功能高分子

第一章 绪 论 什么是功能高分子? 种类 制备方法 研究方法

思考题： 1.什么是功能高分子？ 2.功能高分子的种类？ 3.功能高分子的制备方法有哪几种？

一、什么是功能高分子？ 1. 材料 衡量各个历史时期的文明程度： 石器、铜器、铁器、钢铁、高分子材料 材料、信息、能源--现代工业的三大支柱 材料----金属材料、 无机非金属材料（陶瓷、玻璃、水泥） 有机高分子材料（高分子材料）。

“塑料、橡胶、化纤”等高分子材料只有普通材料的某些性能，如：力、热、光等方面， 如塑料主要是代钢、代木； 橡胶的弹性、隔热、绝缘、做轮胎； 化纤可织布制衣，代替棉花。 现代文明需要大量的功能材料，这些材料不仅起结构作用，还有能量传递、物质储存、信息转换等功能。

天然生物高分子是典型的功能高分子， 如蛋白质是生物各器官的主体物质，在起结构作用的同时，还有能量传递、物质储存、信息转换，如生物膜、皮肤（选择透过性，单向透过性），天然生物高分子的结构极其复杂，至今难以成功地合成。 人们在普通高分子骨架接上一定的特殊功能基团，使其具有功能性，如：化学性、催化性、光敏性、导电性、选择透过性和一定的生物活性等。 这类带有特殊功能基团并具有功能性的聚合物就是功能高分子。

一般认为：其具有普通高分子的结构性质，同时具有一定的功能，主要指具有物质、能量和信息的贮存、传递、转化等作用的高分子。 3. 功能高分子的概念： 目前功能高分子尚无统一的、明确的定义， 一般认为：其具有普通高分子的结构性质，同时具有一定的功能，主要指具有物质、能量和信息的贮存、传递、转化等作用的高分子。 通用高分子－塑料，橡胶，化纤，涂料，粘合剂等 高分子 特性高分子 功能高分子

材料的性能－对各种外部刺激（力、热、光、电、水、 化学品等）的抵抗。 材料的功能－输入“信号”（物质或能量）时会发生质和量 的变化，有输出作用。 发泡材料（减震、保温） 特性材料 如：苯乙烯 聚苯乙烯 （片、棒、板） 通用材料 离子交换树脂 功能材料

二、 功能高分子的分类： 功能高分子的功能性虽然比活性天然生物高分子（如蛋白质、酶等）的高功能水平差的多，但它们已经广泛应用于工业、医学上，由于它们品种很多，应用领域广泛，它对现代科学的发展已经发挥着重要的作用，是高技术的主要内容之一。

材料的功能： 一次功能：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属同种形式，材料只能起到能量传送部件的作用，这种功能称为一次功能。 （如导电、导热） 二次功能：当向材料输入的能量和输出的能量是不同形式时，材料起能量转换部件的作用，这种功能称为二次功能。（如压电功能）

一次功能： 力学功能：抗拉、抗弯、抗冲击 声学功能：吸音、隔音 热学功能：隔热、传热、蓄热 电学功能：导电、绝缘 磁学功能：磁性 光学功能：透光、吸光 化学功能： 催化、吸附、酶反应、 其它功能

二次功能： 机械能与其它功能的转换：压电效应、摩擦发热等。 电能与其它功能的转换：电磁效应、电阻发热、热电效应、光电效应等。 磁能与其它功能的转换：热磁、光磁效应等 光能与其它功能的转换：光化学反应、光电效应等。  

（1）化学功能－离子交换、催化、氧化还原等 （2）物理功能－导电、热电、压电、磁记录、 吸波 高分子的功能 （3）生物功能－医用高分子、

功能高分子的种类 （1）离子交换树脂 （2）导电高分子材料 （3）高分子液晶材料 （4）光敏高分子材料 （5）电活性高分子材料 （6）高分子功能膜 （7）高分子试剂与催化剂 （8）医用高分子材料 （9）其它功能高分子

＃ 功能高分子的重要性： 1935年：离子交换树脂。 1940年代：以离子交换树脂为催化剂，催化有机反应。 1940年代中期：美将离子交换树脂用于集铀，研制原子弹。 1965年：我国首次人工合成出牛胰岛素，世界上第一个人工合成的天然蛋白质。

1980年代以来：对大量功能材料的开发取得成功（包括功能陶瓷）；人们创造了大量高科技产品。如：大规模集成电路、计算机、激光、光纤、生物反应器、航天技术。

医用高分子 人工关节

人工心脏

人工肾脏

部分人工脏器的临床应用历史 人工骨： 1940年H.R.Bohlman 人工肾： 1943年W.J.Kolff 人工气管； 1948年O.Tclaqett 人工血管： 1951年J.H.Grinndlay 人工食管： 1951年Z.D.Baronofaky 心脏起搏器：1952年P.M.Iou 人工关节： 1954年B.Walldius 人工瓣膜： 1957年J.H.Stuckey 人工肺： 1958年D.C.Shechter 全人工心肺： 1982年W.C.Derries

医疗器械 聚乳酸----手术缝合线

大型飞机刹车片

碳纤维复合材料----结构材料 ------吸波材料

碳纤维

坦克装甲

导电高分子 名称 结构 聚乙炔 聚噻吩 聚吡咯 聚苯胺 聚 苯

聚合物锂离子电池

生物传感器

高聚物膜 微滤 超滤 反渗透 （纳米） 氢 离 子 无机离子 低分子 有机物 高分子 胶体 病毒 细菌 悬浊物 微细油珠

纯净水生产

海水淡化

吸水树脂

COONa COONa COONa COONa COONa COONa COONa

离子交换树脂----水的净化；铀浓缩；催化剂

高分子液晶 液晶显示器

柔性显示器

高分子液晶纤维 Kevlar纤维

电子材料 线路板

三、功能高分子的制备方法 通过化学或者物理的方法将功能基与高分子骨架相结合，实现预定功能。 　　通过化学或者物理的方法将功能基与高分子骨架相结合，实现预定功能。 活性聚合等高分子合成新方法的出现，为高分子的分子结构设计提供了强有力的手段，功能高分子的制备越来越 “随心所欲”。 1. 功能性小分子的高分子材料化 导电高分子的设计 PS PVC PVA 2.高分子材料的功能化 3.功能高分子材料的多功能复合与功能扩大

1. 分子合成化学方法：分子结构设计、官能团设计、引入感光功能集团则赋予了材料感光性。 措施：共聚、接枝、嵌段共聚、交联、官能团的引入、模板聚合等 2. 特殊加工物理方法：把高分子加工成极薄的膜，把高分子纤维化，如人造羊毛（介绍其主体结构）有些功能高分子极难加工，如光缆、导电、聚丙烯 3. 复合手段：如将高分子中掺入银粉得到导电高分子。 复合两种或几种高分子：纤维复合、层叠复合、细粒复合、互穿网络等方法，可得新功能。

四、课程内容 主要介绍功能高分子的种类、性能、制备方法和用途，分8个方面： 1、离子交换树脂、 2、吸水树脂 3、液晶材料 4、医用高分子 5、导电高分子 6、高聚物膜 7、高分子催化剂 8、 其它功能高分子

参考资料： 《功能高分子与新技术》何天白编，化学工业出版社。 《功能高分子材料化学》赵文元编，化学工业出版社。 《功能高分子学报》《高分子学报》《高分子材料科学与工程》等中文学术期刊 《Macromolecules》《Polymer》《Journal of Applied Polymer Science》等外文期刊

学习要求： 交1-2次读书报告 每人讲一次（10min） 期末考试？？

课后查阅文献，弄清以下问题： 1.什么是离子交换树脂？ 2.离子交换树脂有哪些类型？ 3.离子交换树脂的作用机理？ 4.离子交换树脂的用途？