功能高分子第一章緒論

功能高分子

(FunctionalPolymers)化學化工學院材料系聶康明教授1鯊魚皮泳衣

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3內容概要功能高分子材料簡介幾種類型的高分子材料導電高分子可降解高分子高分子吸附劑高分子功能膜生物醫(yī)用高分子4什么是功能高分子?

一般說來，利用其力學性能的高分子，稱為一般高分子，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等；而利用力學性能以外性能的高分子，叫做功能高分子。功能高分子（FP,FunctionalPolymer）一般帶有官能團，化學結構較復雜，因此，難以按化學結構來分類，一般按照其功能來分類。功能高分子是指當有外部刺激時，能通過化學或物理的方法做出響應的高分子材料。5按照功能來分類:1.化學功能

離子交換樹脂、螯合樹脂、感光性樹脂、氧化還原樹脂、高分子試劑、高分子催化劑、高分子增感劑、分解性高分子等

2.物理功能

導電性高分子（包括電子型導電高分子、高分子固態(tài)離子導體、高分子半導體）、高介電性高分子（包括高分子駐極體、高分子壓電體）、高分子光電導體、高分子光生伏打材料、高分子顯示材料、高分子光致變色材料等；63.復合功能

高分子、高分子吸附劑、高分子絮凝劑、高分子表面活性劑、高分子染料、高分子穩(wěn)定劑、高分子相溶劑、高分子功能膜和高分子功能電極等4.生物、醫(yī)用功能

抗血栓、控制藥物釋放和生物活性等7按照功能特性通?？煞殖梢韵聨最悾海?）分離材料和化學功能材料（2）電磁功能高分子材料（3）光功能高分子材料（4）生物醫(yī)用高分子材料從制造和結構的角度考慮：結構型功能高分子復合型功能高分子

8種類功能特性應用示例1.分離材料和化學功能高分子材料高分子分離膜和氣液交換膜傳質作用化工、制藥、海水淡化、冶金離子交換樹脂和交換膜離子交換作用化工、制藥、水凈化高分子催化劑和高分子固定酶催化作用化工、食品加工、生物工程高分子試劑反應性農藥、醫(yī)用、環(huán)保貯氫材料吸附作用化工、能源高吸水性材料吸附作用農業(yè)、紙制品2.電磁功能高分子材料導電高分子材料導電性防靜電材料、屏蔽材料、固體電解質材料、面狀發(fā)熱體高分子半導體導電性電子技術和電子器件光導電材料光電效應電子照相、光電池、傳感器壓電高分子力電效應開關材料、儀器儀表測量材料機器人觸感材料高分子磁性體導磁作用塑料磁石、磁性橡膠、中子吸收微型電機磁性記錄材料磁性轉換磁帶、磁盤電致變色材料光電效應顯示、記錄9種類功能特性應用示例3.光功能高分子材料光致變色、顯示和發(fā)光材料光色、光電效應自動調節(jié)光線明暗的太陽鏡和窗玻璃等、顯示、記錄液晶高分子偏光效應顯示、連接器熒光高分子材料光化學作用情報處理、熒光染料光降解高分子材料光化學環(huán)境保護光盤基板材料光學原理高密度記錄和貯存信息4.生物醫(yī)用高分子材料人工器官材料仿人體功能與替代人體臟器修補作用藥物高分子藥理作用治療動脈硬化、抗血栓降解性縫合材料化學降解非永久性外科材料10導電高分子材料

2000年10月10日，瑞典皇家科學院宣布了2000年諾貝爾化學獎獲得者，美國加利福尼亞大學的物理學家艾倫.J.黑格教授、美國賓夕法尼亞大學的化學家艾倫.G.馬克迪亞米德教授和日本筑波大學的化學家白川英樹教授，因為他們發(fā)現(xiàn)了導電塑料。摻雜聚乙炔11幾種導電高分子的摻雜情況12復合型導電高分子材料是以有機高分子材料為基體,加入一定數(shù)量的導電物質(如炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉、金屬纖維、金屬氧化物等)組合而成。該類材料兼有高分子材料的易加工特性和金屬的導電性。與金屬相比較,導電性復合材料具有加工性好、工藝簡單、耐腐蝕、電阻率可調范圍大、價格低等優(yōu)點。復合型導電高分子所采用的復合方法主要有兩種:一種是將親水性聚合物或結構型導電高分子與基體高分子進行共混；另一種則是將各種導電填料填充到基體高分子中。13應用：電磁波屏蔽隨著各種商用和家用電子產品數(shù)量的迅速增加,電磁波干擾已成為一種新的社會公害，對電子儀器、設備進行電磁波屏蔽是極為重要的。直接使用混有導電高分子材料的塑料做外殼,因其成形與屏蔽一體，較其他方法,如使用太重又不方便的金屬板作外殼、在塑料外殼上涂一層金屬或含有碳粉、碳纖維的導電涂料、通過電鍍金屬將外殼覆蓋等等更為方便。14微波吸收材料由于可以對導電高分子的厚度、密度和導電性進行調整,從而可以調整微波反射系數(shù)、吸收系數(shù),其吸收系數(shù)可達105?cm-1。導電高分子作為微波吸收材料,其薄膜重量輕、柔性好,可作任何設備(包括飛機)的蒙皮。15隱身材料所謂隱身材料是指能夠減少軍事目標的雷達特征、紅外特征、光電特征及目視特征的材料的總稱。由于雷達是軍事目標偵查的主要手段,所以雷達波吸收材料的研制是關鍵。自從導電聚合物的出現(xiàn),其作為新型的雷達波吸收材料成為研究的熱點。美國、日本、法國、印度及中國相繼開展了導電聚合物雷達波吸收材料的研制,尤其是美國空軍投資開發(fā)的高聚物雷達波吸收材料，為隱身戰(zhàn)斗機和偵察機制造“靈巧蒙皮”的設想和計劃奠定了基礎，進一步刺激了導電聚合物雷達隱身技術的發(fā)展。16可降解高分子材料可降解高分子材料是指在使用后的特定環(huán)境條件下,在一些環(huán)境因素如光、氧、風、水、微生物、昆蟲以及機械力等的作用下,使其化學結構在較短時間內發(fā)生明顯變化,從而引起物性下降,最終成為可被環(huán)境所消納的高分子材料。

17降解高分子生物降解淀粉添加劑天然大分子合成聚合物光降解添加光敏劑型化學合成氧化降解復合降解光生物雙降解18(1)生物降解高分子

生物降解高分子材料是指在自然界微生物或人體及動物體內的組織細胞、酶和體液的作用下,可使其化學結構發(fā)生變化,致使分子量下降及性能發(fā)生變化的高分子材料。19

化學合成型生物降解高分子：該類生物降解高分子材料多是在分子結構中引入酯基結構的聚酯。工業(yè)化的有聚乳酸(PLA)和聚己內酯(PCL)。PLA在醫(yī)學領域內被認為是最重要的可完全生物降解的高分子。由于制備工藝、成本的限制,該類材料的研究起步較晚,但越來越受到重視。由于可完全降解,所以應用前景較好,但是降解機理仍不完全清楚。20(2)光降解高分子

在制備塑料時,通過向塑料基體中加入光敏劑,使其在光照條件下可誘發(fā)光降解反應，此類塑料稱為光降解塑料。光降解引發(fā)劑有很多種,包括過渡金屬的各種化合物,如:鹵化物、乙?；猁}、二硫代氨基甲酸鹽、脂肪酸鹽、羥基化合物、多核芳香族化合物、酯以及其它一些聚合物。

21高分子吸附劑吸附劑的分類：(1)非離子型高分子吸附劑非離子型吸附樹脂主要是指在分子結構中不包含離子性基團，主要依靠分子間范德華力進行吸附的高分子樹脂。它主要用在色譜分離中作為載體和固定相、環(huán)境保護中作為污染物富集材料、動植物中有效成分的分離提取與純化過程中。非離子型高分子吸附劑品種較多，根據(jù)極性大小，可以分成非極性、弱極性、中等極性和強極性四種。按照聚合物骨架類型，可分成聚苯乙烯型、聚丙烯酸型等。22(2)金屬陽離子配位型吸附劑金屬陽離子配位型吸附劑又稱為高分子螯合劑，是一類重要的功能高分子。其特征是高分子骨架上連接有能夠對金屬離子進行配位的螯合功能基，對多種金屬離子具有選擇性螯合作用，因此這類吸附樹脂能夠濃縮和富集各種金屬離子。作為吸附劑使用的高分子螯合劑主要有兩類：一類是合成型高分子螯合樹脂；另一類是天然高分子螯合劑。23吸水性高分子吸附劑：高吸水性樹脂的研究始于60年代，世界上最早開發(fā)的一種高吸水性樹脂是淀粉-丙烯氰接枝共聚水解產物，即在淀粉上接枝丙烯氰然后水解而成。按原料組成分：改性的天然高分子（包括淀粉類和纖維素類）全人工合成的高分子（包括聚丙烯酸系樹脂、聚丙烯氰系樹脂、聚乙烯醇系樹脂、聚環(huán)氧乙烷系樹脂等）通常情況下，纖維素類高吸水性樹脂的吸水能力比淀粉類樹脂低，但是吸水速度快是其特點之一，在一些特殊情況下卻是淀粉類樹脂所不能取代的。

24高吸水性樹脂的結構特征：a.分子中具有強親水性基團，如羥基、羧基，能夠與水分子形成氫鍵；b.樹脂具有交聯(lián)結構；c.聚合物內部具有較高的離子濃度；d.聚合物具有較高的分子量25吸油性高分子：高吸油性樹脂是一種新型的功能高分子材料,對于不同種類的油，少則可吸自重的幾倍,多則近百倍,吸油量大、吸油速度快且保油能力強，在工業(yè)的廢液處理以及環(huán)境保護方面具有廣泛的用途。另外可作橡膠改性劑、油霧過濾材料、芳香劑和殺蟲劑的基材、紙張?zhí)砑觿┑取?6高吸油性樹脂的結構特征：高分子之間形成一種三維的交聯(lián)網(wǎng)狀結構，材料內部具有一定微孔結構。由于分子內親油基的鏈段和油分子的溶劑化作用，高吸油性樹脂發(fā)生膨潤?；诮宦?lián)的存在，該樹脂不溶于油中。由此可見,交聯(lián)度和親油性基團與高吸油性樹脂的性能有密切關系。27高分子功能膜高分子功能膜的分類按構成膜的材料分——天然高分子膜、有機合成高分子膜按膜的結構分(a)對稱膜——疏松的多孔膜和致密的無孔膜(b)非對稱膜——多孔膜、疊合膜和復合膜(c)離子交換膜按分離過程推動力分——壓力差膜、濃度差膜、溫度差膜和電位差膜28(4)按膜材料的宏觀外形結構分(a)管狀膜：容易清洗，適用于分離濃度很高或者污物較多的場合，但是使用密度較小，在一定使用體積下，有效分離面積最小。(b)中空纖維膜：主要應用于血液透析設備和人工腎臟的制備，缺點就是容易在使用中受到污染，一旦污染較難清洗。(c)平面型分離膜：容易制作，使用方便，成本低廉；包括無支撐型、支撐型和增強型三類。29膜制備材料：

天然高分子材料類——主要包括改性纖維素及其衍生物類，原料易得，成膜性能好，化學性質穩(wěn)定，多用于透析、微濾、超濾、反滲透、膜蒸發(fā)和膜電泳等場合。近年來，甲殼素類海藻酸鈉類成為了新的分離膜制備材料。聚烯烴類——包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺等。主要用于制備微濾、超濾、密度膜等。聚酰胺類——尼龍66，機械強度高，化學穩(wěn)定性好，高溫性能優(yōu)良。聚砜類含氟高分子材料有機硅聚合物類高分子電解質類30生物、醫(yī)用高分子醫(yī)用高分子材料是一類可對有機體組織進行修復、替代與再生的具有特殊功能的合成高分子材料,可以通過聚合等方法進行制備,是生物醫(yī)用材料的重要組成之一。

31“醫(yī)用級”標準：(a)長期植入體內具有穩(wěn)定的物化性能，又有穩(wěn)定的彈性、幾何尺寸和機械強度，耐磨、耐曲撓；短期植入的材料要可生物降解；(b)材料本身無毒、無熱源、無過敏反應、不致畸，不致癌、不干擾機體免疫系統(tǒng)、不破壞血液有形成分、不影響體液電解質平衡等。32應用領域應用目的實例長期和短期治療1.受損組織的修復和替代2.輔助或暫時替代受損器官的生理功能3.一次性醫(yī)療用品人工血管、人工皮膚、人工軟骨、美容填充人工心肺系統(tǒng)、人工心臟、人造血、人工腎、人工胰腺注射器、輸液管、導管、縫合線、醫(yī)用粘合劑等藥物制劑藥物控制釋放部位控制；定位釋放；時間控制；恒速釋放（緩釋藥物）；反饋控制；脈沖釋放診斷控制臨床檢