第四章功能高分子材料的发展及分类

功能高分子材料

Functionalpolymers4.1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得赛璐珞。1889年，法国人DeChardonnet（夏尔多内）发明人造丝。1907年，酚醛树脂诞生。第四章功能高分子材料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。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。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，一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），有机氟材料（1943），ABS（1947），涤纶树脂（1940～1950）。50年代，Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂，制得高密度PE和有规PP，低级烯烃得到利用。1956年，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开创了高分子结构设计的先河。50年后期至60年代，大量高分子工程材料问世。聚甲醛（1956），聚碳酸酯（1957），聚砜（1965），聚苯醚（1964），聚酰亚胺（1962）。60年代以后，特种高分子和功能高分子得到发展。特种高分子：高强度、耐高温、耐辐射、高频绝缘、半导体等。

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。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。4.2功能高分子材料概述基本概念功能高分子与高性能高分子性能：材料对外部作用的抵抗特性。例如，对外力的抵抗表现为材料的强度、模量等；对热的抵抗表现为耐热性；对光、电、化学药品的抵抗，则表现为材料的耐光性、绝缘性、防腐蚀性等。

第四章功能高分子材料功能：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能。此外，如压电性、药物缓释放性等，都属于功能的范畴。

因此：

功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出响应的高分子材料。

高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。

它们都属于特种高分子材料的范畴。特种包高分赤子是圆相对域于通窗用高攀分子倦而言窜的。通用棉高分傍子材擦料：应用从面广业量大素，价环格较抵低。根据抵其性使质和倍用途矩可分奥为五专个大魄类：捞化学跟纤维咽、塑料、抗橡胶展、油托漆涂僚料、钞粘合进剂。特种震高分浩子材云料：带有栽特殊砍物理割、力城学、子化学性质块和功客能的缓高分湾子材洞料，姨其性起能和扇特征对都大茫大超出了郊原有袭通用敏高分借子材劝料的玻范畴返。从实桌用的闪角度抽看，做对功惊能材的料来泳说，装人们蛾着眼于它读们所区具有草的独腿特的奴功能堵；而鸦对高忧性能奋材料喜，人们关妈心的追是它模与通姥用材杜料在淹性能遗上的参差异蛮。特种挖高分漆子是岔目前吐高分肝子学凡科中她发展坡最快云、研渗究最灭活跃乡丰的新责领域起。4.楼2.驼2浪功能圈高分艰子材弊料的女类型日本宗著名虚功能征高分叶子专裤家中艺村茂贤夫教领授认姐为，功能劣高分碰子可赤从以律下几索个方章面分挨类。1.张力森学功权能材游料1)强化船功能熊材料，如搜超高琴强材擦料、摘高结偷晶材树料等源；2)弹性捷功能尖材料，如译热塑隔性弹见性体映等。2.散化骨学功冈能材垒料1)分离心功能假材料，如辜分离巧膜、直离子偶交换耗树脂泽、高抹分子络球合物机等；2)反应属功能浮材料，如劫高分慢子催绩化剂绒、高润分子炮试剂售；3)生物奔功能平材料，如叼固定姥化酶茫、生姨物反俯应器绘等。3.堂物轿理化膀学功郊能材纵料1)耐高佣温高戚分子，高强分子命液晶墨等；2)电学哨功能碰材料，如席导电屋性高迷分子剥、超但导高表分子等；3)光学逼功能披材料，如候感光沫高分易子、勾导光走性高犹分子保，光敏键性高故分子忧等；4)能量著转换使功能踪蝶材料，如烧压电远性高名分子冒、热紧电性蝇高分子注等。4.况生费物化富学功贝能材芒料1)人工半脏器狼用材稿料，如脱人工俩肾、肥人工冠心肺惧等；2)高分科子药城物，如矩药物横活性朽高分摸子、甘缓释椅性高欧分子伸药物吧、高寒分子痒农药踏等；3)生物丹分解起材料，如副可降演解性尝高分顿子材径料等缸。这一广分类届，实纱际上瞎包括套了所栏有特锯种高分子非材料密。国内伙一般疼采用惑按其巨性质借、功阅能或碎实际到用途红划分具体断可划务分为殿8种则类型乌。1.侨反巡寿应性匠高分雪子材路料，包括敲高分宅子试旋剂、奋高分已子催化剂悄和高由分子霉染料毁，特例别是嫌高分击子固喘相合很成试蚂剂和固定死化酶侨试剂疮等。2.膨光划敏型僵高分尿子，包役括各苗种光澡稳定滋剂、缘瑞光刻伯胶，乖感光材妹料、插非线妙性光假学材超料、锋光导盛材料师和光矿致变改色材料等辉。3.叹电焦性能呈高分浸子材列料，包今括导线电聚回合物苍、能汽量转奔换型聚贞合物掏、电乡丰致发锦光和起电致惭变色略材料厕以及侦其他份电敏感性吨材料搭等。4.冲高化分子探分离芝材料，包甚括各杠种分踩离膜驶、缓笼释膜想和其他半度透性宝膜材侨料、招离子战交换栽树脂招、高稳分子命螯合嫁剂、高分煤子絮伶凝剂驼等。5.鸣高耍分子借吸附岁材料，包朗括高储分子愚吸附摆性树拘脂、仆高吸水性些高分币子、篮高吸耗油性徐高分雁子等谣。6.驳高息分子域智能脉材料，包数括高穷分子副记忆吼材料脊、信螺息存储材祥料和演光、谱磁、冶pH眠、压稍力感铁应材伸料等恒。7.妈医典药用地高分夺子材汽料，包衣括医搜用高扯分子末材料已、药慈用高分怪子材伏料和丢医药战用辅姜助材员料等晶。8.筐高谋性能龄工程乔材料，如允高分毙子液牲晶材烟料，丹耐高将温高分子事材料铜、高消强高用模量猴高分语子材神料、参阻燃湾性高涛分子材料卡和功武能纤踢维材配料、州生物偷降解锤高分愤子等贺。4.抱3狮功能晌高分巷子材践料的域发展春与展绪望4.泪3.采1反功能还高分耕子发胡展的慨背景1.捎经战济发谅展的活需要自从坟19垃20竞年施着道丁勾格（学H.劲St喇au壶di捞ng编er灵）建谈立大迷分子概垫念以疤来，斗高分凯子材鹿料以凡惊人细的速刷度得些到发拼展。至2梦0世奖纪6雅0年学代，拼高分宿子材橡料工笼业化洪已基米本完里善，解决敏了人限们的吩衣着浪、日膜用品幅和工架业材窜料等轮需求摩。通用高划分子犹和工县程用迅高分耍子的叛世界智总产草量已滩超过滋几千万吨掀/年榜，特落种高套分子派则为抚几十梢万吨量/年乒。第四宵章民功能埋高分龟子材慕料19宾73顶年和杰19径78胶年两四次世寨界性喂的石悟油大宫危机诞，使原油锐价格汪猛涨锦。以静石油聪为主恭要原牧料的御高分夸子材膨料成本呈眯直线魔上升剥，商贞品市香场陷氧入极惭为困喉难的陷处境植。在这样乏的经肺济背舅景下萝，迫省使人艰们试辨图用闯同样贩的原叼材料，各去制轻备价脊值更首高的粮产品颂。功放能高筝分子锈在这脆种外部条喜件促瓣使下盼迅速息地发甲展了农起来倾。从表肌1—李1的庙数据每可以图看出适，发展思功能照高分鼠子材挽料可以张获得忽较高授的经辣济效钉益。表4真—1骄各翅种高滨分子贼材料坦的产掠量和毅价格翁比*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，PS＞10001中间高分子材料ABS，PMMA100～10001～2工程高分子材料PA，PC，POM，PBT，PPO20～802～4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1～2010～100*溪价格通比以竭通用衣高分样子为伪1计震。2.花科齐学技挠术发缩慧展的锻需求80～9邮0年摧代，触科学环技术挤有了阴迅速靠发展普。能拣源、宣信息、方电子造和生梨命科伴学等犬领域聋的发之展，坟对高它分子依材料提出毕了新垄的要叼求。掩即要求肌高分掏子材民料具婆有迄酷今还棚不曾有膛过的牙高性厌能和芦高功的能，甚旧至要狮求既习具有远高功砍能亦具纪有高流性能凝的高疤分子冠材料桥。新能疾源的凑要求。太锦阳能地和氢外将成糠为今星后的息主要能源塘。光撑电转辜换材向料就塞成为缘瑞太阳螺能利底用的弦关键夹。硅材料谱已进潮入了抵实用世阶段窄。然厅而，庄按现抹在的猾能量载转换效率择，对液单晶错硅的岭需要解量实骂在太企大。惜以日吓本为扭例，若利量用太幕阳能鬼达到继当前食日本俭电力舒的1愈％，生就需粱10民0飘μ的单楼晶硅软至少帜2.君7万鱼吨。测这相充当于巡寿日本走目前谷单晶扶硅总产量登的9愧0倍饲。为宫此，筛人们夕把注割意力圈转向他可高愚效转过换太阳顽能的危功能代高分呼子材辉料。戴如换碌能型院高分次子分忆离膜的利傍用。交通男和宇追航技川术的优要求。既扶高速呼又节暂约能锁源是交通层运输像和宇膝航事轰业迫处切需担要解秃决的能课题篮。采讲用功能高锡分子鹅材料印，在酱一定祸程度欠上解妄决了摧该难社题。奶就目前的撕成就急来看乳，波歪音7终57乐，7径67扁飞机颠采用厕Ka欲vl让ar卫增强材料晒（一悦种由北高分爽子液激晶纺担丝而闸成的旅高强抖纤维甘增强的材军料）拣，可感省油贸50组％。踪蝶汽车祸工业贷采用亩高分晒子材腐料而实无现轻挨型化贱，从比而达悼到省暴油和柏高速箩的目批的。微电已子技惭术的颜要求。高辅度集艳成化启是微壮电子躲工业发展浮的趋授势。岩存储想容量耀将从晃目前秋的1窜6K骡发展知到2需56谦K。此时革相应次的电搅路细刺度仅雪为1词.5哲μm郊。因瞒此，米高功跌能的光致码抗蚀庭材料努（感亡光高雾分子猎）已雨成为雄微电佛子工蔽业的关键肤材料申之一纤。生命蹈科学丘的要灵求。人剧类对绞生命箩奥秘槐的探蛾索，滑对建立啄一个愉洁净姐、安惰全的生世界印的渴曲望，百对征峰服癌去症等疾病滨的努吨力，孟均对家高分榨子材德料提衔出了泉功能五的要悲求。例如事，生凳物分解离介确质的捡研制虚成功艇，使统生命熟组成搏的各种组底分能测得以特精细兔地分务级，教对生隔命科疏学的语贡献省将是十分希重大支的。含可降悲解性荷高分盐子材拥料的品问世弹，将仔大大减缓锋白色混公害锡对人宵类的降危害库。总之绩，功符能高你分子嘱材料破在国始民经灾济建横设和窜日常生活口中将楼发挥价越来法越重稼要的际作用逆，发月展前匹景不俯可估量。境当然曲，目前彻的成洋就尚跟处于滔十分拔初级血的阶锻段，有待于截进一杯步研感究和叛探索值。4.苍3.灾2口功能档高分宾子的微发展堆历程告与展评望虽然绪特种概与功疤能高斗分子务材料谷的发然展可吹以追省述到很久套以前园，如光搂敏高漆分子侧材料课和离佩子交项换树械脂都柿有很长豆的历小史。但是碍作为慎一门互独立映的完拜整的往学科往，功能高疫分子组是从册20抓世纪焦80痕年代胃中后扑期开哭始发时展的。最早沙的功渡能高降分子挑可追馅述到博19阶35循年离子片交换商树脂的发围明。20茶世纪愚50蜜年代饰，美风国人吨开发包了感光烧高分烦子用于印刷滤工业疫，后桶来又脸发展帖到电鸽子工山业和挨微电自子工尤业。19尚57英年发饥现了聚乙冈烯基顾咔唑麻的光搅电导敌性，打泄破了多座年来惹认为敢高分读子材废料只陆能是描绝缘帽体的跌观念亦。19论66牺年l嗽it归tl毕e提晒出了超导灯高分里子模追型，预战计了革高分子符材料够超导捡和高在温超轧导的书可能哲性，从随后拳在1房诚97烧5年发现龄了聚扮氮化啄硫的兴超导俘性。19列93涉年，鸦俄罗翻斯科悲学家纯报道证了在苦经过酸长期蹄氧化棵的聚丙贷烯体助系中纠发现冤了室寄温超泄导体，这天是迄划今为窗止唯一报吃道的石超导沉性有垫机高体分子旨。20鲜世纪繁80栗年代巴，高分无子传坝感器任、人蓄工脏储器、锋高分子分赤离膜等技街术得饥到快梦速发湖展。19协91闲年发布现了尼龙压11咸的铁星电性，1剥99涛4年塑料谜柔性太阳亚能电距池在美咱国阿失尔贡原实验原室研迈制成乘功，届19称97闯年发现聚乙陆炔经鸣过掺煎杂具谅有金风属导奏电性，导岩致了聚苯胺、坑聚吡姐咯等一阿系列赶导电攻高分嚼子的扒问世两。这一此切多激反映脱了功绒能高欺分子狸日新疾月异莫的发宇展。其中唯从2坏0世竖纪5愿0年楚代发我展起崭来的光敏淘高分县子化学，露在光吹聚合粪、光近交联笼、光软降解裂、荧拘光以争及光树导机理的么研究疗方面外都取集得了绑重大蒙突破宰，特富别在咬过去迷20振多年中斗有了及飞快驾发展伪，并闭在工看业上暖得到白广泛熟应用挥。比如光敏将涂料抬、光闸致抗袋蚀剂绍、光件稳定笛剂、畏光可俘降解刚材料、坚光刻园胶、是感光徐性树董脂、蛇以及房诚光致乎发光希和光剪致变色高仍分子岔材料都已缩慧经工观业化芝。近年昆来高分该子非慕线性参光学报材料也取编得了蒸突破挎性的进展碍。反应被型高澡分子是在音有机技合成狱和生支物化抚学领胞域的重要铲成果浆，已葱经开顽发出什众多漆新型高分工子试跪剂和瓦高分子催竭化剂应用载到科蛾研和坛生产傻过程羽中，碗在提裕高合嘉成反应的教选择拾性、萄简化警工艺马过程雷以及君化工层过程道的绿纱色化方面帐做出妇了贡止献。幻玉更重静要的亭是由陕此发肉展而歌来的捞固相合成屑方法爽和固美定化脸酶技文术开获创了司有机考合成袋机械姐化、自动搬化、冰有机专反应糠定向饲化的邮新时碗代，议在分寇子生稻物学研究起方面很起到毛了关尿键性测作用献。电活境性高召分子陵材料的发妈展导咸致了导电线聚合么物，聚合效物电员解质掘，聚违合物颈电极的出寄现。沾此外超导别、电致发执光、掀电致护变色别聚合胞物也是丑近年第来的屑重要死研究裙成果，做其中本以电污致发浙光材赶料制支作的雾彩色裂显示针器已饼经被日本盏和美刑国公仇司研浇制成潮功，章有望们成为睛新一功代显汇示器件。骨此外塞众多你化学点传感盘器和掠分子郊电子用器件坊的发浑明也得益运于电之活性灵聚合革物和横修饰获电极阴技术缎的发食展。高分谦子分语离膜和材料与分速离技裕术的棵发展卖在复崇杂体系的俱分离沿技术蜻方面辅独辟队蹊径蛛，开呢辟了兰气体冷分离阻、苦咸水况脱盐场、液冬体消畜毒等汽快速笑、简忽便、诸低耗劣的新欲型分离替壳代技吉术，状也为欠电化本学工才业和衣医药棚工业伤提供毒了新型选寨择性社透过欠和缓框释材摔料。磁目前钱高分彻子分阿离膜垦在海水淡蜘化方