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功能高分子.

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1 功能高分子

2 第一章 绪 论 什么是功能高分子? 种类 制备方法 研究方法

3 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?

4 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)。

5 “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。

6 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。

7 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

8 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

9 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。

10 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)

11 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

12 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。

13 (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、

14 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

15 # 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。

16 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。

17 医用高分子 人工关节

18 人工心脏

19 人工肾脏

20 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; 年O.Tclaqett 人工血管: 年J.H.Grinndlay 人工食管: 年Z.D.Baronofaky 心脏起搏器:1952年P.M.Iou 人工关节: 年B.Walldius 人工瓣膜: 年J.H.Stuckey 人工肺: 年D.C.Shechter 全人工心肺: 1982年W.C.Derries

21 医疗器械 聚乳酸----手术缝合线

22 大型飞机刹车片

23 碳纤维复合材料----结构材料 ------吸波材料

24 碳纤维

25 坦克装甲

26 导电高分子 名称 结构 聚乙炔 聚噻吩 聚吡咯 聚苯胺 聚 苯

27

28

29 聚合物锂离子电池

30 生物传感器

31 高聚物膜 微滤 超滤 反渗透 (纳米) 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

32 纯净水生产

33 海水淡化

34 吸水树脂

35 COONa COONa COONa COONa COONa COONa COONa

36 离子交换树脂----水的净化;铀浓缩;催化剂

37 高分子液晶 液晶显示器

38 柔性显示器

39 高分子液晶纤维 Kevlar纤维

40 电子材料 线路板

41 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

42 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。

43 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

44 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

45 学习要求: 交1-2次读书报告 每人讲一次(10min) 期末考试??

46 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?


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