功能高分子材料

1、1、功能高分子材料2、高分子材料科学的历史回顾高分子概念始于2.0世纪2.0年代，但应用更早。 1839年，美国人Goodyear发明了硫化胶。 1855年，英国人Parks将硝酸纤维素和樟脑油混合制成了赛璐璐。 1889年，法国人De Chardonnet发明了人造丝。 1907年，酚醛树脂诞生了。 3，3，1920年，德意志人Staudinger发表了关于聚合的论文，提出了高分子概念，对聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构进行了预测。 1935年，Carothes发明了聚己二酰己二胺，1935年工业化。 在3.0年代，合成一系列烯烃类加聚物并使其工业化，并得到PVC(19271937

2、)、PVAc(1936 )、PMMA(19271931 )、PS(19341937 )、LDPE(1939 )。 进行自由基聚合。 4、高分子溶液理论创立于3.0年代，成功测定了高分子的分子量，Flory获得了诺贝尔奖。 在4.0年代，二战促进了高分子材料的发展，合成了许多重要的橡胶和塑料。 苯乙烯环氧丁烷橡胶(1937 )、丁二腈(1937 )、丁基橡胶(1940 )、有机氟材料(1943 )、ABS(1947 )、聚酯类化合物树脂(19401950 )。 在5.0年代，Ziegler和Natta发明了配位聚合催化剂，制备了高密度PE和有序的PP，并利用了低级烯烃。 5，5，1956年，美国

3、人Szwarc发明了活性阴离子型聚合，成为高分子结构设计的先驱。 从5.0年后期到六十年代，出现了大量高分子工程科学材料。 聚甲醛(1956 )、聚碳酸酯(1957 )、聚砜(1965 )、聚苯醚(1964 )、聚酰亚胺(1962 )。 在六十年代以后，特殊高分子和功能高分子得到了发展。 特殊高分子：高强度、耐高温、耐辐射、射频波绝缘、半导体等。 6、功能高分子：分离材料(络离子交换树脂、分离膜等)、导电性高分子、感光性高分子、高分子催化剂、高吸水性树脂、医疗用高分子、药用高分子、高分子液晶等。 自8.0年代以来，新的聚合方法和新结构的聚合物不断涌现和发展。 新的聚合方法：阳离子活性聚合、化学

4、基转移聚合、活性自由基聚合、等离子体聚合等新结构的聚合物：新的嵌段共多聚体、新的格拉夫共多聚体、星状聚合物、树枝状聚合物、超早午餐聚合物、含C60聚合物等。 7、高分子的发展方向：通用高分子的高性能化和高分子的多功能化，8、偏振光显微镜下的高分子液晶、功能高分子，9、鲨鱼皮泳衣、轻便赛车、1.0、波音757、AV8B风筝型飞机、1.1、电子发光学高分子、1.2、电子发光学高分子，1.3，随着时代的发展，人类与信息时代为了解决高速发展及其带来的能源、环境等一系列问题，需要采用高技术方法和手段生产新功能性产品，获得各种优异的综合性能。 近年来，新的功能材料陆续出现，取得了划时代的进展。 功能材料概

5、论、1.4、日本和欧美国家关注新功能材料的研究，是因为功能材料是能源、计算机、通讯、电子、激光等现代科学的基础，功能材料对未来的社会发展具有重要的战略意义。 1.5、1.0以来，功能材料已成为材料科学和工程科学领域最活跃的部分。 以每年5以上的速度增长，相当于每年产生1.25万种新材料。 未来的世界需要更多的性能优秀的功能材料，功能材料已经渗透到现代生活的所有领域。 1.6、一、功能材料的概念功能材料是指在光、电、磁、热、化学、生化等作用下具有特定功能的材料。 在国外，这种材料通常被称为功能材料、特殊材料、精细材料等。 功能材料的概念和分类、1.7、功能材料面广，具体包括光、电功能、磁功能、分

6、离功能、形状记忆功能等。 这种材料相对于通常的结构材料，一般除了机械特性以外，还具有其他的功能特性。、1.8、材料的特定功能与材料的特定结构相关。 在导电性高分子情况下，一般具有长链共轭双键； 在金属结构中，由于弹性马氏体相变会产生记忆效应，因此出现形状记忆合金的压电陶瓷结晶需要极轴等。 1.9、功能高分子的特点1、用途特殊、专一性强2、品种多、用量少3、质量轻(与其他功能材料相比) 4、制造途径多、设计性强，2.0 2、功能材料的分类随着技术的发展和人的认识的扩大，新的功能材料正在开发，而且也有很多根据功能的不同，功能材料可以分类为以下4种。 2.1，(1)力学功能，主要是指功能强化材料和弹

7、性功能材料，如高结晶材料、超高强度材料等。2.2、(2)化学功能分离功能材料：分离膜、络离子交换树脂、高分子配合物； 反应功能材料； 例如，高分子试剂、高分子催化剂； 生物功能材料：固定化菌、生物反应器等。2.3、(3)物理化学功能电功能材料：超导体、导电性高分子等； 光学功能材料：光纤、感光性高分子等； 能量转化材料：压电材料、光电材料等。2.4、(4)生化功能医疗功能材料：人工肾脏、人工心肺、可降解医疗缝合线、骨钉、骨板等功能性药物：缓释高分子、药物活性高分子、高分子农药等生物降解材料，2.5、反应类型高分子，是有机合成和生化领域的重要成果，已开发许多新的高分子试剂和高分子催化剂应用于科研

8、生产过程，并提高合成反应的选择性更重要的是，这样发展的固相合成方法和固定化酶技术开辟了有机合成机械化、自动化、有机反应定向化的新时代，在分子生物学研究中发挥了重要作用。反应类型高分子材料、2.6、电活性高分子材料、电活性高分子材料的发展引起了导电性高分子、聚电解质、高分子电极的出现。 超导、电发光学、电致变色聚合物也是近年来的重要研究成果，其中由电发光学材料制成的彩色显视器已经在日本和美国公司研发，可望成为新一代显视器老虎钳。 同时，许多化学传感器和分子电子老虎钳的发明也依赖于电活性聚合物和修饰电极技术的发展。2.7、高分子分离膜材料、高分子分离膜材料和分离技术的发展在复杂体系的分离技术方面开

9、辟了自己的道路，开辟了瓦斯气体分离、苦咸水脱盐、液体消毒等迅速、简便、低消耗的新分离替代技术，为电化工和压电石英药工业提供了新的选择性透过缓和材料。 目前高分子分离膜在海水淡化方面已成为主角，具有生产1.8万吨/日纯水设备的能力。2.8、压电石英药用功能高分子材料、压电石英药用功能高分子是当今非常迅速发展的领域，高分子药物、高分子人工组织器官对给药、器官替代、整形外科和治疗范围的扩大作出了相当大的贡献。 2.9、光敏高分子化学在光聚合、光交联、光分解、荧光和光传导反应历程的研究中取得了很大的突破，特别是在过去的2.0多年中得到了迅速发展，在工业上得到了广泛应用。 例如，感光性涂料、负性光刻胶、

10、光稳定剂、光可降解材料、负性光刻胶、感光性树脂、光致发光和氟代高分子材料工业化。 近年来，高分子非线性光学材料也取得了划时代的进展。 感光性高分子材料、3.0、下图是材料表示功能的示意图。 功能设计的原理和方法，材料的功能表示过程是对材料输入能量，经过材料的运输和转换等过程，作为输出提供给外部。、3.1、功能材料根据其功能的显示过程分为一次功能材料和二次功能材料。3.2、材料输入的能量和材料输出的能量为同一形式时，材料作为能量传递手段发挥作用。 材料的这个功能叫做初级功能。 以一次功能为使用目的的材料也称为载体材料。 一次功能、3.3、一次功能主要有惯性、粘性、流变性、润滑性、成形性、超塑性、

11、恒弹性、高弹性、振动性、防振性8种。 音响功能：隔音性、吸音性等。 热功能：传热性、绝热性、吸热性、蓄热性等。 电气功能：导电性、超导性、绝缘性、电阻等。3.4、磁功能：硬磁性、软磁性、半硬磁性等。 光功能：蔽光性、透光性、折射性、反射光性、吸光性、偏振性、分光性、聚光性等。 化学功能：吸附作用、瓦斯气体吸收性、催化作用、生化反应、酶促反应等。 其他功能：辐射特性、电磁波特性等。 3.5、输入材料的能量和从材料输出的能量不同时，材料作为能量的转换零配件，将材料的这种功能称为二次功能或高级功能。 有些人认为这种材料是真正的功能材料。 二次功能，3.6，二次功能根据能量的转换系统，可以分为光能和其

12、他形式的能量的转换这4种电能和其他形式的能量的转换磁性能量和其他形式的能量的转换机械能量和其他形式的能量的转换。 3.7，如光合作用、光解反应、光化学反应、负性光刻胶、化学发光、光敏反应、光伸缩、光生伏特效应和光导电效应。 光能和其他形式的能量转换，如电磁效应、电阻发热效应、热电效应、光电效应、场致发光效应、电化学效应和电光效应等。 电能和其他形式的能量转换，3.9，磁性能和其他形式的能量转换，如磁光效应，热磁效应，磁制冷效应和磁转换效应等。4.0、机械能和其它形式的能量转换：如形状记忆效应、热弹性效应、机械化学效应、逆压电效应、电致伸缩、光电效应、声光效应、光弹性效应、磁致伸缩效应等。 4.

13、1、功能性高分子材料的制造，一般是指以物理或化学的方式结合功能化学基和聚合物骨架的过程。 功能性高分子材料的制造主要是功能性小分子固定在骨架材料上这三种基本类型的高分子材料的功能化。是现有功能性高分子材料的功能扩展。 2功能性高分子材料的制造方法、4.2、功能性小分子的高分子化(1)功能性小分子单体发生直接聚合反应(2)功能性小分子通过聚合包埋而与高分子材料结合、在4.3、优点生成的功能性高分子功能化学基分布均匀的高分子结构可以通过聚合机理预先设计产品的稳定性好的缺点， 需要在功能性小分子中导入聚合性化学基这种导入大多需要复杂的合成反应，但在反应中不损害本来的结构和功能，在应导入的功能化学基的

14、稳定性差时需要保护的情况下，有时在导入功能化学基后会影响单体聚合的活性，4.4，(1) 功能性小分子单体发生直接聚合反应是指在功能性小分子中导入聚合性化学基得到单体，然后进行均聚或共聚反应生成功能性聚合物这样的聚合性功能性单体中的聚合性化学基，一般为双键、羟基化学基、羧基化学基、氨基化学基、环氧化学基、酰氯化学基、聚合引发剂发生加聚反应反应、开环聚合反应、缩聚反应和氧化耦合反应。 4.5、亚克力分子具有双键和云同步具有活性羧基化学基。 是通过自由基的均聚或共聚可以形成多亚克力酸及其共多聚体，可以作为弱酸性络离子交换树脂、高吸水性树脂等应用，聚合具有功能性化学基的单体制造功能性高分子的简单例子。

15、除了4.6、单纯的链式聚合和逐步聚合以外，使用多种单体进行共聚反应制造功能高分子也是常见的方法。 特别是需要特罗尔聚合物中功能化学基的分布和密度时，或者需要调节聚合物的物理化学性质时，共聚可能是最有效的解决方案。 利用生成高分子的束缚作用，将功能性小分子以某种形式包埋固定在高分子材料中，从而制造功能性高分子材料。 聚合反应之前，在单体溶液中加入小分子功能化合物，在聚合过程中生成小分子的聚合物被包埋。 高分子药物、固定化酶的制备具有独特的优势。 (2)功能性小分子通过聚合包埋与高分子材料结合4.8，该方法得到的功能性高分子材料在聚合物骨架与小分子功能化合物之间没有化学键，固化作用是通过聚合物的包

16、络作用实现的。 用这种方法制造的功能性高分子类似于用混合法制造的高分子材料，但均匀性更好。 该方法的优点是方法简便、功能小的分子性质不受聚合物性质的影响，特别适用于酶催化剂等对环境敏感的材料的固化。 缺点是在使用中被包络的小分子功能化合物容易逐渐失去，特别是在膨润条件下使用时，固化酶催化剂的失活会变快。 4.9，例如维生素c在空气中容易被氧化变黄。 采用溶剂蒸发法研制出以乙基里肌肉、羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸盐等聚合物为外壳材料的维生素c微型胶囊，达到了延缓氧化黄的效果。 维生素c微型胶囊暴露在空气中，外观保持干燥状态，颜色变黄。 该维生素c微型胶囊在进入人体后2小时内完全溶解释放。 5.0，

17、2 .现有高分子材料的功能化，(1)利用化学反应将活性功能化学基引入聚合物骨架，(2)功能性小分子与聚合物共混，5.1，廉价通用材料，功能性化学基源丰富，具有机械、热、化学稳定性，选择材料特点，并利用5.2、化学反应将活性功能化学基引入聚合物骨架但这种小分子佩尔含氧酸的主要缺点是稳定性差，容易发生爆炸和故障，很难储藏。 反应后产生的羧酸也不容易去除，往往影响产品的纯度。 将其导入高分子骨架而形成的高分子佩尔含氧酸，其挥发性和溶解性降低，稳定性提高。5.3，如青霉素是一种对抗多种致病菌的广谱抗生素，应用十分普遍。 有容易吸收、效果快的特点，但也有排泄快的缺点。 利用青霉素结构中的羧基化学基、氨基

18、化学基和高分子反应，可以得到疗效长的高分子青霉素。 例如，用酰胺键结合青霉素和乙烯胺的共多聚体，可以得到水溶性的药物高分子，该高分子青霉素在人体内的停留时间为低分子青霉素的3040倍。 具有5.4、功能性化学基的小分子与高分子骨架的结合，该方法的优点是能够利用廉价的商品化聚合物，并保证了高分子材料选择得到的功能性高分子材料的机械性能。 主要通过小分子功能化合物和聚合物的混合复合来实现。5.5，如某酶催化剂的硬化、某金属和金属氧化物的硬化等。 与化学法相比，与聚合物共混制造功能性高分子的主要缺点是共混物不稳定，在使用条件下(如膨润、成膜等)，功能性聚合物容易因功能性小分子的流失而失去活性。、5.6、功能材料的发展现状、一、新型功能材料的国外发展现状、国际功能材料及其应用技术面临新的突破。 如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能量转化与储能材料、生态环境材料、生物医疗材料与材料分子、原子设计等已在日新月异的发展中，发展功能