功能高分子材料 第1章 绪论
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Functional materials: 有一定强度,具有特定功能(如导电、光敏、磁性等)
(3) 高分子材料与功能高分子材料
通用高分子材料可分为: 合成纤维 合成橡胶 塑料
油漆涂料 高分子粘合剂 功能高分子材料： ●具有特定功能
●精细产品
（4）功能高分子与功能高分子材料
功能高分子材料从组成和结构上可分为两大类：
硬组织生物高分子材料，人工脏器，高分子药物， 药物释放和送达体系
1.2 功能高分子材料的结构与性能
构效分析：
结构与性能关系（官能团与高分子骨架）
1、 聚合物结构简介
聚合物结构特点：复杂的多层次结构
a) 一次结构
高分子链的化学结构：化学组成、空间构型、链 节序列和链段的支化（或交联）度及其分布
一次结构决定于聚合反应过程。要改变一次结构， 必须通过化学反应即价键的变化才能实现
一次结构直接影响聚合物的某些特性， 如溶解性、着色性、耐光性等
一次结构中分子链的柔性直接影响二次 结构，再通过二次结构间接地影响聚合物更 多的性能
根据聚合物的化学结构，可以将聚合物 骨架主要分成两种： ●线性聚合物，即聚合物有一条较长的主链， 没有或较少分支 ●交联聚合物，是线性聚合物通过交联反应生 成的网状大分子
b) 二次结构
高分子链由于价键的内旋转和链段的热运动而产生的各 种构象
聚合物分子链存在形式：完全伸展的形态、无规卷曲(线 团)形态或周期性规则排列的链段形态
c) 三次结构——聚集态结构
三次结构明显地受二次结构的影响，三次结构 可以均匀地延伸到整个聚合物材料
按聚集态的紧密和规整程度，将聚合物分为三 类相态：
结构型：大分子链中具有特定的功能基团
——功能高分子
复合型：普通高分子材料为基体（或载体），与具
有某些特定功能的其它材料进行复合
源自文库
2、功能高分子材料研究对象和研究意义
研究对象：
功能高分子材料的结构组成、物理化学 性质、制备方法和应用
研究意义：
● 当代科学技术的三大支柱： 材料、能源、信息
● 材料： 金属、无机非金属、高分子、复合材料
子，光能转换高分子材料，非线性光学高分子材料 ★高分子液晶(Liquid crystal polymers) ★导电高分子材料(Conductive polymer materials)
电子导电聚合物，离子导电高分子材料，复合型 导电高分子材料，光电导高分子 ★ 生物医用高分子材料(Polymeric biomaterials)
用使分子链伸展，聚合物体积增大的现象 • 交联聚合物的溶胀度与交联度成反比，与溶剂对聚
合物的亲和能力成正比 • 聚合物的溶胀度可以通过改变交联度和通过共聚反
应改变聚合物链的组成和结构来调节
(2) 聚合物的多孔性
干燥的多孔性聚合物的空隙率通常用比表 面积、孔体积和平均孔径等参数表示
(3) 聚合物的渗透性
线性聚合物
• 线性聚合物分子呈线状，根据链的结构和链的柔性，聚 合物可以成为非晶态或者不同程度的结晶态。
• 线性聚合物在适宜的溶剂中可以形成分子分散态溶液， 在溶液中分子链成随机卷曲态。在良性溶剂中分子比较 伸展，在不良溶剂中分子趋向于卷曲。
• 溶解性能较好，在聚合物制备和加工过程中溶剂选取比 较容易
2、功能高分子材料的基本性质
(1) 溶解性能
▲ 线性聚合物在适宜的溶剂中可以溶解，形成分 子分散态溶液
良性溶剂中聚合物链趋向于伸展状态，不良溶 剂中趋向于收缩状态
聚合物结晶度低，环境温度高，聚合物分子间 作用力小，有利于溶解
▲交联型聚合物不能形成分子型溶液，只能溶胀 溶胀：溶剂分子扩散进入聚合物内部，通过溶剂化作
◆无定形（非晶态） ◆介晶(包括液晶) ◆结晶
d) 四次结构
四次结构在尺寸上可视为介于微观结构与宏观结 构的过渡区域
由于在聚合物中存在着不同的聚集态或晶态，它 们之间又有界面或准界面，所以呈现出四次结构。两 种三次结构的聚集体缔合，形成四次结构。
通常把电子显微镜所观察到的形态，称为织态结构， 而用光学显微镜所观察到的形态，称为宏观结构
功能高分子材料 第1章 绪论
主要参考资料
1. 马建标主编，功能高分子材料，化学工业出版社，2000 2. 赵文元、王亦军编著，功能高分子材料化学（第二版），化
学工业出版社，2003 3. 蓝立文主编，功能高分子材料，西北工业大学出版社，1995 4. 王国建、王公善编，功能高分子，同济大学出版社，1995 5. 陈义镛，功能高分子，上海科学技术出版社，1988 6.日本高分子学会高分子实验学编委会编，李福锦译，功能高
• 玻璃化温度较低，粘弹性比较好，小分子和离子在其中 比较容易进行扩散运动
• 机械强度和稳定性较低
交联聚合物
• 交联聚合物各分子链间相互交联，形成网状结构 • 不能溶解形成分子型溶液，在适当的溶剂中可溶胀 • 交联度影响聚合物的机械强度、物理、化学稳定性
以及其他与材料功能发挥相关的性质 • 机械强度提高
聚合物的渗透性一般通过气体或液体在一 定条件下的渗透量来测定
(4) 聚合物的稳定性 聚合物的稳定性包括化学稳定性和机械稳
定性 增加交联度, 机械稳定性增加 化学稳定性: 合适的高分子骨架材料
加入稳定剂
3、官能团的作用和高分子效应
功能特性: ▲分子中对表现出的特殊性质起关键作用的官能
分子，科学出版社，1983
第1章 绪 论 (Introduction)
1.1 功能高分子材料的研究对象 1、基本概念
（1）高分子
分子量很大(一般超过20000以上)，而且没有一 个特定值，只有一个分子量分布范围，分子内有重 复性化学结构(称结构单元)的化合物称为聚合物
(2) 结构材料与功能材料
Constructional materials: 材料强度,力学性能
● 高新技术： 新材料
3、功能高分子材料的分类
★分离用功能高分子材料(Polymer materials used for separation) 离子交换树脂和离子交换膜，高分子分离膜， 吸附树脂
★反应性聚合物(Reactive polymers) 高分子试剂，高分子载体，高分子催化剂
★光功能高分子材料(Photoactive polymer materials) 感光树脂，光降解高分子材料，光致变色高分
(3) 高分子材料与功能高分子材料
通用高分子材料可分为: 合成纤维 合成橡胶 塑料
油漆涂料 高分子粘合剂 功能高分子材料： ●具有特定功能
●精细产品
（4）功能高分子与功能高分子材料
功能高分子材料从组成和结构上可分为两大类：
硬组织生物高分子材料，人工脏器，高分子药物， 药物释放和送达体系
1.2 功能高分子材料的结构与性能
构效分析：
结构与性能关系（官能团与高分子骨架）
1、 聚合物结构简介
聚合物结构特点：复杂的多层次结构
a) 一次结构
高分子链的化学结构：化学组成、空间构型、链 节序列和链段的支化（或交联）度及其分布
一次结构决定于聚合反应过程。要改变一次结构， 必须通过化学反应即价键的变化才能实现
一次结构直接影响聚合物的某些特性， 如溶解性、着色性、耐光性等
一次结构中分子链的柔性直接影响二次 结构，再通过二次结构间接地影响聚合物更 多的性能
根据聚合物的化学结构，可以将聚合物 骨架主要分成两种： ●线性聚合物，即聚合物有一条较长的主链， 没有或较少分支 ●交联聚合物，是线性聚合物通过交联反应生 成的网状大分子
b) 二次结构
高分子链由于价键的内旋转和链段的热运动而产生的各 种构象
聚合物分子链存在形式：完全伸展的形态、无规卷曲(线 团)形态或周期性规则排列的链段形态
c) 三次结构——聚集态结构
三次结构明显地受二次结构的影响，三次结构 可以均匀地延伸到整个聚合物材料
按聚集态的紧密和规整程度，将聚合物分为三 类相态：
结构型：大分子链中具有特定的功能基团
——功能高分子
复合型：普通高分子材料为基体（或载体），与具
有某些特定功能的其它材料进行复合
源自文库
2、功能高分子材料研究对象和研究意义
研究对象：
功能高分子材料的结构组成、物理化学 性质、制备方法和应用
研究意义：
● 当代科学技术的三大支柱： 材料、能源、信息
● 材料： 金属、无机非金属、高分子、复合材料
子，光能转换高分子材料，非线性光学高分子材料 ★高分子液晶(Liquid crystal polymers) ★导电高分子材料(Conductive polymer materials)
电子导电聚合物，离子导电高分子材料，复合型 导电高分子材料，光电导高分子 ★ 生物医用高分子材料(Polymeric biomaterials)
用使分子链伸展，聚合物体积增大的现象 • 交联聚合物的溶胀度与交联度成反比，与溶剂对聚
合物的亲和能力成正比 • 聚合物的溶胀度可以通过改变交联度和通过共聚反
应改变聚合物链的组成和结构来调节
(2) 聚合物的多孔性
干燥的多孔性聚合物的空隙率通常用比表 面积、孔体积和平均孔径等参数表示
(3) 聚合物的渗透性
线性聚合物
• 线性聚合物分子呈线状，根据链的结构和链的柔性，聚 合物可以成为非晶态或者不同程度的结晶态。
• 线性聚合物在适宜的溶剂中可以形成分子分散态溶液， 在溶液中分子链成随机卷曲态。在良性溶剂中分子比较 伸展，在不良溶剂中分子趋向于卷曲。
• 溶解性能较好，在聚合物制备和加工过程中溶剂选取比 较容易
2、功能高分子材料的基本性质
(1) 溶解性能
▲ 线性聚合物在适宜的溶剂中可以溶解，形成分 子分散态溶液
良性溶剂中聚合物链趋向于伸展状态，不良溶 剂中趋向于收缩状态
聚合物结晶度低，环境温度高，聚合物分子间 作用力小，有利于溶解
▲交联型聚合物不能形成分子型溶液，只能溶胀 溶胀：溶剂分子扩散进入聚合物内部，通过溶剂化作
◆无定形（非晶态） ◆介晶(包括液晶) ◆结晶
d) 四次结构
四次结构在尺寸上可视为介于微观结构与宏观结 构的过渡区域
由于在聚合物中存在着不同的聚集态或晶态，它 们之间又有界面或准界面，所以呈现出四次结构。两 种三次结构的聚集体缔合，形成四次结构。
通常把电子显微镜所观察到的形态，称为织态结构， 而用光学显微镜所观察到的形态，称为宏观结构
功能高分子材料 第1章 绪论
主要参考资料
1. 马建标主编，功能高分子材料，化学工业出版社，2000 2. 赵文元、王亦军编著，功能高分子材料化学（第二版），化
学工业出版社，2003 3. 蓝立文主编，功能高分子材料，西北工业大学出版社，1995 4. 王国建、王公善编，功能高分子，同济大学出版社，1995 5. 陈义镛，功能高分子，上海科学技术出版社，1988 6.日本高分子学会高分子实验学编委会编，李福锦译，功能高
• 玻璃化温度较低，粘弹性比较好，小分子和离子在其中 比较容易进行扩散运动
• 机械强度和稳定性较低
交联聚合物
• 交联聚合物各分子链间相互交联，形成网状结构 • 不能溶解形成分子型溶液，在适当的溶剂中可溶胀 • 交联度影响聚合物的机械强度、物理、化学稳定性
以及其他与材料功能发挥相关的性质 • 机械强度提高
聚合物的渗透性一般通过气体或液体在一 定条件下的渗透量来测定
(4) 聚合物的稳定性 聚合物的稳定性包括化学稳定性和机械稳
定性 增加交联度, 机械稳定性增加 化学稳定性: 合适的高分子骨架材料
加入稳定剂
3、官能团的作用和高分子效应
功能特性: ▲分子中对表现出的特殊性质起关键作用的官能
分子，科学出版社，1983
第1章 绪 论 (Introduction)
1.1 功能高分子材料的研究对象 1、基本概念
（1）高分子
分子量很大(一般超过20000以上)，而且没有一 个特定值，只有一个分子量分布范围，分子内有重 复性化学结构(称结构单元)的化合物称为聚合物
(2) 结构材料与功能材料
Constructional materials: 材料强度,力学性能
● 高新技术： 新材料
3、功能高分子材料的分类
★分离用功能高分子材料(Polymer materials used for separation) 离子交换树脂和离子交换膜，高分子分离膜， 吸附树脂
★反应性聚合物(Reactive polymers) 高分子试剂，高分子载体，高分子催化剂
★光功能高分子材料(Photoactive polymer materials) 感光树脂，光降解高分子材料，光致变色高分