功能高分子 第一章绪论

功能高分子(FunctionalPolymers)化学化工学院材料系聂康明教授1鲨鱼皮泳衣

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3内容概要功能高分子材料简介几种类型的高分子材料导电高分子可降解高分子高分子吸附剂高分子功能膜生物医用高分子4什么是功能高分子?

一般说来，利用其力学性能的高分子，称为一般高分子，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等；而利用力学性能以外性能的高分子，叫做功能高分子。功能高分子（FP,FunctionalPolymer）一般带有官能团，化学结构较复杂，因此，难以按化学结构来分类，一般按照其功能来分类。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。5按照功能来分类:1.化学功能离子交换树脂、螯合树脂、感光性树脂、氧化还原树脂、高分子试剂、高分子催化剂、高分子增感剂、分解性高分子等

2.物理功能导电性高分子（包括电子型导电高分子、高分子固态离子导体、高分子半导体）、高介电性高分子（包括高分子驻极体、高分子压电体）、高分子光电导体、高分子光生伏打材料、高分子显示材料、高分子光致变色材料等；63.复合功能高分子、高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子表面活性剂、高分子染料、高分子稳定剂、高分子相溶剂、高分子功能膜和高分子功能电极等4.生物、医用功能抗血栓、控制药物释放和生物活性等7按照功能特性通常可分成以下几类：（1）分离材料和化学功能材料（2）电磁功能高分子材料（3）光功能高分子材料（4）生物医用高分子材料从制造和结构的角度考虑：结构型功能高分子复合型功能高分子

8种类功能特性应用示例1.分离材料和化学功能高分子材料高分子分离膜和气液交换膜传质作用化工、制药、海水淡化、冶金离子交换树脂和交换膜离子交换作用化工、制药、水净化高分子催化剂和高分子固定酶催化作用化工、食品加工、生物工程高分子试剂反应性农药、医用、环保贮氢材料吸附作用化工、能源高吸水性材料吸附作用农业、纸制品2.电磁功能高分子材料导电高分子材料导电性防静电材料、屏蔽材料、固体电解质材料、面状发热体高分子半导体导电性电子技术和电子器件光导电材料光电效应电子照相、光电池、传感器压电高分子力电效应开关材料、仪器仪表测量材料机器人触感材料高分子磁性体导磁作用塑料磁石、磁性橡胶、中子吸收微型电机磁性记录材料磁性转换磁带、磁盘电致变色材料光电效应显示、记录9种类功能特性应用示例3.光功能高分子材料光致变色、显示和发光材料光色、光电效应自动调节光线明暗的太阳镜和窗玻璃等、显示、记录液晶高分子偏光效应显示、连接器荧光高分子材料光化学作用情报处理、荧光染料光降解高分子材料光化学环境保护光盘基板材料光学原理高密度记录和贮存信息4.生物医用高分子材料人工器官材料仿人体功能与替代人体脏器修补作用药物高分子药理作用治疗动脉硬化、抗血栓降解性缝合材料化学降解非永久性外科材料10导电高分子材料

2000年10月10日，瑞典皇家科学院宣布了2000年诺贝尔化学奖获得者，美国加利福尼亚大学的物理学家艾伦.J.黑格教授、美国宾夕法尼亚大学的化学家艾伦.G.马克迪亚米德教授和日本筑波大学的化学家白川英树教授，因为他们发现了导电塑料。掺杂聚乙炔11几种导电高分子的掺杂情况12复合型导电高分子材料是以有机高分子材料为基体,加入一定数量的导电物质(如炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。该类材料兼有高分子材料的易加工特性和金属的导电性。与金属相比较,导电性复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点。复合型导电高分子所采用的复合方法主要有两种:一种是将亲水性聚合物或结构型导电高分子与基体高分子进行共混；另一种则是将各种导电填料填充到基体高分子中。13应用：电磁波屏蔽随着各种商用和家用电子产品数量的迅速增加,电磁波干扰已成为一种新的社会公害，对电子仪器、设备进行电磁波屏蔽是极为重要的。直接使用混有导电高分子材料的塑料做外壳,因其成形与屏蔽一体，较其他方法,如使用太重又不方便的金属板作外壳、在塑料外壳上涂一层金属或含有碳粉、碳纤维的导电涂料、通过电镀金属将外壳覆盖等等更为方便。14微波吸收材料由于可以对导电高分子的厚度、密度和导电性进行调整,从而可以调整微波反射系数、吸收系数,其吸收系数可达105•cm-1。导电高分子作为微波吸收材料,其薄膜重量轻、柔性好,可作任何设备(包括飞机)的蒙皮。15隐身材料所谓隐身材料是指能够减少军事目标的雷达特征、红外特征、光电特征及目视特征的材料的总称。由于雷达是军事目标侦查的主要手段,所以雷达波吸收材料的研制是关键。自从导电聚合物的出现,其作为新型的雷达波吸收材料成为研究的热点。美国、日本、法国、印度及中国相继开展了导电聚合物雷达波吸收材料的研制,尤其是美国空军投资开发的高聚物雷达波吸收材料，为隐身战斗机和侦察机制造“灵巧蒙皮”的设想和计划奠定了基础，进一步刺激了导电聚合物雷达隐身技术的发展。16可降解高分子材料可降解高分子材料是指在使用后的特定环境条件下,在一些环境因素如光、氧、风、水、微生物、昆虫以及机械力等的作用下,使其化学结构在较短时间内发生明显变化,从而引起物性下降,最终成为可被环境所消纳的高分子材料。

17降解高分子生物降解淀粉添加剂天然大分子合成聚合物光降解添加光敏剂型化学合成氧化降解复合降解光生物双降解18(1)生物降解高分子

生物降解高分子材料是指在自然界微生物或人体及动物体内的组织细胞、酶和体液的作用下,可使其化学结构发生变化,致使分子量下降及性能发生变化的高分子材料。19

化学合成型生物降解高分子：该类生物降解高分子材料多是在分子结构中引入酯基结构的聚酯。工业化的有聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)。PLA在医学领域内被认为是最重要的可完全生物降解的高分子。由于制备工艺、成本的限制,该类材料的研究起步较晚,但越来越受到重视。由于可完全降解,所以应用前景较好,但是降解机理仍不完全清楚。20(2)光降解高分子

在制备塑料时,通过向塑料基体中加入光敏剂,使其在光照条件下可诱发光降解反应，此类塑料称为光降解塑料。光降解引发剂有很多种,包括过渡金属的各种化合物,如:卤化物、乙酰基丙酮酸盐、二硫代氨基甲酸盐、脂肪酸盐、羟基化合物、多核芳香族化合物、酯以及其它一些聚合物。

21高分子吸附剂吸附剂的分类：(1)非离子型高分子吸附剂非离子型吸附树脂主要是指在分子结构中不包含离子性基团，主要依靠分子间范德华力进行吸附的高分子树脂。它主要用在色谱分离中作为载体和固定相、环境保护中作为污染物富集材料、动植物中有效成分的分离提取与纯化过程中。非离子型高分子吸附剂品种较多，根据极性大小，可以分成非极性、弱极性、中等极性和强极性四种。按照聚合物骨架类型，可分成聚苯乙烯型、聚丙烯酸型等。22(2)金属阳离子配位型吸附剂金属阳离子配位型吸附剂又称为高分子螯合剂，是一类重要的功能高分子。其特征是高分子骨架上连接有能够对金属离子进行配位的螯合功能基，对多种金属离子具有选择性螯合作用，因此这类吸附树脂能够浓缩和富集各种金属离子。作为吸附剂使用的高分子螯合剂主要有两类：一类是合成型高分子螯合树脂；另一类是天然高分子螯合剂。23吸水性高分子吸附剂：高吸水性树脂的研究始于60年代，世界上最早开发的一种高吸水性树脂是淀粉-丙烯氰接枝共聚水解产物，即在淀粉上接枝丙烯氰然后水解而成。按原料组成分：改性的天然高分子（包括淀粉类和纤维素类）全人工合成的高分子（包括聚丙烯酸系树脂、聚丙烯氰系树脂、聚乙烯醇系树脂、聚环氧乙烷系树脂等）通常情况下，纤维素类高吸水性树脂的吸水能力比淀粉类树脂低，但是吸水速度快是其特点之一，在一些特殊情况下却是淀粉类树脂所不能取代的。24高