功能高分子第一章

（1）分离材料和化学功能材料 （2）电磁功能高分子材料 （3）光功能高分子材料 （4）生物医用高分子材料
种
类
功 能 特 性
传质作用 离子交换作用 催化作用 反应性 吸着作用 吸着作用
应 用 示 例
化工、制药、海水淡化、冶金 化工、制药、水净化 化工、食品加工、生物工程 农药、医用、环保 化工、能源 农业、纸制品
特种高分子材料：带有特殊物理、力学、化学 性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超 出了原有通用高分子材料的范畴。
第一章 绪论
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，人 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。
第一章 绪论
其中从20世纪50年代发展起来的光敏高分子化 学，在光聚合、光交联、光降解、荧光以及光导机 理的研究方面都取得了重大突破，特别在过去20多 年中有了飞快发展，并在工业上得到广泛应用。比 如光敏涂料、光致抗蚀剂、光稳定剂、光可降解材 料、光刻胶、感光性树脂、以及光致发光和光致变 色高分子材料都已经工业化。 近年来高分子非线性光学材料也取得了突破性的 进展。
第一章 绪论
1.2. 3 复合功能 高分子、高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子 表面活性剂、高分子染料、高分子稳定剂、高分 子相溶剂、高分子功能膜和高分子功能电极等 1.2.4 生物、医用功能
抗血栓、控制药物释放和生物活性等
第一章 绪论
从制造和结构的角度考虑：
结构型功能高分子 复合型功能高分子 按照功能特性通常可分成以下几类：
第一章 绪论
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）建立大分 子概念以来，高分子材料以惊人的速度得到发展。 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。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/年，特种高分子则为几十万吨/年。
第一章 绪论
1973年和1978年两次世界性的石油大危机，使
原油价格猛涨。以石油为主要原料的高分子材料成 本呈直线上升，商品市场陷入极为困难的处境。在 这样的经济背景下，迫使人们试图用同样的原材 料，去制备价值更高的产品。功能高分子在这种外 部条件促使下迅速地发展了起来。 从表1-1的数据可以看出，发展功能高分子材 料可以获得较高的经济效益。
亦具有高性能的高分子材料。
第一章 绪论
新能源的要求。太阳能和氢将成为今后的主要 能源。光电转换材料就成为太阳能利用的关键。硅 材料已进入了实用阶段。然而，按现在的能量转换 效率，对单晶硅的需要量实在太大。以日本为例， 若利用太阳能达到当前日本电力的1％，就需100 μ 的单晶硅至少2.7万吨。这相当于日本目前单晶硅总 产量的90倍。为此，人们把注意力转向可高效转换 太阳能的功能高分子材料。如换能型高分子分离膜 的利用。
第一章 绪论
微电子技术的要求。高度集成化是微电子工业 发展的趋势。存储容量将从目前的16K发展到256K。 此时相应的电路细度仅为1.5μm。因此，高功能的 光致抗蚀材料（感光高分子）已成为微电子工业的 关键材料之一。
第一章 绪论
生命科学的要求。人类对生命奥秘的探索，对 建立一个洁净、安全的世界的渴望，对征服癌症等 疾病的努力，均对高分子材料提出了功能的要求。 例如，生物分离介质的研制成功，使生命组成的各 种组分能得以精细地分级，对生命科学的贡献将是 十分重大的。可降解性高分子材料的问世，将大大 减缓白色公害对人类的危害。
3.光功能高分子材料 光致变色、显示和发光材料
液晶高分子 荧光高分子材料 光降解高分子材料 光盘基板材料
4.生物医用高分子材料 人工器官材料 药物高分子 降解性缝合材料
偏光效应 光化学作用 光化学 光学原理
仿人体功能与替代 人体脏器 修补作用 药理作用 治疗动脉硬化、抗血栓 化学降解 非永久性外科材料
第一章 绪论
1.1 高分子材料科学的历史回顾
高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。 • 1839年，美国人Goodyear发明硫化橡胶。 • 1855年，英国人Parks用硝化纤维素与樟脑混合制 得赛璐珞。 • 1889年，法国人De Chardonnet（夏尔多内）发明 人造丝。 • 1907年，酚醛树脂诞生。
第一章 绪论
1.2 基本概念 • 功能高分子与高性能高分子
性能：材的抵 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。
第一章 绪论
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，材料在受 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，能有 选择地分离出其中某些介质，称为材料的选择分离 性。此外，如压电性、药物缓释放性等，都属于功 能的范畴。
第一章 绪论
• 高分子溶液理论在30年代建立，并成功测定了聚 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 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），丁基橡胶 （1940），有机氟材料（1943），ABS（1947）， 涤纶树脂（1940～1950）。 • 50年代，Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂，制 得高密度PE和有规PP，低级烯烃得到利用。
第一章 绪论
表1-1 各种高分子材料的产量和价格比*
品 种 主要产品举例 产量 /万吨/年 价格比
通用高分子材料
中间高分子材料 工程高分子材料
LDPE，HDPE，PVC，PP，PS
ABS，PMMA PA，PC，POM，PBT，PPO 有机氟材料，耐热性高分子，各 种功能高分子
＞1000
100～1000 20～80
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1.3.2 功能高分子的发展历程与展望 虽然特种与功能高分子材料的发展可以追述到 很久以前，如光敏高分子材料和离子交换树脂都有 很长的历史。但是作为一门独立的完整的学科，功 能高分子是从20世纪80年代中后期开始发展的。
第一章 绪论
最早的功能高分子可追述到1935年离子交换树 脂的发明。 20世纪50年代，美国人开发了感光高分子用于 印刷工业，后来又发展到电子工业和微电子工业。 1957年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性，打破 了多年来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。 1966年little提出了超导高分子模型，预计了高 分子材料超导和高温超导的可能性，随后在1975年 发现了聚氮化硫的超导性。
1.分离材料和化学功能高分子材料 高分子分离膜和气液交换膜 离子交换树脂和交换膜 高分子催化剂和高分子固定酶 高分子试剂 贮氢材料 高吸水性材料
2.电磁功能高分子材料 导电高分子材料
高分子半导体 光导电材料 压电高分子 高分子磁性体 磁性记录材料 电致变色材料
导电性 导电性 光电效应 力电效应 导磁作用 磁性转换 光电效应
1
1～2 2～4
特种高分子材料
1～20
10～100
* 价格比以通用高分子为1计。
第一章 绪论
（2） 科学技术发展的需求
80～90年代，科学技术有了迅速发展。能源、信 息、电子和生命科学等领域的发展，对高分子材料 提出了新的要求。即要求高分子材料具有迄今还不 曾有过的高性能和高功能，甚至要求既具有高功能
第一章 绪论
1993年，俄罗斯科学家报道了在经过长期氧化的 聚丙烯体系中发现了室温超导体，这是迄今为止唯 一报道的超导性有机高分子。 20世纪80年代，高分子传感器、人工脏器、高分 子分离膜等技术得到快速发展。 1991年发现了尼龙11的铁电性，1994年塑料柔性 太阳能电池在美国阿尔贡实验室研制成功，1997年 发现聚乙炔经过掺杂具有金属导电性，导致了聚苯 胺、聚吡咯等一系列导电高分子的问世。 这一切多反映了功能高分子日新月异的发展。
1、教学目的：
通过课堂引导，课后查阅资料、阅读文献等手段获 取功能材料的有关信息。通过对功能高分子材料的 学习，了解高分子材料在工农业生产、高新科技领 域和提高人民生活质量中的重要作用。 2、教学重点：
功能高分子材料的主要种类、代表物的重要性能和 应用。
3、教学难点： 了解一些功能能高分子材料的制备方法、结构与性 能之间的关系。
第一章 绪论
什么是功能高分子? 因此： 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。 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。
它们都属于特种高分子材料的范畴。
第一章 绪论
特种高分子是相对于通用高分子而言的。 通用高分子材料：应用面广量大，价格较低。 根据其性质和用途可分为五个大类：化学纤维、塑 料、橡胶、油漆涂料、粘合剂。
防静电材料、屏蔽材料、固体电 解质材料、面状发热体 电子技术和电子器件 电子照相、光电池、传感器 开关材料、仪器仪表测量材料 机器人触感材料 塑料磁石、磁性橡胶、中子吸收 微型电机 磁带、磁盘 显示、记录
种
类
功 能 特 性
光色、光电效应
应 用 示 例
自动调节光线明暗 的太阳镜和窗玻璃 等、显示、记录 显示、连接器 情报处理、荧光染料 环境保护 高密度记录和贮存信息
第一章 绪论
功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜 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、高分 子液晶等。 • 80年代以后，新的聚合方法和新结构的聚合物不 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、 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、新型接枝共 聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合 物、含C60聚合物等等。