《功能高分子材料》课件

1、 指既有指既有传统传统高分子材料的高分子材料的机械性机械性能能，又有某些，又有某些特殊功能特殊功能的高分子材料。的高分子材料。功能高分子材料功能高分子材料2几种功能高分子材料的种类几种功能高分子材料的种类功能高分子材料功能高分子材料一一. .高吸水性材料高吸水性材料二二. .高分子分离膜高分子分离膜四四.复合材料复合材料三三. .医用高分子材料医用高分子材料五五. .高分子材料的发展趋势高分子材料的发展趋势 探寻功能高分子材料时应考虑的问题：探寻功能高分子材料时应考虑的问题：(1).(1).具有什么样的主链？具有什么样的主链？(2).(2).具有什么样的功能基？具有什么样的功能基？(3).(3

2、).不断修正。不断修正。单体单体官能团官能团一一. .高吸水性材料高吸水性材料 亲水性高聚物亲水性高聚物（分子链带有许多亲水原子团）（分子链带有许多亲水原子团）邓小平邓小平美国美国时代周刊时代周刊这份杂志在全美乃至全球都很有影响力。这份杂志在全美乃至全球都很有影响力。时代周刊评出20世纪最伟大的100项发明，其中“尿不湿” 榜上有名 为什么为什么“尿不湿尿不湿” 能评为能评为2020世纪最伟大世纪最伟大的的100100项发明呢！最初项发明呢！最初是为谁专门设计的呢？是为谁专门设计的呢？美国在上世纪六十年代初，航天事业崛起，如美国在上世纪六十年代初，航天事业崛起，如何解决何解决宇航员的排尿问题迫

3、在眉睫宇航员的排尿问题迫在眉睫，华人，华人唐鑫唐鑫源源成为成为“尿不湿尿不湿”的发明人，后来他被誉为美的发明人，后来他被誉为美国国“太空服之父太空服之父”。美国从美国从19591959起甄选的起甄选的7 7位宇航员合影位宇航员合影“神舟5号”、 “神舟6号”等上天的三位航天员先后也都使用了“尿不湿” 航天员专用航天员专用“尿不湿尿不湿”1 1克克能吸收能吸收约约10001000克水克水 ，吸水性远强于一般婴儿使用的吸水性远强于一般婴儿使用的“尿不湿尿不湿” ” “ “尿不湿尿不湿”是航天产品是航天产品“下凡下凡”的成功典范！的成功典范！现在不仅是婴幼儿使用，还有供特殊成人使现在不仅是婴幼儿使用

4、，还有供特殊成人使用的，更有趣的是有些宠物也系上了用的，更有趣的是有些宠物也系上了“尿不尿不湿湿”出门溜达，以保护公共卫生出门溜达，以保护公共卫生。 “尿不湿尿不湿”起作用的物质是一种起作用的物质是一种功能功能高分子高分子材料，具有材料，具有很强的吸水能力很强的吸水能力。它所。它所用的材料是用的材料是高吸水性树脂高吸水性树脂（常用网状结构（常用网状结构的聚丙烯酸钠的聚丙烯酸钠 ）聚丙烯酸钠如何合成？聚丙烯酸钠如何合成？思考：如何思考：如何以带有强亲水性原子团的化合物以带有强亲水性原子团的化合物CHCH2 2=CHCOOH=CHCOOH制得网状聚丙烯酸钠？制得网状聚丙烯酸钠？加交联剂的目的是什么

5、？加交联剂的目的是什么？ 高吸水性树脂加交联剂的目的是高吸水性树脂加交联剂的目的是变支链型变支链型结构为结构为体型结构体型结构，使其，使其既有吸水性而又不溶于既有吸水性而又不溶于水，水， 耐挤压耐挤压。如如旱地种植旱地种植、改良土壤改良土壤、改造沙漠改造沙漠等。等。强吸水能力的功能高分子材料除了用于强吸水能力的功能高分子材料除了用于 “ “尿不尿不湿湿”，还有哪些用途？，还有哪些用途？ 保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材料。无毒无害，反复吸水、释水料。无毒无害，反复吸水、释水 “ “微型微型水库水库”。同时，它还能吸收肥料、农药、并同时，它还能吸收肥料

6、、农药、并缓慢释放，增加肥效、药效。高吸水性树脂缓慢释放，增加肥效、药效。高吸水性树脂广泛用于农业、林业、园艺、建筑等。广泛用于农业、林业、园艺、建筑等。 吸水性高分子制法吸水性高分子制法(2).(2).以带有强亲水基的化合物为单体，均聚以带有强亲水基的化合物为单体，均聚或共聚得到亲水性高聚物或共聚得到亲水性高聚物如聚丙烯酸钠如聚丙烯酸钠（同时加入交联剂）（同时加入交联剂） 。 (1).(1).对天然吸水性高分子材料（淀粉、纤维对天然吸水性高分子材料（淀粉、纤维素）进行改性素）进行改性，在它们的高分子链上再接上，在它们的高分子链上再接上含强亲水性原子团的支链，形成接枝共聚物含强亲水性原子团的支

7、链，形成接枝共聚物( (如与丙烯酸钠共聚如与丙烯酸钠共聚) )纤维素的结构简式纤维素的结构简式 传统吸水性的材料棉花为何有一定的吸水性？传统吸水性的材料棉花为何有一定的吸水性？ 发现其每个链节上都有发现其每个链节上都有OHOH，它是一种亲水基，它是一种亲水基 传统吸水性材料传统吸水性材料吸水性高分子材料吸水性高分子材料种类种类吸水性吸水性保水性保水性结论结论用途用途 纸、棉布（纤维素）纸、棉布（纤维素）动物胶、海绵、泡沫塑料动物胶、海绵、泡沫塑料聚丙烯酸钠等聚丙烯酸钠等吸收与自身等量吸收与自身等量或最多几十倍的水或最多几十倍的水吸收相当于自身几吸收相当于自身几百倍到几千倍的水百倍到几千倍的水遭

8、受外力易挤出水遭受外力易挤出水遭受外力不挤出水遭受外力不挤出水良好吸水性良好吸水性优异吸水性优异吸水性 保水性保水性十分有限十分有限惊人效益惊人效益具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜能让某些物质能让某些物质有选择地通过有选择地通过，而把另外一些物，而把另外一些物质分离掉质分离掉二二. .高分子分离膜高分子分离膜. .组成组成. .特点特点. .应用应用生活用水、工业废水等废液的处理；海生活用水、工业废水等废液的处理；海水、苦咸水的淡化；水、苦咸水的淡化； 浓缩天然果汁、乳制品浓缩天然果汁、乳制品加工、酿酒、各种能源的转换加工、酿酒、各种能源的转换(传感

9、膜、热电传感膜、热电膜膜) 具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜，它的膜，它的特点是能让某些物质有选择地通过，特点是能让某些物质有选择地通过，而把另外一些物质分离掉。而把另外一些物质分离掉。 能从海水中分离出淡水的逆渗透膜已达到大能从海水中分离出淡水的逆渗透膜已达到大规模使用的阶段规模使用的阶段，它也是一种半透膜，只让水分，它也是一种半透膜，只让水分子通过，而使含盐的低分子溶质几乎不能通过，子通过，而使含盐的低分子溶质几乎不能通过，施加一定的压力后，就能使水加速挤出。采用不施加一定的压力后，就能使水加速挤出。采用不同结构的逆渗透膜就可以获得工业锅炉水、饮料

10、同结构的逆渗透膜就可以获得工业锅炉水、饮料水、无菌水、去离子水、洗涤半导体的超纯水等。水、无菌水、去离子水、洗涤半导体的超纯水等。在非洲一些缺水地区建立起不少海水淡化装置。在非洲一些缺水地区建立起不少海水淡化装置。一种一种PEC1000PEC1000的海水淡化装置对海水如加压的海水淡化装置对海水如加压 40407070公斤公斤/ /平方厘米，就可以得到平方厘米，就可以得到16162020的的淡水。淡水。建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界上最大的海水淡化厂，日供应淡水上最大的海水淡化厂，日供应淡水1200012000吨，主要吨，主要使用使用醋酸纤维素醋酸纤维

11、素分离膜装置。分离膜装置。 分离膜具有神奇的魔术师般的本领分离膜具有神奇的魔术师般的本领，从下面，从下面的实验中不难领会。将一瓶含的实验中不难领会。将一瓶含酒精酒精4.5的普通啤的普通啤酒用水稀释成两瓶，然后倒入玻璃容器内，只要酒用水稀释成两瓶，然后倒入玻璃容器内，只要将这种溶液通过薄薄的一层分离膜，就能够在几将这种溶液通过薄薄的一层分离膜，就能够在几分钟内提取出酒精浓度达分钟内提取出酒精浓度达 93的乙醇的乙醇。这种乙醇。这种乙醇用一根火柴就能点燃。这个实验中在分离膜的表用一根火柴就能点燃。这个实验中在分离膜的表面施加了高频电场，促使乙醇溶解、扩散、和水面施加了高频电场，促使乙醇溶解、扩散、

12、和水分离，所耗电能仅为蒸馏法的十分之一。在过去分离，所耗电能仅为蒸馏法的十分之一。在过去要从液体中分离另一种液体，只能使用蒸馏法。要从液体中分离另一种液体，只能使用蒸馏法。三三. .医用高分子材料医用高分子材料具有优异的具有优异的_，较少受到，较少受到_，可以满足人工器官对材料的苛刻要求。可以满足人工器官对材料的苛刻要求。如：人造心脏、人造关节、人造鼻等。如：人造心脏、人造关节、人造鼻等。生物相容性生物相容性排斥排斥相容性、亲和性、排异性、机械性相容性、亲和性、排异性、机械性 上世纪上世纪7070年代发展起来的亲水隐形眼镜年代发展起来的亲水隐形眼镜具有特点：具有特点：吸收相当于自重吸收相当于自

13、重80%80%水，才变得柔水，才变得柔软、透气、舒适、戴时长软、透气、舒适、戴时长 制备隐形眼镜所用的原制备隐形眼镜所用的原料主要是料主要是丙烯酸羟乙酯丙烯酸羟乙酯（CHCH2 2=CHCOOCH=CHCOOCH2 2CHCH2 2OHOH） 人造关节人造关节人人造造皮皮肤肤人造血管人造血管一张柔软的纸，白中透出微一张柔软的纸，白中透出微黄，这张不起眼的黄，这张不起眼的“白纸白纸”就是填补国内空白的高科技就是填补国内空白的高科技“人造皮肤人造皮肤”。这种这种“人造人造皮肤皮肤”能帮助伤口尽快恢复。能帮助伤口尽快恢复。比如烧烫伤，把水泡的水放比如烧烫伤，把水泡的水放出，用药清洗后，将出，用药清洗

14、后，将“人造人造皮肤皮肤”敷贴在伤口上，很快敷贴在伤口上，很快“人造皮肤人造皮肤”就和人的身体就和人的身体长在一起，成了真的皮肤。长在一起，成了真的皮肤。人造心脏人造心脏硅聚合物和聚氨酯硅聚合物和聚氨酯人造肾脏人造肾脏人工膀胱人工膀胱人造膝关节人造膝关节十年后十年后的某一天，的某一天，一位老人一位老人被告之他的被告之他的心脏正在急速衰竭，需要更换左心室。主治心脏正在急速衰竭，需要更换左心室。主治医师将他健康的心脏细胞组织切片送到一家医师将他健康的心脏细胞组织切片送到一家组织实验室，即组织实验室，即人造器官工厂人造器官工厂。研究人员利。研究人员利用组织切片和特殊聚合物制造出代用的左心用组织切片和

15、特殊聚合物制造出代用的左心室。三个月后，代用左心室被冷冻、包装并室。三个月后，代用左心室被冷冻、包装并送往医院。医生将代用品换到老人的心脏内。送往医院。医生将代用品换到老人的心脏内。由于代用品相当于老人自己的器官，手术之由于代用品相当于老人自己的器官，手术之后自然不会发生任何排斥反应，后自然不会发生任何排斥反应，老人的生命老人的生命因此而得到延续。因此而得到延续。人体器官商店人体器官商店四四. .复合材料复合材料1 1涵义：涵义：指两种或两种以上材料组合成的一种新型指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。其中一种做为材料。其中一种做为_，另外材料做，另外材料做为为_。具有具有_ _等等优异性

16、能，在综合性能上超过了单一材料。优异性能，在综合性能上超过了单一材料。2 2性能：性能：基体基体增强剂增强剂强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀复合材料玻璃钢复合材料玻璃钢玻玻 璃璃 钢钢 游游 艇艇玻璃钢冷却塔玻璃钢冷却塔玻璃钢产品在化工、石油、建筑、体育、国防、航空航天工业包玻璃钢产品在化工、石油、建筑、体育、国防、航空航天工业包括神州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用括神州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用 碳纤维复合材料，它具有强度高、耐疲劳、碳纤维复合材料，它具有强度高、耐疲劳、重量轻等优点，重量轻等优点，主要以聚丙烯腈为原料，也可用主要以聚丙烯腈为原

17、料，也可用人造丝、石油沥青或煤沥青为原料。人造丝、石油沥青或煤沥青为原料。复合材料复合材料碳纤维碳纤维 碳纤维是一种纤维状碳材料。碳纤维是一种纤维状碳材料。它是它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。学性能的新型材料。 目前，人们还不能直接目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）做原料，将等）做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在稀有气体的气氛中，在一定压强一起，放在稀有气体的气氛中，在一定压强下强热炭化而成下强热炭化而成，而碳纤维