功能高分子

功能高分子
功能高分子，英文名functional polymers。

在合成或天然高分子原有力学性能的基础上，再赋予传统使用性能以外的各种特定功能（如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等）而制得的一类高分子。

一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团，其功能性的显示往往十分复杂，不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构，还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等，后者对生物活性功能的显示更为重要。

背景
功能高分子材料从20世纪50年代才初露端倪，到70年代方成为高分子学科
的一个分支，目前正处于成长时期。

功能高分子材料从功能上大致可分为四类：第一类是化学功能，包括离子交换、催化、光聚合、光分解、光降解等；第二类是物理功能，包括导电、热电、压电、超导、磁化、光弹性等；第三类是介于化学、物理之间的功能，包括吸附、膜分离、高吸水、表面活性等；第四类是生理功能，包括生理组织适应性，血液适应性等。

下面列举几种日常生活中可能遇到的功能高分子材料制品。

光敏高分子
经光照吸收光能后在结构上发生化学变化或物理变化的高分子。

又称光敏树脂。

它广泛用于印刷版、光刻胶，光敏油墨、光敏油漆等方面。

有的高分子吸收不同波长的光后能使结构发生可逆的变化而引起吸收光谱的变化，这类高分子称光致变色高分子。

电学功能高分子
有些共轭双键体系的高分子如聚乙炔等，具有半导体性质，称为高分子半导体，如在电子非定域化的分子间分子轨道相互作用很强，则由于载流子的生成和转移容易进行，会表现出很强的电学性能，这称为导电高分子；光照后能产生光生伏打效应的，称为光导高分子（聚乙烯咔唑／三硝基芴酮）；聚偏氟乙烯及其共聚物在热及压力作用下能产生热电及压电效应的，称为热电及压电高分子。

催化功能高分子
酶是天然高分子催化剂，模仿天然酶、参照酶的活性中心，并与高分子效应结合而合成的高活性、高选择性催化剂叫模拟酶，如高分子催化剂及高分子金属催化剂；为克服酶的水溶性缺点，将酶用高分子限定在一定空间内，称固定化酶。

将细菌等生物活性物质固定化，以代替化学反应器内的传统催化剂，称生物反应器。

选择分离功能高分子
离子交换树脂是有分离、提纯、净化功能的高分子，但其选择分离性能不高，螯合树脂的选择性能较高；另一类大孔树脂，其表面积有上百平方米，可用作高分子吸附剂，能从水中吸附以ppb计的微量杂质；选择性分离膜被广泛地用于分离、提纯和医疗上。

医用高分子
主要包括:用于制造人工组织和人工器官的高分子生物材料；作为载体、助剂或药理活性物质，用于提高药物制剂的安全性、长效性及专一性的药用高分子，其中具有药理活性的高分子化合物称高分子药物；以及用来制造医疗过程中各种体外用的器具和用品。

⑥其他功能高分子还有：将化学能转为机械能的人工肌肉；信息传递功能高分子及减阻功能高分子等都在探索开发中。

离子交换树脂
一般家庭用水壶烧水，隔不久，水壶底上覆盖了一层水垢，那是因为
在自来水中的钙、镁离子，在高温下会生成碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁和硅酸镁等难溶化合物，并沉积在壶底而形成水垢。

同样，在工业锅炉中也存在这种结垢现象。

所以进入锅炉的原水必须除去钙、镁离子，这个过程称为水的软化。

原水软化是采用钠型离子交换树脂，它是在聚苯乙烯树脂的苯环上引入磺酸基团制成的，此种树脂具有交换钙、镁离子的功能，也就是一种功能高分子材料。

当原水经过离子交换树脂层时，水中的钙、镁离子和树脂上的钠离子进行交换，这样水中的钙、镁离子就被除去了，使水质得到软化。

被钙、镁离子饱和的树脂再经氯化钠溶液再生，钠离子把树脂上的钙、镁离子交换下去，树脂就可以反复使用了。

感光性高分子材料
感光性高分子材料是指吸收光能后可导致体系内或分子间产生化学或物理变化并由此带来可利用的特定功能的塑料，如在光线照射下液态变成不溶性的固态，称为光固化或光交联；如在光线照射下，其导电性会起变化的，称为光导性；
光线照射会使高分子结构中的链段降解的，称为光降解等。

感光塑料广泛用于照相、印刷、静电复印、电子工业等。

在印刷行业中，采用光聚合型感光性树脂，经光固化、显影后可制成凸版印刷的材料。

它们的成像原理均是光聚板在紫外线的照射下，受光部分的高分子基材成为不溶或难溶部分，而未受光部分仍保持其原有的溶解度，然后用一定的溶剂或碱水冲洗去，留下受光部分即成为浮雕型印刷版。

医用高分子材料
现代医学的发展对材料的性能提出了复杂、严格、多功能的要求，这对于大多数金属和无机材料来说是难以满足的。

合成材料虽然不是万能的，但它们与生物体有着极其相似的化学结构，因此可以制造出化学性质和物理性质类似的物体，部分或全部替代生物体的有关组织或器官，如人工心脏、人工血管、人工皮肤、人工晶体等。

[1]
功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。

功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。

近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％。