功能高分子材料第一章课件.ppt

主要内容主要内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 离子交换树脂离子交换树脂第三章第三章 高分子催化剂高分子催化剂第四章第四章 高分子试剂高分子试剂第五章第五章 导电高分子材料导电高分子材料2023/1/10主要内容主要内容第六章第六章 光敏高分子材料光敏高分子材料第七章第七章 医用高分子材料医用高分子材料第八章第八章 高分子液晶材料高分子液晶材料第九章第九章 高分子电解质高分子电解质2023/1/10第一章第一章 绪绪 论论一、预备知识一、预备知识二、功能高分子材料的定义二、功能高分子材料的定义三、功能高分子材料功能的主要来源三、功能高分子材料功能的主要来源四、功能高分子材料的分类四、功能高分子材料的分类五、功能高分子材料的主要制备方法五、功能高分子材料的主要制备方法 六、主要参考文献六、主要参考文献2023/1/10一、预备知识一、预备知识1.1.聚合物聚合物许多结构单元通过化学键连接而成、高分子许多结构单元通过化学键连接而成、高分子量的化合物。例如，聚乙烯，聚丙烯，聚苯量的化合物。例如，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，纤维素，淀粉，蛋白质等。乙烯，纤维素，淀粉，蛋白质等。2023/1/10一、预备知识一、预备知识2.2.单体单体通过化学反应形成聚合物的物质。例如，乙通过化学反应形成聚合物的物质。例如，乙烯，丙烯，苯乙烯烯，丙烯，苯乙烯,甲基丙烯酸甲酯等。甲基丙烯酸甲酯等。2023/1/10一、预备知识一、预备知识3.3.聚合反应聚合反应由单体制备聚合物的化学反应。例如，加成由单体制备聚合物的化学反应。例如，加成聚合反应，缩合聚合反应；连锁聚合，逐步聚合反应，缩合聚合反应；连锁聚合，逐步聚合等。聚合等。2023/1/10一、预备知识一、预备知识4.4.玻璃化温度玻璃化温度在聚合物的升温过程中，由玻璃态到高弹态在聚合物的升温过程中，由玻璃态到高弹态的转变温度，记作的转变温度，记作TgTg。2023/1/10一、预备知识一、预备知识5.5.聚合物与小分子物质的区别聚合物与小分子物质的区别分子量分子量存在状态存在状态结晶度结晶度热转变温度热转变温度2023/1/10一、预备知识一、预备知识6.6.聚合物分类聚合物分类聚合物的分类比较复杂，从不同的角度有不聚合物的分类比较复杂，从不同的角度有不同的分类，例如，从用途的角度、合成方法同的分类，例如，从用途的角度、合成方法的角度、聚合机理的角度等。的角度、聚合机理的角度等。2023/1/10一、预备知识一、预备知识6.6.聚合物分类聚合物分类从用途的角度，可以分为：从用途的角度，可以分为：（1 1）塑料塑料 （2 2）橡胶）橡胶（3 3）纤维）纤维 （4 4）涂料）涂料（5 5）粘合剂）粘合剂 （6 6）功能高分子等。）功能高分子等。2023/1/10一、预备知识一、预备知识6.6.聚合物分类聚合物分类从合成方法的角度可以分为：从合成方法的角度可以分为：（1 1）加成聚合物）加成聚合物 （2 2）缩合聚合物）缩合聚合物（3 3）异构化聚合物）异构化聚合物 （4 4）开环聚合物）开环聚合物（5 5）成环聚合物）成环聚合物2023/1/10一、预备知识一、预备知识6.6.聚合物分类聚合物分类从聚合机理的角度可以分为：从聚合机理的角度可以分为：（1 1）连锁聚合物）连锁聚合物 （2 2）逐步聚合物。）逐步聚合物。2023/1/10一、预备知识一、预备知识7.7.聚合物分子量与性能的关系聚合物分子量与性能的关系聚合物的分子量直接决定聚合物的性质。聚合物的分子量直接决定聚合物的性质。2023/1/10一、预备知识一、预备知识8.8.聚合物结构与聚合物的性能聚合物结构与聚合物的性能聚合物的结构包括连段结构、分子结构、织聚合物的结构包括连段结构、分子结构、织态结构等。态结构等。2023/1/10二、功能高分子材料的定义二、功能高分子材料的定义 与普通聚合物材料相比，与普通聚合物材料相比，具有明显不同的物理化具有明显不同的物理化学性质和某些特殊功能学性质和某些特殊功能（例如光、电、磁、吸附、分（例如光、电、磁、吸附、分离、催化、着色等性能）的聚合物材料。离、催化、着色等性能）的聚合物材料。2023/1/10二、功能高分子材料的定义二、功能高分子材料的定义典型的功能高分子材料包括典型的功能高分子材料包括导电高分子材料、高分子催化剂、高分子试导电高分子材料、高分子催化剂、高分子试剂、高分子分离膜、光敏高分子材料、离子剂、高分子分离膜、光敏高分子材料、离子交换树脂、医用高分子材料、高分子液晶材交换树脂、医用高分子材料、高分子液晶材料、高分子染料等。料、高分子染料等。2023/1/10三、功能高分子材料功能的主要来源三、功能高分子材料功能的主要来源功能高分子材料功能的主要来源有三个：功能高分子材料功能的主要来源有三个：（1 1）聚合物分子的化学组成和分子结构）聚合物分子的化学组成和分子结构 （2 2）聚合物分子与其他物质分子的复合）聚合物分子与其他物质分子的复合 （3 3）高分子材料的特殊制备工艺）高分子材料的特殊制备工艺2023/1/10三、功能高分子材料功能的主要来源三、功能高分子材料功能的主要来源（1 1）聚合物分子的化学组成和分子结构）聚合物分子的化学组成和分子结构2023/1/10三、功能高分子材料功能的主要来源三、功能高分子材料功能的主要来源2023/1/10三、功能高分子材料功能的主要来源三、功能高分子材料功能的主要来源（2 2）聚合物分子与其他物质分子的复合）聚合物分子与其他物质分子的复合聚醚与离子化合物的复合制备导电高聚醚与离子化合物的复合制备导电高分子材料分子材料聚合物与铁粉复合制备屏蔽材料聚合物与铁粉复合制备屏蔽材料2023/1/10三、功能高分子材料功能的主要来源三、功能高分子材料功能的主要来源（3 3）高分子材料的特殊制备工艺）高分子材料的特殊制备工艺 部分高分子功能膜，例如超滤膜、反部分高分子功能膜，例如超滤膜、反渗透膜等。渗透膜等。2023/1/10四、功能高分子材料的分类四、功能高分子材料的分类 功功能能高高分分子子材材料料的的分分类类方方法法有有多多种种，这这里里我我们们只介绍其中的两种只介绍其中的两种：（1 1）按照功能高分子材料的用途分类；按照功能高分子材料的用途分类；（2 2）按照功能高分子材料的性质和功能分）按照功能高分子材料的性质和功能分类。类。2023/1/10（1）按照功能高分子材料的用途分类按照功能高分子材料的用途分类（1 1）高分子催化剂）高分子催化剂高分子酸碱催化剂高分子酸碱催化剂 一类具有化学反应催化功能并主要用于有机一类具有化学反应催化功能并主要用于有机化学反应的功能高分子材料，主要包括化学反应的功能高分子材料，主要包括高分子金属络合物催化剂高分子金属络合物催化剂高分子相转移催化剂高分子相转移催化剂2023/1/10（1）按照功能高分子材料的用途分类按照功能高分子材料的用途分类（2 2）高分子试剂）高分子试剂高分子氧化剂高分子氧化剂 高分子还原剂高分子还原剂高分子氧化还原剂高分子氧化还原剂 高分子卤代试剂高分子卤代试剂高分子酰基化试剂高分子酰基化试剂 一类参与有机化学反应并充当反应底物或试剂的一类参与有机化学反应并充当反应底物或试剂的功能高分子材料，该类功能高分子材料往往可功能高分子材料，该类功能高分子材料往往可以通过再生循环使用，主要包括：以通过再生循环使用，主要包括：2023/1/10（1）按照功能高分子材料的用途分类按照功能高分子材料的用途分类（3)3)离子交换高分子材料（离子交换树脂）离子交换高分子材料（离子交换树脂）一类能够与溶液中的阴离子或阳离子发一类能够与溶液中的阴离子或阳离子发生交换的功能高分子材料，主要包括：生交换的功能高分子材料，主要包括：阴离子型离子交换树脂阴离子型离子交换树脂阳离子型离子交换树脂阳离子型离子交换树脂两性离子交换树脂两性离子交换树脂2023/1/10（1）按照功能高分子材料的用途分类按照功能高分子材料的用途分类（4 4）导电高分子材料）导电高分子材料 一类具有较高导电率的功能高分子材料，主要包一类具有较高导电率的功能高分子材料，主要包括电子型导电高分子材料（例如聚乙炔、聚苯胺、括电子型导电高分子材料（例如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等）、离子型导电高分子材料。聚吡咯、聚噻吩等）、离子型导电高分子材料。2023/1/10（1）按照功能高分子材料的用途分类按照功能高分子材料的用途分类（5 5）液晶高分子材料）液晶高分子材料 一类既具有液体的流动性又具有晶体的有一类既具有液体的流动性又具有晶体的有序性的功能高分子材料，主要包括：序性的功能高分子材料，主要包括：向列型高分子液晶向列型高分子液晶近晶型高分子液晶近晶型高分子液晶胆甾醇型高分子液晶胆甾醇型高分子液晶2023/1/10（1）按照功能高分子材料的用途分类按照功能高分子材料的用途分类（6 6）吸附高分子材料）吸附高分子材料 一类具有多孔结构、一类具有多孔结构、对某些物质分子或离对某些物质分子或离子具有特定吸附能力子具有特定吸附能力的功能高分子材料的功能高分子材料非极性吸附树脂非极性吸附树脂中极性吸附树脂中极性吸附树脂极性吸附树脂极性吸附树脂强极性吸附树脂强极性吸附树脂2023/1/10（1）按照功能高分子材料的用途分类按照功能高分子材料的用途分类(7)(7)高分子分离膜材料高分子分离膜材料 一类对气体分子或一类对气体分子或液体分子具有选择性液体分子具有选择性透过的功能高分子材透过的功能高分子材料料离子交换膜离子交换膜渗析膜渗析膜超滤膜超滤膜反渗透膜反渗透膜渗透蒸发膜渗透蒸发膜气体渗透膜气体渗透膜2023/1/10（1）按照功能高分子材料的用途分类按照功能高分子材料的用途分类（8 8）医用高分子材料）医用高分子材料 人造血管、人造心肺、人造皮肤、人造关节、人造血管、人造心肺、人造皮肤、人造关节、人造尿道；某些心脏手术过程中使用的心肺机人造尿道；某些心脏手术过程中使用的心肺机的某些导管、一次性输液器；进入体内的某些的某些导管、一次性输液器；进入体内的某些医药辅料（淀粉、明胶、药物缓释材料、药物医药辅料（淀粉、明胶、药物缓释材料、药物定点释放材料等）。定点释放材料等）。一类在医学上使用并具有治疗、修复等作用的一类在医学上使用并具有治疗、修复等作用的功能高分子材料。功能高分子材料。2023/1/10（1）按照功能高分子材料的用途分类按照功能高分子材料的用途分类（9 9）光敏高分子材料）光敏高分子材料 光敏涂料、光刻胶、高分子光稳定剂、高分子光敏涂料、光刻胶、高分子光稳定剂、高分子荧光剂、光能转换材料荧光剂、光能转换材料 在光（主要是紫外光）作用下发生物理化学反在光（主要是紫外光）作用下发生物理化学反应并能改变聚合物分子结构的功能高分子材应并能改变聚合物分子结构的功能高分子材料料2023/1/10（1）按照功能高分子材料的用途分类）按照功能高分子材料的用途分类（1010）高分子电解质）高分子电解质 阴离子高分子电解质、阳离子高分子电解质阴离子高分子电解质、阳离子高分子电解质和两性高分子电解质。和两性高分子电解质。在极性溶剂（例如水）中能够离解、生成许在极性溶剂（例如水）中能够离解、生成许多小分子离子、而本身成为聚合物离子的功多小分子离子、而本身成为聚合物离子的功能高分子材料能高分子材料2023/1/10（1）按照功能高分子材料的用途分类）按照功能高分子材料的用途分类（1111）高分子染料）高分子染料 一类分子结构上具有发色体并具有染色能力一类分子结构上具有发色体并具有染色能力的功能高分子材料，广泛应用于油墨、涂料、的功能高分子材料，广泛应用于油墨、涂料、纺织品、塑料、化妆品等领域。纺织品、塑料、化妆品等领域。2023/1/10（2 2）按功能高分子材料的性质和功能分类）按功能高分子材料的性质和功能分类（1 1）反应型功能高分子材料）反应型功能高分子材料能能够够参参与与化化学学反反应应过过程程的的功功能能高高分分子子材材料料，主主要包括高分子试剂和高分子催化剂等。要包括高分子试剂和高分子催化剂等。2023/1/10（2 2）按功能高分子材料的性质和功能分类）按功能高分子材料的性质和功能分类 （2 2）光敏型功能高分子材料）光敏型功能高分子材料在在光光（主主要要是是紫紫外外光光）的的作作用用下下能能够够发发生生物物理理化化学反应并改变聚合物分子结构的功能高分子材料学反应并改变聚合物分子结构的功能高分子材料主主要要包包括括光光敏敏涂涂料料、光光刻刻胶胶、高高分分子子光光稳稳定定剂剂、高分子荧光剂、光能转换材料、光致变色材料等。高分子荧光剂、光能转换材料、光致变色材料等。2023/1/10（2 2）按功能高分子材料的性质和功能分类）按功能高分子材料的性质和功能分类 （3 3）电活性高分子材料）电活性高分子材料在电压的作用下材料内部电子在电压的作用下材料内部电子/离子发生定向迁移而离子发生定向迁移而具有导电性、或分子结构发生变化而使材料的颜色、具有导电性、或分子结构发生变化而使材料的颜色、体积等外部特征发生变化的功能高分子材料体积等外部特征发生变化的功能高分子材料主要包括导电高分子材料、能量转换高分子材料、电主要包括导电高分子材料、能量转换高分子材料、电致变色高分子材料和其它电敏高分子材料等。致变色高分子材料和其它电敏高分子材料等。2023/1/10（2 2）按功能高分子材料的性质和功能分类）按功能高分子材料的性质和功能分类（4 4）膜型高分子材料）膜型高分子材料工工作作状状态态为为膜膜型型的的各各类类功功能能高高分分子子材材料料，主主要要包包括括各各种种高高分分子子分分离离膜膜、药药物物缓缓释释膜膜、药药物物定定点点释释放放膜膜和和其其它它半半透透性性高高分分子子膜膜材材料。料。2023/1/10（2 2）按功能高分子材料的性质和功能分类）按功能高分子材料的性质和功能分类（5 5）吸附型高分子材料）吸附型高分子材料对对某某些些物物质质具具有有较较强强吸吸附附能能力力的的功功能能高高分分子子材材料料，主主要要包包括括高高分分子子吸吸附附性性树树脂脂、高分子絮凝剂、高吸水树脂等。高分子絮凝剂、高吸水树脂等。2023/1/10（2 2）按功能高分子材料的性质和功能分类）按功能高分子材料的性质和功能分类（6 6）其其它它未未能能包包括括在在上上述述各各类类中中的的功功能能高高分分子子材材料料，例例如如高高分分子子液液晶晶材材料料、医医用用高高分子材料等分子材料等 2023/1/10五、功能高分子材料的主要制备方法五、功能高分子材料的主要制备方法小分子功能材料的高分子化小分子功能材料的高分子化1高分子材料的功能化高分子材料的功能化2高分子材料的功能复合与扩大高分子材料的功能复合与扩大3采用特殊工艺制备采用特殊工艺制备42023/1/101.1.小分子功能材料的高分子化小分子功能材料的高分子化小分子功能材料制备功能高分子材料主要有两种方法小分子功能材料制备功能高分子材料主要有两种方法（1 1）聚合反应法：聚合反应法：通过均聚或共聚等反应，将功能型通过均聚或共聚等反应，将功能型小分子制成功能高分子材料；小分子制成功能高分子材料；（2 2）包埋法：包埋法：通过聚合反应将小分子功能材料物理包通过聚合反应将小分子功能材料物理包埋起来。埋起来。2023/1/101.1.小分子功能材料的高分子化小分子功能材料的高分子化 聚合反应法聚合反应法 （1 1）合成可以聚合的功能型单体。通过一系列）合成可以聚合的功能型单体。通过一系列的化学反应，在功能型小分子上引入可以聚合的的化学反应，在功能型小分子上引入可以聚合的基团，例如端双键、吡咯基和噻吩基等；或者将基团，例如端双键、吡咯基和噻吩基等；或者将功能性基团引入到可以聚合的单体分子中。功能性基团引入到可以聚合的单体分子中。（2 2）通过聚合反应，将可聚合的功能型单体制备）通过聚合反应，将可聚合的功能型单体制备成功能高分子材料。成功能高分子材料。2023/1/101.1.小分子功能材料的高分子化小分子功能材料的高分子化聚合物包埋法聚合物包埋法 首先将小分子功能化合物加入到普通单体或单体首先将小分子功能化合物加入到普通单体或单体溶液中，然后通过聚合反应将小分子功能化合物溶液中，然后通过聚合反应将小分子功能化合物包埋起来。包埋起来。聚合物分子与小分子功能化合物之间没有化学键聚合物分子与小分子功能化合物之间没有化学键连接，固化作用是通过聚合物的包络作用实现的。连接，固化作用是通过聚合物的包络作用实现的。2023/1/102.2.高分子材料的功能化高分子材料的功能化高分子材料的化学功能化 利用接枝反应在聚合物骨架上引入活性功能基，利用接枝反应在聚合物骨架上引入活性功能基，改变聚合物的物理化学性质，赋予其新的功能。改变聚合物的物理化学性质，赋予其新的功能。用来进行接枝反应的聚合物材料大多是常见商品，用来进行接枝反应的聚合物材料大多是常见商品，例如聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸衍生物、纤例如聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸衍生物、纤维素等，其中使用最多的是聚苯乙烯。维素等，其中使用最多的是聚苯乙烯。2023/1/102.2.高分子材料的功能化高分子材料的功能化高分子材料的物理功能化高分子材料的物理功能化 高分子材料的物理功能化是通过小分子功能化合高分子材料的物理功能化是通过小分子功能化合物与聚合物共混实现的。物与聚合物共混实现的。共混方法主要有熔融共混和溶液共混。熔融共混与聚共混方法主要有熔融共混和溶液共混。熔融共混与聚合物共混类似，是将功能性小分子加入到熔融态的聚合物共混类似，是将功能性小分子加入到熔融态的聚合物中，搅拌均匀。溶液共混是将功能小分子加入到合物中，搅拌均匀。溶液共混是将功能小分子加入到聚合物溶液中形成分子分散相，或悬浮在聚合物溶液聚合物溶液中形成分子分散相，或悬浮在聚合物溶液中形成混悬体，溶剂蒸发后得到共混聚合物。前者得中形成混悬体，溶剂蒸发后得到共混聚合物。前者得到的是均相共混体，后者得到的是多相共混体。到的是均相共混体，后者得到的是多相共混体。2023/1/102.2.高分子材料的功能化高分子材料的功能化高分子材料功能化的主要优点高分子材料功能化的主要优点 可以利用商品化的聚合物，能较好地保证可以利用商品化的聚合物，能较好地保证功能高分子材料的机械性能功能高分子材料的机械性能。2023/1/103.3.功能高分子材料的多功能复合与功能扩大功能高分子材料的多功能复合与功能扩大 将两种或两种以上的功能高分子材料进行复将两种或两种以上的功能高分子材料进行复合，或在功能高分子材料分子中引入第二种功能合，或在功能高分子材料分子中引入第二种功能基扩大其功能，是制备功能高分子材料的第三种基扩大其功能，是制备功能高分子材料的第三种方法。方法。2023/1/104.利用特殊的制备工艺制备功能高分子材料利用特殊的制备工艺制备功能高分子材料 采用特殊的材料成型工艺，赋予高分子材料特采用特殊的材料成型工艺，赋予高分子材料特殊的功能，例如许多功能膜材料（分离膜，超滤殊的功能，例如许多功能膜材料（分离膜，超滤膜，微滤膜等）。膜，微滤膜等）。2023/1/10六、主要参考文献六、主要参考文献1 1 赵文元，王亦军赵文元，王亦军.功能高分子材料化学，北京：功能高分子材料化学，北京：化学工业出版社，化学工业出版社，19961996：1-711-712 2 何天白，胡汉杰何天白，胡汉杰.功能高分子与新技术，北京：功能高分子与新技术，北京：化学工业出版社，化学工业出版社，20002000：1-121-123 3 何天白，胡汉杰何天白，胡汉杰.海外高分子科学的新进展，北京海外高分子科学的新进展，北京：化学工业出版社，：化学工业出版社，199719974 4 夏宇正，陈晓农夏宇正，陈晓农.精细高分子化工及应用，北京：精细高分子化工及应用，北京：化学工业出版社，化学工业出版社，20002000：1-51-52023/1/10六、主要参考文献六、主要参考文献5 5 陈义镛陈义镛.功能高分子，上海：上海科学技术出功能高分子，上海：上海科学技术出版社，版社，19881988：1-281-286 6 日日 精细化学品词典编辑委员会，禹茂章等译精细化学品词典编辑委员会，禹茂章等译.精细化学品词典，北京：化学工业出版社，精细化学品词典，北京：化学工业出版社，19941994：277-326277-3262023/1/10作业作业1.简述功能高分子的基本概念2.简述功能高分子的分类3.简述功能高分子功能的来源2023/1/10哈罗德.瓦穆斯 哈罗德.瓦穆斯（Harold Varmus），1939 年生于美国纽约长岛。1955 年进入阿默斯特学院，取得文学学士学位，并被授予文科硕士。1966 年在哥伦比亚大学获医学博士学位。1989 年获诺贝尔医学奖。2023/1/10爱德华.威藤 Edward Witten（爱德华.威藤）在 Brandeis University 主修历史，他现在主导着全世界理论物理（尤其是超弦理论）的普林斯顿高等研究院的领军人物。1990 年，他获得了堪称数学界的 Nobel 奖的 Fields 奖。2023/1/10