功能高分子材料第一章緒論詳解演示文稿

功能高分子材料第一章緒論詳解演示文稿當前第1頁\共有37頁\編于星期二\18點1優(yōu)選功能高分子材料第一章緒論當前第2頁\共有37頁\編于星期二\18點21）李青山.功能高分子材料學,機械工業(yè)出版社，2009.2）馬光輝，蘇志國.新型高分子材料，北京：化學工業(yè)出版社，2003.3）焦劍，姚軍燕.功能高分子材料，北京：化學工業(yè)出版社，2007.教材：趙文元，王亦軍，功能高分子材料，化學工業(yè)出版社（北京），2008.ReactiveandFunctionalPolymer(ElsevierScience);Polymer(ElsevierScience);高分子學報、功能高分子學報、高分子材料科學與工程等.主要參考資料當前第3頁\共有37頁\編于星期二\18點3周次時數(shù)教學方式課程內(nèi)容1、24授課第一章緒論3、42授課第二章反應型功能高分子材料第一節(jié)

概述；第二節(jié)

高分子試劑的類型及制備方法2授課第二章反應型功能高分子材料第三節(jié)

高分子催化劑的類型及制備方法；第四節(jié)

反應型功能高分子材料的功能及其應用5、62授課第三章導電高分子材料之結(jié)構(gòu)型導電高分子2授課第三章導電高分子材料之復合型導電高分子72授課第四章高分子液晶82學生課堂練習反應型高分子材料、導電高分子材料PRESENTATION92授課第五章高分子功能膜102授課第六章光敏高分子材料11、124授課第七章吸附性高分子材料13、144授課第八章醫(yī)用高分子材料152學生課堂練習吸附性高分子材料、醫(yī)用高分子材料PRESENTATION162考試當前第4頁\共有37頁\編于星期二\18點4當前第5頁\共有37頁\編于星期二\18點51.功能高分子材料的發(fā)展歷程1.1基本概念性能：材料對外部作用的抵抗特性。對外力的抵抗表現(xiàn)為材料的強度、模量等；對熱的抵抗表現(xiàn)為耐熱性；對光、電、化學藥品的抵抗，則表現(xiàn)為材料的耐光性、絕緣性、防腐蝕性等。高性能高分子材料：對外部作用有特別強的抵抗能力的高分子材料。當前第6頁\共有37頁\編于星期二\18點6功能：指從外部向材料輸入信號時，材料內(nèi)部發(fā)生質(zhì)和量的變化而產(chǎn)生輸出的特性。材料在受到外部光的輸入時，可輸出電性能，稱為材料的光電功能；材料在受到多種介質(zhì)作用時，能有選擇地分離出其中某些介質(zhì)，稱為材料的選擇分離性；壓電性、藥物緩釋放性等，都屬于功能的范疇。功能高分子材料：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。

它們都屬于特種高分子材料的范疇。1.功能高分子材料的發(fā)展歷程當前第7頁\共有37頁\編于星期二\18點7通用高分子材料：應用面廣、量大，價格較低。五大類：化學纖維、塑料、橡膠、涂料、粘合劑。特種高分子材料：其性能和功能都大大超出了原有通用高分子材料的范疇。功能材料著眼其所具有的獨特的功能；而高性能材料強調(diào)的是它與通用材料在性能上的差異。

高性能高分子和功能高分子是目前高分子學科中發(fā)展最快、研究最活躍的新領域。1.功能高分子材料的發(fā)展歷程當前第8頁\共有37頁\編于星期二\18點81.2功能高分子發(fā)展的背景1）經(jīng)濟發(fā)展的需要自1920年施道丁格（H.Staudinger）提出高分子概念以來，高分子材料以驚人的速度得到發(fā)展。至20世紀60年代，高分子材料工業(yè)化已基本完善，解決了人們的衣著、日用品和工業(yè)材料等需求。通用高分子和工程用高分子的世界總產(chǎn)量已超過幾千萬噸/年，特種高分子則為幾十萬/年。

1973年和1978年兩次世界性的石油大危機，使原油價格猛漲。功能高分子在這種外部條件促使下迅速地發(fā)展了起來。當前第9頁\共有37頁\編于星期二\18點9表1-1各種高分子材料的產(chǎn)量和價格比**價格比以通用高分子為1計。品種主要產(chǎn)品舉例產(chǎn)量/萬噸/年價格比通用高分子材料LDPE，HDPE，PVC，PP，PS＞10001中間高分子材料ABS，PMMA100～10001～2工程高分子材料PA，PC，POM，PBT，PPO20～802～4特種高分子材料有機氟材料，耐熱性高分子，各種功能高分子1～2010～100當前第10頁\共有37頁\編于星期二\18點102）科學技術發(fā)展的需求80～90年代，科學技術有了迅速發(fā)展。能源、信息、電子和生命科學等領域的發(fā)展，對高分子材料提出了新的要求。即要求高分子材料具有迄今還不曾有過的高性能和高功能，甚至要求既具有高功能亦具有高性能的高分子材料?？傊?，功能高分子材料在國民經(jīng)濟建設和日常生活中將發(fā)揮越來越重要的作用，發(fā)展前景不可估量。當前第11頁\共有37頁\編于星期二\18點11最早的功能高分子可追述到1935年英國的Adams和Holmes研究合成的酚醛型離子交換樹脂。20世紀50年代，美國柯達公司的Minsk等開發(fā)的感光高分子用于印刷工業(yè)，后來又發(fā)展到電子工業(yè)和微電子工業(yè)。1957年發(fā)現(xiàn)了聚乙烯基咔唑的光電導性，打破了多年來認為高分子材料只能是絕緣體的觀念。1966年Little提出了超導高分子模型，預計了高分子材料超導和高溫超導的可能性，隨后在1975年發(fā)現(xiàn)了聚氮化硫的超導性。1.3功能高分子材料的發(fā)展歷程當前第12頁\共有37頁\編于星期二\18點1220世紀80年代，高分子傳感器、人工臟器、高分子分離膜等技術快速發(fā)展。1991年發(fā)現(xiàn)了尼龍11的鐵電性。

1993年，俄羅斯科學家報道了在經(jīng)過長期氧化的聚丙烯體系中發(fā)現(xiàn)了室溫超導體，迄今為止唯一報道的超導性有機高分子。1994年塑料柔性太陽能電池在美國阿爾貢實驗室研制成功，1997年發(fā)現(xiàn)聚乙炔經(jīng)過摻雜具有金屬導電性，導致了聚苯胺、聚吡咯等一系列導電高分子的問世。這一切都反映了功能高分子材料日新月異的發(fā)展。當前第13頁\共有37頁\編于星期二\18點13日本著名功能高分子專家中村茂夫教授認為，功能高分子可從以下幾個方面分類。1.力學功能材料1)強化功能材料：超高強材料、高結(jié)晶材料等；2)彈性功能材料：熱塑性彈性體等。2.化學功能材料1)分離功能材料：分離膜、離子交換樹脂、高分子絡合物等；2)反應功能材料：高分子催化劑、高分子試劑；3)生物功能材料：固定化酶、生物反應器等。2.功能高分子材料的分類當前第14頁\共有37頁\編于星期二\18點143.物理化學功能材料1)耐高溫高分子：高分子液晶等；2)電學功能材料：導電性高分子、超導高分子，感電子性高分子等；3)光學功能材料：感光高分子、導光性高分子，光敏性高分子等；4)能量轉(zhuǎn)換功能材料：壓電性高分子、熱電性高分子等。4.生物化學功能材料1)人工臟器用材料：人工腎、人工心肺等；2)高分子藥物：藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物、高分子農(nóng)藥等；3)生物分解材料：可降解性高分子材料等。2.功能高分子材料的分類當前第15頁\共有37頁\編于星期二\18點15國內(nèi)一般采用按其性質(zhì)、功能或?qū)嶋H用途對功能高分子材料進行分類：1.反應型高分子材料，包括高分子試劑、高分子催化劑等；2.光敏型高分子，包括光穩(wěn)定劑、光刻膠、光致變色材料等。3.電性能高分子材料，包括導電聚合物、能量轉(zhuǎn)換型聚合物、電致發(fā)光和電致變色材料以及其他電敏感性材料等。4.高分子分離材料，包括各種分離膜、緩釋膜和其他半透性膜材料、離子交換樹脂、高分子螯合劑、高分子絮凝劑等。2.功能高分子材料的分類當前第16頁\共有37頁\編于星期二\18點165.高分子吸附材料：高分子吸附性樹脂、高吸水性高分子、高吸油性高分子等。6.高分子智能材料：高分子記憶材料、信息存儲材料和光、磁、pH、壓力感應材料等。7.醫(yī)藥用高分子材料：醫(yī)用高分子材料、藥用高分子材料和醫(yī)藥用輔助材料等。8.高性能工程材料：高分子液晶材料，耐高溫高分子材料、高強高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纖維材料、生物降解高分子等。2.功能高分子材料的分類當前第17頁\共有37頁\編于星期二\18點17目前主要有功能型小分子材料的高分子化、已有高分子材料的功能化、多功能材料的復合三種制備策略。

3.1功能型小分子材料的高分子化策略功能型小分子材料的特點：已具備所需主要功能；

從實際使用角度來講，無法滿足使用要求。高分子化的作用：使功能型小分子具有高分子的功能特點，即可開發(fā)出新的功能高分子材料。3.功能高分子材料的制備策略當前第18頁\共有37頁\編于星期二\18點183.1功能型小分子材料的高分子化策略舉例1：小分子過氧酸是常用的強氧化劑，是有機合成中的重要試劑。小分子過氧酸存在穩(wěn)定性不好，容易發(fā)生爆炸和失效，不便于儲存等缺點；反應后產(chǎn)生的羧酸不易除掉，影響產(chǎn)品的純度。將其引入高分子骨架后形成的高分子過氧酸，揮發(fā)性和溶解性下降，穩(wěn)定性提高。當前第19頁\共有37頁\編于星期二\18點19舉例2：二甲基聯(lián)吡啶是一種小分子氧化還原物質(zhì)，其在不同氧化還原態(tài)時具有不同顏色，經(jīng)常作為顯色劑在溶液中使用。經(jīng)過高分子化后，可將其修飾固化到電極表面，便可以成為固體顯色劑和新型電顯材料。3.1功能型小分子的高分子化策略當前第20頁\共有37頁\編于星期二\18點20舉例3：青霉素是一種抗多種病菌的廣譜抗菌素，易吸收、見效快，但排泄快。利用青霉素結(jié)構(gòu)中的羧基、氨基與高分子反應，可得到療效長的高分子青霉素。

例如將青霉素與乙烯醇－乙烯胺共聚物以酰胺鍵相結(jié)合，得到水溶性的藥物高分子，這種高分子青霉素在人體內(nèi)的停留時間為低分子青霉素的30～40倍。3.1功能型小分子材料的高分子化策略當前第21頁\共有37頁\編于星期二\18點21可通過如下途徑實現(xiàn)：①

化學鍵連接的化學方法，如共聚、均聚等；②物理方法，如共混、吸附、包埋等。（1）帶有功能型基團可聚合單體的聚合法——包括兩步驟。（a）在功能性小分子中引入可聚合基團，或在含有可聚合基團單體中引入功能性基團；(b）進行均聚或共聚反應生成功能聚合物?？删酆匣鶊F：雙鍵、羥基、羧基、氨基、環(huán)氧基、酰氯基、吡咯基、噻吩基等。3.1功能型小分子材料的高分子化策略當前第22頁\共有37頁\編于星期二\18點22舉例2：含雙鍵的環(huán)氧丙烯酸酯，廣泛用于制備功能性粘合劑。舉例1：丙烯酸，可用于制備離子交換樹脂、高吸水性樹脂等。當前第23頁\共有37頁\編于星期二\18點23通過聚合法制備功能高分子材料的特點：優(yōu)點：可使生成的功能高分子功能基分布均勻，聚合物結(jié)構(gòu)可通過聚合機理預先設計，產(chǎn)物穩(wěn)定性較好。缺點：(1)在功能性小分子中需要引入可聚合基團，而這種引入常常需要復雜的合成反應；(2)引入功能基后可能對單體聚合的活性有影響。當前第24頁\共有37頁\編于星期二\18點24（2）聚合包埋法該方法利用所生成高分子的束縛作用將功能性小分子以某種形式包埋固定在高分子材料中。有兩種方法：①

在聚合反應之前，向單體溶液中加入小分子功能化合物，在聚合過程中小分子被生成的聚合物所包埋。聚合物骨架與小分子功能化合物之間沒有化學鍵連接，固化作用通過聚合物的包絡作用來完成。當前第25頁\共有37頁\編于星期二\18點25該法類似于用共混方法制備的高分子材料，但其均勻性更好。優(yōu)點:

方法簡便，功能小分子的性質(zhì)不受聚合物性質(zhì)的影響，因此特別適宜酶等對環(huán)境敏感材料的固化。缺點:

在使用過程中包絡的小分子功能化合物容易逐步失去，特別是在溶脹條件下使用，將加快固化酶的失活過程。當前第26頁\共有37頁\編于星期二\18點26b）以微膠囊的形式將功能性小分子包埋在高分子材料中。微膠囊是一種以高分子為外殼，功能性小分子為核的高分子材料，可通過界面聚合法、原位聚合法、水（油）中相分離法、溶液中干燥法等多種方法制備。

高分子微膠囊在高分子藥物、固定化酶的制備方面有獨到的優(yōu)勢。

當前第27頁\共有37頁\編于星期二\18點27

舉例：維生素C在空氣中極易被氧化而變黃，采用溶劑蒸發(fā)法研制以乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素苯二甲酸酯等聚合物為外殼材料的維生素C微膠囊，達到了延緩氧化變黃的效果。將維生素C微膠囊暴露于空氣中一個月，外觀可保持干燥狀態(tài)，色澤略黃。這種維生素C微膠囊進入人體后，兩小時內(nèi)可完全溶解釋放。當前第28頁\共有37頁\編于星期二\18點283.2已有高分子材料的功能化——化學改性和物理共混（1）高分子材料的化學改性法利用接枝反應在聚合物骨架上引入活性功能基團，改變其物理化學性能，從而獲得新的功能。該法所用高分子材料大都是較廉價的通用材料。在選擇聚合物母體時需考慮：首先應較容易接上功能性基團，此外還應考慮價格低廉，來源豐富，具有機械、熱、化學穩(wěn)定性等。當前第29頁\共有37頁\編于星期二\18點29常見品種：PS、PVC、PVA、聚（甲基）丙烯酸酯及其共聚物、PAM、聚環(huán)氧氯丙烷及其共聚物、纖維素等；上述商業(yè)化聚合物相對是化學惰性的，無法