1、 第1章 緒 論 （2學(xué)時(shí)） 浙江工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院本科教學(xué)課程高分子物理主講教師：徐立新/馬猛 葉會(huì)見；總學(xué)時(shí)：48 00 徐立新徐立新 （1973.3），教授），教授浙江大學(xué)高分子化學(xué)與物理博士：浙江大學(xué)高分子化學(xué)與物理博士：2010.03；加拿大加拿大Laurentian 大學(xué)訪問學(xué)者：大學(xué)訪問學(xué)者：2008.03；加拿大加拿大Laurentian 大學(xué)博士后：大學(xué)博士后：2010.09；主持主持“國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)家自然科學(xué)基金”等項(xiàng)目等項(xiàng)目8項(xiàng)；項(xiàng)；石墨烯制備、功能化及應(yīng)用石墨烯制備、功能化及應(yīng)用 ; ; 存中樓存中樓230

2、#230#；西配樓；西配樓329#329#； QQQQ：14178590191417859019 00 馬猛（馬猛（1984.10），講師），講師四川大學(xué)高分子材料博士：四川大學(xué)高分子材料博士：2013.07；主持主持“國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)家自然科學(xué)基金”等項(xiàng)目等項(xiàng)目5項(xiàng)；項(xiàng)；高分子材料結(jié)晶、聚合物復(fù)合材料、多相多組高分子材料結(jié)晶、聚合物復(fù)合材料、多相多組分材料的表面與界面、高分子相轉(zhuǎn)變、高分子分材料的表面與界面、高分子相轉(zhuǎn)變、高分子材料材料功能高性能化功能高性能化等等研究研究領(lǐng)域領(lǐng)域； ; ; 1592416496915924164969（664969664969）; ; 存中樓至真園存中樓至

3、真園Y2Y2； QQQQ：405151817405151817 00 葉會(huì)見（葉會(huì)見（1983.6），校聘副教授），校聘副教授哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)博士：哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)博士：2015.03；賓州州立大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生：賓州州立大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生：2012.10-2014.09現(xiàn)主持省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目現(xiàn)主持省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目4項(xiàng)；項(xiàng)；電活性高分子電活性高分子 ; ; 存中樓二樓至真園；西配樓存中樓二樓至真園；西配樓329#329# 00 01 （b） 圖圖1.木材木材 圖圖2. 竹子竹子 （b） 02 圖圖3. 虎皮虎皮 圖圖4. 蛇皮

4、二胡蛇皮二胡 （b） 03 圖圖5. 木船油漆木船油漆 圖圖6. 木盆油漆木盆油漆圖圖7. 油紙傘油紙傘 （b） 04 圖圖8. “彈棉花彈棉花”圖圖9. 棉花棉花圖圖10. 棉制品棉制品 （b） 05 圖圖11. 橡膠樹橡膠樹圖圖12. 膠乳膠乳 （b） 06 蠶寶寶蠶寶寶蠶繭蠶繭絲綢絲綢圖圖13. 蠶絲及絲綢蠶絲及絲綢 （b） 07 蕃薯蕃薯雞蛋雞蛋面條面條米飯米飯圖圖14. 各類天然食物各類天然食物 08 很久以前，各類天然高分子材料已經(jīng)在人類生活和生產(chǎn)很久以前，各類天然高分子材料已經(jīng)在人類生活和生產(chǎn)中存在并得到廣泛應(yīng)用，但人們并不知道它們的化學(xué)組成與中存在并得到廣泛應(yīng)用，但人們并不知道

5、它們的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)。這是高分子學(xué)科的蒙昧?xí)r期（結(jié)構(gòu)。這是高分子學(xué)科的蒙昧?xí)r期（1919世紀(jì)中葉前世紀(jì)中葉前）。）。 09 天然橡膠的硫化天然橡膠的硫化 18391839年，美國(guó)人年，美國(guó)人Charles Goodyear(Charles Goodyear(查爾查爾斯斯固特異固特異)發(fā)明了天然橡膠硫化工藝，使天然橡膠得到發(fā)明了天然橡膠硫化工藝，使天然橡膠得到廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。圖圖15. Charles Goodyear圖圖16. Goodyear 輪胎輪胎 10 賽璐璐塑料的發(fā)明：賽璐璐塑料的發(fā)明：18691869年，美國(guó)人年，美國(guó)人John Wesley HyattJohn Wesley

6、Hyatt對(duì)纖維素進(jìn)行硝化后溶解于乙醚和乙醇，并加入樟腦后蒸對(duì)纖維素進(jìn)行硝化后溶解于乙醚和乙醇，并加入樟腦后蒸發(fā)獲得賽璐璐塑料（也稱為人造塑料）。發(fā)獲得賽璐璐塑料（也稱為人造塑料）。 圖圖17. 賽璐璐的發(fā)明人賽璐璐的發(fā)明人John Wesley Hyatt 11 酚醛樹脂的合成：酚醛樹脂的合成：18721872年德國(guó)化學(xué)家阿道夫年德國(guó)化學(xué)家阿道夫馮拜爾發(fā)明馮拜爾發(fā)明酚醛樹脂的合成，進(jìn)一步由比利時(shí)化學(xué)家貝克蘭改進(jìn)并實(shí)酚醛樹脂的合成，進(jìn)一步由比利時(shí)化學(xué)家貝克蘭改進(jìn)并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。第一個(gè)合成的高分子材料。現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。第一個(gè)合成的高分子材料。 Belgium Leo Baekeland 圖圖18

7、. 酚醛樹脂產(chǎn)品酚醛樹脂產(chǎn)品 12 高分子學(xué)科的萌芽時(shí)期：高分子學(xué)科的萌芽時(shí)期：自自1919世紀(jì)后期，直至世紀(jì)后期，直至2020世紀(jì)初期，世紀(jì)初期，化學(xué)家們開始關(guān)注羊毛、蠶絲等天然高分子的結(jié)構(gòu)與組成，化學(xué)家們開始關(guān)注羊毛、蠶絲等天然高分子的結(jié)構(gòu)與組成，并對(duì)其進(jìn)行了人工改性，同時(shí)合成了一批新的高分子化合并對(duì)其進(jìn)行了人工改性，同時(shí)合成了一批新的高分子化合物，通常以粘稠的混合物存在。物，通常以粘稠的混合物存在。 13 1925理查德理查德席格蒙德年席格蒙德年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者1926年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者西奧多者西奧多斯維德伯格斯維德伯格與膠體締合理論的爭(zhēng)論：與膠體

8、締合理論的爭(zhēng)論： 當(dāng)時(shí)認(rèn)為纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)、當(dāng)時(shí)認(rèn)為纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)、橡膠等既無明確熔點(diǎn)又不能蒸餾或重結(jié)晶的材料，通常都橡膠等既無明確熔點(diǎn)又不能蒸餾或重結(jié)晶的材料，通常都被看作是具有被看作是具有“膠體行為膠體行為”的小分子締合體。的小分子締合體。 14 Hermann Staudinger德國(guó)化學(xué)家德國(guó)化學(xué)家19531953年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；19201920年年論聚合論聚合發(fā)表；發(fā)表；天然橡膠具有線型直鏈價(jià)鍵結(jié)天然橡膠具有線型直鏈價(jià)鍵結(jié)構(gòu)；建議了部分聚合物的結(jié)構(gòu)構(gòu)；建議了部分聚合物的結(jié)構(gòu)式；分子量的多分散性特點(diǎn)等。式；分子量的多分散性特點(diǎn)等。論證了聚合過程是由小分子相論證

9、了聚合過程是由小分子相互結(jié)合的過程。互結(jié)合的過程。 15 高分子這一新興的學(xué)科有力地推動(dòng)了高分子工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)高分子這一新興的學(xué)科有力地推動(dòng)了高分子工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。展。聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、丁苯橡膠、氯丁橡膠聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、丁苯橡膠、氯丁橡膠以及高壓法聚乙烯以及高壓法聚乙烯等合成高分子材料新品種不斷投入工業(yè)等合成高分子材料新品種不斷投入工業(yè)化生產(chǎn)，合成材料迅速進(jìn)入人類的生活之中。化生產(chǎn)，合成材料迅速進(jìn)入人類的生活之中。 16 FloryFlory（1910-19851910-1985）美國(guó)科學(xué)院院士美國(guó)科學(xué)院院士19741974年獲年獲NobelNobel化學(xué)獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)Flory

10、Flory在高分子溶液的熱力學(xué)性質(zhì)和在高分子溶液的熱力學(xué)性質(zhì)和聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的統(tǒng)計(jì)學(xué)研究方面聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的統(tǒng)計(jì)學(xué)研究方面做了大量工作，他的科學(xué)成果包括做了大量工作，他的科學(xué)成果包括導(dǎo)致工業(yè)化的尼龍與合成橡膠的研導(dǎo)致工業(yè)化的尼龍與合成橡膠的研究和開發(fā)，以及對(duì)于聚合物形成過究和開發(fā)，以及對(duì)于聚合物形成過程及其本體和在溶液中的性質(zhì)研究。程及其本體和在溶液中的性質(zhì)研究。 17 ZieglerZiegler（1898-1898-19731973）, ,德國(guó)有機(jī)德國(guó)有機(jī)化學(xué)家化學(xué)家,1963,1963年獲年獲NobelNobel化學(xué)獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)NattaNatta（1903-19791903-1979）意大

11、利高分子化學(xué)意大利高分子化學(xué)家，家，19631963年獲年獲NobelNobel化學(xué)獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)n19531953年發(fā)明了齊格勒催年發(fā)明了齊格勒催化劑以及低壓聚乙烯合成化劑以及低壓聚乙烯合成方法，使聚乙烯的工業(yè)化方法，使聚乙烯的工業(yè)化生產(chǎn)取得了重大進(jìn)展。生產(chǎn)取得了重大進(jìn)展。n19541954年年-1956-1956年納塔改進(jìn)年納塔改進(jìn)了齊格勒催化劑，使其能了齊格勒催化劑，使其能適用于聚丙烯的生產(chǎn)，從適用于聚丙烯的生產(chǎn)，從而建立了有規(guī)立構(gòu)聚丙烯而建立了有規(guī)立構(gòu)聚丙烯的合成方法。的合成方法。 18 u 1930 / PS 1930 / PS聚苯乙烯聚苯乙烯 u 1934 / PMMA1934 / PM

12、MA有機(jī)玻璃、有機(jī)玻璃、PVCPVC聚氯乙烯聚氯乙烯u 1939 / PE1939 / PE聚乙烯、聚乙烯、PAPA聚酰胺聚酰胺u 1943 / PTFE1943 / PTFE聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、PURPUR聚氨酯聚氨酯u 1946 / UP1946 / UP聚酯聚酯u 1947 / EP1947 / EP環(huán)氧樹酯環(huán)氧樹酯u 1953 / PET1953 / PET聚酯、聚酯、ABSABS工程塑料、工程塑料、HDPEHDPE聚乙烯聚乙烯u 1957 / PP1957 / PP聚丙烯聚丙烯u 1959 / PC1959 / PC聚碳酸酯聚碳酸酯u 1960 / PI1960 / PI聚酰亞胺

13、聚酰亞胺 19 活性陰離子聚合發(fā)明人活性陰離子聚合發(fā)明人M.SzwarcM.Szwarcn 活性陰離子聚合；活性陰離子聚合；n 原子轉(zhuǎn)移自由基聚合；原子轉(zhuǎn)移自由基聚合；n 可逆加成可逆加成- -斷裂鏈轉(zhuǎn)移斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)(RAFT)聚合；聚合；n 氮氧自由基聚合；氮氧自由基聚合；n “活性活性”配位聚合；配位聚合；n 。“活性活性”/ /可控聚合技術(shù)的發(fā)展可控聚合技術(shù)的發(fā)展 20 特殊環(huán)境下使用的特種高分子材料開發(fā)特殊環(huán)境下使用的特種高分子材料開發(fā)n 耐高溫高分子材料；耐高溫高分子材料；n 耐低溫高分子材料；耐低溫高分子材料；n 耐超高電場(chǎng)高分子；耐超高電場(chǎng)高分子；n 海水環(huán)境使用高分子

14、；海水環(huán)境使用高分子；。 21 各類功能高分子的合成及應(yīng)用各類功能高分子的合成及應(yīng)用n 導(dǎo)電高分子；導(dǎo)電高分子；n 高分子分離膜；高分子分離膜；n 液晶高分子；液晶高分子；n 聚合物鋰離子電池隔膜；聚合物鋰離子電池隔膜；n 太陽(yáng)能電池；太陽(yáng)能電池；n 生物醫(yī)用高分子材料生物醫(yī)用高分子材料n 能源材料能源材料。 液晶顯示屏液晶顯示屏 22 與生命科學(xué)緊密結(jié)合與生命科學(xué)緊密結(jié)合MerrifieldMerrifield（1921- 1921- ）美國(guó)生物化學(xué)家美國(guó)生物化學(xué)家19841984年獲年獲NobelNobel化學(xué)獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)uR.B.MerrifieldR.B.Merrifield以交聯(lián)高分子為

15、以交聯(lián)高分子為載體合成聚肽，多肽的人工合成是載體合成聚肽，多肽的人工合成是高分子時(shí)代的輝煌成果。高分子時(shí)代的輝煌成果。u19651965年中國(guó)用人工合的方法制成年中國(guó)用人工合的方法制成結(jié)晶牛胰島素，這是世界上出現(xiàn)的結(jié)晶牛胰島素，這是世界上出現(xiàn)的第一個(gè)人工合成的蛋白質(zhì)，對(duì)于揭第一個(gè)人工合成的蛋白質(zhì)，對(duì)于揭開生命奧秘有著重大意義。開生命奧秘有著重大意義。 23 鏈中的碳原鏈中的碳原子數(shù)子數(shù)材料的狀態(tài)和性質(zhì)材料的狀態(tài)和性質(zhì)用途用途14511162525505010001000500030萬(wàn)萬(wàn)60萬(wàn)萬(wàn)單純氣體單純氣體單純液體單純液體高粘度液體高粘度液體結(jié)晶固體結(jié)晶固體半結(jié)晶固體半結(jié)晶固體韌性塑料固體韌

16、性塑料固體纖維纖維瓶裝燃?xì)馄垦b燃?xì)馄推陀秃椭秃椭炇烉ず蟿┡c涂料黏合劑與涂料容器容器藥用手套，防彈背心藥用手套，防彈背心從小分子到大分子-建立大分子的概念 24 基本術(shù)語(yǔ)基本術(shù)語(yǔ)定義定義高分子高分子Macromolecule是指分子量很高的化合物；例如將分子量是指分子量很高的化合物；例如將分子量高于高于10000以上稱為高分子，否則低分子。以上稱為高分子，否則低分子。可同時(shí)包括天然高分子和人工合成高分子。可同時(shí)包括天然高分子和人工合成高分子。聚合物聚合物polymer由特定小分子重復(fù)連接而成的高分子。一由特定小分子重復(fù)連接而成的高分子。一般指人工合成的高分子，而不包括天然高般指人工合

17、成的高分子，而不包括天然高分子。分子。高聚物高聚物High polymer與聚合物定義相同與聚合物定義相同大分子大分子Macromolecule與高分子定義相同與高分子定義相同 25 基本術(shù)語(yǔ)基本術(shù)語(yǔ)定義定義 塑料塑料Plastic是指由常溫下處于玻璃態(tài)的聚合物與添加助是指由常溫下處于玻璃態(tài)的聚合物與添加助劑等共同組成的高分子材料。劑等共同組成的高分子材料。 橡膠橡膠Rubber是指由常溫下處于高彈態(tài)的聚合物與助劑共是指由常溫下處于高彈態(tài)的聚合物與助劑共同組成的高分子材料。同組成的高分子材料。 涂料涂料Paint指聚合物溶液，通常含有助劑等。指聚合物溶液，通常含有助劑等。 膠粘劑膠粘劑Adhe

18、sion agent指聚合物溶液，通常含有助劑。指聚合物溶液，通常含有助劑。纖維纖維Fiber由聚合物經(jīng)熔融或溶液態(tài)紡絲而獲得。由聚合物經(jīng)熔融或溶液態(tài)紡絲而獲得。樹脂樹脂Resin指聚合物。最初指天然高分子。指聚合物。最初指天然高分子。 26 （1 1）按照來源分類）按照來源分類天然高分子材料天然高分子材料Natural polymerNatural polymerq 石棉；石棉；q 石墨；石墨；q 金剛石；金剛石；q 淀粉；淀粉；q 纖維素；纖維素；q 絲；絲；q 毛；毛；q 蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)；q 天然橡膠；天然橡膠；q 遺傳物質(zhì)如酶、遺傳物質(zhì)如酶、DNADNA等；等；合成高分子材料合成高分子

19、材料Synthesized polymerSynthesized polymerq 酚醛樹脂；酚醛樹脂；q 聚氯乙烯；聚氯乙烯；q 聚乙烯；聚乙烯；q 聚丙烯；聚丙烯；q 聚苯乙烯；聚苯乙烯；q 尼龍尼龍6666；q 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯；q ABS ABS；q 順丁橡膠；順丁橡膠；q 丁基橡膠；丁基橡膠； 27 （2 2）按性能和用途分類）按性能和用途分類 傳統(tǒng)分類：傳統(tǒng)分類：q 塑料；塑料；q 橡膠；橡膠；q 涂料；涂料；q 油墨；油墨；q 纖維；纖維；q 薄膜；薄膜；q 粘合劑；粘合劑；。 按特殊功能分類：按特殊功能分類：q 導(dǎo)電高分子；導(dǎo)電高分子；q 發(fā)光聚合物；

20、發(fā)光聚合物；q 阻尼高分子材料；阻尼高分子材料；q 磁性高分子材料；磁性高分子材料；q 可降解高分子；可降解高分子；q 生物醫(yī)用高分子；生物醫(yī)用高分子；。 28 聚合物合成與化學(xué)性質(zhì)聚合物合成與化學(xué)性質(zhì)聚合物結(jié)構(gòu)與性能表征聚合物結(jié)構(gòu)與性能表征聚合物改性聚合物改性聚合物成型聚合物成型聚合物應(yīng)用聚合物應(yīng)用高分子化學(xué)高分子化學(xué)聚合物近代測(cè)試技術(shù)聚合物近代測(cè)試技術(shù)聚合物改性原理聚合物改性原理聚合物成型工藝聚合物成型工藝聚合物成型模具聚合物成型模具聚合物成型機(jī)械聚合物成型機(jī)械高高分分子子物物理理 如此的長(zhǎng)鏈必然引起聚合物分子結(jié)構(gòu)諸多特點(diǎn)：長(zhǎng)鏈互相纏繞分子間相互作用力大-范德華力的疊加粘度高機(jī)械強(qiáng)度高結(jié)晶

21、不完善因此，在讓聚合物為我們的生活生產(chǎn)服務(wù)之前，我們有必要充分了解大分子的結(jié)構(gòu)。也就是學(xué)習(xí)高分子物理的目的 烷烴中的C原子數(shù)超過1000，才是我們常規(guī)意義上的聚合物（大分子）聚乙烯。化學(xué)結(jié)構(gòu)如下：nCH2CH2 29 原子結(jié)構(gòu)主價(jià)力分子結(jié)構(gòu)分子間力凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)以聚乙烯為例：原子？主價(jià)力？分子結(jié)構(gòu)？分子間力？凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)？那么高分子物理？我們學(xué)習(xí)什么呢？聚聚 合合 物物 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 與與 性性 能能 相相 互互 關(guān)關(guān) 系系學(xué)習(xí)高分子物理的主線- 30 31 加工加工不同制品不同制品相同分子相同分子串晶球晶伸直鏈晶體模量模量0.5-2GPa中空容器中空容器模量模量200GPa，比強(qiáng)度為鋼比強(qiáng)度為鋼7倍

22、的倍的高模量纖維高模量纖維模量模量0.01-0.05GPa彈性泡沫彈性泡沫聚乙烯 32 高分子物理是一門研究高分子結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)及外在性能三者高分子物理是一門研究高分子結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)及外在性能三者間關(guān)系的一門學(xué)科。間關(guān)系的一門學(xué)科。q 高分子的結(jié)構(gòu)；高分子的結(jié)構(gòu)；q 高分子結(jié)構(gòu)的變化（運(yùn)動(dòng)）；高分子結(jié)構(gòu)的變化（運(yùn)動(dòng)）；q 高分子內(nèi)在結(jié)構(gòu)與外在性能間的關(guān)系；高分子內(nèi)在結(jié)構(gòu)與外在性能間的關(guān)系；高分子物理高分子物理 ：物構(gòu)物化物性結(jié)構(gòu)性能的研究是合成與應(yīng)用之間的橋梁中心內(nèi)容： 結(jié)構(gòu)大分子運(yùn)動(dòng)性能 微觀 宏觀 基礎(chǔ)、本質(zhì) 橋梁 表現(xiàn) 多層次 多模式 多種多樣 33 第一章：緒論；第一章：緒論；第二章：高分子鏈結(jié)構(gòu)；第二章：高分子鏈結(jié)構(gòu)；重點(diǎn)重點(diǎn)第三章：聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（結(jié)晶）；第三章：聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（結(jié)晶）；重點(diǎn)重點(diǎn)第四章：聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（非晶）；第四章：聚合