高分子化合物的合成和反应、结构与性能间的关系
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结构Leabharlann Baidu元
重复单元
－C－O－CH2－CH2－O］ nH O
结构单元
单体单元 ≠ 结构单元 ≠重复单元＝链节 结论
重复单元≥结构单元
返回
聚合度（Degree of polymerization）
聚合度单个聚合物分子所含单体单元的数目。 是衡量高分子大小的一个指标。
有两种表示法：
以大分子链中的结构单元数目表示，记作
Polypropylene
n
单体单元＝结构单元＝重复单元＝链节
返回
尼龙66
O H2N NH2 + HO O N H H N O + O 结构单元 n 2nH2O OH
结构单元
重复单元
单体单元 ≠ 结构单元 ≠重复单元＝链节
返回
n HOOC－
－COOH ＋ n HO－CH2－CH2－OH HO［C－ O
返回
第一章 绪
论
高分子化学和物理的 基本概念
返回
章目录:
• 1.1 高分子基本概念
• 1.2 高分子的分类
• 1.3 高分子的命名 • 1.4 聚合反应的分类 • 1.5 聚合物的分子量及其分布 • 1.6 高分子的结构 • 1.7 高分子科学发展简史
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1.1 高分子基本概念 什么是高分子？ 高分子化合物、大分子化合物、高 分子、大分子、高聚物、聚合物 、 聚合物分子 这些术语一般可以通用 Macromolecules, Polymer
聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元
返回
重复单元
Repeating Units
重复组成高分子的最小的结构单元，又称链节。
H H C C H CH 3 H H C C H CH 3 H H C C H CH 3
( CH 2CH ) n CH 3
单体单元，结构单元与重复单元一致
返回
重 复 单 元与结构单元 重复单元与结构单元不一致
橡 胶
涂 料
粘胶剂
功能高分子
具有特殊功能与用途但用量不大的精细 高分子材料
返回
（4）根据高分子受热后的形态变化分类
热塑性高分子在受热后会从固体状态逐步转变为流动 状态。这种转变理论上可重复无穷多次。如：聚乙烯、 聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和涤纶树脂等。目前， 绝大多数高分子化合物为热塑性高分子。
O C O C OCH 2CH 2O
CH 2CH OH
氯乙烯单体
由对苯二甲酸和乙二醇反应 生成的“隐含单体”： HOOC-Ph-COOCH2CH2OH
“假设单体”：乙烯醇
生成均聚物的聚合反应称均聚反应 （Homopolymerization)。
返回
共聚物
Copolymer
由一种以上（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚 合物。生成共聚物的聚合反应称为共聚反应。
返回
碳链高分子
聚乙烯
H H H H H H C C C C C C H H H H H H
聚丙烯
H H C C H CH 3
H H C C H CH 3
H H C C H CH 3
杂链高分子 聚乙二醇
H H H H H H C C O C C O C C O H H H H H H
尼龙—6
H H H H H H O N C C C C C C H H H H H
返回
功能高分子材料－发光材料
发光塑料是近年来 兴起的一种新型功能材 料。其产品如交通领域 通道标识、楼梯标识、 标志线；发光涂料、发
光开光、发光壁纸、工
艺品、玩具、体育休闲 用品。
返回
高分子材料－建材
• 竹子地板
• 地毯则可以选择耐久的 PET地毯
• 主要采用水性涂料、粉
末涂料和辐射固化涂料
元素有机高分子 聚二甲基硅氧烷
CH 3 CH 3 CH 3 Si O Si Si O CH 3 CH 3 CH 3
返回
（2）根据来源分类
天然高分子：自然界天然存在的高分子。 来 源 半天然高分子：经化学改性后的天然高分子。 合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子。
返回
（3）根据性质、用途分类
• 用于户外美化环境的产 品：可以回收的塑料做 成长椅、桌子和交通标 志牌。
返回
生物降解高分子材料
可降解塑料袋承重能力 比较低； 可降解塑料袋色泽暗淡 发黄，透明度低；
成本偏高，价格难以接 受。
返回
生物材料
人造心脏
人造关节
返回
返回
返回
天然高分子
O O O
多糖类,多肽类,核酸
H H O H O C C O C H H
O C OH
结构单元
结构单元 重复单元
返回
结构单元（Constitutional units）单体单元（Monomer unit） 重 复单元(Repeating unit）链节(Chain element）
结构单元？＝单体单元？＝？重复单元？＝链节
124个氨基酸残基
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主要参考书目
• Robert D, Forger. Fundamental Principles of Polymeric Materials, 1993 • G. R. Strobl, The Physics of Polymer, Springer,1996. • 潘才元. 高分子化学. 中国科技大学出版社, 1997
高分子也叫高
分子化合物，
是指分子量很 高，并由多个 结构单元相同 的小分子化合
常用的高分子的分子量一般高达几万、物以共价键连
几十万，甚至上百万，范围在104～106 接的一类化合
物。
返回
[ CH2
主链
CH ]n Cl
聚氯乙烯
CH2-CH CH2-CH CH2-CH Cl Cl Cl
实际上
H2C CH Cl
高分子化学与物理
高分子化合物的合成 和反应、结构与性能 间的关系
返回
高分子科学的研究内容
高分子化学
研究聚合反应和高分子化学反应原理， 选择原料、确定路线、寻找催化剂、 制订合成工艺等。
研究聚合物的结构与性能的关系，为设 计合成预定性能的聚合物提供理论指导， 是沟通合成与应用的桥梁。
高分子科学
高分子物理
返回
结构单元
Constitutional units
聚合物分子结构中出现的以单体结构为基础的原子团
聚丙烯 H H H H C C C C H CH 3 H CH 3 单体单元 聚乙二醇
H H C C H CH 3
H H H H H H C C O C C O C C O H H H H H H
monomer Units
• 印刷工业应用聚乙烯醇酸酯， 光照时交联而不溶而保留下 来，得到凸版。 • 光解性的光刻胶，重氮醌接 到酚醛树脂上，光作用下重 氮醌分解，图像被保留，分 辨率达10纳米。
返回
功能高分子材料－隐形眼镜
上世纪50年代人们开始 配戴材质是聚甲基丙烯酸甲 酯（PMMA）的隐形眼镜，具 有优越的光学特性，又能矫 正角膜性散光。1960年捷克 学者利用十年的时间发明了 软性隐形眼镜的材料，就是 一直延用至今的聚甲基丙烯 酸羟乙酯（HEMA）。
返回
蛋白质Protein
H | H2N—C—COOH | R
+
COOH | H-NH—C—H | R
C，H，O，N，S
肽键
返回
H COOH | | H2N—C—CONH—C—H | | R R
蛋白质Protein
返回
结晶牛胰岛素的晶 体结构 含 51个氨基酸残基 的蛋白质
返回
核糖核酸酶A (ribonuclease A)
侧基（侧链、支链）
是由小分子氯乙烯通过双键打开连接而成的。小分子氯乙 烯称为单体。
返回
什么是单体？
聚 合 反 应 小 分 子 高 分 子
Polymerization
单 体
Monomer
单体 ——能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成 单元的小分子。 *注：书P8 1.3.2 中（3）“原料”不准确
或少一个链节不会影响其基本性能时，称为高分子。
返回
1.2
高分子的分类
（1）根据高分子主链结构分类
碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。 主链元素 （链原子） 组成 杂链高分子：链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。 元素有机高分子：链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组 成。 无机高分子：无论在主链还是侧链上均没有碳元素。 如玻璃、陶瓷等。不在本课程讨论之列。
O C OH n
H H H O C C O H H O C O C OH
H H O H O C C O C H H
返回
O C OH n
小结
高分子化合物是由小分子单体聚合而成，又称聚合物。 通常，根据化合物的相对分子质量大小来划分高分子和 小分子。
当一个化合物的相对分子质量足够大，以至多一个链节
[ CH2 CH ]n [ CH2 Cl CH ]m O C CH3 O
其中n和m为分子链中两种 单体单元的数量，但并不 表示n个氯乙烯单元后面接 m个醋酸乙烯酯单元。
判别均聚物：聚合物分子有且只有一种重复单元，并且该重复 单元只可以由一种（真实的、隐含的或假设的）单体衍生而来
返回
特例：
H H O H O C C OH + HO C H H H H O H O C C O C H H O C OH
O O O O
返回
DNA分子的双螺旋结构
deoxyribonucleic acid 两股DNA长链像转圈的楼梯扶手 架，围绕一个中心轴盘旋，走向相反， 外侧为磷酸基团，内侧为四种碱基，通 过碱基对(30亿)的氢键形成双螺旋结构。
H O
C、N ： 在碱基中
C ：在磷酸酯键中 P
返回
DNA and RNA
返回
高分子分离膜
高分子膜是指那些由具有特殊分离功能的高分子材 料制成的薄膜，能有选择地分离物质。目前应用于海水 淡化、反渗透、膜萃取、膜蒸馏等技术领域。
建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界上最大的海水淡化厂，日 供应淡水12000吨，主要使用醋酸纤维素分离膜装置。
返回
光敏高分子材料
• 光敏高分子材料以光敏树脂 为代表，主要用于照相、印 刷制版、印刷集成电路等。
塑料
纤 维 性 质 和 用 途
以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂 和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。
纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的 100倍。 具有可逆形变的高弹性材料。 涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和 保护作用的聚合物材料 能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在 一起的聚合物材料
xn
以大分子链中的重复单元数目表示，记作 DP
链节数 n（chain element) 表示重复单元数
[ CH2 CH ]n Cl
返回
易混淆的
x n 、n及 DP
O C OH
H H O H O C C OH + HO C H H H H O H O C C O C H H
O C OH n
Xn= 2n =2DP
返回
仔细看看与前面有什么不同！
H H H O C C O H H
O C
O C OH
H H O H O C C O C H H
O C OH n
Xn= n =DP
返回
n
Xn= n =DP
返回
均聚物
Homopolymer
由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。 如：
CH 2CH Cl
返回
现代生活中的高分子材料－塑料
返回
现代生活中的高分子材料－工程塑料
返回
现代生活中的高分子材料－橡胶
返回
现代生活中的高分子材料－纤维
•1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到硝化纤维 素溶液，制得第一根人造纤维； •1884年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液， 得到人造丝；
• 施良和, 胡汉杰. 高分子科学的今天和明天. 化学工业出版 社, 1994
• 周其凤, 胡汉杰. 高分子化学. 化学工业出版社, 2001
• 何曼君，陈维孝，董西侠，《高分子物理》，上海，复旦 大学出版社，1990年。
• 马德柱，何平笙等，《高聚物的结构与性能》，北京，科 学出版社，1995年。
高分子加工
研究聚合物加工成型的原理与工艺。
返回
在科学的整体发展中：高分子科学处于多种学科的交汇点上， 为其发展提供了良好的学科环境。
数学
电子学
物理学
高分子 科学 生命 科学 工程学
其它 学科
其它 化学
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高分子材料的应用
据统计，若人们对材料 的需求是100%，其中 高分子材料占60%。
• 高分子具有许多优良性能，高分子材料是当今世界发展最 迅速的产业之一，目前世界上合成高分子材料的年产量已 经超过1.4亿吨。 • 塑料、橡胶、纤维、涂料、粘胶剂…几大类高分子材料己 广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、 包装、建筑、纺织等各个领域。 • 功能高分子材料：导电高分子、高分子半导体、光导电高 分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子、 液晶高分子和信息高分子材料等近年发展迅速，具有特殊 功能。
重复单元
－C－O－CH2－CH2－O］ nH O
结构单元
单体单元 ≠ 结构单元 ≠重复单元＝链节 结论
重复单元≥结构单元
返回
聚合度（Degree of polymerization）
聚合度单个聚合物分子所含单体单元的数目。 是衡量高分子大小的一个指标。
有两种表示法：
以大分子链中的结构单元数目表示，记作
Polypropylene
n
单体单元＝结构单元＝重复单元＝链节
返回
尼龙66
O H2N NH2 + HO O N H H N O + O 结构单元 n 2nH2O OH
结构单元
重复单元
单体单元 ≠ 结构单元 ≠重复单元＝链节
返回
n HOOC－
－COOH ＋ n HO－CH2－CH2－OH HO［C－ O
返回
第一章 绪
论
高分子化学和物理的 基本概念
返回
章目录:
• 1.1 高分子基本概念
• 1.2 高分子的分类
• 1.3 高分子的命名 • 1.4 聚合反应的分类 • 1.5 聚合物的分子量及其分布 • 1.6 高分子的结构 • 1.7 高分子科学发展简史
返回
1.1 高分子基本概念 什么是高分子？ 高分子化合物、大分子化合物、高 分子、大分子、高聚物、聚合物 、 聚合物分子 这些术语一般可以通用 Macromolecules, Polymer
聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元
返回
重复单元
Repeating Units
重复组成高分子的最小的结构单元，又称链节。
H H C C H CH 3 H H C C H CH 3 H H C C H CH 3
( CH 2CH ) n CH 3
单体单元，结构单元与重复单元一致
返回
重 复 单 元与结构单元 重复单元与结构单元不一致
橡 胶
涂 料
粘胶剂
功能高分子
具有特殊功能与用途但用量不大的精细 高分子材料
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（4）根据高分子受热后的形态变化分类
热塑性高分子在受热后会从固体状态逐步转变为流动 状态。这种转变理论上可重复无穷多次。如：聚乙烯、 聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和涤纶树脂等。目前， 绝大多数高分子化合物为热塑性高分子。
O C O C OCH 2CH 2O
CH 2CH OH
氯乙烯单体
由对苯二甲酸和乙二醇反应 生成的“隐含单体”： HOOC-Ph-COOCH2CH2OH
“假设单体”：乙烯醇
生成均聚物的聚合反应称均聚反应 （Homopolymerization)。
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共聚物
Copolymer
由一种以上（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚 合物。生成共聚物的聚合反应称为共聚反应。
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碳链高分子
聚乙烯
H H H H H H C C C C C C H H H H H H
聚丙烯
H H C C H CH 3
H H C C H CH 3
H H C C H CH 3
杂链高分子 聚乙二醇
H H H H H H C C O C C O C C O H H H H H H
尼龙—6
H H H H H H O N C C C C C C H H H H H
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功能高分子材料－发光材料
发光塑料是近年来 兴起的一种新型功能材 料。其产品如交通领域 通道标识、楼梯标识、 标志线；发光涂料、发
光开光、发光壁纸、工
艺品、玩具、体育休闲 用品。
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高分子材料－建材
• 竹子地板
• 地毯则可以选择耐久的 PET地毯
• 主要采用水性涂料、粉
末涂料和辐射固化涂料
元素有机高分子 聚二甲基硅氧烷
CH 3 CH 3 CH 3 Si O Si Si O CH 3 CH 3 CH 3
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（2）根据来源分类
天然高分子：自然界天然存在的高分子。 来 源 半天然高分子：经化学改性后的天然高分子。 合成高分子：由单体聚合人工合成的高分子。
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（3）根据性质、用途分类
• 用于户外美化环境的产 品：可以回收的塑料做 成长椅、桌子和交通标 志牌。
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生物降解高分子材料
可降解塑料袋承重能力 比较低； 可降解塑料袋色泽暗淡 发黄，透明度低；
成本偏高，价格难以接 受。
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生物材料
人造心脏
人造关节
返回
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天然高分子
O O O
多糖类,多肽类,核酸
H H O H O C C O C H H
O C OH
结构单元
结构单元 重复单元
返回
结构单元（Constitutional units）单体单元（Monomer unit） 重 复单元(Repeating unit）链节(Chain element）
结构单元？＝单体单元？＝？重复单元？＝链节
124个氨基酸残基
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主要参考书目
• Robert D, Forger. Fundamental Principles of Polymeric Materials, 1993 • G. R. Strobl, The Physics of Polymer, Springer,1996. • 潘才元. 高分子化学. 中国科技大学出版社, 1997
高分子也叫高
分子化合物，
是指分子量很 高，并由多个 结构单元相同 的小分子化合
常用的高分子的分子量一般高达几万、物以共价键连
几十万，甚至上百万，范围在104～106 接的一类化合
物。
返回
[ CH2
主链
CH ]n Cl
聚氯乙烯
CH2-CH CH2-CH CH2-CH Cl Cl Cl
实际上
H2C CH Cl
高分子化学与物理
高分子化合物的合成 和反应、结构与性能 间的关系
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高分子科学的研究内容
高分子化学
研究聚合反应和高分子化学反应原理， 选择原料、确定路线、寻找催化剂、 制订合成工艺等。
研究聚合物的结构与性能的关系，为设 计合成预定性能的聚合物提供理论指导， 是沟通合成与应用的桥梁。
高分子科学
高分子物理
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结构单元
Constitutional units
聚合物分子结构中出现的以单体结构为基础的原子团
聚丙烯 H H H H C C C C H CH 3 H CH 3 单体单元 聚乙二醇
H H C C H CH 3
H H H H H H C C O C C O C C O H H H H H H
monomer Units
• 印刷工业应用聚乙烯醇酸酯， 光照时交联而不溶而保留下 来，得到凸版。 • 光解性的光刻胶，重氮醌接 到酚醛树脂上，光作用下重 氮醌分解，图像被保留，分 辨率达10纳米。
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功能高分子材料－隐形眼镜
上世纪50年代人们开始 配戴材质是聚甲基丙烯酸甲 酯（PMMA）的隐形眼镜，具 有优越的光学特性，又能矫 正角膜性散光。1960年捷克 学者利用十年的时间发明了 软性隐形眼镜的材料，就是 一直延用至今的聚甲基丙烯 酸羟乙酯（HEMA）。
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蛋白质Protein
H | H2N—C—COOH | R
+
COOH | H-NH—C—H | R
C，H，O，N，S
肽键
返回
H COOH | | H2N—C—CONH—C—H | | R R
蛋白质Protein
返回
结晶牛胰岛素的晶 体结构 含 51个氨基酸残基 的蛋白质
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核糖核酸酶A (ribonuclease A)
侧基（侧链、支链）
是由小分子氯乙烯通过双键打开连接而成的。小分子氯乙 烯称为单体。
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什么是单体？
聚 合 反 应 小 分 子 高 分 子
Polymerization
单 体
Monomer
单体 ——能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成 单元的小分子。 *注：书P8 1.3.2 中（3）“原料”不准确
或少一个链节不会影响其基本性能时，称为高分子。
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1.2
高分子的分类
（1）根据高分子主链结构分类
碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。 主链元素 （链原子） 组成 杂链高分子：链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。 元素有机高分子：链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组 成。 无机高分子：无论在主链还是侧链上均没有碳元素。 如玻璃、陶瓷等。不在本课程讨论之列。
O C OH n
H H H O C C O H H O C O C OH
H H O H O C C O C H H
返回
O C OH n
小结
高分子化合物是由小分子单体聚合而成，又称聚合物。 通常，根据化合物的相对分子质量大小来划分高分子和 小分子。
当一个化合物的相对分子质量足够大，以至多一个链节
[ CH2 CH ]n [ CH2 Cl CH ]m O C CH3 O
其中n和m为分子链中两种 单体单元的数量，但并不 表示n个氯乙烯单元后面接 m个醋酸乙烯酯单元。
判别均聚物：聚合物分子有且只有一种重复单元，并且该重复 单元只可以由一种（真实的、隐含的或假设的）单体衍生而来
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特例：
H H O H O C C OH + HO C H H H H O H O C C O C H H O C OH
O O O O
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DNA分子的双螺旋结构
deoxyribonucleic acid 两股DNA长链像转圈的楼梯扶手 架，围绕一个中心轴盘旋，走向相反， 外侧为磷酸基团，内侧为四种碱基，通 过碱基对(30亿)的氢键形成双螺旋结构。
H O
C、N ： 在碱基中
C ：在磷酸酯键中 P
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DNA and RNA
返回
高分子分离膜
高分子膜是指那些由具有特殊分离功能的高分子材 料制成的薄膜，能有选择地分离物质。目前应用于海水 淡化、反渗透、膜萃取、膜蒸馏等技术领域。
建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界上最大的海水淡化厂，日 供应淡水12000吨，主要使用醋酸纤维素分离膜装置。
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光敏高分子材料
• 光敏高分子材料以光敏树脂 为代表，主要用于照相、印 刷制版、印刷集成电路等。
塑料
纤 维 性 质 和 用 途
以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂 和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。
纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的 100倍。 具有可逆形变的高弹性材料。 涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和 保护作用的聚合物材料 能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在 一起的聚合物材料
xn
以大分子链中的重复单元数目表示，记作 DP
链节数 n（chain element) 表示重复单元数
[ CH2 CH ]n Cl
返回
易混淆的
x n 、n及 DP
O C OH
H H O H O C C OH + HO C H H H H O H O C C O C H H
O C OH n
Xn= 2n =2DP
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仔细看看与前面有什么不同！
H H H O C C O H H
O C
O C OH
H H O H O C C O C H H
O C OH n
Xn= n =DP
返回
n
Xn= n =DP
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均聚物
Homopolymer
由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。 如：
CH 2CH Cl
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现代生活中的高分子材料－塑料
返回
现代生活中的高分子材料－工程塑料
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现代生活中的高分子材料－橡胶
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现代生活中的高分子材料－纤维
•1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到硝化纤维 素溶液，制得第一根人造纤维； •1884年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液， 得到人造丝；
• 施良和, 胡汉杰. 高分子科学的今天和明天. 化学工业出版 社, 1994
• 周其凤, 胡汉杰. 高分子化学. 化学工业出版社, 2001
• 何曼君，陈维孝，董西侠，《高分子物理》，上海，复旦 大学出版社，1990年。
• 马德柱，何平笙等，《高聚物的结构与性能》，北京，科 学出版社，1995年。
高分子加工
研究聚合物加工成型的原理与工艺。
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在科学的整体发展中：高分子科学处于多种学科的交汇点上， 为其发展提供了良好的学科环境。
数学
电子学
物理学
高分子 科学 生命 科学 工程学
其它 学科
其它 化学
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高分子材料的应用
据统计，若人们对材料 的需求是100%，其中 高分子材料占60%。
• 高分子具有许多优良性能，高分子材料是当今世界发展最 迅速的产业之一，目前世界上合成高分子材料的年产量已 经超过1.4亿吨。 • 塑料、橡胶、纤维、涂料、粘胶剂…几大类高分子材料己 广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、 包装、建筑、纺织等各个领域。 • 功能高分子材料：导电高分子、高分子半导体、光导电高 分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子、 液晶高分子和信息高分子材料等近年发展迅速，具有特殊 功能。