功能高分子 第一章緒論

功能高分子(FunctionalPolymers)化學(xué)化工學(xué)院材料系聶康明教授1鯊魚(yú)皮泳衣

輕便賽車(chē)2波音757AV8B

鷂式飛機(jī)

3內(nèi)容概要功能高分子材料簡(jiǎn)介幾種類(lèi)型的高分子材料導(dǎo)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(shuō)來(lái)，利用其力學(xué)性能的高分子，稱(chēng)為一般高分子，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等；而利用力學(xué)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(tuán)，化學(xué)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此，難以按化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)分類(lèi)，一般按照其功能來(lái)分類(lèi)。功能高分子是指當(dāng)有外部刺激時(shí)，能通過(guò)化學(xué)或物理的方法做出響應(yīng)的高分子材料。5按照功能來(lái)分類(lèi):1.化學(xué)功能離子交換樹(shù)脂、螯合樹(shù)脂、感光性樹(shù)脂、氧化還原樹(shù)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(dǎo)電性高分子（包括電子型導(dǎo)電高分子、高分子固態(tài)離子導(dǎo)體、高分子半導(dǎo)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(dǎo)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(fù)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?lèi)：（1）分離材料和化學(xué)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(jié)構(gòu)的角度考慮：結(jié)構(gòu)型功能高分子復(fù)合型功能高分子

8種類(lèi)功能特性應(yīng)用示例1.分離材料和化學(xué)功能高分子材料高分子分離膜和氣液交換膜傳質(zhì)作用化工、制藥、海水淡化、冶金離子交換樹(shù)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(yīng)性農(nóng)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(nóng)業(yè)、紙制品2.電磁功能高分子材料導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電性防靜電材料、屏蔽材料、固體電解質(zhì)材料、面狀發(fā)熱體高分子半導(dǎo)體導(dǎo)電性電子技術(shù)和電子器件光導(dǎo)電材料光電效應(yīng)電子照相、光電池、傳感器壓電高分子力電效應(yīng)開(kāi)關(guān)材料、儀器儀表測(cè)量材料機(jī)器人觸感材料高分子磁性體導(dǎo)磁作用塑料磁石、磁性橡膠、中子吸收微型電機(jī)磁性記錄材料磁性轉(zhuǎn)換磁帶、磁盤(pán)電致變色材料光電效應(yīng)顯示、記錄9種類(lèi)功能特性應(yīng)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(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)光線(xiàn)明暗的太陽(yáng)鏡和窗玻璃等、顯示、記錄液晶高分子偏光效應(yīng)顯示、連接器熒光高分子材料光化學(xué)作用情報(bào)處理、熒光染料光降解高分子材料光化學(xué)環(huán)境保護(hù)光盤(pán)基板材料光學(xué)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(bǔ)作用藥物高分子藥理作用治療動(dòng)脈硬化、抗血栓降解性縫合材料化學(xué)降解非永久性外科材料10導(dǎo)電高分子材料

2000年10月10日，瑞典皇家科學(xué)院宣布了2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的物理學(xué)家艾倫.J.黑格教授、美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的化學(xué)家艾倫.G.馬克迪亞米德教授和日本筑波大學(xué)的化學(xué)家白川英樹(shù)教授，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電塑料。摻雜聚乙炔11幾種導(dǎo)電高分子的摻雜情況12復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是以有機(jī)高分子材料為基體,加入一定數(shù)量的導(dǎo)電物質(zhì)(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(lèi)材料兼有高分子材料的易加工特性和金屬的導(dǎo)電性。與金屬相比較,導(dǎo)電性復(fù)合材料具有加工性好、工藝簡(jiǎn)單、耐腐蝕、電阻率可調(diào)范圍大、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合型導(dǎo)電高分子所采用的復(fù)合方法主要有兩種:一種是將親水性聚合物或結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子與基體高分子進(jìn)行共混；另一種則是將各種導(dǎo)電填料填充到基體高分子中。13應(yīng)用：電磁波屏蔽隨著各種商用和家用電子產(chǎn)品數(shù)量的迅速增加,電磁波干擾已成為一種新的社會(huì)公害，對(duì)電子儀器、設(shè)備進(jìn)行電磁波屏蔽是極為重要的。直接使用混有導(dǎo)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(dǎo)電涂料、通過(guò)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(duì)導(dǎo)電高分子的厚度、密度和導(dǎo)電性進(jìn)行調(diào)整,從而可以調(diào)整微波反射系數(shù)、吸收系數(shù),其吸收系數(shù)可達(dá)105?cm-1。導(dǎo)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(shè)備(包括飛機(jī))的蒙皮。15隱身材料所謂隱身材料是指能夠減少軍事目標(biāo)的雷達(dá)特征、紅外特征、光電特征及目視特征的材料的總稱(chēng)。由于雷達(dá)是軍事目標(biāo)偵查的主要手段,所以雷達(dá)波吸收材料的研制是關(guān)鍵。自從導(dǎo)電聚合物的出現(xiàn),其作為新型的雷達(dá)波吸收材料成為研究的熱點(diǎn)。美國(guó)、日本、法國(guó)、印度及中國(guó)相繼開(kāi)展了導(dǎo)電聚合物雷達(dá)波吸收材料的研制,尤其是美國(guó)空軍投資開(kāi)發(fā)的高聚物雷達(dá)波吸收材料，為隱身戰(zhàn)斗機(jī)和偵察機(jī)制造“靈巧蒙皮”的設(shè)想和計(jì)劃奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)一步刺激了導(dǎo)電聚合物雷達(dá)隱身技術(shù)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(fēng)、水、微生物、昆蟲(chóng)以及機(jī)械力等的作用下,使其化學(xué)結(jié)構(gòu)在較短時(shí)間內(nèi)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(xué)合成氧化降解復(fù)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(dòng)物體內(nèi)的組織細(xì)胞、酶和體液的作用下,可使其化學(xué)結(jié)構(gòu)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(xué)合成型生物降解高分子：該類(lèi)生物降解高分子材料多是在分子結(jié)構(gòu)中引入酯基結(jié)構(gòu)的聚酯。工業(yè)化的有聚乳酸(PLA)和聚己內(nèi)酯(PCL)。PLA在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)被認(rèn)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(lèi)材料的研究起步較晚,但越來(lái)越受到重視。由于可完全降解,所以應(yīng)用前景較好,但是降解機(jī)理仍不完全清楚。20(2)光降解高分子

在制備塑料時(shí),通過(guò)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(yīng)，此類(lèi)塑料稱(chēng)為光降解塑料。光降解引發(fā)劑有很多種,包括過(guò)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(lèi)：(1)非離子型高分子吸附劑非離子型吸附樹(shù)脂主要是指在分子結(jié)構(gòu)中不包含離子性基團(tuán)，主要依靠分子間范德華力進(jìn)行吸附的高分子樹(shù)脂。它主要用在色譜分離中作為載體和固定相、環(huán)境保護(hù)中作為污染物富集材料、動(dòng)植物中有效成分的分離提取與純化過(guò)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(qiáng)極性四種。按照聚合物骨架類(lèi)型，可分成聚苯乙烯型、聚丙烯酸型等。22(2)金屬陽(yáng)離子配位型吸附劑金屬陽(yáng)離子配位型吸附劑又稱(chēng)為高分子螯合劑，是一類(lèi)重要的功能高分子。其特征是高分子骨架上連接有能夠?qū)饘匐x子進(jìn)行配位的螯合功能基，對(duì)多種金屬離子具有選擇性螯合作用，因此這類(lèi)吸附樹(shù)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(lèi)：一類(lèi)是合成型高分子螯合樹(shù)脂；另一類(lèi)是天然高分子螯合劑。23吸水性高分子吸附劑：高吸水性樹(shù)脂的研究始于60年代，世界上最早開(kāi)發(fā)的一種高吸水性樹(shù)脂是淀粉-丙烯氰接枝共聚水解產(chǎn)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(lèi)和纖維素類(lèi)）全人工合成的高分子（包括聚丙烯酸系樹(shù)脂、聚丙烯氰系樹(shù)脂、聚乙烯醇系樹(shù)脂、聚環(huán)氧乙烷系樹(shù)脂等）通常情況下，纖維素類(lèi)高吸水性樹(shù)脂的吸水能力比淀粉類(lèi)樹(shù)脂低，但是吸水速度快是其特點(diǎn)之一，在一些特殊情況下卻是淀粉類(lèi)樹(shù)脂所不能取代的。24高