态反应等方面

进行了深入研究
高聚物体系固态反应等方面

进行了深入研究

黄葆同院士

是著名高分子化学家

研究以聚烯烃为组份的多相聚合物

包括共混和嵌段

接枝合成及其用于共混增容

共混型热塑弹性体

和聚乙烯接枝PDMS增进耐磨性

等方面获得专利

利用共晶和极性

相互作用原理

设计增容剂

使聚烯烃 极性聚合物共混为新材料

并深入研究体系的界面和结晶行为

进行乙烯（丙烯）/α—烯烃共聚

和丙烯聚合规律

和聚合物结构研究

用非稳态扩散动力学概念

研究了齐格勒－纳塔

非均相催化剂共聚机理

开展了可溶性

锆茂和钛茂催化剂下的

烯烃（共）聚合研究

冯新德先生

是中国高分子化学奠基开拓人之一

研究领域涉及烯类自由基聚合

环化聚合

嵌段与接枝共聚合

电荷转移光聚合

开环聚合

功能高分子等

冯新德先生

在其近60年的教学与科研生涯中

发表论文200余篇

荣获多项奖励

为发展中国高分子科学事业

和高分子化学教育事业做出了重大贡献

王葆仁先生

是中国最早从事高分子科学研究的化学家之一

50年代开始研究聚甲基丙烯酸甲酯

聚已内酰胺

对有机硅高分子

特别是硅碳硅氧链高分子的合成

做了深入研究

对耐高温杂环高分子的合成

及性能进行了较广泛研究

并在应用方面

作了许多开拓工作

70年代

提出加强高分子大品种

如聚丙烯等的研究

在烃类化学方面也做过许多研究

著有《有机合成化学》上下册

钱人元先生

开拓了中国的高分子物理与有机固体

电导和光导的应用基础研究

并结合实际在丙纶纤维的开发等工作中

做出了

重要贡献

在高分子凝聚态基本物理问题的研究中

提出了一些新概念和物理图象

来全面理解高分子凝聚态

何炳林院士

是离子交换树脂之父

主要从事高分子化学

农药研究和大学教学工作

深入研究了

大孔离子交换树脂的合成与制造

用于链霉素的精制取得很好的效果

对于吸附树脂的研究

开辟了功能性树脂的开发与应用

为此于1987年

荣获国家自然科学奖二等奖

于同隐院士

是中国高分子科学的开拓者之一

是一位杰出的科学家和教育家

他的工作涉及高分子合成反应理论

高分子光化学

高分子粘弹性

高分子结晶

高分子合成金

生物高分子等诸多领域

并且都获得了重要成果

程镕时院士是高分子物理学科的开拓者之一

长期从事高分子物理化学方面的教学

和科研工作

高分子表征和高分子溶液性质的研究

为顺丁橡胶的选型

和聚合条件的优化提供了科学依据

研究成果先后获得国家自然科学二等奖

和科技进步特等奖等

沈之荃院士

是在人工合成橡胶方面作出了突出贡献

长期从事高分子化学

和材料科学方面的基础和应用基础研究工作

主攻过渡金属和稀土络合催化聚合

为成功地建立我国万吨级顺丁橡胶工厂

作出了突出贡献

获1985年国家科技进步特别奖

沈家骢院士

是超分子化学的开拓者

他建立了聚合反应机理

与分子量分布的定量关系

建立了较完整的共聚反应统计理论

致力于化学材料与化学反应的微结构

微环境及微反应器的探索

自然地发展为超分子体系的组装识别

信息功能的研究

中国高分子合成材料领域还有很多科学家

满怀爱国之志

克服重重困难

为国家做出了卓越的贡献

我们要学习他们献身科学

坚韧不拔

契而不舍

勤于思考

勇于创新的精神

好

这节课就到这里

同学们再见