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绪言

一、高分子科学的发展

 高分子（Macromolecular，Polymer）概念的形成和高分子科学的出现始于 20 世纪 20 年

代。

 1920 年德国 Staudinger 提出高分子长链结构的概念。

 此前 1839 年美国人 Goodyear 发明了天然橡胶的硫化。

 1855 年英国人 Parks 制得赛璐璐塑料（硝化纤维+樟脑）。

 1883 年法国人 de Chardonnet 发明了人造丝。

从 1920 年提出高分子概念后，才开始了合成高分子科学的时代，相继合成了尼龙（聚

酰胺）、氯丁橡胶、丁苯橡胶、PS、PVC、PMMA 等高分子材料，形成了高分子化学研究领

域。随着大批新合成高分子的出现，解决对这些聚合物的性能表征，以及了解其结构对性能

的影响等问题也随之变得必要了，从 20 世纪 50 年代，随时物理学家、化学家的投入，形成

了高分子物理研究领域；同时高分子材料制品已向人们生活各个领域迅速扩展，高分子材料

的成型加工原理，反应工程的研究日渐产生，形成了“高分子工程”研究领域。

 至今与高分子有关的诺贝尔奖获得者：

配位聚合：Ziegler（德国）、Natta（意大利），flory（美），导电高分子 Heeger，

MacDiarmid(美)，白川英树（日本），de Gennes(法国)。

 我国高分子研究起步于 50 年代初，唐敖庆于 1951 年，发表了首篇高分子科学论文（高

分子统计理论）：

 长春应化所 1950 年开始合成橡胶工作（王佛松，沈之荃）；

 冯新德 50 年代在北大开设高分子化学专业。

 何炳林 50 年代中期在南开大学开展了离子交换树脂的研究。

 钱人元于 1952 年在应化所建立了高分子物理研究组，开展了高分子溶液性质研究。

 钱保功 50 年代初在应化所开始了高聚物粘弹性和辐射化学的研究。

 徐僖先生 50 年初成都工学院（四川大学）开创了塑料工程专业。

 王葆仁先生 1952 年上海有机所建立了 PMMA、PA6 研究组。

我国在高分子化合物高分子领域的研究不断发展壮大。

（我国与高分子领域的中科院院士：唐敖庆、钱人元、钱保功、徐僖、冯新德、何炳

林、王佛松，沈之荃、王佛松、程溶时、黄葆同、白春礼、周其凤等）

 高分子工业：采取引进－消化－再引进的道路。

 高分子科学：则采取追踪、学习国外的过程中不断发展。

 我国在世界上少数几项工业技术：如三无镍系顺丁橡胶领域技术和降温母料生产衣用

PP 纤维技术是国际上开创性研究工作。

 我们要注重学习，学科交叉，独立思考，独立创新，为国民经济发展，解决生产实践中

存在的学术问题，提高高分子科学的学术水平。

二、高分子物理的教学内容

1、高分子的结构：包括高分子的结构，凝聚态结构。

2、高分子材料的性能：粘弹性，是高分子材料最可贵之处。

3、高分子的分子运动：联系结构与性能的桥梁。

高分子结构是高分子性能的基础，性能是高分子运动的基础反映。

三、高分子科学的发展

 展望 21 世纪，高分子材料将进入高度发展时期。

 高分子材料遍及各行各业，各个领域：包装、农林牧渔、建筑、电子电气，交通运

输、家庭日用、机械、化工、纺织、医疗卫生、玩具、文教办公、家具等等。

 加工成型方便：（流动性好，熔点低）可用注塑、挤出、吹塑、压延、发泡、压缩

等大批量生产。

 落后方面：企业规模小，机械加工落后，能耗大；科研与生产脱钩。

 应用：

农业用塑料：①薄膜（透光性、强度、耐老化性），②灌溉用管

建筑工业：①给排水管 PVC、HDPE

②塑料门窗：配方，制品设计，加工工艺（挤出温度，螺杆转速，剪切力）

③涂料油漆：强度，溶解性。

④复合地板，家具（人造木材），壁纸，地板革

⑤PVC 天花板

包装工业：塑料薄膜：PE、PP、PS、PET、PA 等

中空容器：PET、、PE、PP 等

泡沫塑料：PE、PU 等

汽车工业：塑料件、仪表盘、保险机、油箱内饰件、坐垫等

军工工业：固体燃料、低聚物、复合纤维等，质轻（飞机和火箭）

电气工业：绝缘材料（导热性、电阻率）等、导电主分子

电子：通讯光纤、电缆、电线等，光盘、手机、电话

家用电器：外壳、内胆（电视、电脑、空调）等

医疗卫生中的应用：

人工心脏、人工脏器、人工肾（PU）、人工肌肉、（智能型凝胶）输液管、血袋、注

射器、可溶缝合浅药物释放。

防腐工程：耐腐蚀性，防腐结构材料。

（水管阀门）PTFE：230～260℃长期工作，适合温度高腐蚀严重的产品。

功能高分子：液晶高分子、降解高分子聚二氧化碳树脂

导电高分子、电致发光高分子聚苯胺

高分子分离膜（分离淬取）

高吸水性树脂

 高分子物理知识解决实际生产问题：

① 分子量，分子量分布（高分子性能因素之一）：

分子量大，材料强度大，但加工流动性变差，分子量要适中

分子量分布：纤维来说，分布窄些，高分子量组分对强度性能不利。橡胶：平均分子量大，

第一章高分子链的结构

高分子结构的层次：

 物质的结构：指在平衡态分子中原子之间或平衡态分子间在空间的几何排列。

 高分子链的结构：高分子的链结构又称一级结构，指的是单个分子的结构和形态，它研

究的是单个分子链中原子或基团的几何排列情况。包含一次结构和二次结构。

 高分子的一次结构：研究的范围为高分子的组成和构型，指的是单个高分子内一个或几

个结构单元的化学结构和立体化学结构，故又称化学结构或近程结构。

 高分子的二次结构：研究的是整个分子的大小和在空间的形态(构象)。

例如：是伸直链、无规线团还是折叠链、螺旋链等。这些形态随着条件和环境的变化而

变化，故又称远程结构。

 高分子的聚集态结构：高分子的聚集态结构又称二级结构，是指具有一定构象的高分子

链通过范德华力或氢键的作用，聚集成一定规则排列的高分子聚集体结构。

§1.1 组成和构造

1、结构单元的化学组成：

按化学组成不同聚合物可分成下列几类：

① 碳链高分子（C）分子链全部由碳原子以共价键相连接而组成，多由加聚反应制得。

如：聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯

PMMA。

② 杂链高分子（C、O、N、S）分子主链上除碳原子以外，还含有氧、氮、硫等二种或二种

以上的原子并以共价键相连接而成。由缩聚反应和开环聚合反应制得。

如：聚酯、聚醚、聚酰胺、聚砜。POM、PA66（工程塑料）PPS、PEEK。

③ 元素高分子（Si、P、Al 等）主链不含碳原子，而由硅、磷、锗、铝、钛、砷、锑等元

素以共价键结合而成的高分子。

侧基含有有机基团，称作有机元素高分子，如: 有机硅橡胶有机钛聚合物

侧基不含有机基团的则称作无机高分子，例如：

梯形和双螺旋型高分子，分子的主链不是一条单链而是像“梯子”和“双股螺线”那样的高

分子链。

※表 1-1，一些通用高分子的化学结构，俗称

2、高分子的构型：

构型（configurafiom）：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。这种排列是稳

定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。

(1) 旋光异构(空间立构)

饱和碳氢化合物分子中的碳，以 4 个共价键与 4 个原子或基团相连，形成一个正四面体，

当 4 个基团都不相同时，该碳原子称作不对称碳原子，以 C

＊

表示，这种有机物能构成互为

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