《功能高分子材料》課件

1、2021/3/141 指既有指既有傳統(tǒng)傳統(tǒng)高分子材料的高分子材料的機(jī)械性機(jī)械性 能能,又有某些又有某些特殊功能特殊功能的高分子材料。的高分子材料。 功能高分子材料功能高分子材料 2幾種功能高分子材料的種類幾種功能高分子材料的種類 功能高分子材料功能高分子材料 一一. .高吸水性材料高吸水性材料 二二. .高分子分離膜高分子分離膜 四四.復(fù)合材料復(fù)合材料 三三. .醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料 五五. .高分子材料的發(fā)展趨勢高分子材料的發(fā)展趨勢 探尋功能高分子材料時應(yīng)考慮的問題探尋功能高分子材料時應(yīng)考慮的問題: (1).(1).具有什么樣的主鏈具有什么樣的主鏈? ? (2).(2).具有什么樣的

2、功能基具有什么樣的功能基? ? (3).(3).不斷修正。不斷修正。 單體單體 官能團(tuán)官能團(tuán) 一一. .高吸水性材料高吸水性材料 親水性高聚物親水性高聚物 （分子鏈帶有許多親水原子團(tuán)）（分子鏈帶有許多親水原子團(tuán)） 鄧小平鄧小平 美國美國時代周刊時代周刊這份雜志在全美乃至全球都很有影響力。這份雜志在全美乃至全球都很有影響力。 時代周刊評出20世紀(jì)最偉大的 100項發(fā)明,其中“尿不濕” 榜上有名 為什么為什么“尿不濕尿不濕” 能評為能評為2020世紀(jì)最偉大世紀(jì)最偉大 的的100100項發(fā)明呢項發(fā)明呢! !最初最初 是為誰專門設(shè)計的呢是為誰專門設(shè)計的呢? ? 美國在上世紀(jì)六十年代初美國在上世紀(jì)六十年

3、代初,航天事業(yè)崛起航天事業(yè)崛起,如何如何 解決解決宇航員的排尿問題迫在眉睫宇航員的排尿問題迫在眉睫,華人華人唐鑫源唐鑫源 成為成為“尿不濕尿不濕”的發(fā)明人的發(fā)明人,后來他被譽為美國后來他被譽為美國 “太空服之父太空服之父”。 美國從美國從19591959起甄選的起甄選的7 7位宇航員合影位宇航員合影 “神舟5號”、 “神舟6號”等上天的三位航 天員 先后也都使用了“尿不濕” 航天員專用航天員專用“尿不濕尿不濕”1 1克克能吸收能吸收約約10001000克水克水 , , 吸水性遠(yuǎn)強(qiáng)于一般嬰兒使用的吸水性遠(yuǎn)強(qiáng)于一般嬰兒使用的“尿不濕尿不濕” “ “尿不濕尿不濕”是航天產(chǎn)品是航天產(chǎn)品“下凡下凡”的成

4、功典范的成功典范! ! 現(xiàn)在不僅是嬰幼兒使用現(xiàn)在不僅是嬰幼兒使用, ,還有供特殊成人使用還有供特殊成人使用 的的, ,更有趣的是有些寵物也系上了更有趣的是有些寵物也系上了“尿不濕尿不濕” 出門溜達(dá)出門溜達(dá), ,以保護(hù)公共衛(wèi)生以保護(hù)公共衛(wèi)生。 “尿不濕尿不濕”起作用的物質(zhì)是一種起作用的物質(zhì)是一種功能功能 高分子高分子材料材料, ,具有具有很強(qiáng)的吸水能力很強(qiáng)的吸水能力。它所用。它所用 的材料是的材料是高吸水性樹脂高吸水性樹脂（常用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的（常用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 聚丙烯酸鈉聚丙烯酸鈉 ） 聚丙烯酸鈉如何合成聚丙烯酸鈉如何合成? 思考思考: :如何如何以帶有強(qiáng)親水性原子團(tuán)的化合物以帶有強(qiáng)親水性原子團(tuán)的化合

5、物 CHCH2 2=CHCOOH=CHCOOH制得網(wǎng)狀聚丙烯酸鈉制得網(wǎng)狀聚丙烯酸鈉? ? 加交聯(lián)劑的目的是什么加交聯(lián)劑的目的是什么? 高吸水性樹脂加交聯(lián)劑的目的是高吸水性樹脂加交聯(lián)劑的目的是變支鏈型變支鏈型 結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)為體型結(jié)構(gòu)體型結(jié)構(gòu),使其使其既有吸水性而又不溶于水既有吸水性而又不溶于水, 耐擠壓耐擠壓。 如如旱地種植旱地種植、改良土壤改良土壤、改造沙漠改造沙漠等。等。 強(qiáng)吸水能力的功能高分子材料除了用于強(qiáng)吸水能力的功能高分子材料除了用于 “尿不濕尿不濕”, , 還有哪些用途還有哪些用途? ? 保水劑是一種吸水能力特強(qiáng)的功能高分子材保水劑是一種吸水能力特強(qiáng)的功能高分子材 料。無毒無害料。無毒

6、無害, ,反復(fù)吸水、釋水反復(fù)吸水、釋水 “微型水微型水 庫庫”。同時同時, ,它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢 釋放釋放, ,增加肥效、藥效。高吸水性樹脂廣泛用增加肥效、藥效。高吸水性樹脂廣泛用 于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、建筑等。于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、建筑等。 2021/3/1414 吸水性高分子制法吸水性高分子制法 (2).(2).以帶有強(qiáng)親水基的化合物為單體以帶有強(qiáng)親水基的化合物為單體, ,均聚均聚 或共聚得到親水性高聚物或共聚得到親水性高聚物如聚丙烯酸鈉如聚丙烯酸鈉 （同時加入交聯(lián)劑）（同時加入交聯(lián)劑） 。 (1).(1).對天然吸水性高分子材料（淀粉、纖維對天然吸水性高

7、分子材料（淀粉、纖維 素）進(jìn)行改性素）進(jìn)行改性, ,在它們的高分子鏈上再接上在它們的高分子鏈上再接上 含強(qiáng)親水性原子團(tuán)的支鏈含強(qiáng)親水性原子團(tuán)的支鏈, ,形成接枝共聚物形成接枝共聚物 ( (如與丙烯酸鈉共聚如與丙烯酸鈉共聚) ) 纖維素的結(jié)構(gòu)簡式纖維素的結(jié)構(gòu)簡式 傳統(tǒng)吸水性的材料棉花為何有一定的吸水性傳統(tǒng)吸水性的材料棉花為何有一定的吸水性? ? 發(fā)現(xiàn)其每個鏈節(jié)上都有發(fā)現(xiàn)其每個鏈節(jié)上都有OH,OH,它是一種親水基它是一種親水基 傳統(tǒng)吸水性材料傳統(tǒng)吸水性材料吸水性高分子材料吸水性高分子材料 種類種類 吸水性吸水性 保水性保水性 結(jié)論結(jié)論 用途用途 紙、棉布（纖維素）紙、棉布（纖維素） 動物膠、海綿、

8、泡沫塑料動物膠、海綿、泡沫塑料 聚丙烯酸鈉等聚丙烯酸鈉等 吸收與自身等量吸收與自身等量 或最多幾十倍的水或最多幾十倍的水 吸收相當(dāng)于自身幾吸收相當(dāng)于自身幾 百倍到幾千倍的水百倍到幾千倍的水 遭受外力易擠出水遭受外力易擠出水 遭受外力不擠出水遭受外力不擠出水 良好吸水性良好吸水性 優(yōu)異吸水性優(yōu)異吸水性 保水性保水性 十分有限十分有限驚人效益驚人效益 返回 具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄膜具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄膜 能讓某些物質(zhì)能讓某些物質(zhì)有選擇地通過有選擇地通過,而把另外一些物質(zhì)而把另外一些物質(zhì) 分離掉分離掉 二二. .高分子分離膜高分子分離膜 . .組成組成 . .特點特點

9、. .應(yīng)用應(yīng)用 生活用水、工業(yè)廢水等廢液的處理生活用水、工業(yè)廢水等廢液的處理; ;海水、海水、 苦咸水的淡化苦咸水的淡化; ; 濃縮天然果汁、乳制品加工、濃縮天然果汁、乳制品加工、 釀酒、各種能源的轉(zhuǎn)換釀酒、各種能源的轉(zhuǎn)換(傳感膜、熱電膜傳感膜、熱電膜) 具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄 膜膜, ,它的它的特點是能讓某些物質(zhì)有選擇地通過特點是能讓某些物質(zhì)有選擇地通過, ,而而 把另外一些物質(zhì)分離掉。把另外一些物質(zhì)分離掉。 2021/3/1420 能從海水中分離出淡水的逆滲透膜已達(dá)到大能從海水中分離出淡水的逆滲透膜已達(dá)到大 規(guī)模使用的階段規(guī)模使用的階段,

10、,它也是一種半透膜它也是一種半透膜, ,只讓水分子只讓水分子 通過通過, ,而使含鹽的低分子溶質(zhì)幾乎不能通過而使含鹽的低分子溶質(zhì)幾乎不能通過, ,施加施加 一定的壓力后一定的壓力后, ,就能使水加速擠出。采用不同結(jié)構(gòu)就能使水加速擠出。采用不同結(jié)構(gòu) 的逆滲透膜就可以獲得工業(yè)鍋爐水、飲料水、無的逆滲透膜就可以獲得工業(yè)鍋爐水、飲料水、無 菌水、去離子水、洗滌半導(dǎo)體的超純水等。在非菌水、去離子水、洗滌半導(dǎo)體的超純水等。在非 洲一些缺水地區(qū)建立起不少海水淡化裝置。一種洲一些缺水地區(qū)建立起不少海水淡化裝置。一種 PECPEC10001000的海水淡化裝置對海水如加壓的海水淡化裝置對海水如加壓 404070

11、70 公斤公斤/ /平方厘米平方厘米, ,就可以得到就可以得到16162020的淡水。的淡水。 建于沙特阿拉伯的基塔自來水廠建于沙特阿拉伯的基塔自來水廠, ,是世界上最大的是世界上最大的 海水淡化廠海水淡化廠, ,日供應(yīng)淡水日供應(yīng)淡水1200012000噸噸, ,主要使用主要使用醋酸纖醋酸纖 維素維素分離膜裝置。分離膜裝置。 2021/3/1421 分離膜具有神奇的魔術(shù)師般的本領(lǐng)分離膜具有神奇的魔術(shù)師般的本領(lǐng),從下面的從下面的 實驗中不難領(lǐng)會。將一瓶含實驗中不難領(lǐng)會。將一瓶含酒精酒精4.5的普通啤酒的普通啤酒 用水稀釋成兩瓶用水稀釋成兩瓶,然后倒入玻璃容器內(nèi)然后倒入玻璃容器內(nèi),只要將這種只要將

12、這種 溶液通過薄薄的一層分離膜溶液通過薄薄的一層分離膜,就能夠在幾分鐘內(nèi)提就能夠在幾分鐘內(nèi)提 取出酒精濃度達(dá)取出酒精濃度達(dá) 93的乙醇的乙醇。這種乙醇用一根火。這種乙醇用一根火 柴就能點燃。這個實驗中在分離膜的表面施加了柴就能點燃。這個實驗中在分離膜的表面施加了 高頻電場高頻電場,促使乙醇溶解、擴(kuò)散、和水分離促使乙醇溶解、擴(kuò)散、和水分離,所耗電所耗電 能僅為蒸餾法的十分之一。在過去要從液體中分能僅為蒸餾法的十分之一。在過去要從液體中分 離另一種液體離另一種液體,只能使用蒸餾法。只能使用蒸餾法。 返回 三三. .醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料 具有優(yōu)異的具有優(yōu)異的_,_,較少受到較少受到_, ,可

13、可 以滿足人工器官對材料的苛刻要求。以滿足人工器官對材料的苛刻要求。 如如: :人造心臟、人造關(guān)節(jié)、人造鼻等。人造心臟、人造關(guān)節(jié)、人造鼻等。 生物相容性生物相容性排斥排斥 相容性、親和性、排異性、機(jī)械性相容性、親和性、排異性、機(jī)械性 上世紀(jì)上世紀(jì)7070年代發(fā)展起來的親水隱形眼鏡年代發(fā)展起來的親水隱形眼鏡 具有特點具有特點: :吸收相當(dāng)于自重吸收相當(dāng)于自重80%80%水水, ,才變得柔軟、才變得柔軟、 透氣、舒適、戴時長透氣、舒適、戴時長 制備隱形眼鏡所用的原制備隱形眼鏡所用的原 料主要是料主要是丙烯酸羥乙酯丙烯酸羥乙酯 （CHCH2 2=CHCOOCH=CHCOOCH2 2CHCH2 2OH

14、OH） 人造關(guān)節(jié)人造關(guān)節(jié) 人人 造造 皮皮 膚膚 人造血管人造血管 一張柔軟的紙一張柔軟的紙,白中透出微黃白中透出微黃, 這張不起眼的這張不起眼的“白紙白紙”就是就是 填補(bǔ)國內(nèi)空白的高科技填補(bǔ)國內(nèi)空白的高科技“人人 造皮膚造皮膚”。這種這種“人造皮膚人造皮膚” 能幫助傷口盡快恢復(fù)。比如能幫助傷口盡快恢復(fù)。比如 燒燙傷燒燙傷,把水泡的水放出把水泡的水放出,用用 藥清洗后藥清洗后,將將“人造皮膚人造皮膚”敷敷 貼在傷口上貼在傷口上,很快很快“人造皮膚人造皮膚” 就和人的身體長在一起就和人的身體長在一起,成了成了 真的皮膚。真的皮膚。 人造心臟人造心臟硅聚合物和聚氨酯硅聚合物和聚氨酯 人造腎臟人造腎

15、臟 人工膀胱人工膀胱 人造膝關(guān)節(jié)人造膝關(guān)節(jié) 十年后十年后的某一天的某一天, ,一位老人一位老人被告之他的被告之他的 心臟正在急速衰竭心臟正在急速衰竭, ,需要更換左心室。主治需要更換左心室。主治 醫(yī)師將他健康的心臟細(xì)胞組織切片送到一家醫(yī)師將他健康的心臟細(xì)胞組織切片送到一家 組織實驗室組織實驗室, ,即即人造器官工廠人造器官工廠。研究人員利。研究人員利 用組織切片和特殊聚合物制造出代用的左心用組織切片和特殊聚合物制造出代用的左心 室。三個月后室。三個月后, ,代用左心室被冷凍、包裝并代用左心室被冷凍、包裝并 送往醫(yī)院。醫(yī)生將代用品換到老人的心臟內(nèi)。送往醫(yī)院。醫(yī)生將代用品換到老人的心臟內(nèi)。 由于代

16、用品相當(dāng)于老人自己的器官由于代用品相當(dāng)于老人自己的器官, ,手術(shù)之手術(shù)之 后自然不會發(fā)生任何排斥反應(yīng)后自然不會發(fā)生任何排斥反應(yīng), ,老人的生命老人的生命 因此而得到延續(xù)。因此而得到延續(xù)。 人體器官商店人體器官商店 返回 四四. .復(fù)合材料復(fù)合材料 1 1涵義涵義: : 指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型 材料。其中一種做為材料。其中一種做為_,_,另外材料做為另外材料做為 _。 具有具有_ _等等 優(yōu)異性能優(yōu)異性能, ,在綜合性能上超過了單一材料。在綜合性能上超過了單一材料。 2 2性能性能: : 基體基體 增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑 強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕強(qiáng)度

17、高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕 2021/3/1431 碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料, ,它具有強(qiáng)度高、耐疲勞、它具有強(qiáng)度高、耐疲勞、 重量輕等優(yōu)點重量輕等優(yōu)點, ,主要以聚丙烯腈為原料主要以聚丙烯腈為原料, ,也可用人也可用人 造絲、石油瀝青或煤瀝青為原料。造絲、石油瀝青或煤瀝青為原料。 復(fù)合材料復(fù)合材料碳纖維碳纖維 碳纖維是一種纖維狀碳材料。碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是它是 一種強(qiáng)度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹一種強(qiáng)度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹 鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅 那樣導(dǎo)電那樣導(dǎo)電, ,具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué) 性能的新型材料。性能的新型材料。 目前目前, ,人們還不能直接用人們還不能直接用 碳或石墨來抽成碳纖維碳或石墨來抽成碳纖維, ,只能采用一些含碳的只能采用一些含碳的 有機(jī)纖維（如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等）有機(jī)纖維（如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等） 做原料做原料, ,將將有機(jī)纖維跟塑料樹脂結(jié)合在一起有機(jī)纖維跟塑料樹脂結(jié)合在一起, , 放在稀有氣體的氣氛中放在稀有氣體的氣氛中, ,在一定壓強(qiáng)下強(qiáng)熱炭在一定壓強(qiáng)下強(qiáng)熱炭 化而成化而成, ,而碳纖維