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功能高分子,第一章绪论,什么是功能高分子?种类制备方法研究方法,1.什么是功能高分子？2.功能高分子的种类？3.功能高分子的制备方法有哪几种？,思考题：,一、什么是功能高分子？1.材料衡量各个历史时期的文明程度：石器、铜器、铁器、钢铁、高分子材料材料、信息、能源-现代工业的三大支柱材料-金属材料、无机非金属材料（陶瓷、玻璃、水泥）有机高分子材料（高分子材料）。,“塑料、橡胶、化纤”等高分子材料只有普通材料的某些性能，如：力、热、光等方面，如塑料主要是代钢、代木；橡胶的弹性、隔热、绝缘、做轮胎；化纤可织布制衣，代替棉花。现代文明需要大量的功能材料，这些材料不仅起结构作用，还有能量传递、物质储存、信息转换等功能。,天然生物高分子是典型的功能高分子，如蛋白质是生物各器官的主体物质，在起结构作用的同时，还有能量传递、物质储存、信息转换，如生物膜、皮肤（选择透过性，单向透过性），天然生物高分子的结构极其复杂，至今难以成功地合成。人们在普通高分子骨架接上一定的特殊功能基团，使其具有功能性，如：化学性、催化性、光敏性、导电性、选择透过性和一定的生物活性等。这类带有特殊功能基团并具有功能性的聚合物就是功能高分子。,3.功能高分子的概念：目前功能高分子尚无统一的、明确的定义，一般认为：其具有普通高分子的结构性质，同时具有一定的功能，主要指具有物质、能量和信息的贮存、传递、转化等作用的高分子。,高分子,通用高分子塑料，橡胶，化纤，涂料，粘合剂等,特性高分子,功能高分子,材料的性能对各种外部刺激（力、热、光、电、水、化学品等）的抵抗。,材料的功能输入“信号”（物质或能量）时会发生质和量的变化，有输出作用。,如：苯乙烯,聚苯乙烯（片、棒、板）通用材料,发泡材料（减震、保温）,特性材料,离子交换树脂,功能材料,二、功能高分子的分类：功能高分子的功能性虽然比活性天然生物高分子（如蛋白质、酶等）的高功能水平差的多，但它们已经广泛应用于工业、医学上，由于它们品种很多，应用领域广泛，它对现代科学的发展已经发挥着重要的作用，是高技术的主要内容之一。,材料的功能：一次功能：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属同种形式，材料只能起到能量传送部件的作用，这种功能称为一次功能。（如导电、导热）二次功能：当向材料输入的能量和输出的能量是不同形式时，材料起能量转换部件的作用，这种功能称为二次功能。（如压电功能）,一次功能：力学功能：抗拉、抗弯、抗冲击声学功能：吸音、隔音热学功能：隔热、传热、蓄热电学功能：导电、绝缘磁学功能：磁性光学功能：透光、吸光化学功能：催化、吸附、酶反应、其它功能,二次功能：机械能与其它功能的转换：压电效应、摩擦发热等。电能与其它功能的转换：电磁效应、电阻发热、热电效应、光电效应等。磁能与其它功能的转换：热磁、光磁效应等光能与其它功能的转换：光化学反应、光电效应等。,高分子的功能,（1）化学功能离子交换、催化、氧化还原等,（2）物理功能导电、热电、压电、磁记录、吸波,（3）生物功能医用高分子、,功能高分子的种类,（1）离子交换树脂（2）导电高分子材料（3）高分子液晶材料（4）光敏高分子材料（5）电活性高分子材料（6）高分子功能膜（7）高分子试剂与催化剂（8）医用高分子材料（9）其它功能高分子,功能高分子的重要性：1935年：离子交换树脂。1940年代：以离子交换树脂为催化剂，催化有机反应。1940年代中期：美将离子交换树脂用于集铀，研制原子弹。1965年：我国首次人工合成出牛胰岛素，世界上第一个人工合成的天然蛋白质。,1980年代以来：对大量功能材料的开发取得成功（包括功能陶瓷）；人们创造了大量高科技产品。如：大规模集成电路、计算机、激光、光纤、生物反应器、航天技术。,医用高分子,人工关节,人工心脏,人工肾脏,部分人工脏器的临床应用历史,人工骨：1940年H.R.Bohlman人工肾：1943年W.J.Kolff人工气管；1948年O.Tclaqett人工血管：1951年J.H.Grinndlay人工食管：1951年Z.D.Baronofaky心脏起搏器：1952年P.M.Iou人工关节：1954年B.Walldius人工瓣膜：1957年J.H.Stuckey人工肺：1958年D.C.Shechter全人工心肺：1982年W.C.Derries,医疗器械,聚乳酸-手术缝合线,大型飞机刹车片,碳纤维复合材料-结构材料-吸波材料,碳纤维,坦克装甲,导电高分子,聚合物锂离子电池,生物传感器,反渗透,超滤,微滤,氢离子,无机离子低分子有机物,高分子胶体病毒,细菌悬浊物微细油珠,（纳米）,高聚物膜,纯净水生产,海水淡化,吸水树脂,COONa,COONa,COONa,COONa,COONa,COONa,离子交换树脂-水的净化；铀浓缩；催化剂,液晶显示器,高分子液晶,柔性显示器,高分子液晶纤维,Kevlar纤维,线路板,电子材料,三、功能高分子的制备方法,1.功能性小分子的高分子材料化,2.高分子材料的功能化,导电高分子的设计,PSPVCPVA,3.功能高分子材料的多功能复合与功能扩大,通过化学或者物理的方法将功能基与高分子骨架相结合，实现预定功能。活性聚合等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”。,1.分子合成化学方法：分子结构设计、官能团设计、引入感光功能集团则赋予了材料感光性。措施：共聚、接枝、嵌段共聚、交联、官能团的引入、模板聚合等2.特殊加工物理方法：把高分子加工成极薄的膜，把高分子纤维化，如人造羊毛（介绍其主体结构）有些功能高分子极难加工，如光缆、导电、聚丙烯3.复合手段：如将高分子中掺入银粉得到导电高分子。复合两种或几种高分子：纤维复合、层叠复合、细粒复合、互穿网络等方法，可得新功能。,四、课程内容主要介绍功能高分子的种类、性能、制备方法和用途，分8个方面：1、离子交换树脂、2、吸水树脂3、液晶材料4、医用高分子5、导电高分子6、高聚物膜7、高分子催化剂8、其它功能高分子,参考资料：功能高分子与新技术何天白编，化学工业出版社。功能高分子材料化学赵文元编，化学工业出版社。功能高分子学报高分子学报高分子材料科学与工程等中文学术期刊MacromoleculesPolymer