功能高分子绪论

1、功能高分子材料功能高分子材料(Functional Polymeric Materials-FPM)哈尔滨工业大学化工学院胡 桢第一章绪论 (Introduction)第一节功能高分子材料的概念和分类第一节功能高分子材料的概念和分类（Concept and Classification of FPM)性能材料对外部作用的抵抗能力。 如强度.模量功能从根本上说指的是向材料输入某种能量，经过材料的传输转换等过程，再向外部输出的一种作用。如导电性，高分子膜分离特性11概念概念 (Concept)功能高分子材料，一般认为，是指除了具有一定的力学性能之外，还具有特定功能(如导电性、光敏性、化学性、催化性

2、和生物活性等)的高分子材料特种（精细）高分子(specialtypolymers)“特种”：具有特定的性能“精细”：产量少，价格高，制造工艺复杂高性能高分子功能高分子离子交换树脂高分子液晶发光字1.2.1 功能高分子材料从组成和结构上分类。功能高分子材料从组成和结构上分类。1) 结构型2) 复合型1.2 分类分类 (Classification)1.2.2 按其功能性和应用特点进行分类：按其功能性和应用特点进行分类： 1) 化学功能高分子材料2) 光功能高分子材料3) 电磁功能高分子材料4) 声功能高分子材料5) 生物医用高分子材料1.2.3 按材料来源分类按材料来源分类1) 天然功能高分子材

3、料2) 半合成功能高分子材料3) 合成功能高分子材料第二节功能设计原理和方法第二节功能设计原理和方法（Theory and methods of functional design)2.1 一次功能一次功能 声学功能；热学功能；电磁学功能；光学功能；化学功能；其它功能2.2 二次功能二次功能1) 机械能与其它形式能量的转换 2) 电能和其它形式能量的转换 3) 磁能和其它形式能量的转换 4) 热能和其它形式能量的转换 5) 光能和其它形式能量的转换 太阳能电池为设备充电单兵作战系统2.3 功能设计功能设计 2.3.1 通过分子设计分子设计合成功能高分子 这里包括高分子结构设计和官能团设计。为此

4、目的，必须掌握高分子结构与功能性之间的关系。例如，在高分子结构中引入感光功能基团，可以合成感光高分子。2.3.1.1 利用现有的合成或天然高分子，通过高分子化学反应引入预期的功能基团2.3.1.2 含有功能基的单体经过加聚或缩聚等反应制取CH2CHCHCOOH+CH2CH2CHCH2CHCH2COOHCHCH2CH合成途径优点缺点含有功能基的单体经过加聚或缩聚等反应制取1)功能基含量高（每一个链节都含有功能基)2)功能基在分子链上分布均匀功能基单体合成比较困难利用现有的合成或天然高分子，通过高分子化学反应引入预期的功能基合成或天然高分子骨架是现成的，可选择的高分子母体品种多，价格低廉，原料来源

5、广。1)反应不可能百分之百地完成，制得的产物中含有未反应的官能团2)功能基在高分子链上的分布也不均匀2.3.1.3 分子内交联和分子间交联 (1) 分子内交联 最常见的分子内交联是由乙烯类高聚物的环化反应形成的 (2) 分子间交联 天然橡胶的硫化效应 2.3.2 通过特殊加工赋予高分子的功能特性。例如:高分子材料通过薄膜化可制用各种分离膜，这些分离膜广泛应用于反渗透、透析，超过滤等膜分离工艺中。某些高分子材料纤维化可制得光导纤维(塑料光纤)。1)高分子在一定温度下置于直流电场中可制得驻极体等等。 2.3.3 通过二种或二种以上材料进行复合 这是目前制造功能树脂广泛采用方法，这种方法具有工艺简单

6、、材料来源丰富、价格低廉的优点。例如:1) 在绝缘高分子材料中并混入导电填料(碳黑、金属)可制得导电高分子材料2) 混入磁性填料(如铁氧体或稀土类磁粉)可制得高分子磁性材料3) 在共轭共聚物(如聚乙烯)中加入少量的掺杂剂(如入AsF5、Na等)，其导电率有很大的增加，以致具有导体的性能 第三节功能高分子材料的发展第三节功能高分子材料的发展(Development of FPM)3.1 功能高分子材料发展简史 (Brief History of FPM)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得赛璐珞。1889年，法国人De Chard

7、onnet（夏尔多内）发明人造丝。1907年，酚醛树脂诞生。高分子溶液理论在30年代建立，并成功测定了聚合物的分子量。Flory为此获得诺贝尔奖。 最早的功能高分子可追述到1935年离子交换树脂的发明。 20世纪50年代，美国人开发了感光高分子用于印刷工业，后来又发展到电子工业和微电子工业。1957年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性，打破了多年来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。1966年little提出了超导高分子模型，预计了高分子材料超导和高温超导的可能性，随后在1975年发现了聚氮化硫的超导性。 1993年，俄罗斯科学家报道了在经过长期氧化的聚丙烯体系中发现了室温超导体。20世纪80年代，高

8、分子传感器、人工脏器、高分子分离膜等技术得到快速发展。新的聚合方法和新结构的聚合物不新的聚合方法和新结构的聚合物不断出现和发展。断出现和发展。 1991年发现了尼龙11的铁电性，1994年塑料柔性太阳能电池在美国阿尔贡实验室研制成功，1997年发现聚乙炔经过掺杂具有金属导电性，导致了聚苯胺、聚吡咯等一系列导电高分子的问世。特别是2000年，Alan J. Heeger、Alan G. MacDiarmid和Hideki Shirakawa 由于对导电高分子的贡献获得了诺贝尔化学奖。对化学家，特别是高分子科研工作者是一个极大的鼓舞。3.2 功能高分子材料特点及竞争风险 (Character an

9、d Crisis of FPM)特点：1:消费量相对来说要小很多；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。 竞争风险：1：通用材料的发展； 2：更新、更优越的功能高分子的不断涌现 品 种主要产品举例产量 /万吨/年价格比通用高分子材料LDPE，HDPE，PVC，PP，PS10001特种高分子材料有机氟材料，耐热性高分子，各种功能高分子120101003.3 具有发展潜力的功能高分子材料 (Fast developing FPM) 功能性膜材料功能性膜材料 (Functional membrane mat

10、erials) 随着功能性膜材料的出现，产生了具有高分离效率的膜分离技术膜分离技术包括纳滤微滤，超滤，气体分离，渗透汽化等。膜分离技术可用于物质的分离、浓缩、精制，具有耗能少、效率高的特点。导电功能材料导电功能材料 (Conducted polymeric materials)随着电子工业和信息技术的发展，对具有导电功能的高分子材料的需求日益增加。导电功能高分子材料可分为二类。一类是添加导电微粒(金属粉、碳粉)的复合型导电高分子材料；另一类是导电高分子，包括高分子半导体和导体。有人估计现在的高分子半导体材料，在电子工业中所处的地位，正如30多年前无机半导体(硅、铝)所处的地位，在不久将可实现“

11、高分子电路”，产生新型大规模集成电路。 c. 医用高分子材料医用高分子材料 (Medical polymeric materials)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、高分子医用材料在定向给药、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。 人工器官是医用高分子材料的重要发展方向。目前用高分子材料制成的人工器官已植入人体的有人工肾、人工血管、人工心脏瓣膜、人工关节、人工骨筋、整形材料等。 高分子输液袋高分子药物人造心脏人工肾脏人工肾脏 功能高分子材料是一门涉及范围广泛，与众多学科相关的新兴边缘学科，涉及内容包括有机化学、无机化学、光学、电学、结构