功能高分子材料Functionalpolymers课件

1、1功能高分子材料介绍Functional Polymers雷良才 教授化学与材料科学学院辽宁石油化工大学2 1 高分子材料 功能高分子材料 Functional polymers 材料和能源、信息构成社会发展和当代文明的三大支柱，历史上取得的技术成就与技术革新无不与材料的发展有关。 常用材料名称表示不同的历史时代:石器时代、铜器时代、铁器时代（The Stone, Bronze and Iron Ages）。 现代社会应用的三大材料：高分子、陶瓷、钢铁（Polymers, Ceramics and Steel）辽宁石油化工大学321世纪-高分子的时代旧石器时代新石器时代铁器时代青铜器时代高分子

2、时代人类的文明史 材料发展史 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学4 功能高分子材料 Functional polymers 天然大分子辽宁石油化工大学5合成高分子发展历程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，1870年商业化。1889年 法国人De Chardonnet（夏尔多内）发明人 造丝（rayon textile fibbers）。1907年 第一个全合成高分子材料酚醛树脂诞生。 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学6Charles Goo

3、dyear 1800 1860，美国化学家，1839 发明硫化橡胶，1844在美国取得该技术的专利权，专利号为3633 。 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学7 The Goodyear Tire & Rubber Company （固特异轮胎和橡胶公司） 该公司由Frank Seiberling创建于1898 ，主要生产轿车轮胎、卡车轮胎、SUV用轮胎、赛车轮胎和重型挖掘机轮胎等。 公司的名字用于纪念硫化橡胶的发明者Charles Goodyear 。 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学8合成高分子发展历程1920年

4、 H.Staudinger 发表论文“论聚合”， 提出大分子的长链结构，单元间是通 过共价键联结，否认了大分子的胶体学说。1893年 E.Fischer 提出纤维素是由葡萄糖单元连结而成， 最早提出朴素的大分子链式学说）。 1932年 用膜渗透压法、端基分析法测分子量，证实大分 子是一个分子而不是胶体，有一定的分子量。从 此高分子科学作为一个学科而被确立。 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学9Hermann Staudinger 18811965)，德国化学家，证明了大分子的存在。 1953获得诺贝尔化学奖 功能高分子材料 Functional polym

5、ers 辽宁石油化工大学101929年 Carothers合成缩聚物尼龙。1935年 第一个工业化高分子材料尼龙问世（Dupont），PVC （19271937），PVAc（1936），PMMA（19271931），PS （19341937），LDPE（1939）。 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。 40年代 二次大战促进了高分子材料的发展，大批重要的橡胶和塑料 被合成出来。丁苯橡胶（1937），丁腈橡胶（1937），丁基 橡胶（1940），ABS（1947），涤纶树脂（19401950）。 1955-1957 等规立构PP的合成。 功能

6、高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学11Wallace Hume Carothers 1896 1937) ，美国化学家和发明家，杜邦公司有机化学领军人物，尼龙的发明者。 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学12Paul John Flory 1910 1985，美国化学家，诺贝尔奖获得者。在高分子领域成绩斐然，建立了高分子溶液理论。1974获得诺贝尔化学奖，褒奖他在高分子物理化学领域（实验和理论）做出的巨大贡献。 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学13 功能高分子材料 Functiona

7、l polymers 高分子领域诺贝尔奖获得者辽宁石油化工大学14高分子领域诺贝奖获得者StaudingerFloryCarothersZiegler Natta de Gennes Hideki Shirakawa MacDiarmid Heeger 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学15 2 功能高分子材料 高分子材料可划分为： 通用高分子材料 工程高分子材料 功能高分子材料 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学16 通用高分子材料 应用面广量大，技术成熟、大规模生产，价格较低的合成材料。 塑料 PE PP PS A

8、BS 橡胶 PI PB 纤维 PAN PA PP 涂料 粘合剂 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学17 功能高分子材料 Functional polymers 工程高分子材料 用于制造机械零件或外壳的工业用塑料。 热性质：高Tg、高熔点、热变形温度高、长期使用温度高、使用稳定范围大、热膨胀系数小。 机械性质：高强度、高模量、耐磨损、耐疲劳。 稳定性：耐化学药品、抗电性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性。 辽宁石油化工大学18 功能高分子材料 Functional polymers 通用性工程高分子材料： 聚碳酸酯、聚酰胺（尼龙）、聚缩醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳基

9、酯、ABS、不饱和聚酯、环氧树脂等。 耐热耐药品性工程高分子材料： 氟塑料、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、PEEK、PEI、高分子液晶。辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学19辽宁石油化工大学2021 功能高分子材料 在高分子材料原有的传统使用性能基础上，再赋予特殊的物理或化学性能的高分子材料。 吸附性、反应性、光活性、 电活性、磁性能、生物相容性、 药理性、选择分离、能量转换、 特殊功能性体现：通过大分子链的化学结构、分子量、高分子链的构象、聚集态结构等。 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学22 功能高分子是高分子学科中发展最快、研究最活跃的新领域，也是目前国家自

10、然基金支持较多的研究领域之一。 科学技术发展的需求: 能源、航天、信息、电子等领域的发展，要求既具有高功能亦具有高性能的高分子材料。 生命科学的要求：生物降解、生物相容。 经济发展的需要：高附加值产品，获得较高的经济效益 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学23 3 功能高分子材料分类 力学功能材料：超高强、高结晶、热塑性弹性体等。 化学功能材料：分离膜、离子交换树脂、高分子络合物、固定化酶、生物反应器等。 物理化学功能材料：高分子液晶、导电性高分子、感光高分子、导光性高分子等。 能量转换功能材料：压电性、热电性等。 生物化学功能材料：药物活性、缓释性、生物

11、降解、生物相容等。 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学24 3 功能高分子材料分类反应性高分子材料 高分子试剂、催化剂、染料、酶固定剂光活性高分子 光稳定剂、光刻胶、光导材料和光致变色材料等电活性高分子材料 导电聚合物、电致发光、电致变色等高分子分离材料 分离膜、离子交换、螯合剂、絮凝剂等高分子吸附材料 高吸水性高分子、高吸油性高分子等高分子智能材料 记忆材料、信息存储材料等医药用高分子材料 生物降解、医用、药用、医药辅助材高性能材料 高分子液晶、耐高温材料、高强高模量 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学25(1)导电

12、高分子材料 复合型：高分子材料与导电物质(如炭黑、碳纤维、金属粉等)复合。 本征型：1997年发现聚乙炔掺杂导电性。 特点：室温电导率可在绝缘体-半导体-金属态范围内变化。电导率-温度依赖性不呈现金属特性，而服从半导体特性。载流子用孤子、极化子和双极化子概念描述。 应用：二次电池、防腐蚀涂料、电磁波屏蔽、电子元器件、微波吸收材料、隐身材料等。 功能高分子材料 Functional polymers 3 典型功能高分子材料介绍辽宁石油化工大学26(2)高分子分离膜 高分子分离膜材料与分离技术的发展十分迅速。 分类：反渗透膜 、超滤膜、微滤膜、气体分离膜、催化膜反应器 特点：快速、简便、低能耗的新

13、型分 工业化：气体分离、苦咸水脱盐（18万吨/日套） 、液体消毒等。 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学27 功能高分子材料 Functional polymers 海水淡化工厂一角辽宁石油化工大学28 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学29(3)离子交换树脂 最早工业化的功能高分子材料。 结构：通常为官能化的交联聚苯乙烯树脂， 分类：阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 用途：饮用水处理、海水炎化、废水处理、柠檬酸、 糖液的钝化、牛奶脱盐、电池隔膜等。 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学30 功能高分子材料 Functional polymers 纯水机辽宁石油化工大学31(4)高吸水性高分子高吸水性树脂的结构： 具有强亲水性基团（羟基、羧基等） 树脂具有交联结构，不被水溶解 聚合物内部具有较高的离子浓度 聚合物具有较高的分子量 如：轻度交联聚丙烯酸特点：吸水（纯）量高达2500ml/g、保水用途：卫生制品、工业脱水 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学32(5)医药用功