*,*,李敏杰,吉林大学化学院,逸夫教学楼,109,功能高分子材料,Functional,polymer materials,功能高分子材料,2024/11/17,2,教学参考书：,功能高分子材料,马健标 化学工业出版社 北京,2000,功能高分子材料概论,辛志荣 韩冬冰 中国石化出版社 北京,2009,功能高分子材料,罗祥林 化学工业出版社 北京,2010,34,学时，每周,2,学时 每周五 第,5.6,节,考试课（,100,分制）,联系方式：,e-mail:,Tel:85153811,2023/8/72教学参考书：34 学时，每周2学时 每周五,2024/11/17,3,课程内容：,第一章：绪论,第二章：吸附分离型高分子材料,第三章：高分子分离膜与膜分离技术,第四章：导电高分子材料,第五章：感光高分子材料,第六章：医用高分子材料,第七章：药用高分子材料,第八章：液晶高分子材料,第九章：智能高分子材料,第十章,:,高分子试剂,2023/8/73课程内容：第一章：绪论,第一章 绪 论,1.1,高分子材料科学的历史回顾,1.2,基本概念,功能高分子与高性能高分子,功能高分子材料的类型,1.3,功能高分子结构和功能的关系,1.4,功能高分子的设计,1.5,功能高分子材料的发展与展望,第一章 绪 论1.1 高分子材料科学的历史回顾,5,1839,年，美国人,Goodyear,发明硫化橡胶，,1844年获得专利，,1858,年得到应用。,1855,年，英国人,Parks,用硝化纤维素与樟脑（增塑剂）混合制得赛璐珞，,1872,年开始生产。,1889,年，法国人,De Chardonnet,发明人造丝（,Rayon,粘胶纤维）,1905,年工业化。,1907,年，酚醛树脂（电木）诞生，,1910,年投入生产。,1920,年，德国人,Staudinger,发表了“论聚合”的论文，提出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。,1.1,高分子材料科学的历史回顾,51.1 高分子材料科学的历史回顾,6,1935,年，,Carothes,发明尼龙,66,，,1938,年工业化。,30,年代，一系列烯烃类加聚物被合成出来并工业化，,PVC,（,1927,1937,），,PVAc,（,1936,），,PMMA,（,1927,1931,），,PS,（,1934,1937,），,LDPE,（,1939,）。自由基聚合发展。,高分子溶液理论在,30,年代建立，并成功测定了聚合物的分子量。,40,年代，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。丁苯橡胶（,1937,），丁腈橡胶（,1937,），丁基橡胶（,1940,），有机氟材料（,1943,），丙烯腈,-,丁二烯,-,苯乙烯树脂,ABS,（,1947,），涤纶树脂（,1940,1950,）。,50,年代，,Ziegler,和,Natta,发明配位聚合催化剂，制得高密度,PE,和有规,PP,，低级烯烃得到利用,。,2024/11/17,62023/8/7,1956,年，美国人,Szwarc,发明活性阴离子聚合，开创了高分子结构设计的先河。,50,年后期至,60,年代，大量高分子工程材料问世。聚甲醛（,1956,），聚碳酸酯（,1957,），聚砜（,1965,），聚苯醚（,1964,），聚酰亚胺（,1962,）。,60,年代以后，特种高分子和功能高分子得到发展。,特种高分子：高强度、耐高温、耐辐射、高频绝缘、半导体等。,80,年代以后，新的聚合方法和新结构的聚合物不断出现和发展。,新的聚合方法：阳离子活性聚合、原子转移自由基聚合、活性自由基聚合、等离子聚合等等；,新结构的聚合物：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,C,60,聚合物等等。,现代，功能高分子材料蓬勃发展。,功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜等）、导电高分子、感光高分子、高分子试剂、高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、高分子液晶，智能高分子等。,2024/11/17,7,1956年，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开创了高分,Staudinger,因发现高分子科学研究领域获得,1953,年诺贝尔化学奖,Karl Ziegler；Giulio Natte,发明用三乙基铝和三氯化钛组成的金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法。这种催化剂被统称为“齐格勒,纳塔型催化剂”。获得,1963,年诺贝尔化学奖,Paul J.Fory,由于在高分子科学领域,尤其在高分子物理性质与结构的研究方面取得巨大成就,1974,年获诺贝尔化学奖,Staudinger因发现高分子科学研究领域获得1953年诺,2024/11/17,9,Alan J.Heeger,，,Alan G.MacDiarmid,，,Hideki Shirakawa,，因发现和发展了导电高分子获得,2000,年诺贝尔化学奖,Pierre-Gilles de Gennes,成功地将研究简单体系中有序现象的方法推广到高分子、液晶等复杂体系。,1991,年被授予诺贝尔物理奖,2023/8/79Alan J.Heeger，Alan,2024/11/17,10,1.2,基本概念,功能高分子与高性能高分子,功能：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。例如，材料在受到外部光的输入时，,材料可以输出电性能，称为材料的光电功能；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，称为材料,的选择分离性。此外，如压电性、药物缓释放性等，都属于,功能的范畴。,性能：材料对外部作用的抵抗特性。例如，对外力的抵抗表现,为材料的强度、模量等；对热的抵抗表现为耐热性；对光、电、,化学药品的抵抗，则表现为材料的耐光性、绝缘性、防腐蚀性,等。,2023/8/7101.2 基本概念,2024/11/17,11,功能高分子,是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出响应的高分子材料。,高性能高分子,则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。,它们都属于特种高分子材料的范畴。,特种高分子是相对于通用高分子而言的。,通用高分子材料,：应用面广量大，价格较低。根据其性质和用途可分为五个大类：化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂。,特种高分子材料,：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通用高分子材料的范畴，例如阻燃高分子、隔热高分子等。,特种高分子和功能高分子是目前高分子学科中发展最快、研究最活跃的新领域。,2023/8/711 功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化,2024/11/17,12,日本中村茂夫：,功能高分子材料的类型,力学功能材料,化学功能材料,物理化学功能材料,生物化学功能材料,功能高分子材料,2023/8/712日本中村茂夫：功能高分子材料的类型力学功,1.,力学功能材料,1),强化功能材料。如超高强材料、高结晶材料等；,2),弹性功能材料。如热塑性弹性体等。,1),分离功能材料。如分离膜、离子交换树脂、高分,子络合物等；,2),反应功能材料。如高分子催化剂、高分子试剂；,3),生物功能材料。如固定化酶、生物反应器等。,2.,化学功能材料,2024/11/17,13,1.力学功能材料1)强化功能材料。如超高强材料、高结晶材,3.,物理化学功能材料,1),耐高温高分子。高分子液晶等；,2),电学功能材料。如导电性高分子、超导高分子，感电子性高分子等；,3),光学功能材料。如感光高分子、导光性高分子，光敏性高分子等；,4),能量转换功能材料。如压电性高分子、热电性高分子,等。,4.,生物化学功能材料,1),人工脏器用材料。如人工肾、人工心肺等；,2),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；,3),生物分解材料。如可降解性高分子材料等。,这一分类，实际上包括了所有特种高分子材料。,2024/11/17,14,3.物理化学功能材料1)耐高温高分子。高分子液晶等；4.,国内一般采用按其性质、功能或实际用途，具,体可将功能高分子材料划分为,8,种类型。,1.,反应性高分子材料，包括高分子试剂、高分子催,化剂和高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和,固定化酶试剂等。,2.,光敏型高分子，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。,2024/11/17,15,国内一般采用按其性质、功能或实际用途，具20,3.,电性能高分子材料，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。,4.,高分子分离材料，包括各种分离膜、缓释膜和其,他半透性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、,高分子絮凝剂等。,5.,高分子吸附材料，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。,2024/11/17,16,3.电性能高分子材料，包括导电聚合物、能量转换2023/8,6.,高分子智能材料，包括高分子记忆材料、信息存,储材料和光、磁、,pH,、压力感应材料等。,7.,医药用高分子材料，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。,8.,高性能工程材料，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,材料和功能纤维材料、生物降解高分子等。,2024/11/17,17,2023/8/717,2024/11/17,18,1.3,功能高分子结构和功能的关系,功能高分子材料的结构层次包括：,功能高分子的元素（化学）组成；,功能高分子的官能团结构；,功能高分子的链结构及分子结构；,功能高分子的微观构象及聚集态结构；,功能高分子的宏观结构。,2023/8/7181.3 功能高分子结构和功能的关系,2024/11/17,19,化学组成和官能团与功能的关系,元素组成：含碳、硅、硫、氧、氮，磷，溴。,（阻燃，高折射率，生物相亲性等）,官能团：羧基、磺酸基、羟基、氨基、醛基、噻吩等等，决定化,学和物理性质。,（氧化还原性、酸碱性、反应性、溶解性、吸水性等）,微观结构与功能的关系,微观结构：链结构及分子结构（重复单元化学结构，连接方式，,异构，交联，支化分子量及分子量分布）、微观构象和聚集态等。,高分子效应：物理效应（挥发性气味、稳定性、溶解性，可回收,催化剂）、支撑作用（荧光材料）、邻位效应（离子交换树脂，,螯合，协同效应）、包络作用和半透性（高分子缓释药）、其它,作用（有害食品添加剂的高分子化）。,2023/8/719化学组成和官能团与功能的关系,2024/11/17,20,宏观结构与功能的关系,宏观结构：形态，表面粗糙度、微孔的数目形态及空隙率,等其它微结构。,形态：粉末、颗粒、球状、膜状、或本体。,其它微结构：比表面积、孔隙率、孔体积、平均孔径。影,响吸附、离子交换、多相反应等。,2023/8/720宏观结构与功能的关系,2024/11/17,21,1.4,功能高分子的设计,通过已知结构和功能设计功能高分子（由小分子到大分子）；,用仿生方式设计功能高分子（西瓜中的有高吸水纤维素材料；竹子表皮具有较高的强度，是因为其表皮具有高密度的纤维素束；肺能分离空气中的氧气）,2023/8/7211.4 功能高分子的设计,2024/11/17,22,化学法制备功能高分子材料；,功能性小分子高分子化（,PAA,）；,通用高分子功能化（,PSS,）,功能高分子多官能团化（离子交换树脂,+,氧化还原基团）,物理法制备功能高分子材料；,聚合物包埋小分子活性物,通用高分子与功能高分子共混（溶液共混）,多种功能高分子共混,2023/8/722化学法制备功能高分子材料；,1.5,功能高分子材料的发展与展望,1.5.1,功能高分子发展的背景,经济发展的需要,科学技术发展的需求,2024/11/17,23,1.5 功能高分子材料的发展与展望1.5.1 功能高分子发展,1.,经济发展的需要,自从,1920,年施道丁格（,H.Staudinger,）建立大分,子概念以来