功能材料概述

第一章 绪论
高分子溶液理论在30年代建立 高分子溶液理论在30年代建立，并成功测定了聚 年代建立， 合物的分子量。Flory为此获得诺贝尔奖 为此获得诺贝尔奖。 合物的分子量。Flory为此获得诺贝尔奖。 40年代，二次大战促进了高分子材料的发展，一 40年代 二次大战促进了高分子材料的发展， 年代， 大批重要的橡胶和塑料被合成出来。 大批重要的橡胶和塑料被合成出来。丁苯橡胶 1937），丁腈橡胶（1937）， ），丁腈橡胶 ），丁基橡胶 （1937），丁腈橡胶（1937），丁基橡胶 1940），有机氟材料（1943）， ），有机氟材料 ），ABS（1947）， （1940），有机氟材料（1943），ABS（1947）， 涤纶树脂（1940～1950）。 涤纶树脂（1940～1950）。 50年代，Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂，制 50年代 Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂 年代， 发明配位聚合催化剂， 得高密度PE和有规 ，低级烯烃得到利用。 和有规PP 得高密度PE和有规PP，低级烯烃得到利用。
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从实用的角度看，对功能材料来说， 从实用的角度看，对功能材料来说，人们着眼 于它们所具有的独特的功能；而对高性能材料， 于它们所具有的独特的功能；而对高性能材料，人 们关心的是它与通用材料在性能上的差异。 们关心的是它与通用材料在性能上的差异。
特种高分子和功能高分子是目前高分子 学科中发展最快、研究最活跃的新领域。 学科中发展最快、研究最活跃的新领域。
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2. 化学功能材料 1) 分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分 分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、 子络合物等； 子络合物等； 2) 反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂； 反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂； 3) 生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。 生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。
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4. 生物化学功能材料 1) 人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等； 人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等； 2) 高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子 高分子药物，如药物活性高分子、 药物、高分子农药等； 药物、高分子农药等； 3) 生物分解材料，如可降解性高分子材料等。 生物分解材料，如可降解性高分子材料等。
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1.3 功能高分子材料的发展与展望
1.3.1 功能高分子发展的背景 1. 经济发展的需要 自从1920年施道丁格 H.Staudinger） 年施道丁格（ 自从1920年施道丁格（H.Staudinger）建立大分 子概念以来，高分子材料以惊人的速度得到发展。 子概念以来，高分子材料以惊人的速度得到发展。 20世纪 年代 高分子材料工业化已基本完善， 世纪60年代， 至20世纪60年代，高分子材料工业化已基本完善， 解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。 解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。通 用高分子和工程用高分子的世界总产量已超过几千 万吨/ 特种高分子则为几十万吨/ 万吨/年，特种高分子则为几十万吨/年。
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功能：指从外部向材料输入信号时， 功能：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生 质和量的变化而产生输出的特性。例如， 质和量的变化而产生输出的特性。例如，材料在受 到外部光的输入时，材料可以输出电性能， 到外部光的输入时，材料可以输出电性能，称为材 料的光电功能；材料在受到多种介质作用时， 料的光电功能；材料在受到多种介质作用时，能有 选择地分离出其中某些介质， 选择地分离出其中某些介质，称为材料的选择分离 此外，如压电性、药物缓释放性等， 性。此外，如压电性、药物缓释放性等，都属于功 能的范畴。 能的范畴。
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1956年 美国人Szwarc发明活性阴离子聚合 1956年，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开 发明活性阴离子聚合， 创了高分子结构设计的先河。 创了高分子结构设计的先河。 50年后期至60年代，大量高分子工程材料问世。 50年后期至 年代 大量高分子工程材料问世。 年后期至60年代， 聚甲醛（1956），聚碳酸酯（1957）， ），聚碳酸酯 ），聚砜 聚甲醛（1956），聚碳酸酯（1957），聚砜 1965），聚苯醚（1964），聚酰亚胺（1962）。 ），聚苯醚 ），聚酰亚胺 （1965），聚苯醚（1964），聚酰亚胺（1962）。 60年代以后，特种高分子和功能高分子得到发展。 60年代以后 特种高分子和功能高分子得到发展。 年代以后， 特种高分子：高强度、耐高温、耐辐射、 特种高分子：高强度、耐高温、耐辐射、高频绝 半导体等。 缘、半导体等。
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功能高分子：分离材料（离子交换树脂、 功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜 ）、导电高分子 感光高分子、高分子催化剂、 导电高分子、 等）、导电高分子、感光高分子、高分子催化剂、 高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、 高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、高分 子液晶等。 子液晶等。 80年代以后，新的聚合方法和新结构的聚合物不 80年代以后 年代以后， 断出现和发展。 断出现和发展。 新的聚合方法：阳离子活性聚合、基团转移聚合、 新的聚合方法：阳离子活性聚合、基团转移聚合、 活性自由基聚合、等离子聚合等等； 活性自由基聚合、等离子聚合等等； 新结构的聚合物：新型嵌段共聚物、 新结构的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共 聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、 聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合 聚合物等等。 物、含C60聚合物等等。
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5. 高分子吸附材料，包括高分子吸附性树脂、高吸 高分子吸附材料，包括高分子吸附性树脂、 水性高分子、高吸油性高分子等。 水性高分子、高吸油性高分子等。 6. 高分子智能材料，包括高分子记忆材料、信息存 高分子智能材料，包括高分子记忆材料、 储材料和光、 pH、压力感应材料等。 储材料和光、磁、pH、压力感应材料等。 7. 医药用高分子材料，包括医用高分子材料、药用 医药用高分子材料，包括医用高分子材料、 高分子材料和医药用辅助材料等。 高分子材料和医药用辅助材料等。 8. 高性能工程材料，如高分子液晶材料，耐高温高 高性能工程材料，如高分子液晶材料， 分子材料、高强高模量高分子材料、 分子材料、高强高模量高分子材料、阻燃性高分子 材料和功能纤维材料、生物降解高分子等。 材料和功能纤维材料、生物降解高分子等。
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1920年 德国人Staudinger发表了 论聚合” 1920年，德国人Staudinger发表了“论聚合”的 发表了“ 论文，提出了高分子的概念， 论文，提出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯 和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。 和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。 1935年 Carothes发明尼龙66，1938年工业化。 1935年，Carothes发明尼龙66，1938年工业化。 发明尼龙66 年工业化 30年代，一系列烯烃类加聚物被合成出来并工业 30年代 年代， PVC（1927～1937）， ），PVAc（1936）， 化，PVC（1927～1937），PVAc（1936）， PMMA（1927～1931）， （1934～1937）， PMMA（1927～1931），PS（1934～1937）， ），PS LDPE（1939）。自由基聚合发展。 LDPE（1939）。自由基聚合发展。 ）。自由基聚合发展
这一分类，实际上包括了所有特种高 这一分类， 分子材料。 分子材料。
第一章 绪论
国内一般采用按其性质、 国内一般采用按其性质、功能或实际用途划分 特种和功能高分子材料的划分普遍采用的方法， 特种和功能高分子材料的划分普遍采用的方法，具 体可划分为8种类型。 体可划分为8种类型。 1. 反应性高分子材料，包括高分子试剂、高分子催 反应性高分子材料，包括高分子试剂、 化剂和高分子染料， 化剂和高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和 固定化酶试剂等。 固定化酶试剂等。 2. 光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻胶，感 光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻胶， 光材料、非线性光学材料、 光材料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材 料等。 料等。
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1.2 基本概念 功能高分子与高性能高分子
性能：材料对外部作用的抵抗特性。例如， 性能：材料对外部作用的抵抗特性。例如，对 外力的抵抗表现为材料的强度、模量等； 外力的抵抗表现为材料的强度、模量等；对热的抵 抗表现为耐热性；对光、 化学药品的抵抗， 抗表现为耐热性；对光、电、化学药品的抵抗，则 表现为材料的耐光性、绝缘性、防腐蚀性等。 表现为材料的耐光性、绝缘性、防腐蚀性等。
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因此： 因此： 功能高分子是指当有外部刺激时 是指当有外部刺激时， 功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或 物理的方法做出相应的高分子材料。 物理的方法做出相应的高分子材料。 高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的 高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的 高分子材料。 高分子材料。
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1.2 功能高分子材料的类型
日本著名功能高分子专家中村茂夫教授认为， 日本著名功能高分子专家中村茂夫教授认为， 功能高分子可从以下几个方面分类。 功能高分子可从以下几个方面分类。 1. 力学功能材料 1) 强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等； 强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等； 2) 弹性功能材料，如热塑性弹性体等。 弹性功能材料，如热塑性弹性体等。
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3. 物理化学功能材料 1) 耐高温高分子，高分子液晶等； 耐高温高分子，高分子液晶等； 2) 电学功能材料，如导电性高分子、超导高分子， 电学功能材料，如导电性高分子、超导高分子， 感电子性高分子等； 感电子性高分子等； 3) 光学功能材料，如感光高分子、导光性高分子， 光学功能材料，如感光高分子、导光性高分子， 光敏性高分子等； 光敏性高分子等； 4) 能量转换功能材料，如压电性高分子、热电性高 能量转换功能材料，如压电性高分子、 分子等。 分子等。
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