普通化学-功能性高分子材料(2015)

《普通化学》主讲：梅崇珍功能性高分子材料高分子化学高分子科学研究高分子化合物合成和反应。选择原料、确定路线、寻找引发剂、制定合成工艺等。研究聚合物的结构与性能的关系，为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导，是沟通合成与应用的桥梁。高分子物理高分子工程研究聚合物加工成型的原理与工艺。高分子化学发展简史天然高分子的直接利用改性天然高分子天然橡胶的硫化,硝化纤维的合成等淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等缩聚反应，自由基、配位、离子聚合等高分子合成高分子时代19世纪中期以前19世纪中期~20世纪早期20世纪21世纪解决途径：（1）延长使用寿命：减少废弃（2）回收利用：低性能应用；降解（3）自然降解：自然分解回归自然制约因素：

1、老化

2、高分子制品废弃后对环境的污染（白色污染、黑色污染）高分子聚合物性能

塑料——通用“四烯”：PE、PP、PVC、PS，即聚乙烯(PE)，聚氯乙烯(PV)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯树脂(PS)。橡胶——“四胶”：丁苯橡胶（SBR）、顺丁橡胶(BR)、异戊橡胶(IBR)、乙丙橡胶(EPR)。纤维——“四纶”：涤纶（PET）、腈纶(PAN)、维尼纶、锦纶（尼龙，PA）

。三大合成高分子材料根据性质和用途塑料纤维橡胶涂料胶黏剂功能高分子具有可逆形变的高弹性材料。纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100倍。涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和保护作用的聚合物材料能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料具有特殊功能与用途的精细高分子材料以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。高分子材料：常规高分子材料塑料橡胶纤维胶黏剂涂料常规高分子材料功能高分子材料隐形眼镜（聚甲基丙烯酸羟乙酯）发光材料导电橡胶光敏性高分子材料功能高分子也称为精细高分子或特种高分子，一般是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有特殊的物理功能和化学功能的高分子及其复合材料。这些物理功能和化学功能包括光敏性、导电性、能量转换性、磁性、选择分离性、化学反应活性、催化性、生物兼容性、药理性等。

功能高分子的定义1.用途特殊，专一性强2.品种多，用量不大3.质量轻（与其它功能材料相比）4.制备途径多，可设计性强功能高分子的特点按功能分：（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按用途分：（1）反应型高分子材料（2）光敏型高分子材料（3）电活性高分子材料（4）膜型高分子材料（5）吸附型高分子材料（6）高性能功能材料（7）高分子智能材料（8）医药用高分子材料功能高分子材料的分类导电高分子材料

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——掺杂聚乙炔导电功能高分子材料

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。

导电功能高分子材料结构型导电高分子：是指高分子材料本身或经少量掺杂后具有导电性的高分子物质,一般由电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子给体或受体掺杂后制得。

离子型导电高分子：通常又叫高分子固体电解质，其导电时的载流子主要是离子。

电子型导电高分子：指的是以共轭高分子为主体的导电高分子材料,导电时的载流子是电子(或空穴)，这类材料是目前世界上导电高分子材料研究开发的重点。导电功能高分子材料光导电高分子材料

物质在受到光照时，其电子导电载流子数目比热平衡时增多的现象称为光导电现象。可用在太阳能电池、全息照相、静电复印、信息记录等方面。导电机理：其导电包括三个过程，即光激发，载流子生成和载流子迁移。在受光照后，首先形成离子对（电子-孔穴对），离子对在电场作用下热解生成载流子。导电功能高分子材料导电高分子具有下列特点:(1)与金属相比,重量轻;(2)成型性好。用浇铸、模压等比较简易的方法就能使其纤维化、薄膜化，制成涂料,以及得到人们所需要的其他形状，而且易于加工成轻质的大面积的可挠性薄膜，以其大的面积/厚度比来补偿它的电导率较低的不足；(3)易于合成和进行分子设计、材料设计，从而能较好地满足科学技术对这类功能材料提出的各种要求；(4)原料来源广。

导电功能高分子材料生物、医用高分子

医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生的具有特殊功能的合成高分子材料,可以通过聚合等方法进行制备,是生物医用材料的重要组成之一。

医用功能高分子材料医用高分子材料的要求：(1)满足医学方面的要求。如人工血液的黏度和渗透压、人工皮肤的促进愈合作用、药物的控制释放作用等。(2)满足材料学方面的要求。如机械强度、透过性质等机械、物理和化学方面的要求。(3)满足生物学方面的要求。如血液相容性；组织相容性；生物惰性；可生物降解性。医用功能高分子材料人造心脏人造皮肤人造血管人造膝关节人造关节分离膜：是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。膜的形式可以是固态的，也可以是液态的。被膜分割的流体物质可以是液态的，也可以是气态的。膜在生产和研究中的使用技术被称为膜技术膜分离过程的推动力有浓度差、压力差和电位差等。功能高分子材料——高分子分离膜

膜分离过程可概述为以下三种形式：

①渗析式膜分离料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进入接受液中从而被分离出去。有渗析和电渗析等

②过滤式膜分离利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等；③液膜分离液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。高分子分离膜类型

膜分离过程没有相的变化(渗透蒸发膜除外)，常温下即可操作；由于避免了高温操作，所浓缩和富集物质的性质不容易发生变化，因此膜分离过程在食品、医药等行业使用具有独特