高分子科學(xué)導(dǎo)論功能高分子課件

23十二月2022高分子科學(xué)導(dǎo)論功能高分子19十二月2022高分子科學(xué)導(dǎo)論功能高分子1FunctionalpolymersFunctionalpolymerisPolymerthatbearsspecifiedchemicalgroupsor;Polymerthathasspecifiedphysical,chemical,biological,pharmacological,orotheruseswhichdependonspecificchemicalgroups.Thereisadifferencebetweenthewords“performance”and“function”.Generally,“performance”istheresistanceofmaterialtotheexternalaction,andthe“function”meanstheconversionofmaterialinquantityorqualityrespondedtotheexternalinputsignal.Theinputsignalcouldbeforce,heat,light,electron,andsoon…FunctionalpolymersFunctional2Classificationoffunctionalpolymers力學(xué)功能材料強(qiáng)化功能材料，彈性功能材料化學(xué)功能材料分離功能材料，如分離膜、離子交換樹(shù)脂、高分子絡(luò)合物等反應(yīng)功能材料，如高分子催化劑、高分子試劑等生物功能材料，如固定化酶、生物反應(yīng)器等物理化學(xué)功能材料耐高溫高分子，高分子液晶等電學(xué)功能材料，如導(dǎo)電性高分子、超導(dǎo)性高分子、感電了性高分子等光學(xué)功能材料，如感光性高分子、導(dǎo)光性高分子、光敏性高分子等能量轉(zhuǎn)換功能材料，如壓電性高分子、熱電性高分子等生物化學(xué)功能材料人工臟器用材料，如人工腎、人工心肺等高分子藥用材料，如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物生物分解材料，如可降解性高分子材料等。Classificationoffunctionalp3ContentConductingandSemi-conductingFunctionalPolymer

導(dǎo)電和半導(dǎo)體功能高分子FunctionalPolymerMaterialsforAdsorptionandSeparation

吸附分離功能高分子SuperabsorbentResin高吸水性樹(shù)脂F(xiàn)unctionalPolymerwithPhotoelectronicProperties

光電功能高分子BiomedicalPolymers生物醫(yī)用高分子PolymericLiquidCrystal高分子液晶IonicPolymers離子型聚合物ContentConductingandSemi-con4ConductingandSemi-conductingFunctionalPolymerConductingandSemi-conducting5WhatisconductivepolymerConductivepolymersarepolymersthatconductelectricity.Suchcompoundsmaybetruemetallicconductorsorsemiconductors.Itisgenerallyacceptedthatmetalsconductelectricitywellandthatorganiccompoundsareinsulating,butthisclassofmaterialscombinesthepropertiesofboth.Thebiggestadvantageofconductivepolymersistheirprocessibility.Conductivepolymersarealsoplastics(whichareorganicpolymers)andthereforecancombinethemechanicalproperties(flexibility,toughness,malleability,elasticity,etc.)ofplasticswithhighelectricalconductivities.Theirpropertiescanbefine-tunedusingtheexquisitemethodsoforganicsynthesis.WhatisconductivepolymerCond6Whyconductivepolymer普通高分子材料的靜電積聚靜電在工業(yè)生產(chǎn)中有很大的危害性。每年因靜電事故造成的損失超過(guò)百億美元。普通高分子材料對(duì)電磁波的屏蔽性差，通信設(shè)備常常因電磁波的入侵造成誤操作。導(dǎo)電高分子的發(fā)展已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)開(kāi)始的設(shè)想Whyconductivepolymer普通高分子材料的7Meritsofconductivepolymers$10billion$100EconomicsReplacethis......withthisEaseofProductionChemicalVersatilityFlexiblecircuitryReplacethis......withthis...withthisReplacethis...Meritsofconductivepolymers$8Conductivityofpolymers要使高分子材料導(dǎo)電就必須能模擬金屬的行為，亦即電子必須能不受原子的束縛而能自由移動(dòng)，要達(dá)到此目的的第一個(gè)條件就是這個(gè)聚合物應(yīng)該具有交錯(cuò)的單鍵與雙鍵，亦稱為“共軛”雙鍵。為了使共軛高分子導(dǎo)電，必須要做摻雜。這和半導(dǎo)體經(jīng)過(guò)參雜后提高導(dǎo)電度類似。

-20-16-12-8-404絕緣體半導(dǎo)體導(dǎo)體超導(dǎo)體NylonPEPSPTFEGe,SiConductivePolymersNichromeCarbonfiberCuAlAglg(1/ohm?cm-1)Conductivityofpolymers要使高分子材9SomeconductivepolymersSomeconductivepolymers10InventionofConductivePolymerHidekiShirakawaA.G.McDiarmidA.HeegerEarly1970’s:MistakeinSkirakawa’slableadstoaccidentaldiscoveryofsilverlookingpolymer(polyacetylene)Late1970’s:CollaborationbetweenHeeger,MacDiarmidandShirakawaleadto10million-foldincreaseinconductivityofpolyacetylene.2000:Heeger,MacDiarmidandShirakawawinNobelPrizeinChemistry2000+:First‘organicelectronics’appearonthemarketasflexibledisplays.InventionofConductivePolyme11E-ink美國(guó)Lucent公司和EInk公司共同開(kāi)發(fā)出了“電子紙”，它可以應(yīng)用于電子書(shū)籍和電子報(bào)紙等。

E-ink美國(guó)Lucent公司和EInk公司共同開(kāi)12與硅晶體管相比，塑料晶體管的好處在于成本低廉，生產(chǎn)便捷，不需要專門(mén)化的昂貴制造設(shè)備和高度潔凈的真空環(huán)境。PolymerictransistorSi與硅晶體管相比，塑料晶體管的好處在于成本低廉，生產(chǎn)便捷，不需13Electroluminescence常用于電致發(fā)光材料的聚合物包括：聚對(duì)苯乙烯、聚咔唑、聚噻酚等。空穴注入（正極）空穴遷移電子注入（負(fù)極）電子遷移電子與空穴復(fù)合激子擴(kuò)散激子復(fù)合電致發(fā)光輻射非輻射電致發(fā)熱Electroluminescence常用于電致發(fā)光材料的聚14PolymericsolarcellPolymericsolarcell15FunctionalPolymerMaterialsforAdsorptionandSeparationFunctionalPolymerMaterialsf16Ion-exchangersSyntheticorganicpolymerresinsbasedonstyrene–oracrylic-acid-typemonomersaremostwidelyused.Generallysolidgelsinsphericalorgranularformconsistingof:A3-dimensionalpolymericnetwork,Ionicfunctionalgroupsattachedtothenetwork,CounterionsAsolventStrong-acid,cation-exchangeresinsandstrong-baseanionexchangeresinscanbeproduced.Ion-exchangersSyntheticorgani17Mechanismofion-exchangeSO3-H+Na+SO3-Na+CH2N+(CH3)3OH-Cl-CH2N+(CH3)3Cl-H+OH-H2OCationexchangeresinAnionexchangeresin水處理離子交換大都是基于含磺酸基的交聯(lián)聚合物。水中的Na+通過(guò)樹(shù)脂層，交換磺酸中的H+。Ca2+，F(xiàn)e3+和Mg2+與磺酸基團(tuán)具有更大的親合力，因此硬水通過(guò)樹(shù)脂層后，不僅可以交換H+還可以交換Na+，得到軟水。當(dāng)樹(shù)脂中的磺酸基團(tuán)被這些硬離子飽和時(shí)，樹(shù)脂層必須通過(guò)添加大量過(guò)量的鹽酸溶液或氯化鈉溶液進(jìn)行再生，以交換緊密結(jié)合的硬離子，從而再次使用。Mechanismofion-exchangeSO3-18Structureofion-exchangeresin活性基團(tuán)結(jié)構(gòu)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂磺酸基類（強(qiáng)酸型）-SO3-H+丙烯酸類（弱酸型）-COO-H+陰離子交換樹(shù)脂季銨鹽類（強(qiáng)堿型）-CH2-NR3+OH-仲胺類（弱堿型）-CH2-NHR叔胺類（弱堿型）-CH2-NR2Structureofion-exchangeresi19OtherAdsorptionandSeparationpolymerOCOCO()MOOOOOO()MPolymericchelateresinβ-diketonecrownether通過(guò)對(duì)不同金屬離子的選擇性螯合作用，高分子螯合樹(shù)脂可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種金屬離子的濃縮和富集，可廣泛地應(yīng)用于分析檢測(cè)、污染治理、環(huán)境保護(hù)和工業(yè)生產(chǎn)。Adsorbentresins吸附樹(shù)脂也稱物理吸附功能高分子，主要是一些非離子吸附樹(shù)脂，根據(jù)其極性大小可分為非極性、中極性和強(qiáng)極性三類。非極性吸附樹(shù)脂主要是交聯(lián)聚苯乙烯大孔樹(shù)脂，可通過(guò)范德華力吸附具有一定疏水性的物質(zhì)；中極性吸附樹(shù)脂主要是交聯(lián)聚丙烯酸酯類及其與苯乙烯的共聚物。其吸附作用除范德華力外，氫鍵也起一定的作用；強(qiáng)極性吸附樹(shù)脂主要是聚丙烯酸酯樹(shù)脂利用水解反應(yīng)生成強(qiáng)極性的羧基，其吸附作用主要通過(guò)氫鍵和偶極作用進(jìn)行。OtherAdsorptionandSeparatio20ApplicationofAdsorptionandSeparationpolymerApplicationofAdsorptionand21SuperabsorbentResinSuperabsorbentResin22SuperabsorbentpolymersSuperabsorbentpolymers(SAP)arepolymersthatcanabsorbandretainextremelylargeamountsofaliquidrelativetotheirownmass.Waterabsorbingpolymers,classifiedashydrogels,absorbaqueoussolutionsthroughhydrogenbondingwiththewatermolecule.Thetotalabsorbencyandswellingcapacityarecontrolledbythetypeanddegreeofcross-linkingtothepolymer.Lowdensitycross-linkedSAPgenerallyhasahigherabsorbentcapacityandswelltoalargerdegree.ThesetypesofSAPsalsohaveasofterandmorecohesivegelformation.Highcross-linkdensitypolymersexhibitlowerabsorbentcapacityandswell.Thegelstrengthisfirmerandcanmaintainparticleshapeevenundermodestpressure.SuperabsorbentpolymersSuperab23Superabsorbentpolymers高吸水樹(shù)脂Starch（淀粉）Poly(vinylalcohol)（PVA,聚乙烯醇）Poly(acylicacid)（PAA,聚丙烯酸）Hydrolysisproductofpolyacrylonitrilebasedpolymer（聚丙烯腈的水解產(chǎn)物）OCH2OHOHOHO()nStarchOHCH2CH()nPVACOOHCH2CH()nPAAC≡NCH2CH()nOH-H2OCOO-X+CH2CH()nX+=H+、Na+、K+Superabsorbentpolymers高吸水樹(shù)脂OC24SuperabsorbentpolymersOHCH2CH()nOHHOHHOHHOHHOHHH2OCrosslinkSuperabsorbentpolymersOHC25ApplicationofsuperabsorbentpolymersApplicationofsuperabsorbent26BiomedicalpolymersBiomedicalpolymers27Biomedicalpolymers生物醫(yī)用材料的特殊和基本要求如下：材料無(wú)毒、不致癌、不致畸，不引起人體細(xì)胞的突變和不良組織反應(yīng)。與人體相容性好，不引起中毒、溶血、凝血、發(fā)熱和過(guò)敏等現(xiàn)象。具有與天然組織相適應(yīng)的力學(xué)性能。針對(duì)不同的使用目的而具有特定的功能。生物醫(yī)用材料直接與生物系統(tǒng)相作用，除了各種理化性質(zhì)外，還必須具有良好的生物或組織相容性。按與活體組織作用的方式分類生物惰性材料：在生物體內(nèi)能保持穩(wěn)定，幾乎不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料。生物活性材料：指能在材料－組織界面上誘導(dǎo)出特殊生物或化學(xué)反應(yīng)的材料，這種反應(yīng)導(dǎo)致材料和組織間形成化學(xué)鍵合。Biomedicalpolymers生物醫(yī)用材料的特殊和基28Artificialorgans高分子材料作為人工臟器、人工血管、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、人工皮膚等醫(yī)用材料，正越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用。人工器官的應(yīng)用從大型化向小型化，從體外使用向內(nèi)植型，從單一功能向多功能化轉(zhuǎn)變。人工器官包括：永久性植入，完全替代原器官的功能；體外使用的大型人工器官裝置、主要用于手術(shù)中暫時(shí)替代人體器官的功能；暫時(shí)性植入器官，只能部分替代原器官功能；整容修復(fù)材料，不具備器官功能，但能修復(fù)人體的殘缺部位。Artificialorgans高分子材料作為人工臟器、人29Polymersusingforartificialorgans器官高分子材料心臟聚醚氨酯彈性體、硅橡膠腎臟纖維素、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯睛、聚砜、聚氨酯、聚碳酸酯肝臟賽璐酚，聚甲基丙烯酸-β-羥乙酯肺硅橡膠、聚丙烯中空纖維、聚烷砜關(guān)節(jié)、骨超高分子量聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龍、聚酯皮膚硝基纖維素、聚硅酮-尼龍復(fù)合物、聚酯、甲殼素角膜聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸-β-羥乙酯、硅橡膠鼻、耳硅橡膠、聚乙烯乳房聚硅酮血管聚酯纖維、聚四氟乙烯、聚醚氨酯人工血液全氟烴、羥乙基淀粉、聚乙烯基吡咯烷酮膽管、尿道硅橡膠氣管、腹膜聚乙烯、聚四氟乙烯、聚硅酮、聚酯纖維Polymersusingforartificial30ArtificialorgansArtificialheartArtificiallungArtificialkidneyArtificialorgansArtificialhe31Tissueengineering組織工程是將分離的自體或異體細(xì)胞吸附于可生物降解吸收的功能高分子支架上；然后在生長(zhǎng)因子的作用下進(jìn)行培養(yǎng)，使細(xì)胞按支架的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行生長(zhǎng)，從而構(gòu)建出體外的活體組織；支架聚合物則逐步被降解吸收；最后再將體外培養(yǎng)的組織植入體內(nèi)對(duì)病變的組織或器官進(jìn)行修復(fù)或替代。Tissueengineering組織工程是將分離的自體32Aliphaticpolyesterusingfortissueengineering常用的細(xì)胞支架材料包括：聚乳酸、聚羥基乙酸、聚乙丙交酯、聚羥基脂肪酸酯，這些材料均屬于可降解脂肪族聚酯（biodegradablealiphaticpolyester）。PolylactidePoly(lactide-co-glycolide)PolycaprolactonePoly(p-dioxanone)Poly(butanediolsuccinate)OO()nOO()OO()nmOO((nOO((nOOO(nOO(Aliphaticpolyesterusingfor33組織工程已率先在皮膚、骨骼等器官取得了臨床應(yīng)用，在內(nèi)臟方面也取得了重大的進(jìn)展和突破。除脂肪族聚酯外，膠原蛋白、聚氨基酸、聚膦氰等高分子也被應(yīng)用于細(xì)胞支架材料的研究Applicationoftissueengineering組織工程已率先在皮膚、骨骼等器官取得了臨床應(yīng)用，在內(nèi)臟方面也34Bioabsorbablepolymer在外科手術(shù)中，通常會(huì)植入一些修復(fù)用的材料，這些材料只是起到暫時(shí)替代作用，當(dāng)肌體愈合后其作用即告結(jié)束。如果這些材料是非降解材料，會(huì)對(duì)患者肌體產(chǎn)生持續(xù)影響。如果另外進(jìn)行手術(shù)取出會(huì)對(duì)患者帶來(lái)二次痛苦?？缮镂眨ń到猓└叻肿硬牧峡梢杂行Ы鉀Q這個(gè)問(wèn)題。隨著材料的使用功能結(jié)束，這些材料會(huì)逐漸降解為對(duì)人體無(wú)害的小分子化合物，并被人體吸收或代謝排出。因而越來(lái)越受到研究者的重視。骨科固定材料手術(shù)縫合線抗粘連膜Bioabsorbablepolymer在外科手術(shù)中，通常35Biodegradablepolymer膠原蛋白（collagen）：構(gòu)成動(dòng)物體最基本的蛋白質(zhì)類物質(zhì)明膠（glutin）：經(jīng)高溫加熱變性后的蛋白質(zhì)淀粉（starch)、葡聚糖（dextran)甲殼素與殼聚糖（chitin&chitosan）：來(lái)源于昆蟲(chóng)、蝦、蟹等的殼、皮等角質(zhì)。纖維素（cellulose）：來(lái)源于植物合成高分子：脂肪族聚酯（aliphaticpolyester）、脂肪族聚碳酸酯（aliphaticcarbonate）聚酸酐（polyanhydride）、聚磷酸酯（polyphosphate）、聚原酸酯（polyorthoester）Biodegradablepolymer膠原蛋白（coll36Pharmaceuticalpolymers我國(guó)是醫(yī)藥文明古國(guó)，在天然藥用高分子的使用方面非常悠久。20世紀(jì)以來(lái)，隨著藥學(xué)和有機(jī)合成的高速發(fā)展，有機(jī)低分子藥物由于其療效高，使用方便，為人類的醫(yī)療衛(wèi)生起到了巨大的推動(dòng)作用，在醫(yī)學(xué)史上有著不可磨滅的貢獻(xiàn)。但是，有機(jī)低分子藥物同時(shí)也存在巨大的副作用，如過(guò)敏、毒性積累等等。Pharmaceuticalpolymers我國(guó)是醫(yī)藥文明37Propertiesofpharmaceuticalpolymers研究發(fā)現(xiàn)，高分子藥物具有低毒、高效、緩釋、長(zhǎng)效，與血液和肌體相容性好等特點(diǎn)。高分子藥物可以降低用藥劑量，避免頻繁用藥；使藥物藥理活性更加持久，更有效到達(dá)癥患部位，從而具有更高的療效。藥物高分子的分類：藥用輔助材料：指在藥劑加工過(guò)程中所用的和為改善藥物使用性能而采用的高分子材料，這些材料本身不具備藥理活性。高分子藥物：高分子本身即具有藥理活性基團(tuán)或藥理活性作用，直接被用做藥物。Propertiesofpharmaceuticalp38Controlleddrugrelease藥物的控制釋放和靶向問(wèn)題已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)最關(guān)心的問(wèn)題之一。高分子材料實(shí)際起到的是輔助材料的作用。用高分子材料制備藥物控制釋放體系主要有兩個(gè)目的：使藥物以最小的劑量在特定部位產(chǎn)生治療效應(yīng)，優(yōu)化藥物釋放速率以提高療效，降低毒副作用。有三種模式可達(dá)到上述效果：時(shí)間控制體系（緩釋藥物）部位控制體系（靶向藥物）反饋控制體系（智能藥物）微膠囊是指以高分子膜為外殼，在其中包有被保護(hù)或被密封的物質(zhì)的微小膠囊物。藥物的微囊化就是將細(xì)微的藥物顆粒用高分子膜包裹起來(lái)形成微小膠囊物。Controlleddrugrelease藥物的控制釋放39Mechanismofcontrolleddrugrelease天然高分子材料：明膠、蟲(chóng)膠、海藻酸、淀粉、糊精、纖維素、殼聚糖、玉米朊等等；化學(xué)合成可生物降解高分子材料：聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚羥基乙酸酯、脂肪族聚碳酸酯、聚對(duì)二氧環(huán)己酮等；水溶性高分子材料：聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚異丙基丙烯酸酯、聚丙烯酸等等；本體模式表面模式Mechanismofcontrolleddrugr40Targetdrugrelease靶向釋放是將藥物載體復(fù)合物選擇性地與特定靶細(xì)胞（病灶細(xì)胞）結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)藥物的靶向控制釋放?，F(xiàn)代藥劑已進(jìn)入智能化、功能化階段，智能控制藥物膠囊是由多種結(jié)構(gòu)組合而成的給藥系統(tǒng)。環(huán)境響應(yīng)型高分子通常被用于智能給藥系統(tǒng)作為“開(kāi)關(guān)”實(shí)現(xiàn)藥物的脈沖式控制釋放。Targetdrugrelease靶向釋放是將藥物載體復(fù)41Polymericdrug藥理活性高分子材料通?？煞譃閮深悾焊叻肿踊牡头肿铀幬铮瑢⒌头肿铀幬镆阅撤N化學(xué)方式連接在高分子上；研究表明，低分子藥物通常含有羥基、氨基等活性基團(tuán)，因此可以通過(guò)含特定化學(xué)基團(tuán)的高分子與低分子藥物偶聯(lián)起來(lái)，得到高分子化的低分子藥物。高分子鏈本身即具有藥理活性。是真正意義上的高分子藥物。聚賴氨酸：很多聚氨基酸都具有良好的抗菌活性，而其對(duì)應(yīng)的氨基酸單體卻沒(méi)有藥理活性。聚乙烯基吡咯烷酮：PNVP具有良好的血液相容性，是早期的代血材料。另外，PNVP可以抑制脊髓炎病毒在血液中的活動(dòng)能力。離子聚合物：如聚陽(yáng)離子季胺鹽是很好的殺菌劑，對(duì)病毒和癌癥也有一定的抑制作用聚丙烯酰胺：可減緩動(dòng)脈硬化的程度，改善血液流動(dòng)狀態(tài)。Polymericdrug藥理活性高分子材料通常可分為兩類42LiquidCrystalPolymerLiquidCrystalPolymer43LiquidCrystalPolymer液晶高分子的主要特征是其聚集狀態(tài)在一定程度上既類似于晶體，分子呈有序排列；又類似于液體，有一定的流動(dòng)性。具有剛性的分子結(jié)構(gòu)。導(dǎo)致液晶形成的剛性結(jié)構(gòu)部分稱為致晶單元。還須具有在液態(tài)下維持分子的某種有序排列所必需的凝聚力。向列型Nematic膽甾型cholesteric近晶型SmecticLiquidCrystalPolymer液晶高分子的主要44LiquidCrystalPolymer某些液晶分子可連接成大分子（主鏈型），或者可通過(guò)官能團(tuán)的化學(xué)反應(yīng)連接到高分子側(cè)鏈上（側(cè)鏈型）。這些高分子化的液晶在一定條件下仍可能保持液晶的特征，就形成高分子液晶。縱向型橫向型盤(pán)型混合型梳型盤(pán)梳型腰接型結(jié)合型主鏈型側(cè)鏈型LiquidCrystalPolymer某些液晶分子可連45Propertiesofliquidcrystalpolymer與小分子液晶相比，高分子液晶的特殊性：熱穩(wěn)定性大幅度提高；熱致性高分子液晶有較大的相區(qū)間溫度；粘度大，流動(dòng)行為與—般溶液顯著不同。在常見(jiàn)的液晶中，致晶單元通常由苯環(huán)、脂肪環(huán)、芳香雜環(huán)等通過(guò)一剛性連接單元（X，又稱中心橋鍵）連接組成。常見(jiàn)的連接單元化學(xué)結(jié)構(gòu)包括亞氨基（－C＝N－）、反式偶氮基（－N＝N－）、氧化偶氮（－NO＝N－）、酯基（－COO－）和反式乙烯基（－C＝C－）等在致晶單元的端部通常還有一個(gè)柔軟、易彎曲的基團(tuán)R，這個(gè)端基單元是各種極性的或非極性的基團(tuán)，對(duì)形成的液晶具有一定穩(wěn)定作用，因此也是構(gòu)成液晶分子不可缺少的結(jié)構(gòu)因素。常見(jiàn)的R包括—R’、—OR’、—COOR’、—CN、—OOCR’、—COR’、—CH=CH—COOR’、—Cl、—Br、—NO2等。Propertiesofliquidcrystalp4623十二月2022高分子科學(xué)導(dǎo)論功能高分子19十二月2022高分子科學(xué)導(dǎo)論功能高分子47FunctionalpolymersFunctionalpolymerisPolymerthatbearsspecifiedchemicalgroupsor;Polymerthathasspecifiedphysical,chemical,biological,pharmacological,orotheruseswhichdependonspecificchemicalgroups.Thereisadifferencebetweenthewords“performance”and“function”.Generally,“performance”istheresistanceofmaterialtotheexternalaction,andthe“function”meanstheconversionofmaterialinquantityorqualityrespondedtotheexternalinputsignal.Theinputsignalcouldbeforce,heat,light,electron,andsoon…FunctionalpolymersFunctional48Classificationoffunctionalpolymers力學(xué)功能材料強(qiáng)化功能材料，彈性功能材料化學(xué)功能材料分離功能材料，如分離膜、離子交換樹(shù)脂、高分子絡(luò)合物等反應(yīng)功能材料，如高分子催化劑、高分子試劑等生物功能材料，如固定化酶、生物反應(yīng)器等物理化學(xué)功能材料耐高溫高分子，高分子液晶等電學(xué)功能材料，如導(dǎo)電性高分子、超導(dǎo)性高分子、感電了性高分子等光學(xué)功能材料，如感光性高分子、導(dǎo)光性高分子、光敏性高分子等能量轉(zhuǎn)換功能材料，如壓電性高分子、熱電性高分子等生物化學(xué)功能材料人工臟器用材料，如人工腎、人工心肺等高分子藥用材料，如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物生物分解材料，如可降解性高分子材料等。Classificationoffunctionalp49ContentConductingandSemi-conductingFunctionalPolymer

導(dǎo)電和半導(dǎo)體功能高分子FunctionalPolymerMaterialsforAdsorptionandSeparation

吸附分離功能高分子SuperabsorbentResin高吸水性樹(shù)脂F(xiàn)unctionalPolymerwithPhotoelectronicProperties

光電功能高分子BiomedicalPolymers生物醫(yī)用高分子PolymericLiquidCrystal高分子液晶IonicPolymers離子型聚合物ContentConductingandSemi-con50ConductingandSemi-conductingFunctionalPolymerConductingandSemi-conducting51WhatisconductivepolymerConductivepolymersarepolymersthatconductelectricity.Suchcompoundsmaybetruemetallicconductorsorsemiconductors.Itisgenerallyacceptedthatmetalsconductelectricitywellandthatorganiccompoundsareinsulating,butthisclassofmaterialscombinesthepropertiesofboth.Thebiggestadvantageofconductivepolymersistheirprocessibility.Conductivepolymersarealsoplastics(whichareorganicpolymers)andthereforecancombinethemechanicalproperties(flexibility,toughness,malleability,elasticity,etc.)ofplasticswithhighelectricalconductivities.Theirpropertiescanbefine-tunedusingtheexquisitemethodsoforganicsynthesis.WhatisconductivepolymerCond52Whyconductivepolymer普通高分子材料的靜電積聚靜電在工業(yè)生產(chǎn)中有很大的危害性。每年因靜電事故造成的損失超過(guò)百億美元。普通高分子材料對(duì)電磁波的屏蔽性差，通信設(shè)備常常因電磁波的入侵造成誤操作。導(dǎo)電高分子的發(fā)展已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)開(kāi)始的設(shè)想Whyconductivepolymer普通高分子材料的53Meritsofconductivepolymers$10billion$100EconomicsReplacethis......withthisEaseofProductionChemicalVersatilityFlexiblecircuitryReplacethis......withthis...withthisReplacethis...Meritsofconductivepolymers$54Conductivityofpolymers要使高分子材料導(dǎo)電就必須能模擬金屬的行為，亦即電子必須能不受原子的束縛而能自由移動(dòng)，要達(dá)到此目的的第一個(gè)條件就是這個(gè)聚合物應(yīng)該具有交錯(cuò)的單鍵與雙鍵，亦稱為“共軛”雙鍵。為了使共軛高分子導(dǎo)電，必須要做摻雜。這和半導(dǎo)體經(jīng)過(guò)參雜后提高導(dǎo)電度類似。

-20-16-12-8-404絕緣體半導(dǎo)體導(dǎo)體超導(dǎo)體NylonPEPSPTFEGe,SiConductivePolymersNichromeCarbonfiberCuAlAglg(1/ohm?cm-1)Conductivityofpolymers要使高分子材55SomeconductivepolymersSomeconductivepolymers56InventionofConductivePolymerHidekiShirakawaA.G.McDiarmidA.HeegerEarly1970’s:MistakeinSkirakawa’slableadstoaccidentaldiscoveryofsilverlookingpolymer(polyacetylene)Late1970’s:CollaborationbetweenHeeger,MacDiarmidandShirakawaleadto10million-foldincreaseinconductivityofpolyacetylene.2000:Heeger,MacDiarmidandShirakawawinNobelPrizeinChemistry2000+:First‘organicelectronics’appearonthemarketasflexibledisplays.InventionofConductivePolyme57E-ink美國(guó)Lucent公司和EInk公司共同開(kāi)發(fā)出了“電子紙”，它可以應(yīng)用于電子書(shū)籍和電子報(bào)紙等。

E-ink美國(guó)Lucent公司和EInk公司共同開(kāi)58與硅晶體管相比，塑料晶體管的好處在于成本低廉，生產(chǎn)便捷，不需要專門(mén)化的昂貴制造設(shè)備和高度潔凈的真空環(huán)境。PolymerictransistorSi與硅晶體管相比，塑料晶體管的好處在于成本低廉，生產(chǎn)便捷，不需59Electroluminescence常用于電致發(fā)光材料的聚合物包括：聚對(duì)苯乙烯、聚咔唑、聚噻酚等?？昭ㄗ⑷耄ㄕ龢O）空穴遷移電子注入（負(fù)極）電子遷移電子與空穴復(fù)合激子擴(kuò)散激子復(fù)合電致發(fā)光輻射非輻射電致發(fā)熱Electroluminescence常用于電致發(fā)光材料的聚60PolymericsolarcellPolymericsolarcell61FunctionalPolymerMaterialsforAdsorptionandSeparationFunctionalPolymerMaterialsf62Ion-exchangersSyntheticorganicpolymerresinsbasedonstyrene–oracrylic-acid-typemonomersaremostwidelyused.Generallysolidgelsinsphericalorgranularformconsistingof:A3-dimensionalpolymericnetwork,Ionicfunctionalgroupsattachedtothenetwork,CounterionsAsolventStrong-acid,cation-exchangeresinsandstrong-baseanionexchangeresinscanbeproduced.Ion-exchangersSyntheticorgani63Mechanismofion-exchangeSO3-H+Na+SO3-Na+CH2N+(CH3)3OH-Cl-CH2N+(CH3)3Cl-H+OH-H2OCationexchangeresinAnionexchangeresin水處理離子交換大都是基于含磺酸基的交聯(lián)聚合物。水中的Na+通過(guò)樹(shù)脂層，交換磺酸中的H+。Ca2+，F(xiàn)e3+和Mg2+與磺酸基團(tuán)具有更大的親合力，因此硬水通過(guò)樹(shù)脂層后，不僅可以交換H+還可以交換Na+，得到軟水。當(dāng)樹(shù)脂中的磺酸基團(tuán)被這些硬離子飽和時(shí)，樹(shù)脂層必須通過(guò)添加大量過(guò)量的鹽酸溶液或氯化鈉溶液進(jìn)行再生，以交換緊密結(jié)合的硬離子，從而再次使用。Mechanismofion-exchangeSO3-64Structureofion-exchangeresin活性基團(tuán)結(jié)構(gòu)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂磺酸基類（強(qiáng)酸型）-SO3-H+丙烯酸類（弱酸型）-COO-H+陰離子交換樹(shù)脂季銨鹽類（強(qiáng)堿型）-CH2-NR3+OH-仲胺類（弱堿型）-CH2-NHR叔胺類（弱堿型）-CH2-NR2Structureofion-exchangeresi65OtherAdsorptionandSeparationpolymerOCOCO()MOOOOOO()MPolymericchelateresinβ-diketonecrownether通過(guò)對(duì)不同金屬離子的選擇性螯合作用，高分子螯合樹(shù)脂可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種金屬離子的濃縮和富集，可廣泛地應(yīng)用于分析檢測(cè)、污染治理、環(huán)境保護(hù)和工業(yè)生產(chǎn)。Adsorbentresins吸附樹(shù)脂也稱物理吸附功能高分子，主要是一些非離子吸附樹(shù)脂，根據(jù)其極性大小可分為非極性、中極性和強(qiáng)極性三類。非極性吸附樹(shù)脂主要是交聯(lián)聚苯乙烯大孔樹(shù)脂，可通過(guò)范德華力吸附具有一定疏水性的物質(zhì)；中極性吸附樹(shù)脂主要是交聯(lián)聚丙烯酸酯類及其與苯乙烯的共聚物。其吸附作用除范德華力外，氫鍵也起一定的作用；強(qiáng)極性吸附樹(shù)脂主要是聚丙烯酸酯樹(shù)脂利用水解反應(yīng)生成強(qiáng)極性的羧基，其吸附作用主要通過(guò)氫鍵和偶極作用進(jìn)行。OtherAdsorptionandSeparatio66ApplicationofAdsorptionandSeparationpolymerApplicationofAdsorptionand67SuperabsorbentResinSuperabsorbentResin68SuperabsorbentpolymersSuperabsorbentpolymers(SAP)arepolymersthatcanabsorbandretainextremelylargeamountsofaliquidrelativetotheirownmass.Waterabsorbingpolymers,classifiedashydrogels,absorbaqueoussolutionsthroughhydrogenbondingwiththewatermolecule.Thetotalabsorbencyandswellingcapacityarecontrolledbythetypeanddegreeofcross-linkingtothepolymer.Lowdensitycross-linkedSAPgenerallyhasahigherabsorbentcapacityandswelltoalargerdegree.ThesetypesofSAPsalsohaveasofterandmorecohesivegelformation.Highcross-linkdensitypolymersexhibitlowerabsorbentcapacityandswell.Thegelstrengthisfirmerandcanmaintainparticleshapeevenundermodestpressure.SuperabsorbentpolymersSuperab69Superabsorbentpolymers高吸水樹(shù)脂Starch（淀粉）Poly(vinylalcohol)（PVA,聚乙烯醇）Poly(acylicacid)（PAA,聚丙烯酸）Hydrolysisproductofpolyacrylonitrilebasedpolymer（聚丙烯腈的水解產(chǎn)物）OCH2OHOHOHO()nStarchOHCH2CH()nPVACOOHCH2CH()nPAAC≡NCH2CH()nOH-H2OCOO-X+CH2CH()nX+=H+、Na+、K+Superabsorbentpolymers高吸水樹(shù)脂OC70SuperabsorbentpolymersOHCH2CH()nOHHOHHOHHOHHOHHH2OCrosslinkSuperabsorbentpolymersOHC71ApplicationofsuperabsorbentpolymersApplicationofsuperabsorbent72BiomedicalpolymersBiomedicalpolymers73Biomedicalpolymers生物醫(yī)用材料的特殊和基本要求如下：材料無(wú)毒、不致癌、不致畸，不引起人體細(xì)胞的突變和不良組織反應(yīng)。與人體相容性好，不引起中毒、溶血、凝血、發(fā)熱和過(guò)敏等現(xiàn)象。具有與天然組織相適應(yīng)的力學(xué)性能。針對(duì)不同的使用目的而具有特定的功能。生物醫(yī)用材料直接與生物系統(tǒng)相作用，除了各種理化性質(zhì)外，還必須具有良好的生物或組織相容性。按與活體組織作用的方式分類生物惰性材料：在生物體內(nèi)能保持穩(wěn)定，幾乎不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料。生物活性材料：指能在材料－組織界面上誘導(dǎo)出特殊生物或化學(xué)反應(yīng)的材料，這種反應(yīng)導(dǎo)致材料和組織間形成化學(xué)鍵合。Biomedicalpolymers生物醫(yī)用材料的特殊和基74Artificialorgans高分子材料作為人工臟器、人工血管、人工骨骼、人工關(guān)節(jié)、人工皮膚等醫(yī)用材料，正越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用。人工器官的應(yīng)用從大型化向小型化，從體外使用向內(nèi)植型，從單一功能向多功能化轉(zhuǎn)變。人工器官包括：永久性植入，完全替代原器官的功能；體外使用的大型人工器官裝置、主要用于手術(shù)中暫時(shí)替代人體器官的功能；暫時(shí)性植入器官，只能部分替代原器官功能；整容修復(fù)材料，不具備器官功能，但能修復(fù)人體的殘缺部位。Artificialorgans高分子材料作為人工臟器、人75Polymersusingforartificialorgans器官高分子材料心臟聚醚氨酯彈性體、硅橡膠腎臟纖維素、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯睛、聚砜、聚氨酯、聚碳酸酯肝臟賽璐酚，聚甲基丙烯酸-β-羥乙酯肺硅橡膠、聚丙烯中空纖維、聚烷砜關(guān)節(jié)、骨超高分子量聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龍、聚酯皮膚硝基纖維素、聚硅酮-尼龍復(fù)合物、聚酯、甲殼素角膜聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸-β-羥乙酯、硅橡膠鼻、耳硅橡膠、聚乙烯乳房聚硅酮血管聚酯纖維、聚四氟乙烯、聚醚氨酯人工血液全氟烴、羥乙基淀粉、聚乙烯基吡咯烷酮膽管、尿道硅橡膠氣管、腹膜聚乙烯、聚四氟乙烯、聚硅酮、聚酯纖維Polymersusingforartificial76ArtificialorgansArtificialheartArtificiallungArtificialkidneyArtificialorgansArtificialhe77Tissueengineering組織工程是將分離的自體或異體細(xì)胞吸附于可生物降解吸收的功能高分子支架上；然后在生長(zhǎng)因子的作用下進(jìn)行培養(yǎng)，使細(xì)胞按支架的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行生長(zhǎng)，從而構(gòu)建出體外的活體組織；支架聚合物則逐步被降解吸收；最后再將體外培養(yǎng)的組織植入體內(nèi)對(duì)病變的組織或器官進(jìn)行修復(fù)或替代。Tissueengineering組織工程是將分離的自體78Aliphaticpolyesterusingfortissueengineering常用的細(xì)胞支架材料包括：聚乳酸、聚羥基乙酸、聚乙丙交酯、聚羥基脂肪酸酯，這些材料均屬于可降解脂肪族聚酯（biodegradablealiphaticpolyester）。PolylactidePoly(lactide-co-glycolide)PolycaprolactonePoly(p-dioxanone)Poly(butanediolsuccinate)OO()nOO()OO()nmOO((nOO((nOOO(nOO(Aliphaticpolyesterusingfor79組織工程已率先在皮膚、骨骼等器官取得了臨床應(yīng)用，在內(nèi)臟方面也取得了重大的進(jìn)展和突破。除脂肪族聚酯外，膠原蛋白、聚氨基酸、聚膦氰等高分子也被應(yīng)用于細(xì)胞支架材料的研究Applicationoftissueengineering組織工程已率先在皮膚、骨骼等器官取得了臨床應(yīng)用，在內(nèi)臟方面也80Bioabsorbablepolymer在外科手術(shù)中，通常會(huì)植入一些修復(fù)用的材料，這些材料只是起到暫時(shí)替代作用，當(dāng)肌體愈合后其作用即告結(jié)束。如果這些材料是非降解材料，會(huì)對(duì)患者肌體產(chǎn)生持續(xù)影響。如果另外進(jìn)行手術(shù)取出會(huì)對(duì)患者帶來(lái)二次痛苦?？缮镂眨ń到猓└叻肿硬牧峡梢杂行Ы鉀Q這個(gè)問(wèn)題。隨著材料的使用功能結(jié)束，這些材料會(huì)逐漸降解為對(duì)人體無(wú)害的小分子化合物，并被人體吸收或代謝排出。因而越來(lái)越受到研究者的重視。骨科固定材料手術(shù)縫合線抗粘連膜Bioabsorbablepolymer在外科手術(shù)中，通常81Biodegradablepolymer膠原蛋白（collagen）：構(gòu)成動(dòng)物體最基本的蛋白質(zhì)類物質(zhì)明膠（glutin）：經(jīng)高溫加熱變性后的蛋白質(zhì)淀粉（starch)、葡聚糖（dextran)甲殼素與殼聚糖（chitin&chitosan）：來(lái)源于昆蟲(chóng)、蝦、蟹等的殼、皮等角質(zhì)。纖維素（cellulose）：來(lái)源于植物合成高分子：脂肪族聚酯（aliphaticpolyester）、脂肪族聚碳酸酯（aliphaticcarbonate）聚酸酐（polyanhydride）、聚磷酸酯（polyphosphate）、聚原酸酯（polyorthoester）Biodegradablepolymer膠原蛋白（coll82Pharmaceuticalpolymers我國(guó)是醫(yī)藥文明古國(guó)，在天然藥用高分子的使用方面非常悠久。20世紀(jì)以來(lái)，隨著藥學(xué)和有