5 功能高分子.ppt

1、有希望的功能性聚合物、鲨鱼皮泳衣、光剑、波音757、AV8B绒面飞机、内容摘要、功能性高分子材料介绍多种类型高分子材料导电高分子吸附剂高分子功能膜生物聚合物，一般使用聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等机械性能的聚合物；使用机械性质以外的性质的聚合物称为功能聚合物。功能高分子(FP，Functional Polymer)一般具有官能团，化学结构复杂，难以按化学结构分类，一般按其功能分类。根据功能分类：1。化学功能，离子交换裴秀智，螯合裴秀智，光敏裴秀智，氧化还原裴秀智，聚合物试剂，聚合物催化剂，聚合物增敏剂，可降解聚合物等，3。根据功能特性，包括复合功能、聚合物、聚合物吸附剂、高分子絮凝剂、聚合物表面

2、活性剂、聚合物染料、聚合物稳定剂、聚合物相溶剂、聚合物功能膜和聚合物功能电极等，一般可分为以下类别：(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)生物医学高分子材料，从制造和结构角度考虑：结构功能高分子复合功能高分子，2000年10月10日瑞典皇家科学院，2000年诺贝尔化学奖获得者发表，美国加利福尼亚大学，在多种导电聚合物的掺杂情况下，复合导电高分子材料是以结合一定数量的导电材料(如炭黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属纤维、金属氧化物等)而制成的有机高分子材料为基础的。这种材料兼具高分子材料的可加工性和金属的导电性。与金属相比，导电复合材料具有加工性好、工艺简

3、单、耐蚀性好、电阻率调节范围大、价格低等优点。复合导电聚合物使用的复合方法主要有两种：亲水聚合物或结构导电聚合物与基体聚合物混合。另一种是将各种导电填料填充到矩阵聚合物中。炭黑是一种天然导电材料，体积电阻率约为0.1100cm-1。原料容易，导电性能持续时间长，并且可以大幅调整复合材料的电阻率(1108cm-1)。炭黑填充的复合导电聚合物是目前用途最广、使用最多的导电聚合物材料。金属纤维的填充量对导电性的影响类似于炭黑填充。但是纤维填充物接触的概率更大，所以当填充物几乎没有的时候，导电性更高。结构型导电聚合物是聚合物材料本身或少量掺杂具有导电性能的聚合物，通常由电子高度分散的共轭聚合物由适当的

4、电子共聚物或受体掺杂制造。离子导电聚合物一般也称为聚合物固体电解质，导电载体主要是离子。电子型导电聚合物是指以共轭聚合物为主体的导电高分子材料，导电电子是目前世界上导电高分子材料研发的重点电子(或孔)。导电聚合物由含有电子的共轭聚合物通过化学或电化学掺杂从绝缘体变成导体。(1)通过控制掺杂度，导电聚合物的室温电导率可以在绝缘体-半导体-金属状态范围内变化。最高室温电导率达105S/cm，可与铜的电导率相比，重量只有铜的1/12。(2)导电聚合物拉伸方向。沿拉伸方向的电导率随拉伸度而增加，但垂直拉伸方向的电导率基本不变，表示强电导各向异性。(3)导电聚合物的室温电导率可以达到金属状态，但其电导率

5、-温度依赖性不表现金属特性，而是遵循半导体特性；(4)导电聚合物的载体不同于金属自由电子和半导体的电子或腔，是用孤子、极化子和双极化子的概念描述的。导电聚合物的电气特性与金属及半导体相比具有以下特性。对于导电聚合物，掺杂的概念不同于一般的无机半导体。例如，在单晶硅中，如果每个硅原子有4个电子，而晶格中的硅原子被只有3个电子的硼原子取代，那么无论硅和硼之间的电子移动与否，硼原子在晶格中都有一个正“孔”，这称为p-掺杂。相反，如果晶格中的硅原子被具有5个电子的磷原子取代，那么晶格上还有一个电子比其他晶格多，这称为n掺杂。导电聚合物的掺杂是通过氧化还原反应实现的。兴奋剂主要有两种方法。也就是说，添加

6、其他氧化状态的第二种物质，与聚合物接触并反应。电化学掺杂法，即聚合物作为电极，掺杂剂作为电解质，在通电状态下对聚合物链进行氧化还原反应，从而直接改变电荷状态。电子简单，有助于理解掺杂前后聚合物结构和特性的变化。后者时间短，效率高，容易得到导电高分子膜。此外，还有酸碱化学掺杂、光掺杂、电荷注入掺杂等方法。掺杂对导电聚合物的导电变化很重要，导电性经常提高几个等级。在掺杂过程中，掺杂分子插入聚合物分子链，通过这两者之间的氧化还原反应完成电子传递过程，p型掺杂在掺杂反应中用作电子的受体。卤素：Cl2、Br2、I2、IBr等；刘易斯山：PF5、AsF5、BF3、SbF5等；丙酸：HF、HCl、HNO3、

7、ClSO3H等；过渡金属卤化物：NbF5、TaF5、MoF5、ZrCl4、TeI4等；过渡金属化合物：四氰基乙烯(TCNE)、四氰基对苯并醌二甲烷(TCNQ)、四氯对苯并醌、二氯二氰基苯并醌(DDQ)等。n型掺杂剂在掺杂反应中用作电子供体。通常有碱金属：Li、Na、K等；电化学掺杂中常用的R4N、R4P (R=CH3、C6H5等)、p型掺杂是由导电聚合物的部分氧化引起的。即，x聚合物(聚合物y)x (xy)e- n型掺杂由导电聚合物的部分还原组成，即x聚合物(xy)e-(聚合物-y)x，可以用电化学或化学方法完成。p型掺杂和n型掺杂都必须提供对离子(聚合物y)x (xy)A-(聚合物y)A-y

8、x(聚合物-y) x (xy) m y(聚合物-y) x)，导电聚合物具有以下特性33333(2)成型性好，可以用铸造、成型等比较容易的方法制造纤维素纤维症、薄膜化、涂层等，可以得到人们需要的其他形状，可以用轻便、大面积的灵活胶片加工，以其大面积/厚度比例补偿电导率低的不足部分。(3)分子设计、材料设计的合成和可执行性，以便更好地满足科学技术对这些功能材料的各种要求；(4)原材料的来源广泛，应用：电磁波的屏蔽随着各种商业和家用电器的数量迅速增加，电磁波的干扰已经成为新的社会公害，电子仪器、设备中电磁波的屏蔽非常重要。将混合导电高分子材料的塑料直接用作护套，由于成型和屏蔽，将太重、不方便的金属板

9、用作护套，或将塑料外壳中包含金属或碳粉、碳纤维的导电涂层、电镀金属复盖外盖等其他方法更加方便。，电子元件(二极管、晶体管、场效应晶体管等)导电聚合物材料在掺杂状态下显示为半导体或金属的电导、掺杂时绝缘体或半导体，并且原始带隙宽度大仍是绝缘体，因此，可以使用这些特性创建具有非线性电流-电压特性的各种类型的电子元件，例如二极管、晶体管和场效应晶体管。吸波材料可以调整导电聚合物的厚度、密度和导电性，因此可以将微波反射系数、吸收系数和吸收系数调整到105cm-1。导电聚合物是微波吸收材料，轻便灵活，可用于飞机等所有设备的皮肤。隐形材料所谓的隐形材料是能够减少军事目标的雷达特性、红外特性、光电特性及视觉

10、特性的材料的总称。雷达是军事目标调查的主要手段，因此开发雷达波吸收材料是关键。导电聚合物出现后，新的雷达波吸收材料成为研究热点。美国、日本、法国、印度、中国纷纷开展导电高分子雷达波吸收材料的开发。特别是美国空军投资开发的聚合物雷达波吸收材料，为隐形战斗机和侦察机的“智能皮肤”制造设想和计划奠定了基础，进一步刺激了导电聚合物雷达隐身技术的发展。可降解高分子材料在使用后的特定环境条件下，由于某些环境因素的作用，如光、氧、风、水、微生物、昆虫、机械力等，在较短的时间内其化学结构发生了巨大变化，导致物理特性下降，最终成为环境可去除的高分子材料。聚合物分解，生物降解，淀粉添加剂，天然聚合物，合成聚合物，

11、光解，光敏剂类型，化学合成，氧化分解，复合分解，光生双分解，(1)生物降解聚合物，生物降解高分子材料，自然界微生物或人体和动物的组织细胞，酶，体液，添加淀粉塑料和橡胶，以郑智薰耦合方式与当前塑料(PE、PP、PS及PVC等)混合生产，淀粉含量一般为7%-15%。美国Goodyear宣布测试销售包含淀粉填料的轮胎，以减少轮胎的滚动阻力和重量，有助于环境保护。但是添加淀粉塑料和橡胶的主要成分仍然是石油基本类聚合物(PE、PP、PS、PVC等)，快速分解的部分主要是淀粉，剩下的树脂可能需要数百年才能分解。严格地说，添加淀粉的可降解塑料没有分解机制和功能，因此这种产品不再受欢迎。热塑性淀粉材料是完全可

12、生物降解的材料，意大利开发了淀粉含量为70%的可降解材料，使用的树脂无毒，分子量在5000000，这引起了淀粉直接交联或间接物理作用，形成了一个连续相。这种合金具有成形性、二次加工性、机械性能、优秀的生物降解性，也有亲水性，不适合食品包装，价格高的缺点。德国Battele研究所开发了淀粉含量为90%的降解塑料，可以用作包装材料，将PVC用作替代对象。在美国，以变性淀粉为基础、其他可生物降解添加剂较少的天然高分子材料，淀粉含量达90%，材料与聚苯乙烯相似，完全生物降解，降解可控，产品广泛应用于医疗器械、包装材料。化学合成型可生物降解聚合物：这种可生物降解聚合物材料大部分是在分子结构中引入酯基结构

13、的涤纶。工业化的是聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)。PLA是医学领域中最重要的完全可生物降解聚合物。由于准备过程和成本的限制，对这种材料的研究起步较晚，但越来越受到关注。完全可分解，因此应用前景很好，但分解机制还不完全明确。，微生物合成高分子材料是生物通过多种碳源发酵而成的高分子材料，主要包括微生物聚酯、聚乳酸和微生物多糖，该产品具有完全可生物降解性的特点。研究表明，有很多细菌可用于合成微生物聚酯，一般的发酵基质是C1-C5的化合物。聚羟基丁酸(PHB)是细菌和鸟类的储存产物，70年代由英国ICI开发生产，可以完全生物降解，但力学和热学能力较差。为了改善这一点，另一家公司开发了-羟基丁酸和

14、-羟戊酸(HV)的共聚物，获得了性能优良、完全可生物降解的高分子材料。0.025mm厚的PHB或PHB-HV薄膜在海水中穿孔6周，堆肥7周可以分解70%。PHB-HV可以制造瓶子、薄膜和纤维，并且被广泛使用。(2)作为光降解聚合物，在塑料基体中添加了光敏剂，以便在制造塑料时，称为光降解塑料的光降解剂在光照条件下引发。光解引发剂由：卤化物、乙酰化物丙酮酸盐、二氨基甲酸、脂肪酸、羟基化合物、多核芳香化合物、酯等过渡金属的多种化合物组成。使用寿命不同的分解聚合物材料也可以通过改变Ni、Co等稳定的dio kava mate和Fe、Cu等dit o kava mate的比例来获得。这种二茂铁还会引起光

15、解反应，分解速度与光敏剂含量有关。在自然条件下测试光敏剂含量和分解速度的曲线后，可以根据该材料的使用期限选择适当的使用情况。除了上述光解聚合物外，还有重要的合成光解聚合物，即通过共聚将羰基光解受体引入聚合物链，赋予光解特性。光解活性的控制是通过改变羰基组的含量实现的。这种已经产业化的合成光解聚合物有乙烯-乙烯酮共聚物和乙烯-CO共聚物。(3)光和可生物降解聚合物、光-生物降解高分子材料、光调制系统的光解机理及淀粉的生物降解机制相结合，加速分解，同时利用光调制系统的调节特性，控制人为分解。光解和生物降解的结合不仅提高了材料分解的可控性，还克服了简单光解材料在阳光不足或未照射的条件下难以分解，在简

16、单淀粉塑料不是微生物的环境下难以分解的问题。可生物降解高分子材料的主要应用领域是农业。在适当的条件下，可生物降解高分子材料通过有机分解用作混合肥料，或混合有机废物和堆肥。特别是甲壳素/壳聚糖制造的可生物降解高分子材料，或含有甲壳素/壳聚糖的可生物降解高分子材料，有助于植物的生长，也会改善土壤环境。聚合物分解的问题主要是价格昂贵，难以普及。随着全粉笔型塑料的下降，生物降解塑料的后期处理需要全面堆肥建设。另外，还应进一步改进和完善更合理的工艺公式、准确的分解时间调节、使用后快速分解性、完全可分解性、边角材料回收技术等塑料分解本身技术。吸附剂的分类：(1)非离子聚合物吸附剂非离子吸附树脂主要是指分子结构中不含离子组，由分子间范德华力吸附的聚合物树脂。这主要用于色谱分离中的载体和固定相、环境保护中的污染物富集物质、动植物活性成分的分离、提取和纯化。非离子聚合物吸附剂品种多，根据极性大小可分为非极性、弱极性、中极性、强极性4种。根据聚合物骨架类型，可以分为聚苯乙烯型，聚丙烯酸等。(2)金属阳离子络合吸附剂金属阳离子络合吸附剂也称为聚合物螯合剂，是一种重要的功能聚合物。聚合物骨架中连接了能配载金属离子的螯合功能器，对多个金属离子有选择性螯合作用，这种吸附树脂的特点是能富集和富集多种金属离子。用作吸附剂的聚合物螯合剂主要有两种。一种是合成聚合物螯合裴秀智；另