特种高分子材料教学提纲.ppt

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1、研究生课程特种高分子材料特种高分子特种高分子特种高分子特种高分子第一章第一章绪绪 论论研究生课程研究生课程内容提纲内容提纲高分子材料简史高分子材料简史特种高分子概念及分类特种高分子概念及分类 特种高分子制备方法特种高分子制备方法 特种高分子的展望特种高分子的展望 4123研究生课程1.高分子材料简史高分子材料简史高分子的高分子的概念概念始于始于20世纪世纪20年代，但应用更早。年代，但应用更早。n1839年年，美国人，美国人Goodyear发明发明硫化橡胶硫化橡胶。n1855年年，英国人，英国人Parks用硝化纤维素与樟脑混合制得用硝化纤维素与樟脑混合制得赛璐赛璐珞珞。n1889年年，法国人，

2、法国人De Chardonnet（夏尔多内）发明（夏尔多内）发明人造丝人造丝。n1907年年，酚醛树脂酚醛树脂诞生。诞生。n1920年年，德国人，德国人Staudinger发表了发表了“论聚合论聚合”的论文，提的论文，提出了出了高分子的概念高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。酯等聚合物的结构。n1935年年，Carothes发明发明尼龙尼龙66，1938年工业化。年工业化。研究生课程n30年代年代，一系列，一系列烯烃类加聚物烯烃类加聚物被合成出来并工业化，被合成出来并工业化，PVC（19271937），），PVAc（1936），），

3、PMMA（19271931），），PS（19341937），），LDPE（1939）。自由基聚）。自由基聚合发展。合发展。n高分子溶液理论高分子溶液理论在在30年代建立，并成功测定了聚合物的分年代建立，并成功测定了聚合物的分子量。子量。Flory为此获得诺贝尔奖。为此获得诺贝尔奖。n40年代年代，二次大战促进了高分子材料的发展，一大批重要，二次大战促进了高分子材料的发展，一大批重要的橡胶和塑料被合成出来。的橡胶和塑料被合成出来。丁苯橡胶丁苯橡胶（1937），），丁腈橡胶丁腈橡胶（1937），），丁基橡胶丁基橡胶（1940），），有机氟材料有机氟材料（1943），），ABS（1947），），涤纶

4、树脂涤纶树脂（19401950）。）。n50年代年代，Ziegler和和Natta发明发明配位聚合催化剂配位聚合催化剂，制得，制得高密高密度度PE和和有规有规PP，低级烯烃得到利用。，低级烯烃得到利用。研究生课程n1956年年，美国人，美国人Szwarc发明发明活性阴离子聚合活性阴离子聚合，开创了高分，开创了高分子结构设计的先河。子结构设计的先河。n50年后期至年后期至60年代年代，大量高分子工程材料问世。，大量高分子工程材料问世。聚甲醛聚甲醛（1956），），聚碳酸酯聚碳酸酯（1957），），聚砜聚砜（1965），），聚苯醚聚苯醚（1964），），聚酰亚胺聚酰亚胺（1962）。）。n60年代

5、以后年代以后，特种高分子特种高分子得到发展。得到发展。n80年代以后年代以后，新的聚合方法和新结构的聚合物不断出现和，新的聚合方法和新结构的聚合物不断出现和发展。发展。l新的聚合方法新的聚合方法：阳离子活性聚合、基团转移聚合、活性自阳离子活性聚合、基团转移聚合、活性自由基聚合、等离子聚合等；由基聚合、等离子聚合等；l新结构的聚合物新结构的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合物、含状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合物、含C60聚合物聚合物等。等。研究生课程2.特种高分子基本概念特种高分子基本概念特种高分子特种高分子是相对于

6、是相对于通用高分子通用高分子而言的。而言的。n通用高分子材料通用高分子材料：应用面广量大，价格较低。根据其性质：应用面广量大，价格较低。根据其性质和用途可分为和用途可分为五大类五大类：化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂粘合剂。n特种高分子材料特种高分子材料：带有特殊物理、力学、化学性质和功能：带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分通用高分子材料子材料的范畴。的范畴。特种高分子特种高分子可细分为可细分为功能功能高分子高分子和和高性能高性能高分子高分子。研究生课程n功能功能：

7、指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变化而产生输出的特性的变化而产生输出的特性。例如例如，材料在受到外部光的输，材料在受到外部光的输入时，材料可以输出电性能，称为入时，材料可以输出电性能，称为材料的光电功能材料的光电功能；材料；材料在受到多种介质作用时，能有选择地分离出其中某些介质，在受到多种介质作用时，能有选择地分离出其中某些介质，称为称为材料的选择分离性材料的选择分离性。此外，如压电性、药物缓释放性。此外，如压电性、药物缓释放性等，都属于等，都属于功能功能的范畴。的范畴。n性能性能：材料对外部作用的抵抗特性材料对外部作用的抵抗特性。例如

8、例如，对外力的抵抗，对外力的抵抗表现为材料的表现为材料的强度、模量强度、模量等；对热的抵抗表现为等；对热的抵抗表现为耐热性耐热性；对光、电、化学药品的抵抗，则表现为材料的对光、电、化学药品的抵抗，则表现为材料的耐光性、绝耐光性、绝缘性、防腐蚀性缘性、防腐蚀性等。等。研究生课程功能高分子功能高分子：是指当：是指当有外部刺激有外部刺激时，能通过时，能通过化学化学或物理或物理的方法的方法做出相应输出做出相应输出的高分子材料。的高分子材料。它主它主要为具有要为具有某些特殊功能某些特殊功能的高分子，例如分离材料的高分子，例如分离材料（离子交换树脂、分离膜等）、感光高分子、导（离子交换树脂、分离膜等）、感

9、光高分子、导电高分子、光电转换高分子、医用高分子、高分电高分子、光电转换高分子、医用高分子、高分子药物、高分子催化剂、高分子试剂等。子药物、高分子催化剂、高分子试剂等。高性能高分子高性能高分子：是对：是对外力外力有特别强的有特别强的抵抗能力抵抗能力的的高分子材料。高分子材料。它主要是具有它主要是具有超越常规的超越常规的物理、化物理、化学、力学、热学和电学等性能的高分子，例如耐学、力学、热学和电学等性能的高分子，例如耐高温高分子、生物降解高分子、高吸水性高分子、高温高分子、生物降解高分子、高吸水性高分子、高分子液晶等。高分子液晶等。研究生课程n从实用的角度看，对从实用的角度看，对功能材料功能材料

10、来说，人们着眼于它们所具来说，人们着眼于它们所具有的有的独特的功能独特的功能；而对；而对高性能材料高性能材料，人们关心的是它与，人们关心的是它与通通用材料用材料在性能上的在性能上的差异差异。n功能高分子化学功能高分子化学在在高分子化学高分子化学中的地位相当于中的地位相当于精细化工精细化工在在化工领域化工领域地位，因此有人称地位，因此有人称功能高分子功能高分子为为精细高分子精细高分子，指，指其产品的产量小、产值高、制造工艺复杂、性能独特。其产品的产量小、产值高、制造工艺复杂、性能独特。n在英文专业期刊上，常将在英文专业期刊上，常将功能高分子功能高分子称为称为Functional polymers

11、 或或 Fine polymers，特种高分子特种高分子称为称为Speciality polymers。研究生课程2.1 特种高分子分类特种高分子分类日本著名功能高分子专家日本著名功能高分子专家中村茂夫中村茂夫教授认为，教授认为，功功能高分子能高分子可从以下几个方面分类。可从以下几个方面分类。1.力学功能材料力学功能材料强化功能材料强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等；，如超高强材料、高结晶材料等；弹性功能材料弹性功能材料，如热塑性弹性体等。，如热塑性弹性体等。2.化学功能材料化学功能材料分离功能材料分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等；

12、物等；反应功能材料反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂；，如高分子催化剂、高分子试剂；生物功能材料生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。，如固定化酶、生物反应器等。研究生课程3.物理化学功能材料物理化学功能材料耐高温高分子耐高温高分子，高分子液晶等；，高分子液晶等；电学功能材料电学功能材料，如导电性高分子、超导高分子，感电子，如导电性高分子、超导高分子，感电子性高分子等；性高分子等；光学功能材料光学功能材料，如感光高分子、导光性高分子，光敏性，如感光高分子、导光性高分子，光敏性高分子等；高分子等；能量转换功能材料能量转换功能材料，如压电性高分子、热电性高分子等。，如压电性高分子、热电性高

13、分子等。4.生物化学功能材料生物化学功能材料人工脏器用材料人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等；，如人工肾、人工心肺等；高分子药物高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等；高分子农药等；生物分解材料生物分解材料，如可降解性高分子材料等。，如可降解性高分子材料等。研究生课程国内一般采用按其国内一般采用按其性质、功能或实际用途性质、功能或实际用途来划分来划分特种高分子材料，具体可划分为特种高分子材料，具体可划分为8种类型。种类型。1.反应性高分子材料反应性高分子材料，包括高分子试剂、高分子催化剂和包括高分子试剂、高分子催化剂和高分子染料，特

14、别是高分子固相合成试剂和固定化酶试高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。剂等。2.光敏型高分子光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻胶，感光材料、包括各种光稳定剂、光刻胶，感光材料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材料等。非线性光学材料、光导材料和光致变色材料等。3.电性能高分子材料电性能高分子材料，包括导电聚合物、能量转换型聚合包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料以及其他电敏感性材料等。物、电致发光和电致变色材料以及其他电敏感性材料等。研究生课程4.高分子分离材料高分子分离材料，包括各种分离膜、缓释膜和其他半透包括各种分离膜、缓释膜和其他半透性膜材料、离子

15、交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂等。剂等。5.高分子吸附材料高分子吸附材料，包括高分子吸附性树脂、高吸水性高包括高分子吸附性树脂、高吸水性高分子、高吸油性高分子等。分子、高吸油性高分子等。6.高分子智能材料高分子智能材料，包括高分子记忆材料、信息存储材料包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、和光、磁、pH、压力感应材料等。、压力感应材料等。7.医药用高分子材料医药用高分子材料，包括医用高分子材料、药用高分子包括医用高分子材料、药用高分子材料和医药用辅助材料等。材料和医药用辅助材料等。8.高性能工程材料高性能工程材料，如高分子液晶材料，耐高

16、温高分子材如高分子液晶材料，耐高温高分子材料、高强高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能料、高强高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纤维材料、生物降解高分子等。纤维材料、生物降解高分子等。研究生课程3.特种高分子制备方法特种高分子制备方法特种高分子特种高分子材料的材料的特点特点在于他们特殊的在于他们特殊的“性能性能”和和“功能功能”，因此在制备这些高分子材料的时候，因此在制备这些高分子材料的时候，分子设计分子设计成为十分关键的研究内容。成为十分关键的研究内容。n设计一种能设计一种能满足一定需要的满足一定需要的特种高分子材料是高分子化学特种高分子材料是高分子化学研究的一项研究的一项主要目标

17、主要目标。具有良好性质与功能的高分子材料。具有良好性质与功能的高分子材料的制备成功与否，在很大程度的制备成功与否，在很大程度取决于取决于设计方法和制备路线设计方法和制备路线的制定。的制定。n从上一世纪从上一世纪50年代起，年代起，活性聚合活性聚合和和可控聚合可控聚合等一大批高分等一大批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。有力的手段。研究生课程n活性聚合活性聚合最典型的特征是最典型的特征是引发速度远远大于增长速度引发速度远远大于增长速度，并且在特定条件下并且在特定条件下不存在链终止反应和链转移反应不存在链终止反应和链

18、转移反应，亦，亦即即活性中心不会自己消失活性中心不会自己消失。这些特点导致了聚合产物的。这些特点导致了聚合产物的相对分子质量可控、相对分子质量分布很窄，并且可利相对分子质量可控、相对分子质量分布很窄，并且可利用活性端基制备含有特殊官能团的高分子材料。用活性端基制备含有特殊官能团的高分子材料。n活性聚合活性聚合主要是主要是阴离子活性聚合阴离子活性聚合。其他各种聚合反应类。其他各种聚合反应类型（型（阳离子聚合、自由基聚合阳离子聚合、自由基聚合等）的等）的链转移反应和链终链转移反应和链终止反应一般不可能完全避免止反应一般不可能完全避免，但在某些特定条件下，链，但在某些特定条件下，链转移反应和链终止反

19、应可以被控制在最低限度而忽略不转移反应和链终止反应可以被控制在最低限度而忽略不计。这样，聚合反应就具有了活性的特征。通常称这类计。这样，聚合反应就具有了活性的特征。通常称这类虽存在链转移反应和链终止反应但虽存在链转移反应和链终止反应但宏观上类似于活性聚宏观上类似于活性聚合合的聚合反应为的聚合反应为“可控聚合可控聚合”。3.13.1高分子合成新技术高分子合成新技术研究生课程研究生课程HI/I2引发引发2-乙酰氧乙基乙烯基醚乙酰氧乙基乙烯基醚(阳离子阳离子)聚合时聚合时单体单体转化率与数均分子量和分子量分布转化率与数均分子量和分子量分布的关系的关系研究生课程n从活性聚合的特征和自由基聚合的反应机理

20、来理解，实从活性聚合的特征和自由基聚合的反应机理来理解，实现现自由基活性自由基活性/可控聚合可控聚合的的关键关键是是如何防止聚合过程中因如何防止聚合过程中因链终止反应和链转移反应而产生无活性聚合物链链终止反应和链转移反应而产生无活性聚合物链。n先后开发出了先后开发出了引发引发-转移转移-终止法终止法(iniferter法法)、氮氧稳定氮氧稳定自由基法自由基法(TEMPO引发体系引发体系)、可逆加成可逆加成-断裂链转移自断裂链转移自由基聚合由基聚合(RAFT)和和原子转移自由基聚合原子转移自由基聚合。某种试剂某种试剂某种试剂某种试剂活性种活性种活性种活性种共价休眠种共价休眠种共价休眠种共价休眠种

21、研究生课程特种高分子材料的制备是通过特种高分子材料的制备是通过化学或者物理的方化学或者物理的方法法按照材料的设计要求按照材料的设计要求将功能基与高分子骨架相将功能基与高分子骨架相结合结合，从而实现预定功能。，从而实现预定功能。其其制备方法制备方法可归纳为以下四种类型：可归纳为以下四种类型：功能性小分子功能性小分子材料的高分子化；材料的高分子化；已有高分子材料已有高分子材料的功能化；的功能化；多功能材料的多功能材料的复合复合；已有功能高分子材料的已有功能高分子材料的功能扩展功能扩展。3.23.2特种高分子材料制备方法分类特种高分子材料制备方法分类研究生课程3.2.1功能性小分子材料的高分子化功能

22、性小分子材料的高分子化对具有一定对具有一定功能性小分子功能性小分子进行进行高分子化反应高分子化反应，赋，赋予其高分子的功能特点，即有可能开发出新的功予其高分子的功能特点，即有可能开发出新的功能高分子材料。能高分子材料。优点优点：生成的功能高分子生成的功能高分子功能基分布均匀功能基分布均匀；聚合；聚合物结构可以通过聚合机理物结构可以通过聚合机理预先设计预先设计；产物的；产物的稳定稳定性较好性较好。缺点缺点：在功能性小分子中在功能性小分子中需要引入可聚合基团需要引入可聚合基团，而这种引入常常需要复杂的合成反应；要求在反而这种引入常常需要复杂的合成反应；要求在反应中应中不破坏不破坏原有结构和功能；当

23、需要引入的功能原有结构和功能；当需要引入的功能基基稳定性不好时稳定性不好时需要加以保护；有时引入功能基需要加以保护；有时引入功能基后对后对单体聚合的活性单体聚合的活性会有影响。会有影响。研究生课程(1)功能性小分子单体功能性小分子单体直接直接发生聚合反应发生聚合反应n通过在功能性小分子中通过在功能性小分子中引入可聚合基团引入可聚合基团得到单体，然后得到单体，然后进行进行均聚或共聚均聚或共聚反应生成功能聚合物。这些可聚合功能反应生成功能聚合物。这些可聚合功能性单体中的可聚合基团一般为：性单体中的可聚合基团一般为：双键、羟基、羧基、氨双键、羟基、羧基、氨基、环氧基、酰氯基、吡咯基、噻吩基基、环氧基

24、、酰氯基、吡咯基、噻吩基等基团。可以发等基团。可以发生加成聚合反应，开环聚合反应，缩聚反应以及氧化偶生加成聚合反应，开环聚合反应，缩聚反应以及氧化偶合反应。合反应。吡咯基、噻吩基吡咯基、噻吩基(Z为连为连接基接基团团，R为为功能型小分子功能型小分子)研究生课程n丙烯酸分子中带有丙烯酸分子中带有双键双键，同时又带有，同时又带有活性羧基活性羧基。经过。经过自由自由基均聚或共聚基均聚或共聚，即可形成聚丙烯酸及其共聚物，可以作为，即可形成聚丙烯酸及其共聚物，可以作为弱酸性离子交换树脂、高吸水性树脂等应用。这是带有功弱酸性离子交换树脂、高吸水性树脂等应用。这是带有功能性基团的单体聚合制备功能高分子的简单

25、例子。能性基团的单体聚合制备功能高分子的简单例子。n含双键的含双键的环氧丙烯酸酯环氧丙烯酸酯单体，可用于制备单体，可用于制备功能性粘合剂功能性粘合剂。研究生课程(2)功能性小分子通过功能性小分子通过聚合包埋聚合包埋与高分子材料结与高分子材料结合合(高分子微胶囊高分子微胶囊)n该方法是利用生成高分子的该方法是利用生成高分子的束缚作用束缚作用将功能性小分子以将功能性小分子以某种形式某种形式包埋包埋固定在高分子材料中来制备功能高分子材固定在高分子材料中来制备功能高分子材料。在聚合反应之前，向单体溶液中加入小分子功能化料。在聚合反应之前，向单体溶液中加入小分子功能化合物，在聚合过程中小分子被生成的聚合

26、物所包埋。合物，在聚合过程中小分子被生成的聚合物所包埋。n这种方法得到的功能高分子材料，聚合物骨架与小分子这种方法得到的功能高分子材料，聚合物骨架与小分子功能化合物之间功能化合物之间没有化学键连接没有化学键连接，固化作用通过聚合物，固化作用通过聚合物的的包络作用包络作用来完成。来完成。优点优点是方法简便，功能小分子的性是方法简便，功能小分子的性质不受聚合物性质的影响，因此特别适宜酶等对环境敏质不受聚合物性质的影响，因此特别适宜酶等对环境敏感材料的固化。感材料的固化。缺点缺点是在使用过程中包络的小分子功能是在使用过程中包络的小分子功能化合物容易逐步失去，特别是在溶胀条件下使用，将加化合物容易逐步

27、失去，特别是在溶胀条件下使用，将加快固化酶的失活过程。快固化酶的失活过程。研究生课程3.2.2已有高分子材料的功能化已有高分子材料的功能化通过通过高分子的化学反应高分子的化学反应是制备特种高分子的重要是制备特种高分子的重要方法之一。通过高分子的化学反应，可以将天然方法之一。通过高分子的化学反应，可以将天然和合成的通用高分子转变为具有和合成的通用高分子转变为具有新型结构与功能新型结构与功能的聚合物。的聚合物。高分子的化学反应有很多种类型，一般根据高分子的化学反应有很多种类型，一般根据聚合聚合度和基团的变化度和基团的变化（侧基和端基）进行分类。（侧基和端基）进行分类。n1)聚合度基本不变聚合度基本

28、不变，侧基或端基发生变化的反应。侧基或端基发生变化的反应。这类反应常常被称做这类反应常常被称做相似转变相似转变。许多功能高分子，。许多功能高分子，如高分子试剂、高分子催化剂等都可用这种方法如高分子试剂、高分子催化剂等都可用这种方法制备。制备。研究生课程n2)聚合度变大的反应聚合度变大的反应，如交联，接枝，嵌段，扩如交联，接枝，嵌段，扩链等。其中接枝、嵌段等方法是制备个特种与功链等。其中接枝、嵌段等方法是制备个特种与功能高分子常用的方法。能高分子常用的方法。n3)聚合度变小的反应聚合度变小的反应，如解聚、降解等。这类反如解聚、降解等。这类反应在特种与功能高分子的制备中较少见。应在特种与功能高分子

29、的制备中较少见。虽然高分子的化学反应种类繁多，但用于特种高虽然高分子的化学反应种类繁多，但用于特种高分子制备的分子制备的主要为主要为聚合度基本不变或变大聚合度基本不变或变大的反应，的反应，亦即主要为亦即主要为基团发生变化基团发生变化的反应。的反应。功能基与聚合物间可以为化学键作用，也可以为功能基与聚合物间可以为化学键作用，也可以为非共价键作用。非共价键作用。研究生课程(1)利用化学反应将利用化学反应将活性功能基引入聚合物骨架活性功能基引入聚合物骨架，从而改变聚合物的物理化学性质，赋予其新的功从而改变聚合物的物理化学性质，赋予其新的功能。能。n通常用于这种功能化反应的高分子材料都是通常用于这种功

30、能化反应的高分子材料都是较廉价的通较廉价的通用材料用材料。在选择聚合物母体的时候应考虑在选择聚合物母体的时候应考虑许多因素许多因素，首，首先应较容易地接上功能性基团，此外还应考虑价格低廉，先应较容易地接上功能性基团，此外还应考虑价格低廉，来源丰富，具有机械、热、化学稳定性等等。来源丰富，具有机械、热、化学稳定性等等。n常见的品种包括聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚常见的品种包括聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚（甲基）丙烯酸酯及其共聚物、聚丙烯酰胺、聚环氧氯（甲基）丙烯酸酯及其共聚物、聚丙烯酰胺、聚环氧氯丙烷及其共聚物、聚乙烯亚胺、纤维素等，其中丙烷及其共聚物、聚乙烯亚胺、纤维素等，其中使用最使

31、用最多的多的是是聚苯乙烯聚苯乙烯。研究生课程n聚苯乙烯分子中的苯环比较活泼，可以进行一系列的聚苯乙烯分子中的苯环比较活泼，可以进行一系列的芳香芳香取代反应取代反应，如磺化、氯甲基化、卤化、硝化、锂化、烷基，如磺化、氯甲基化、卤化、硝化、锂化、烷基化、羧基化、氨基化等等。化、羧基化、氨基化等等。n此外，还可以使用此外，还可以使用无机高分子无机高分子作为载体，作为载体，其优点其优点在于机械在于机械强度高，可以耐受较高压力。强度高，可以耐受较高压力。如如硅胶和玻璃珠硅胶和玻璃珠表面存在大表面存在大量的硅羟基，这些羟基可以通过与三氯硅烷等试剂反应，量的硅羟基，这些羟基可以通过与三氯硅烷等试剂反应，直接

32、引入功能基，用作高分子吸附剂。直接引入功能基，用作高分子吸附剂。强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂研究生课程(2)功能性小分子与聚合物共混功能性小分子与聚合物共混n这种方法可以用于当聚合物或者功能性小分子这种方法可以用于当聚合物或者功能性小分子缺乏反应缺乏反应活性活性，不能或者，不能或者不易采用化学方法进行功能化不易采用化学方法进行功能化，或者被，或者被引入的功能性物质引入的功能性物质对化学反应过于敏感对化学反应过于敏感，不能承受化学，不能承受化学反应条件的情况下对其进行功能化。反应条件的情况

33、下对其进行功能化。n与与化学法化学法相比，通过与聚合物共混制备功能高分子的相比，通过与聚合物共混制备功能高分子的主主要缺点要缺点是共混物不够稳定，在使用条件下（如溶胀、成是共混物不够稳定，在使用条件下（如溶胀、成膜等）功能聚合物容易由于功能性小分子的流失而逐步膜等）功能聚合物容易由于功能性小分子的流失而逐步失去活性。失去活性。研究生课程3.2.3多功能材料的复合多功能材料的复合将将两种以上的功能高分子材料两种以上的功能高分子材料以某种方式结合，以某种方式结合，将形成新的功能材料，而且具有任何单一功能高将形成新的功能材料，而且具有任何单一功能高分子均不具备的性能，这一结合过程被称为分子均不具备的

34、性能，这一结合过程被称为多功多功能高分子材料能高分子材料的复合过程。的复合过程。n这方面这方面最典型的例子最典型的例子是是单向导电聚合物单向导电聚合物的制备。带有的制备。带有可可逆氧化还原基团逆氧化还原基团的导电聚合物，其导电方式是没有方向的导电聚合物，其导电方式是没有方向性的，但如果将带有性的，但如果将带有不同氧化还原电位不同氧化还原电位的两种聚合物复的两种聚合物复合在一起，放在两电极之间，可发现导电是单向的。这合在一起，放在两电极之间，可发现导电是单向的。这是因为只有还原电位高的处在氧化态的聚合物能够还原是因为只有还原电位高的处在氧化态的聚合物能够还原另一种还原电位低的处在还原态的聚合物，

35、将电子传递另一种还原电位低的处在还原态的聚合物，将电子传递给它，而无论还原电位低的导电聚合物处在何种氧化态，给它，而无论还原电位低的导电聚合物处在何种氧化态，均不能还原处在氧化态的高还原电位聚合物。均不能还原处在氧化态的高还原电位聚合物。研究生课程3.2.4已有功能高分子材料的功能扩展已有功能高分子材料的功能扩展在在同一种功能材料同一种功能材料中，甚至在中，甚至在同一个分子同一个分子中引入中引入两种以上的功能基团两种以上的功能基团也是制备新型功能聚合物的也是制备新型功能聚合物的一种方法。以这种方法制备的聚合物，或者一种方法。以这种方法制备的聚合物，或者集多集多种功能于一身种功能于一身，或者，或

36、者两种功能起协同作用两种功能起协同作用，产生，产生出新的功能。出新的功能。n例如，在高分子试剂中引入两个不同基团，并固定在相例如，在高分子试剂中引入两个不同基团，并固定在相邻位置，可以实现邻位置，可以实现邻位协同作用邻位协同作用。这时高分子试剂中的。这时高分子试剂中的一个功能基团以一个功能基团以静电引力静电引力或者或者其他性质的亲核力其他性质的亲核力吸引住吸引住底物的一端，将底物固定，同时邻位的另一个功能基就底物的一端，将底物固定，同时邻位的另一个功能基就近攻击底物的另一端，即近攻击底物的另一端，即反应中心反应中心，进行化学反应。在，进行化学反应。在这种化学反应中，由于高分子试剂中存在着邻位协

37、同作这种化学反应中，由于高分子试剂中存在着邻位协同作用，因而反应速度大大加快，用，因而反应速度大大加快，选择性提高选择性提高。研究生课程4.特种高分子的展望特种高分子的展望特种高分子特种高分子的发展背景，的发展背景，特种高分子材料的发展特种高分子材料的发展基于基于两个重要背景两个重要背景：经济发展的需要经济发展的需要和和科学技术科学技术的需要的需要。经济发展的需要经济发展的需要。1973年和年和1978年两次世界性的石油大年两次世界性的石油大危机，使原油价格猛涨。以石油为主要原料的高分子材危机，使原油价格猛涨。以石油为主要原料的高分子材料成本呈直线上升，商品市场陷入极为困难的处境。在料成本呈直

38、线上升，商品市场陷入极为困难的处境。在这样的这样的经济背景经济背景下，迫使人们试图用同样的原材料，去下，迫使人们试图用同样的原材料，去制备价值更高的产品。功能高分子在这种外部条件促使制备价值更高的产品。功能高分子在这种外部条件促使下迅速地发展了起来。下迅速地发展了起来。科学技术发展的需科学技术发展的需要要。20世纪世纪8090年代，科学技术有了年代，科学技术有了迅速发展。能源、信息、电子和生命科学等领域的发展，迅速发展。能源、信息、电子和生命科学等领域的发展，对高分子材料提出了新的要求。即要求高分子材料具有对高分子材料提出了新的要求。即要求高分子材料具有迄今还不曾有过的迄今还不曾有过的高性能和

39、高功能高性能和高功能，甚至要求既具有高，甚至要求既具有高功能亦具有高性能的高分子材料。功能亦具有高性能的高分子材料。研究生课程各种高分子材料的产量和价格比各种高分子材料的产量和价格比*品品 种种主要产品举例主要产品举例产量产量 /万吨万吨/年年价格比价格比通用高分子材料通用高分子材料LDPE，HDPE，PVC，PP，PS10001中中间间高分子材料高分子材料ABS，PMMA100100012工程高分子材料工程高分子材料PA，PC，POM，PBT，PPO208024特种高分子材料特种高分子材料有机氟材料，耐有机氟材料，耐热热性高分子，各种性高分子，各种功能高分子功能高分子12010100*价格比

40、以通用高分子为价格比以通用高分子为1计。计。4.14.1经济发展的需要经济发展的需要研究生课程n新能源的要求新能源的要求。可高效转换太阳能的功能高分子材料。可高效转换太阳能的功能高分子材料。如换能型高分子分离膜的利用。如换能型高分子分离膜的利用。n交通和宇航技术的要求交通和宇航技术的要求。航天上提高载荷、航空上航天上提高载荷、航空上安全省油和汽车省油和高速的课题，在一定程度上可采安全省油和汽车省油和高速的课题，在一定程度上可采用特种高分子材料实现。用特种高分子材料实现。n微电子技术的要求微电子技术的要求。高度集成化是微电子工业发展的高度集成化是微电子工业发展的趋势。因此，高功能的光致抗蚀材料（

41、感光高分子）已趋势。因此，高功能的光致抗蚀材料（感光高分子）已成为微电子工业的关键材料之一。成为微电子工业的关键材料之一。n生命科学的要求生命科学的要求。人类对生命奥秘的探索，对建立一人类对生命奥秘的探索，对建立一个洁净、安全的世界的渴望，对征服癌症等疾病的努力，个洁净、安全的世界的渴望，对征服癌症等疾病的努力，人工器官的需求，均对高分子材料提出了功能的要求。人工器官的需求，均对高分子材料提出了功能的要求。4.2科学技术发展的需要科学技术发展的需要研究生课程4.3未来发展未来发展特种高分子材料是一门涉及范围广泛，与众多学特种高分子材料是一门涉及范围广泛，与众多学科相关的科相关的新兴边缘学科新兴

42、边缘学科，涉及内容包括有机化学、，涉及内容包括有机化学、无机化学、光学、电学、结构化学、生物化学、无机化学、光学、电学、结构化学、生物化学、电子学、甚至医学等众多学科，可以预见，在今电子学、甚至医学等众多学科，可以预见，在今后相当长的时期，特种高分子材料研究将代表了后相当长的时期，特种高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。高分子材料发展的主要方向。n反应型高分子反应型高分子是在是在有机合成和生物化学领域有机合成和生物化学领域的重要成果，的重要成果，已经开发出众多新型已经开发出众多新型高分子试剂高分子试剂和和高分子催化剂高分子催化剂应用到应用到科研和生产过程中，在提高合成反应的选择性、

43、简化工科研和生产过程中，在提高合成反应的选择性、简化工艺过程以及化工过程的绿色化方面做出了贡献。更重要艺过程以及化工过程的绿色化方面做出了贡献。更重要的是由此发展而来的固相合成方法和固定化酶技术开创的是由此发展而来的固相合成方法和固定化酶技术开创了有机合成机械化、自动化、有机反应定向化的新时代，了有机合成机械化、自动化、有机反应定向化的新时代，在分子生物学研究方面起到了关键性作用。在分子生物学研究方面起到了关键性作用。研究生课程n电活性高分子材料电活性高分子材料的发展导致了导电聚合物，聚合物电的发展导致了导电聚合物，聚合物电解质，聚合物电极的出现。此外超导、电致发光、电致解质，聚合物电极的出现

44、。此外超导、电致发光、电致变色聚合物也都正在发展之中。变色聚合物也都正在发展之中。n高分子分离膜材料高分子分离膜材料与分离技术的发展在复杂体系的分离与分离技术的发展在复杂体系的分离技术方面独辟蹊径，开辟了气体分离、苦咸水脱盐、液技术方面独辟蹊径，开辟了气体分离、苦咸水脱盐、液体消毒等快速、简便、低耗的新型分离替代技术，也为体消毒等快速、简便、低耗的新型分离替代技术，也为电化学工业和医药工业提供了新型选择性透过和缓释材电化学工业和医药工业提供了新型选择性透过和缓释材料。高分子分离膜在海水淡化方面也渐成为主角。料。高分子分离膜在海水淡化方面也渐成为主角。n医药用功能高分子医药用功能高分子是目前发展非常迅速的一个领域，高是目前发展非常迅速的一个领域，高分子药物、高分子人工组织器官、高分子医用材料在定分子药物、高分子人工组织器官、高分子医用材料在定向给药、器官替代、整形外科和拓展治疗范围方面做出向给药、器官替代、整形外科和拓展治疗范围方面做出了相当大的贡献。了相当大的贡献。特种高分子特种高分子特种高分子特种高分子研究生课程The End研究生课程此此课课件下件下载载可自行可自行编辑编辑修改，修改，仅仅供参考！供参考！感感谢谢您的支持，我您的支持，我们们努力做得更好！努力做得更好！谢谢谢谢