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功能高分子材料简介 反应工程5班仲卫成4011010128 主要内容 一功能高分子材料简介1具有选择分离功能的高分子材料2光敏功能高分子3导电高分子和电活性高分子4高吸水性高分子5生物医药用高分子6反应性功能高分子7高分子液晶8智能高分子材料9其他功能高分子材料二功能高分子材料的发展与展望1功能高分子材料发展的背景2功能高分子材料的发展历程与展望 1具有选择分离功能的高分子材料这类功能高分子材料发展最早 也发展最快 离子交换树脂是其中最早的品种 于20世纪30年代开始发展 60年代出现了离子交换膜 70年代问世了分离功能膜 80年代发展了高分子吸附剂和生物分离介质 分离功能高分子材料的出现适应了治理环境和高科技发展的迫切需要 离子交换树脂是带有官能团 有交换离子的活性基团 具有网状结构 不溶性的高分子化合物 通常是球形颗粒物 根据键合到高分子骨架上的离子基团的性质不同 离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类 高分子分离膜是以天然的或合成的高分子为基材 经过特殊制备的膜材料 根据膜结构和分离机理的不同 可分为微滤膜 超滤膜 反渗透膜 透析膜 气体分离膜 离子交换膜 渗透蒸汽膜和液膜等 高分子吸附剂又称吸附树脂 可对药物进行提取 分离和脱色 对工业废水进行分离净化 生物分离介质则是生命科学研究中不可缺少的材料 如用于分离干扰素等 2光敏功能高分子又称为光敏高分子 光功能高分子 感光 photosensitiveresin 树脂 是指分子中的官能团能吸收光能 并在光的作用下能够发生某些化学或物理变化 从而导致材料的物理性质和化学性质变化的高分子材料 根据高分子材料发生变化的性质划分为光能转换用材料 光刻用光敏树脂和光敏涂料 光致变色聚合物材料以及光导电高分子材料等 1 光能转换用材料这些材料在光能转换过程中能够直接参与光能吸收 储存和转换过程 用于光能转换 2 光刻用光敏树脂和光敏涂料光刻胶是一种在光照射下可以发生光分解或光交联反应的高分子材料 反应后溶解性能发生较大变化 对于待定溶 从不溶性变为可溶性 光分解反应 或者从可溶性变为不溶性 光交联反应 光刻胶是大规模集成电路 印刷电路板和激光制版技术中的关键材料 可以发生光聚合反应的光敏高分子材料还是光固化涂料中的主要成分 采用光固化涂料可以减少溶剂的使用量 保护环境 3 光致变色聚合物材料这种高分子材料在光照条件下聚合物内部结构发生变化 因此聚合物对光的最大吸收波长发生变化 产生颜色改变 这种材料可用于变色太阳镜 智能窗等需要在光照下改变颜色的器件生产 4 光导电高分子材料光导电高分子材料是指那些在无光照下材料基本上是绝缘的 而当被光照射后其导电能力大幅度提高 引起导电能力大幅度提高的原因是光照激发过程大量产生电子型载流子 光导电功能高分子根据其结构主要可以分成这样几类 线性共轭导电高分子 含有待定金属络合物结构的高分子 含有大芳香杂环结构的聚合物等 除了上述光敏高分子材料之外 比较重要的光敏高分子材料还包括非线性高分子材料 光 力学性质高分子材料和高分子光稳定剂等 3导电高分子和电活性高分子导电高分子材料是一类具有导电功能 包括半导电性 金属导电性和超导电性 电导率在10s m以上的聚合物材料 导电高分子材料具有良好的导电性和电化学可逆性 可用作充电电池的电极材料 高分子导电材料通常分为复合型和结构型两大类 复合型高分子导电材料 由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复合 表面复合或层积复合等方式而制得 主要品种有导电塑料 导电橡胶 导电纤维织物 导电涂料 导电胶粘剂以及透明导电薄膜等 结构型高分子导电材料 是指高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子材料 根据电导率的大小又可分为高分子半导体 高分子金属和高分子超导体 按照导电机理可分为电子导电高分子材料和离子导电高分子材料 电子导电高分子材料的结构特点是具有线型或面型大共轭体系 在热或光的作用下通过共轭 电子的活化而进行导电 电导率一般在半导体的范围 电活性高分子也叫电活性聚合物 通常是指在电参量 电压 电流等 作用下材料能够作出反应 产生各种物理或化学变化或者对各种外界条件变化作出不同反应 产生电信号的聚合物 比较常见的包括导电聚合物 光导聚合物 电显色高分子材料 高分子驻极体 高分子压电体 高分子热电体和高分子光电转换材料等 电活性高分子材料具有极为广泛的开发应用前景 并且已经作为主要材料用于制备各种敏感器件 静电复印设备 防静电和防电磁波材料 扬声器和麦克风等换能器件 电显示器和各种特殊电极等 4高吸水性高分子高吸水性树脂是于20世纪60年代末首先由美国农业部开发的功能高分子材料 高吸水性树脂是利用树脂结构的吸水性和交联结构的不溶性 以及结构中所含同种离子的相斥性 使树脂很容易大量吸收水分形成凝胶 他们的特点是具有非常高的吸水性和优异的保水性 通常吸水量可达自重的200 2000倍 据报道目前已可达自重5000倍的水平 而且在一般受压条件下 所吸的水不会被挤出来 若烘干后可再吸水 反复使用 其吸水性能主要与树脂结构的亲水性基团和交联程度等因素有关 高吸水性高分子最大的用途是一次性个人卫生用品 比如小孩儿尿布 成人安全内裤和卫生巾 高吸水性高分子也可用于阻止水或地下电力通信电缆 园艺保水剂 以及废物的泄漏控制水的渗透液 以及电影或者舞台剧中人工造雪 5生物医药用高分子生物医用材料是指具有特殊性能 特殊功能 用于人工器官外科修复 理疗康复 诊断 检查 治疗疾患等医疗 保健领域 而对人体组织 血液不致产生不良影响的材料 生物医用高分子材料是生物医用材料的一个重要组成部分 是一类用于诊断 治疗和器官修复与再生的材料 具有延长病人生命 提高病人生存质量的作用 是材料科学 化学 生命科学和医学交叉的发展领域 其研究与开发既有重大的社会需求 也有重大的经济需求 高性能医用高分子材料和器械是现代医学各种诊断和治疗技术赖以存在的基础 并不断推动各种新诊断和治疗手段的出现 生物医用高分子包括医用高分子和药用高分子两大类 医用高分子材料大致可分为机体外使用与机体内使用两大类 机体外用的材料主要是制备医疗用品 如输液袋 输液管 注射器等 由于这些高分子材料成本低 使用方便 现已大量使用 机体内用材料又可分为外科用和内科用两类 外科方面有人工器官 医用黏合剂 整形材料等 内科用的主要是高分子药物 所谓高分子药物 就是具有药效的低分子与高分子载体相结合的药物 它具有长效 稳定的特点 6反应性功能高分子反应性功能高分子是指具有具有化学活性 能够参与或促进化学反应进行的高分子材料 主要包括高分子试剂和高分子催化剂 1 高分子试剂聚合物主链或侧链上连接有具有反应活性的功能基团 或以聚合物作为载体负载有低分子试剂 于适当的溶剂中能与可溶性试剂进行化学反应的一类高分子化合物 这类化合物多数具有交联结构 是不溶性的 因此 利用高分子试剂进行的化学合成在非均相体系中进行 一般称为固相合成 试剂的制备可以有两条途径 一是将低分子试剂通过功能基反应以共价键结合到预先选定的聚合物上 或通过物理吸附 包埋等方式固定在聚合物的网状结构内 二是由带有特定功能基的单体聚合而成 高分子试剂可用于许多合成反应 如氧化 还原 卤化 酰化 亲核取代等 此外 许多高分子药物 高分子除草剂 高分子杀虫剂 高分子抗氧剂 高分子紫外光稳定剂 离子交换树脂 氧化还原树脂 离子络合聚合物等等也都属于高分子试剂的范畴 2 高分子催化剂高分子催化剂是一种对化学反应具有催化作用的高分子 生物体内的酶就是一种高活性 高选择性的天然高分子催化剂 目前开发应用的合成高分子催化剂主要有离子交换树脂型催化剂和高分子金属催化剂两类 多以有机或无机高分子为骨架 在骨架上连有各种具有催化作用的功能基团 这类催化剂不仅具有很高的活性和选择性 而且比较稳定 分离 回收方便 可以重复使用 有的还具有光学活性等特殊的机能 目前已应用到各种有机反应 有机合成及某些高分子合成反应中 7高分子液晶高分子液晶是指在一定条件下能以液晶形态存在的高分子 与其他高分子相比 具有液晶相所特有的分子取向序和位置序 与小分子液晶相比 又有高分子量和高分子的特性 高分子液晶在工程材料 非线性光学材料 记忆存储材料 色谱固定相和电显示装置等开发方面有广阔应用前景 利用高分子液晶独特的热敏性 化学试剂敏感性和光敏感性 可用来制作十分灵敏的温度计 痕量元素检测器和光电显示器等 8智能高分子材料智能材料的概念起源于20世纪80年代 是一类对环境具有可感知 可响应 并具有功能发现能力的新材料 智能高分子材料又称智能聚合物 机敏性聚合物 刺激响应型聚合物 环境敏感型聚合物 是一种能感觉周围环境变化 并且针对环境的变化采取相应对策的高分子材料 智能高分子材料是通过分子设计和有机合成的方法使有机材料本身具有生物所赋予的高级功能 如自修复与自增值能力 认识与鉴别能力 刺激相应与环境应变能力等 智能高分子材料的研究涉及到众多的基础理论研究 如信息 电子 生命科学 海洋科学等领域 不少成果已在高科技 高附加值产业中得到应用 已成为高分子材料重要发展方向之一 目前智能高分子材料研究的内容主要集中在以下几个方面 1 智能高分子凝胶 2 形状记忆高分子材料 3 智能织物 4 智能高分子膜 5 智能高分子复合材料 6 智能药物释放体系 7 高分子电流变流体 8 生物材料的仿生化 智能化 9其他功能高分子材料发展功能功能高分子材料所涵盖的范围非常广泛 还有许多属于这一范畴的功能高分子材料 如 1 高分子压电体和高分子热电体 2 阻燃性高分子材料 3 具有减阻功能的高分子 4 高分子表面活性剂 5 高分子除草剂 6 高分子染料 7 高分子食品添加剂 8 二功能高分子材料的发展与展望1功能高分子材料发展的背景功能高分子材料是一门非常年轻的学科 它的发展主要基于两个重要的背景 经济发展的需要和科学技术发展的需要 1 经济发展对功能高分子材料的促进自从施道丁格建立大分子概念以来 高分子材料以惊人的速度得到发展 1935年美国学者卡罗泽斯发明了尼龙 66 并与1938年实现了工业化生产 1953年 齐格勒催化剂的问世使高密度聚乙烯在德国hochst公司实现工业化 20世纪60 70年代 高分子材料工业化已基本完善 解决了人们的衣着 日用品和工业材料等需求 然而 1973年和1978年的两次世界性的石油大危机 使原油价格猛涨 以石油为主要原料的 高分子材料成本呈直线上升 商品市场陷入极为困难的处境 在这样的经济背景下 迫使人们试图用同样的原材料 去制备价值更高的产品 功能高分子在这种外部条件促使下迅速的发展起来 2 科学技术发展对功能高分子材料的需求a新能源的要求b交通和宇航技术的要求c微电子技术的要求d生命科学的要求总之 功能高分子材料在国民经济建设和日常生活中将发挥越来越重要的作用 其发展前景不可估量 2功能高分子材料的发展历程与展望作为一门独立学科 功能高分子材料是一门全新的学科 功能高分子材料作为一门完整学科是从20世纪80年代中后期开始的 高分子材料的发展历史不足百年 按体积计 其世界年产量目前已经超过金属类 成为最重要的材料品种之一 高分子材料和复合材料在海 陆 空运输工具 商务和工业装置 医用材料 科学研究用特种装置 航天设备和仪器 体育