第七章功能高分子材料概论

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第一章 功能高分子材料概论

第一章 功能高分子材料概论

以天然纤维素作母体制备功能高分子
(2)以反应性单体通过嵌段,接枝 共聚等方法制备
嵌段共聚物的制备方法 ①利用游离基聚合的方法。 a.将第一种单体在调聚剂存在下进行聚合,在链端
引入具有引发聚合能力的官能基团;或与氧共聚合, 在主链中引人过氧键,随后使第二单体在这些部位进 行聚合。 b,利用包在端聚物(popcorn polymer)内的游离基。 C, 由于冷炼、高速搅拌等剪切力的作用,使主链断 开产生游离基,用于引发另一单体的聚合。
高聚物固体的表面处理法有:
1.聚合物的溶胀和溶解性质 2.聚合物的多孔性 3.聚合物的渗透性 4. 聚合物的稳定性
第五节功能高分子材料制造的主要途径
功能高分子材料从它们的组成和结构可分成结 构型、复合型和混合型三种。
结构型功能高分子材料是指在大分子链中有 特定功能基因的高分子材料,对于它们的制备 方法主要是化学合成为手段。
2 固体树脂基本上也是通过掺混各种助剂填料 来制造复合型功能高分子材料的。但是,其加 工方式和应用手段是不同的。主要有粉末化技 术、造粒技术、薄膜、型材表面加工技术。
表面处理技术
由表面处理可以使高分子固体材料获得如下功能; ①被粘结性及可印刷性; ②对物质有选择性的屏蔽功能或选择性透过功能; ③对能量有选择性的屏蔽、透过及反射功能; ④硬度及耐磨损性; ⑤电磁特性 ⑥对生物体组织及生物功能的适应性; ⑦耐化学药品性
功能高分子材料的特点
功能高分子材料和通用高分子材料相 比大致有以下特点;
①消费量相来说要小很多; ②单位重量(或体积)的价格一般较高; ③多数实用化历史较短,开发余地很
大;
④竞争激烈.更新速度快;
⑤是一种多学科交叉研究的产物。

高分子材料概论-功能高分子

高分子材料概论-功能高分子

第二章:高分子材料概论2.7功能高分子主要内容:2.7.1 功能高分子概述2.7.2 功能高分子的结构与性能2.7.3 功能高分子材料的获得2.7.4 重要的功能高分子2.7.5 思考题2.7.1 功能高分子概述一、功能高分子的定义什么是功能高分子材料?因为它是一直到20世纪70年代才形成的一个分支,对于它的确切定义一时还难于表述清楚。

有入主张,功能高分子是性能“与众不同”的一类高分子。

要问与“众”不同的这个“众”,指什么呢?回答说是指那些常规高分子,再问什么是常规高分子,则有人说绝大多数高分子材料是常规高分子,有人说常见的为常规高分子,有人说性能从众的随大流的叫常规高分子,还有人说塑料、橡胶、合成纤维、粘合剂和涂料叫常规高分子。

不属于常规高分子的就是功能高分子。

可能为大家基本接受的是研究性能、特性和功能之间的关系,或者寻找性能、特性和功能的区别。

国外一些学者在七八十年代就去追究这个区别。

因此,首先要弄清楚性能和功能的区别。

通行的说法是,“性能”指材料对外部刺激的抵抗,所谓外部刺激指外力、光、热、电、磁等物理刺激,以及水、溶剂、药品、化学品等的化学刺激。

这样强度、透明性、耐热性、耐化学腐蚀性等属于“性能”这个范畴。

“功能”则指的是对某物质(材料)“输入”信号时,物质因发生质和量的变化(或其中任何一种变化)而产生的“输出”作用,根据这个定义,则分离、吸附、离子交换、氧化还原以及能量转换等机械能转换成其它能、压电、热电等都属于功能。

我们认为功能高分子本身是——个模糊的概念,不必去下严格定义。

一些专著将材料的功能宽泛地划分如下四类:1)化学功能:主要指离子交换、催化、氧化还原、光聚合、光交联、光分解、降解、固体电解质、微生物分解等。

2)物理功能:上要指导电、热电、压电、焦电、电磁波透过吸收、热电子放射、超导、形状记忆、超塑性、低温韧性、磁化、透磁、电磁屏蔽、磁记录、光致变色、偏光性、光传导、光磁效应、光弹性、耐放射线、x射线透过、x射线吸收等。

《功能高分子 》课件

《功能高分子 》课件

VS
详细描述
功能高分子材料具有良好的光电性能和化 学稳定性,可用于制造太阳能电池和燃料 电池。同时,一些功能高分子材料还可作 为锂电池的电极材料,提高电池的能量密 度和安全性。
04 功能高分子材料的未来发 展
新材料开发
高性能化
通过改进合成方法、引入新型功 能基团等方式,提高功能高分子 的性能,如强度、耐热性、耐腐 蚀性等。
功能高分子材料
指在分子水平上设计并合成的高分子 材料,具有特定功能和性能,以满足 各种应用需求。
分类
01
02
03
按功能分类
导电高分子、光敏高分子 、磁性高分子、吸附分离 高分子等。
按合成方法分类
加聚型、缩聚型、共聚型 等。
按应用领域分类
电子、能源、环保、生物 医药等。
常见功能高分子材料
导电高分子材料
环保领域
总结词
功能高分子材料在环保领域的应用包括水处理、空气净化、 土壤修复等。
详细描述
功能高分子材料具有吸附、分离、富集等功能,可用于水处 理和空气净化。同时,一些功能高分子材料还可用于土壤修 复,帮助去除重金属和有害物质。
新能源领域
总结词
功能高分子材料在新能源领域的应用包 括太阳能电池、燃料电池、锂电池等。
能源环保
利用功能高分子材料的特殊性质,开发高效能电 池、太阳能电池、环境治理材料等,推动清洁能 源和环保产业的发展。
智能制造
利用功能高分子材料的传感和响应特性,开发智 能传感器、驱动器等关键部件,推动智能制造和 工业自动化的发展。
绿色可持续发展
可降解性
开发可生物降解的功能高分子材料,降低对环境的污染和资源消 耗。
智能化
利用传感器、响应性高分子等技 术,开发具有自适应、自修复、 自感知等功能的智能高分子材料 。

高分子材料概述PPT课件

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典型的元素有机聚合物
CH3 [ Si O ]n
CH3
有机硅----聚甲基硅氧烷
33
第二节 高分子材料的分类
粘合剂
复合材料
6
5
塑料 1
三 按用途分
4 涂料
2
橡胶
3
纤维
进正 行把 分高实 类分际 的子上 一材, 种料按 方从用 法材途 。料分
包装工业: ①塑料薄膜:PE、PP、PS、PET、PA等 ②中空容器: PET、、PE、PP等 ③泡沫塑料:PE、PU等。
汽车工业:塑料件、仪表盘、保险机、油箱内饰件、坐垫 等。
军工工业:飞机和火箭固体燃料(低聚物)、复合纤维等。 27
第一节 材料和高分子材料
高分子材料的应用
电气工业 :①绝缘材料(导热性、电阻率)等、导电高分子; ②电子:通讯光纤、电缆、电线、光盘、手机、电话; ③家用电器:外壳、内胆(电视、电脑、空调)等。
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, 丁腈橡胶, 丁基橡胶, 有机氟材 料, 涤纶树脂, ABS。
ABS树脂(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物,ABS是
Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写)是一种强
度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。
OH H2N [ (CH2)6 C N ]n (CH2)6 COOH
HO OCN [ (CH2)6 N C O (CH2)4 ]n OH
HO [
CH3
O
C
O C O ]n OH
CH3
聚对苯二甲酸乙二酯(涤纶树脂)
聚己二酰己二胺(尼龙—66)
聚ω —氨基己酸酯(尼龙—6) 聚氨酯 聚碳酸酯

电子教案与课件:《高分子材料概论》 第七章 聚合物共混物

电子教案与课件:《高分子材料概论》 第七章 聚合物共混物

第七章 7.2 聚合物共混物的相容性
7.2.1基本概念 相容性是聚合物共混体系的最重要特性。共混过程实施的难易、共混物的形态与性能,都与共混组分之间的相容性 密切相关。聚合物的共混物的相容性(compatibility)起源于乳液体系各组分相容的概念,是指共混物各组分彼此相互 容纳、形成宏观均匀材料的能力。不同聚合物对之间相互容纳的能力,有着很大差别。聚合物之间的互溶性 (miscibility)亦称混溶性,与低分子物中溶解度(solubility)相对应,是指聚合物之间热力学上的相互溶解性。热力 学混溶性是指在任意比例时都能形成均相体系的能力。早期的共混理论研究发现,可以满足热力学相容的聚合物配对, 实际上相当少。此后,研究者不再局限于热力学相容体系,研究内容包括相分离行为和部分相容两相体系的相界面特性
第七章 7.2 聚合物共混物的相容性
7.2.5 相容性研究方法 研究聚合物之间相容性的方法很多。前面已述及以热力学为基础的溶解度参数(δ)及Huggins—Flory相互作用参数 χ12来判断互溶性。除热力学方法外,还可用玻璃化转变温度(Tg)法、平衡熔点法、聚合物相图、红外光谱法、电镜 法、界面层厚度法、界面张力测定法、共混物薄膜透明度测定法、共同溶剂法、粘度法等来研究聚合物共混物的相容性。 7.2.5.1 玻璃化转变温度法测定聚合物-聚合物的互溶性 7.2.5.2 平衡熔点法 7.2.5.3 浊点法
第七章 7.4 聚合物共混物的性能
7.4.4 流变性能 聚合物共混物的熔体粘度一般都与混合法则有很大的偏离,常有以下几种情况。 (1)小比例共混就产生较大的粘度下降,例如聚丙烯与聚(苯乙烯-甲基丙烯酸四甲基哌啶醇酯)(PDS)共混物和 EPDM与聚氟弹性体Viton共混物的情况。 (2)由于两相的相互影响及相的转变,当共混比例改变时,共混物熔体粘度可能出现极大值或极小值。 (3)共混物熔体粘度与组成的关系受剪切应力大小的影响。 (4)单相连续的共混物熔体,例如橡胶增韧塑料熔体,在流动过程中会产生明显的径向迁移作用,即橡胶颗粒由器 壁向中心轴方向迁移,结果产生了橡胶颗粒从器壁向中心轴的浓度梯度。一般而言,颗粒越大、剪切速率越高,这种迁 移现象就越明显,这会造成制品内部的分层作用,从而影响制品的强度。

《高分子材料概论》PPT课件

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雷达发射能量
雷达
吸波材料
隐形飞机的原理
h
10
h
11
材料的分类
分类三:按性能分
功能材料
集成电路 芯片
单晶硅
h
LED
形状记忆材料
12
材料的分类
分类四:按应用与发展分
材料
传统材料 新材料
超 导 电 缆
h
普 通 钢 管 纳 米 铜
13
材料的地位和作用
当代文明
信材能 息料源
新材料 信息技术 生物技术
2.6
2.4
2.2
2
陶瓷
1.8
1.6
1.4
1.2
1
1750
1800
1850
1900
1950
2000
年份 高速钢
h
36
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
6
悬浮
5
磁分离 列车
装置
4
小型
中容量永磁飞轮
3 产生磁场/T
2 液氢 制品
1 搬运 装置
研究用 马达
电流 磁体 料品制 引线 液体燃
小容量永磁飞轮
磁屏蔽 悬浮
发动机
轴承
发动 机
0 1996
2000
2005
高温超导块材的应用领域的扩大与其产生磁场的关系
h
37
新材料技术是社会现代化的先导
21世纪重点发展的高技术领域的进展 与趋势 21世纪重点发展的高技术领域的材料 选择
新材料技术是高技术发展的基础
h
38
21世纪重点发展的高技术领域的进展与趋势
高分子材料概论
Engineering Science

高分子材料导论

高分子材料导论

高分子材料导论高分子材料是一类具有高分子结构的材料,其分子量较大,通常由重复单元组成。

高分子材料广泛应用于塑料、橡胶、纤维等领域,对于现代工业和生活起着重要作用。

本文将对高分子材料的基本概念、特点、分类以及应用进行简要介绍。

首先,高分子材料的基本概念是指分子量较大的化合物,由许多重复单元通过共价键相连而成。

这些重复单元可以是相同的,也可以是不同的,形成不同结构和性质的高分子材料。

高分子材料通常具有较高的分子量和较长的链状结构,因此具有良好的延展性、韧性和耐磨损性。

其次,高分子材料的特点主要包括高分子结构、多样性和可塑性。

高分子材料的分子量通常在千到百万之间,具有较高的分子量和链状结构。

由于其分子结构的多样性,高分子材料的性能也具有多样性,可以通过改变单体的种类和比例来调控材料的性能。

同时,高分子材料具有良好的可塑性,可以通过加工成型来制备各种形状的制品。

高分子材料根据其来源和性质可以分为天然高分子和合成高分子两大类。

天然高分子主要包括橡胶、纤维素、蛋白质等,具有天然存在和生物可降解的特点。

合成高分子则是通过化学合成或聚合反应制备而成,包括塑料、合成纤维、合成橡胶等,具有多样性和可定制性的特点。

在应用方面,高分子材料被广泛应用于塑料制品、橡胶制品、纤维制品、涂料、胶粘剂、包装材料等领域。

其中,塑料制品是高分子材料的主要应用领域之一,包括塑料薄膜、塑料容器、塑料管材等,广泛应用于日常生活和工业生产中。

另外,橡胶制品也是高分子材料的重要应用领域,包括轮胎、密封件、橡胶管等,对于汽车工业、建筑工程和航空航天等领域起着重要作用。

总的来说,高分子材料作为一类具有重要应用价值的材料,在现代工业和生活中发挥着重要作用。

随着科学技术的不断发展,高分子材料的研究和应用将会更加广泛和深入,为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。

高分子概论高分子合成材料课件.ppt

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次结构型胶粘剂
——介于结构型与非结构型胶粘剂之间
高分子概论高分子合成材料课件
胶粘剂 —— 胶粘剂类型
有 机
动物胶:鱼胶、骨胶、虫胶 天然 植物胶:淀粉、松香、阿拉伯树胶
胶 粘 按剂 组
热塑性树脂胶:PVAc、PA、聚丙烯酸酯 合成 热固性树脂胶:环氧树脂、酚醛树脂
橡胶型胶粘剂:氯丁胶、丁腈胶
CH2OH
n
工程塑料
聚酰胺(polyamide)/ 尼龙(nylon):
nylon-6、 nylon-11、 nylon-12、nylon-66、
nylon-610、 nylon-612、 nylon-1010、 nylon-1212
Nomex: O
OH
H
C
Kevlar: 聚碳酸酯(PC):
O
CN
通用塑料:产量大、价格低、力学性能一般,主要作为非结构 材料使用,如:PP、PE、PVC、PSt等。
工程塑料:产量小、价格高、力学性能优异、耐热、耐磨、尺 寸稳定,主要作为结构材料使用,如:PA、PC、POM 等。
塑料的主要优点:质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、易成型加工。 塑料的主要缺点:力学性能较金属差、表面硬度低、多数易
Ox n
天然纤维
高分子材料概述——纤维
棉花、羊毛、蚕丝、麻



化维
学 纤 维
杂 链 合纤
成维
纤 维
碳 链


再生蛋白质纤维 再生纤维素纤维:粘胶纤维、铜氨纤维 纤维素酯纤维:二醋酯纤维、三醋酯纤维
聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯弹性纤维 其它:聚脲、聚甲醛、聚酰亚胺
聚酰胺-酰肼、聚苯并咪唑等。

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【小结】1.功能高分子材料与复合 材料的概念、性能及应用
材料 名称
功能高分子材料
既具有传统高分子


材料的机械性能, 又具有某些特殊功
能的高分子材料
不同的功能高分子
性 能 材料,具有不同的
特征性质


用于制作高分子分 离膜、人体器官等
为(C )
A.高分子的结构是长链状的 B.高分子间相互作用的分子间力较强 C.高分子化合物链里的原子是以共价键结合 的 D.高分子链之间发生了缠绕
《高分子材料》PPT全文课件-PPT【人 教版】 优秀课 件(实 用教材 )
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高 化学功 如反应性高分子、离子交换树脂、高
分 能高分 分子分离膜。鳌合高分子、高分子催
子 子材料 化剂、高分子试剂及人工脏器等。
材 料
生物功能高分子材料 如生物高分子模拟酶
医用高分子材料 高分子药物、人工骨材料
高分子分离膜
材料 探寻功能高分子材料时应考虑的问题:
1)具有什么样的主链?——单体
第三节 功能高分子材料
1、了解功能高分子材料的结构特点和重要性能; 掌握合成功能高分子的原理。
2、学习重点: 功能高分子材料的代表物的结构特点和重要性能
在高分子链上接上带有具有
某种功能的官能团使其在物理、化学、生物、医
学等方面具有特殊功能的高分子材料。
功 能
物理功 能高分 子材料
如导电高分子、高分子半导体。光导 电高分子、压电及热电高分子、磁性 高分子、光功能高分子、液晶高分子 和信息高分子材料等

功能材料概论复习资料

功能材料概论复习资料

功能材料概论复习资料第一章晶体学基础及材料性能一.概念1. 在晶体中,原子和原子集团在三维空间中有规律分布。

如果将每一个可重复的单位用一个点来表示,就能形成一个有规则的三维点阵,称为空间点阵。

2. 便于分析各种晶体中原于排列的规律,空间点阵常用空间格子来表示,这种空间格子称为晶格。

3. 由于晶格具有用期性,可取一单位体积(平行六面体)作为重复单元,来概括整个晶格的特征。

这样选取的重复单元称为原胞。

4. 基本的对称操作为旋转与反映,对称操作所依赖的几何要素,如点、线、面,称为对称元素。

5. 同位素相对原子质量越小,Tc越高,这种现象称为同位素效应。

6.同素异构体:有些元素具有一种以上的结构形式,称其为同素异构体。

7. 密勒指数:在晶体中,为了表达与晶轴相关的晶面方向或晶向,常使用三个整数,称为密勒指数,假设一晶面与a,b,c轴交于M1,M2,M3三点,通过求出三个截距值倒数的最小整数比,即可得到该晶面的米勒指数。

8. 晶体的对称性是指晶体经过某些对称操作后仍然能回复原状的特性。

9. 在晶体中,一对为两个原子所共有的自旋相反、配对的电子结构称为共价键。

10. 分子晶体的结合是依靠分子之间的作用力,这种作用力称为范德华力。

11. 多晶体中各晶粒的取向各不相同,不同取向晶粒之间的接触面为晶界。

12. 导带中的电子导电和价带中的空穴导电同时存在的情况,称为本征电导。

这类半导体称为本征半导体。

13. 有些金属材料在外磁场作用下产生很强的磁化强度,外磁场除去后仍能保持相当大的永久磁性,这种特性叫铁磁性。

14. 抗磁性是一种很弱、非永久性的磁性,只有在外磁场存在时才能维持,磁矩方向与外磁场相反。

15. 在有些非铁磁性材料中,相邻原子或离子的磁矩作反方向平行排列,总磁矩为零,这种性质为反铁磁性。

16.亚铁磁性是某些陶瓷材料表现的永久磁性,其饱和磁化强度比铁磁性材料低。

17. 吸收光谱是指物质在光谱范围里的吸收系数按光频率分布的总体。

功能高分子材料-PPT

功能高分子材料-PPT

除了单纯的连锁聚合和逐步聚合之外,采用多 种单体进行共聚反应制备功能高分子也是一种常见 的方法。特别是当需要控制聚合物中功能基团的分 布和密度时,或者需要调节聚合物的物理化学性质 时,共聚可能是最行之有效的解决办法。
(2)功能性小分子通过聚合包埋与高分子 材料结合
该方法是利用生成高分子的束缚作用将 功能性小分子以某种形式包埋固定在高分子 材料中来制备功能高分子材料。在聚合反应 之前,向单体溶液中加入小分子功能化合物, 在聚合过程中小分子被生成的聚合物所包埋。 在高分子药物、固定化酶的制备方面有独到 的优势。
例如,维生素C在空气中极易被氧化而变黄。 采用溶剂蒸发法研制以乙基纤维素、羟丙基甲基纤 维素苯二甲酸酯等聚合物为外壳材料的维生素C微 胶囊,达到了延缓氧化变黄的效果。将维生素C微 胶囊暴露于空气中一个月,外观可保持干燥状态, 色泽略黄。这种维生素C微胶囊进入人体后,两小 时内可完全溶解释放。
2. 已有高分子材料的功能化
一次功能主要有下面的八种: ①力学功能:如惯性、粘性、流动性、润滑性、成型性、 超塑性、恒弹性、高弹性、振动性和防震性。 ②声功能:如隔音性、吸音性。 ③热功能:如传热性、隔热性、吸热性和蓄热性等。 ④电功能:如导电性、超导性、绝缘性和电阻等。
⑤磁功能:如硬磁性、软磁性、半硬磁性等。 ⑥光功能:如遮光性、透光性、折射光性、反射光性、吸 光性、偏振光性、分光性、聚光性等。 ⑦化学功能:如吸附作用、气体吸收性、催化作用、生物 化学反应、酶反应等。 ⑧其他功能:如放射特性、电磁波特性等。
❖ 60年代以后,特种高分子和功能高分子得到发展。
特种高分子:高强度、耐高温、耐辐射、高频绝缘、 半导体等。
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。
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第七章功能高分子材料概论第一节功能高分子基本概念一、高分子材料发展史15世纪美洲玛雅人用天然橡胶做容器,雨具等生活用品。

1839年美国人Charles Goodyear发现天然橡胶与硫磺共热后明显地改变了性能,使它变为富有弹性、可塑性的材料。

1869年美国人John Wesley Hyatt把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热,制造出了第一种人工合成塑料“赛璐珞”。

1887年法国人Count Hilaire de Chardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝,制得了第一种人造丝。

1909年美国人Leo Baekeland用苯酚与甲醛反应制造出第一种完全人工合成的塑料——酚醛树酯。

1920年德国人Hermann Staudinger发表了“关于聚合反应”的论文提出:高分子物质通过化学键连接在一起的大分子化合物。

1926年美国化学家Waldo Semon合成了聚氯乙烯,并于1927年实现了工业化生产。

1932年Hermann Staudinger总结了自己的大分子理论,出版了划时代的巨著《高分子有机化合物》成为高分子化学作为一门新兴学科建立的标志。

1935年杜邦公司基础化学研究所有机化学部的Wallace H. Carothers合成出聚酰胺66,即尼龙。

尼龙在1938年实现工业化生产。

1930年德国人用金属钠作为催化剂,用丁二烯合成出丁钠橡胶和丁苯橡胶。

1940年英国人T. R. Whinfield合成出聚酯纤维(PET)。

1948年Paul Flory 建立了高分子长链结构的数学理论。

1953年德国人Karl Ziegler与意大利人Giulio Natta分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。

1955年美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯,首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然橡胶。

1956年Szwarc提出活性聚合概念。

高分子进入分子设计时代。

1970年以后高分子合成新技术不断涌现,高分子新材料层出不穷。

二、高分子基本概念高分子又称聚合物(Polymer)、高聚物(High polymer)、大分子(Macromolecule),分子量一般大于1000。

而分子量较低(<10000)的低聚物称为齐聚物,寡聚物。

根据聚合物结构类型,可将聚合物分为线型(Linear Polymer)、支化型(Branched Polymer)、交联型(Crosslinked Polymer)、星型及树状(Star Polymer、Dendrimer),见图7-1。

高分子学科包括高分子化学(Polymer chemistry)、高分子物理(Polymer physics)、高分子工艺学(Polymer technology)。

高分子化学主要研究高分子合成机理、结构设计、控制方法。

高分子物理主要研究高分子物理性质、结构与性能的关系。

高分子工艺学主要研究高分子合成工艺、加工工艺。

三、功能高分子材料1.功能材料的概念功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。

在国外,常将这类材料称为功能材料(Functional Materials)、特种材料(Speciality Materials))或精细材料(Fine Materials)。

功能材料涉及面较广,具体包括光、电功能,磁功能,分离功能,形状记忆功能等。

这类材料相对于通常的结构材料而言,一般除了具有机械特性外,还具有其他的功能特性。

材料的特定的功能与材料的特定结构是相联系的。

如对于导电聚合物来说,它一般具有长链共轭双键;金属结构中由于弹性马氏体相变能产生记忆效应,因此出现了形状记忆合金;压电陶瓷晶体必须有极轴等。

功能高分子的特点是用途特殊,专一性强;.品种多,用量不大;.质量轻(与其它功能材料相比);制备途径多,可设计性强。

2.功能材料的分类随着技术的发展和人类认识的扩展,新型的功能材料不断被开发出来,因此对其也产生了许多不同的分类方法。

从功能的不同考虑,可将功能材料分为以下四类。

(1)力学功能主要是指强化功能材料和弹性功能材料,如高结晶材料、超高强材料等。

(2)化学功能①分离功能材料:如分离膜,离子交换树脂、高分子络合物;②反应功能材料;如高分子试剂、高分子催化剂;③生物功能材料:如固定化菌,生物反应器等。

(3)物理化学功能①电学功能材料:如超导体,导电高分子等;②光学功能材料:如光导纤维、感光性高分子等;③能量转换材料:如压电材料、光电材料。

(4)生物化学功能①医用功能材料:人工脏器用材料如人工肾、人工心肺,可降解的医用缝合线、骨钉、骨板等;②功能性药物:如缓释性高分子,药物活性高分子,高分子农药等;③生物降解材料对于功能高分子来讲,功能高分子材料有反应型高分子材料、电活性高分子材料、高分子分离膜材料、医药用功能高分子材料、光敏高分子材料。

反应型高分子是在有机合成和生物化学领域的重要成果,已经开发出众多新型高分子试剂和高分子催化剂应用到科研和生产过程中,在提高合成反应的选择性、简化工艺过程以及化工过程的绿色化方面做出了贡献。

更重要的是由此发展而来的固相合成方法和固定化酶技术开创了有机合成机械化、自动化、有机反应定向化的新时代,在分子生物学研究方面起到了关键性作用。

电活性高分子材料的发展导致了导电聚合物,聚合物电解质,聚合物电极的出现。

此外超导、电致发光、电致变色聚合物也是近年来的重要研究成果,其中以电致发光材料制作的彩色显示器已经被日本和美国公司研制成功,有望成为新一代显示器件。

此外众多化学传感器和分子电子器件的发明也得益于电活性聚合物和修饰电极技术的发展。

高分子分离膜材料与分离技术的发展在复杂体系的分离技术方面独辟蹊径,开辟了气体分离、苦咸水脱盐、液体消毒等快速、简便、低耗的新型分离替代技术,也为电化学工业和医药工业提供了新型选择性透过和缓释材料。

目前高分子分离膜在海水淡化方面已经成为主角,已经拥有制备18万吨/日纯水设备的能力。

医药用功能高分子是目前发展非常迅速的一个领域,高分子药物、高分子人工组织器官在定向给药、器官替代、整形外科和拓展治疗范围方面做出了相当大的贡献。

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进展。

功能材料按其功能的显示过程又可分为一次功能材料和二次功能材料。

一次功能是指当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时,材料起到能量传输部件的作用。

材料的这种功能称为一次功能。

以一次功能为使用目的的材料又称为载体材料。

一次功能主要有下面的八种。

①力学功能。

如惯性、粘性、流动性、润滑性、成型性、超塑性、恒弹性、高弹性、振动性和防震性。

②声功能。

如隔音性、吸音性。

③热功能。

如传热性、隔热性、吸热性和蓄热性等。

④电功能。

如导电性、超导性、绝缘性和电阻等。

⑤磁功能。

如硬磁性、软磁性、半硬磁性等。

⑥光功能。

如遮光性、透光性、折射光性、反射光性、吸光性、偏振光性、分光性、聚光性等。

⑦化学功能。

如吸附作用、气体吸收性、催化作用、生物化学反应、酶反应等。

⑧其他功能。

如放射特性、电磁波特性等。

二次功能是指当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时,材料起能量的转换部件作用,材料的这种功能称为二次功能或高次功能。

有人认为这种材料才是真正的功能材料。

二次功能按能量的转换系统可分为如下四类。

①光能与其他形式能量的转换如光合成反应、光分解反应、光化反应、光致抗蚀、化学发光,感光反应,光致伸缩,光生伏特效应和光导电效应。

②电能与其他形式能量的转换如电磁效应、电阻发热效应、热电效应、光电效应、场致发光效应、电化学效应和电光效应等。

③磁能与其他形式能量的转换如光磁效应、热磁效应、磁冷冻效应和磁性转变效应等。

④机械能与其他形式能量的转换。

如形状记忆效应、热弹性效应、机械化学效应、压电效应、电致伸缩、光压效应、声光效应、光弹性效应和磁致伸缩效应等。

3.功能高分子材料的制备方法功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。

功能高分子材料的制备主要有以下二种基本类型:①功能性小分子固定在骨架材料上功能性小分子的高分子化主要包括功能性小分子单体直接发生聚合反应和功能性小分子通过聚合包埋与高分子材料结合两种方式。

功能性小分子的高分子化的优点是生成的功能高分子功能基分布均匀;聚合物结构可以通过聚合机理预先设计;产物的稳定性较好。

其缺点是在功能性小分子中需要引入可聚合基团,而这种引入常常需要复杂的合成反应;要求在反应中不破坏原有结构和功能;当需要引入的功能基稳定性不好时需要加以保护;有时引入功能基后对单体聚合的活性会有影响。

功能性小分子单体直接发生聚合反应是通过在功能性小分子中引入可聚合基团得到单体,然后进行均聚或共聚反应生成功能聚合物这些可聚合功能性单体中的可聚合基团一般为双键、羟基、羧基、氨基、环氧基、酰氯基、吡咯基、噻吩基等基团。

其发生反应主要类型有加成聚合反应,开环聚合反应,缩聚反应以及氧化偶合反应。

如丙烯酸分子中带有双键,同时又带有活性羧基。

经过自由基均聚或共聚,即可形成聚丙烯酸及其共聚物,可以作为弱酸性离子交换树脂、高吸水性树脂等应用。

这是带有功能性基团的单体聚合制备功能高分子的简单例子。

将含有环氧基团的低分子量双酚A型环氧树脂与丙烯酸反应,得到含双键的环氧丙烯酸酯,这种单体在制备光敏高分子材料方面有广泛的应用。

除了单纯的连锁聚合和逐步聚合之外,采用多种单体进行共聚反应制备功能高分子也是一种常见的方法。

特别是当需要控制聚合物中功能基团的分布和密度时,或者需要调节聚合物的物理化学性质时,共聚可能是最行之有效的解决办法。

功能性小分子通过聚合包埋与高分子材料结合是利用生成高分子的束缚作用将功能性小分子以某种形式包埋固定在高分子材料中来制备功能高分子材料。

在聚合反应之前,向单体溶液中加入小分子功能化合物,在聚合过程中小分子被生成的聚合物所包埋。

在高分子药物、固定化酶的制备方面有独到的优势。

用这种方法得到的功能高分子材料,聚合物骨架与小分子功能化合物之间没有化学键连接,固化作用通过聚合物的包络作用来完成。

这种方法制备的功能高分子类似于用共混方法制备的高分子材料,但是均匀性更好。

此方法的优点是方法简便,功能小分子的性质不受聚合物性质的影响,因此特别适宜酶等对环境敏感材料的固化。

缺点是在使用过程中包络的小分子功能化合物容易逐步失去,特别是在溶胀条件下使用,将加快固化酶的失活过程。

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