第六章功能高分子材料_PPT幻灯片

设计一种能满足一定需要的功能高分子材料高分子 化学研究的一项主要目标。具有良好性质与功能的高分子 材料的制备成功与否，在很大程度上取决于设计方法和制 备路线的制定。
功能高分子材料的制备是通过化学或者物理的方法 按照材料的设计要求将功能基与高分子骨架相结合，从而 实现预定功能的。
从上一世纪50年代起，活性聚合等一大批高分子合 成新方法的出现，为高分子的分子结构设计提供了强有力 的手段，功能高分子的制备越来越 “随心所欲”。
能源
三 大
支 材材料料
柱 产 业
信息
有机合成材料是材料工 业的一个重要方面
是能源和信息 发展的基础
时代 的划分常以材料为标志
石器时代、青铜器时代、铁器时代、 钢铁时代 、高分子时代
6.1 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
6.1.1．功能高分子材料
1、功能高分子材料的涵义
具有新型骨架结构的高分子材料 和在天然或合成 高分子的主链或支链上引入某种功能的官能团， 使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、 医学等方面的特殊功能的高分子。
6.1.2、功能高分子材料的品种和分类
功能高分子
光
导
敏
电
高
高
分
分
子பைடு நூலகம்
子
感 光 树 脂
6.1.3 功能高分子材料的发展与展望
6.1.3.1 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。
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 亦具有高性能的高分子材料。
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。
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。
1920年，德国人Staudinger发表了“论聚合” 的论文，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。
1935年，Carothes发明尼龙66，1938年工业 化。
目前采用的制备方法来看，功能高分子材 料的制备可归纳为以下四种类型： 功能性小分子材料的高分子化； 已有高分子材料的功能化； 多功能材料的复合； 已有功能高分子材料的功能扩展。
6.3 具有化学反应和分离功能的高分子材料
光 致 变
光 导 电
高 分
色高子
高分半
分子导
高超
分导 子高 导分 体子
子体
高微 分生 子物 催降 化解 剂高 与分 试子 剂
交 换 型 高 分 子
离电 子子 交交 换换 树树 脂脂
生 物 医 药 高 分 子
高医 仿 分用 生 子高 高 药分 分 物子 子
高 高高 分 分吸 子 子水 吸 膜性 附树
剂脂
交通和宇航技术的要求 既高速又节约能源是 交通运输和宇航事业迫切需要解决的课题。采用功 能高分子材料，在一定程度上解决了该难题。就目 前的成就来看，波音757，767飞机采用Kavlar增强 材料（一种由高分子液晶纺丝而成的高强纤维增强 的材料），可省油50％。汽车工业采用高分子材料 而实现轻型化，从而达到省油和高速的目的。
30年代，一系列烯烃类加聚物被合成出来并 工业化，PVC（1927～1937），PVAc （1936），PMMA（1927～1931），PS （1934～1937），LDPE（1939）。自由基 聚合发展。
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。
总之，功能高分子材料在国民经济建设和日常 生活中将发挥越来越重要的作用，发展前景不可估 量。当然，目前的成就尚处于十分初级的阶段，有 待于进一步研究和探索。
6.2 功能高分子材料功能设计与制备简述
特种与功能高分子材料的特点在于他们特殊的“性能” 和“功能”，因此在制备这些高分子材料的时候，分子设 计成为十分关键的研究内容。
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。
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。
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。
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。