功能高分子材料的特殊.doc

功能高分子材料学号：0908010207 姓名：高敏一摘要： 功能高分子材料的特殊性：具有化学活性，光敏性，导电性，催化活性，生物相容性，药理性能，选择分类性，光、电、磁、生物活性、吸水性等特殊功能的聚合物材料。功能高分子材料表现处常规高分子材料所不具有的性能，主要与其化学组成，分子结构，聚合物的围观构像，聚集态和宏观形态有密切的联系。关键词：化学组成 分子结构 聚合物的围观构像 聚集态 宏观形态英文摘要：The particularity of functional polymer materials: with chemical activity, photosensitivity, electrical conductivity, catalytic activity, biocompatibility, pharmacological properties, selection sort sex, light, electricity, magnetic, biological activity, hydroscopicity and other special functional polymer materials. Functional polymer material performance common polymer materials do not have the performance of main and its chemical composition, molecular structure, polymer of the onlookers structure like, state of aggregation and macro morphology are closely linked keywords ：Chemical composition polymer molecular structure Polymer of the onlookers structure like state of aggregation Macroscopic form 二：1功能高分子材料的结构层次对材料的影响：功能高分子材料的结构可将功能高分子分为以下几个层次：1,功能高分子的元素组成2功能高分子材料的官能团组成3功能高分子材料的链结构的分子结构4功能高分子的微观构象和聚集状态5功能高分子材料的宏观构象。 功能高分子材料的各个结构的层次都有可能对功能高分子的功能产生影响。 我们知道大多数的聚合物对某些气体或液体都有一定的渗透的作用，这是因为聚合物的结构层次的不同，因为聚合物中存在不定性的区域和微孔结构，或者对渗透过去的物质有一定的溶解性，对渗透过去的分子做扩散运动而造成的，聚合物的半透性功能高分子在高分中起着重要的作用，例如：缓解释放药物的作用就是依靠聚合物的半透性 2。 2化学组成和官能团对功能的影响 功能高分子材料的功能首先体现在受元素的影响，如含有硅，氧元素的SiOSi结构的聚合物能够用做为医用高分子，具有螯合物功能的树脂的分子中通常的能够螯合配位的元素。功能高分子材料的功能更多地取决于材料的中具有特殊功能的功能基团（官能团），如羧基（COOH），羟基（OH),氨基（NH2)和醛基（CHO)等。由于同时存在官能团和高分子骨架，所以功能高分子的性能和功能既与分子结构的官能团的官能团有关，又与具有连接的承载功能官能团的聚合物骨架性质有关，既官能团所起的作用有时是其功能性的决定性因素，有时只起到辅助作用。一般分为以下四种：(1) 官能团的性质对材料的功能性起主要作用。(2) 官能团与聚合物骨架的协同作用决定了功能高分子的功能性。(3) 聚合物的骨架具有官能团的作用。(4) 官能团对功能高分子的功能性起辅助性。 功能高分子的官能团对其结构的影响有很多，如，由聚乙烯醇与肉桂酸的反应，可得到聚乙烯醇肉桂酸酯，它是典型的交联行的感光树脂，由于肉桂酸酰氯基在紫外线的作用下发生二聚反应，生成不溶性的产物，这种感光树脂的感光度与树脂的结构有很大的关系，特别与感光性官能团的种类有关，如聚乙烯醇肉桂酸酯的苯环上引入不同的取代基对感光度的影响可见下表：感光树脂感光度聚乙烯醇肉桂酸酯2.2聚乙烯醇氯代肉桂酸酯2.2聚乙烯醇硝基肉桂酸酯350聚乙烯醇叠氮苯甲酸酯4400 聚合物上的官能团不仅对它的功能起到决定性的作用，而且还影响聚合物的性质，例如，聚乙烯是不溶于水的，若在聚乙烯的主链上引入羧基，羟基，氨基团，既形成聚丙烯酸，聚乙烯醇和聚乙烯氨，这些聚合物均溶于水，是水溶性的聚合物。3微观结构对功能的影响： 功能分子的微观结构包括聚合物链的结构，分子结构，微观现象，超分子结构和聚集态等，他们在很大的程度上影响着功能高分子的物理化学性质，因而对功能的发挥起到影响。 通过学习可知，带有相同官能团的高分子化合物的物理化学性能不同于其小分子的类似物，这是高分子股价产生的影响，这种由于引入高分子骨架后产生性能差别被定义为高分子效应，高分子效应的产生原因既有高分子骨架的链段结构（包括化学机构，连接方式，几何异构，立体异构，链段分支异构，链段支段结构，交联结构和端机结构，如均聚物中的直链结构，在共聚物中还包括嵌段结构，无规共聚结构）以及分子量及其分布，又有分子构象和聚集态结构等，在功能高分子中表现突出的高分子效应有以下几种：（1） 物理效应 由于高分子的分子量大，分子间的力达达的增加使得材料的挥发性，溶解性，熔点和沸点都大大的下降，扩散的速度也随之降低，材料的机械强度会得到提高。（2） 支撑作用 在多数情况下功能高分子材料中的官能团是连接到高分子骨架上的，骨架的支撑作用对高分子材料的性质和功能可能产生重要的作用。（3） 模板效应 模板效应是利用高分子骨架的空间结构，包括其构型和构像，建立起局部空间环境，为有机合成建立一个类似于工业的过程中的模板作用，从而有利于选择合成乃至光学异构的合成。（4） 林伟效应 功能高分子材料中骨架上临近官能团结构的结构和集团种类对功能基的性能具体的明显的影响，这个想象成为骨架的临近效应。（5） 包络效应和半透性 多种聚合物对其气体或液体都存在一定的透过性，而对另外的物质则透过性很小，这种性质叫做半透性。（6） 其他作用 由于骨架的特殊性，它还会引起其他一些特殊的性质和功能。 具体例子如下：（一）石墨烯作为一种新兴的材料,因其特殊的二维网状结构而具有非常优异的力、热、光、电性能,发展前景十分广阔。化学剥离的方法是制备大量低成本石墨烯的有效手段。如何对石墨烯的形态进行有效控制,是目前研究工作的难点。我们通过控制石墨烯的来源,制备出了不同形貌结构的石墨烯,并对其电化学性质进行了表征。此外,以往研究石墨烯在锂离子电池中的行为时,不可避免要通过压片的方法制备负极材料,虽然这种方法得到的石墨烯表现出了很好的电化学性能,但这仍然只是石墨烯团聚体的性质。为了表征石墨烯的本征容量,我们通过向石墨烯片层中掺杂惰性物质的方法来使石墨烯在压片后依然维持单层的结构,进一步通过测量计算得到了石墨烯的理论容量。 本文以天然石墨、纳米石墨以及两种不同粒径的中间相沥青炭微球FMGP、MGP为原料,通过化学氧化高温热膨胀还原的方法制备石墨烯。通过SEM、TEM、XRD分别表征了原料和石墨烯的形貌结构,并进行了充放电测试、循环伏安、交流阻抗来表征石墨烯微观结构对电化学性能的影响。研究发现,球状原料制成的石墨烯的团聚形式以手风琴状、书页状为主,片状原料制得的石墨烯则以絮状团聚体居多。石墨烯的可逆容量、库伦效率、循环性能、储锂能力以及动力学性能等与石墨烯的层间距、有序度、片层大小有很大关系。层间距大,有序度低的石墨烯可逆容量较高,储锂能力强,其中,NanoG45可逆容量最高,为446mAh/g,比最低的NG45高23.3%,而NG45循环稳定性较好,从第四次以后库伦效率就可达到90%以上,这与它具有较大的SP2域有关。原料的形状、粒径决定着所得石墨烯的形貌和微观结构,这些因素共同作用影响石墨烯的电化学性能。 通过混合纳米铜粉分散石墨烯,制备了Cu/C复合材料。当铜粉添加量达到石墨烯质量的500倍时,复合材料中的石墨烯就被分散成了单片层。我们估算出石墨烯的理论比容量736mAh/g,大约是石墨的两倍。（二）YJH材料性能及其对混凝土微观结构的影，为研究YJH渗透结晶材料性能及其对混凝土微观结构的影响,通过在混凝土表面使用不同涂料用量及养护不同时间,分析测试了不同涂层试件的抗渗性能和自修复性能,并通过SEM研究了YJH渗透结晶型材料对水泥砂浆试件微观结构的影响.结果表明:防水涂层可通过催化作用促使未水化的水泥再产生新的晶体,堵塞砂浆孔隙,提高水泥混凝土的抗渗性能,并赋予其自修复功能;当涂料用量为1 kg/m2时,可使水泥混凝土基体的28 d抗渗性能由0.4 MPa提高到1.4 MPa,二次抗渗仍可达到1.2 MPa。 4宏观结构对其功能的影响：功能高分子的宏观影响对其功能的发挥产生很重要的影响。宏观结构包括聚合物的形态，如粉末，颗粒或球形，模结构或块状的结构等，更细微的表面的粗糙度，微孔的数目和形态以及空隙率等。 聚合物的形态以及含有孔的结构总体常用比表面积，孔隙率，空希积，和平均孔径等参数表示在吸附，离子交换，多项等过程中都是重要的，很大的程度上影响了高分子的吸附作用，高分子试剂，高分子催化剂等功能高分子的使用性能，也考察高分子的功能的重要的参数 3。 溶胀性聚合物在宏观上用溶胀度表示，而溶胀度又与聚合物的微观结构如链的组成和结构有关，既与聚合物的表观密度，骨架密度和溶剂的密度有关，溶胀性是高吸水性的树脂，高分子性能和高分子实际的重要的性质之一。除了像以上进行分析外还可以从不同的方向上进行研究功能高分子功能与其结够之间的关系，聚合物的结构，包括功能基团，高分子链的组成，和结构以及高分子链的聚集态决定了高分子的功能，或对功能有很大的影响，所以聚合结构是功能高分子的一个重要的研究课题。官能团的性质对其起着决定性的作用，高分子的结构组成与功能也起着主要的作用，高分子除了功能团的支撑外，它本身可能具有功能，例如，主链液晶高分子29，液晶基元在高分子的主链上，对它的液晶性起着决定性的作用，为了使它显示液晶性，还必须在苯环上接柔性侧链，又如，抗癌药物三十起药效的是5-氟尿嘧啶，它接在高分子的主链上。 高分子的化学结构影响了高分子链的物理性质从而影响了高分子的功能，如，刚性即是接有液晶基元也不会显示液晶性，聚合物31没有液晶性，因为甲基丙烯酸甲酯阻碍液晶基元的取向，如该液晶基元接在柔性较高的聚硅氧烷或聚醚主链上，则显示出液晶性。还有高分子骨架与高分子链效应，高分子骨架的机械支撑作用，聚合物的无力效应高分子骨架的临位效应，高分子骨架的模板效应，聚合物的半透性和