1、下 午 好主讲教师：郑雪琴主讲教师：郑雪琴 13921808670第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 吸附性高分子材料吸附性高分子材料第三章第三章 高分子分离膜高分子分离膜第四章第四章 导电高分子材料导电高分子材料第五章第五章 液晶高分子材料液晶高分子材料第六章第六章 医用高分子材料医用高分子材料第七章第七章 光敏高分子材料光敏高分子材料第八章第八章 其它功能高分子材料其它功能高分子材料1.11.1功能高分子材料的定义、分类功能高分子材料的定义、分类1.21.2功能高分子材料的结构与性能功能高分子材料的结构与性能1.31.3功能高分子材料的应用和发展功能高分子材料的应用和发展作业作业l(1)(
2、1)高性能化高性能化l(2)(2)功能化功能化l(3)(3)复合化复合化l(4)(4)精细化精细化l(5)(5)高工程化高工程化l(6)(6)高耐久化高耐久化l(7)(7)智能化智能化l(8)(8)绿色化绿色化材料具备感知、信材料具备感知、信息处理、执行功能息处理、执行功能材料本身受外界刺材料本身受外界刺激产生特定功能激产生特定功能2121世纪高分子材料的发展趋势：世纪高分子材料的发展趋势：对材料机械性能、耐对材料机械性能、耐热性、耐久性、耐腐热性、耐久性、耐腐蚀性的更高要求蚀性的更高要求1.1.1、定义、定义按材料的性能和用途，常将聚合物分成：按材料的性能和用途，常将聚合物分成：塑料、橡胶、
3、纤维、塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂、功能高分子涂料、粘合剂、功能高分子精细高分子精细高分子相对于三大合成聚合物而言相对于三大合成聚合物而言 功能高分子定义：功能高分子定义：是指在高分子原有机械性能的基础上再赋予是指在高分子原有机械性能的基础上再赋予新的诸如催化性、导电性、光敏性、化学性、选新的诸如催化性、导电性、光敏性、化学性、选择分离性等特殊功能的高分子。择分离性等特殊功能的高分子。是在高分子主链和侧链上带有反应性功能基是在高分子主链和侧链上带有反应性功能基团，并具有可逆的或不可逆的物理功能或化学活团，并具有可逆的或不可逆的物理功能或化学活性的一类新型高分子。性的一类新型高分子。特种高分子
4、材料特种高分子材料和功能高分子材料功能高分子材料特种高分子是相对于通用高分子而言的。特种高分子是相对于通用高分子而言的。通用高分子材料：通用高分子材料：应用面广量大，价格较低。根据其性质和用途可分为五个大类：塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂。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。特种高分子特种高分子包括包括高性能高分子高性能高分子和和功能高分子功能高分子特种高分子特种高分子和和功能高分子是目前高分子学科中发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。展最快、研究最活跃的新领域。功能高分子具有
5、如下特点功能高分子具有如下特点:(1)涉及面广；(2)技术密集，附加值高；(3)开发难度大，周期长，竞争激烈；(4)专用性强，品种多，产量小，价格贵。 功能高分子的主要制备方法功能高分子的主要制备方法:(1)功能型小分子材料的高分子化功能型小分子材料的高分子化 即将具有功能基团的小分子化合物经聚合制得功能高分子，或将功能型小分子包埋在聚合物内。(2)普通高分子材料的功能化普通高分子材料的功能化 即通过化学反应将功能型小分子的功能基团接到聚合物分子链上，或利用物理方法将功能型小分子化合物与聚合物共混复合制得功能高分子。 如载上两个或两个以上的功能基团，则可呈现多如载上两个或两个以上的功能基团，则
6、可呈现多种功能。种功能。 1.1.2、分类、分类(1)吸附性高分子材料：吸附性高分子材料：指通过范德华力、静电指通过范德华力、静电力和形成配位键等方式将特定小分子与其结合力和形成配位键等方式将特定小分子与其结合的高分子材料。包括高分子吸附树脂、离子交的高分子材料。包括高分子吸附树脂、离子交换树脂、高吸水性高分子和高分子絮凝剂等。换树脂、高吸水性高分子和高分子絮凝剂等。(2)高分子膜分离材料：高分子膜分离材料：是一种经过特殊工艺制是一种经过特殊工艺制备，具有对某些小分子物质有选择性透过性能备，具有对某些小分子物质有选择性透过性能的功能高分子。依据膜结构和分离机理，可分的功能高分子。依据膜结构和分
7、离机理，可分为微滤膜、超滤膜、反渗透膜、离子交换膜等。为微滤膜、超滤膜、反渗透膜、离子交换膜等。(3)导电高分子材料：导电高分子材料：包括高分子导体、高分子包括高分子导体、高分子半导体和高分子超导体。半导体和高分子超导体。(4)液晶高分子材料：液晶高分子材料：高强度高模量高分子材料、高强度高模量高分子材料、铁电液晶高分子材料等。铁电液晶高分子材料等。(5)光敏高分子材料：光敏高分子材料：在光参量作用下，能够表在光参量作用下，能够表现出显著特殊物理化学性质的高分子材料。包现出显著特殊物理化学性质的高分子材料。包括感光树脂、光致变色高分子、光降解高分子括感光树脂、光致变色高分子、光降解高分子和光导
8、高分子等。和光导高分子等。(6) 反应型功能高分子材料：反应型功能高分子材料：指具有化学活性，指具有化学活性，能够参与或促进化学反应进行的高分子材料。包能够参与或促进化学反应进行的高分子材料。包括高分子催化剂和高分子试剂。括高分子催化剂和高分子试剂。(7) 医用高分子材料：医用高分子材料：包括医用高分子材料、药包括医用高分子材料、药用高分子材料。如高分子药物、高分子人工组织用高分子材料。如高分子药物、高分子人工组织器官等。器官等。 不少功能高分子都是由惰性的高分子基体（骨架）不少功能高分子都是由惰性的高分子基体（骨架）和功能性基团两部分构成的。和功能性基团两部分构成的。 要制得适用的功能高分子
9、，既要选好符合要求的要制得适用的功能高分子，既要选好符合要求的功能性基团，又要选好符合要求的高分子基体。功能性基团，又要选好符合要求的高分子基体。 一般要求高分子基体必须具备与最终功能相适应一般要求高分子基体必须具备与最终功能相适应的物性，并使它具有与功能化相适应的反应性，而的物性，并使它具有与功能化相适应的反应性，而且价廉易得。且价廉易得。 1.2.1、结构层次、结构层次1、构成材料分子的元素组成、构成材料分子的元素组成最基本最基本2、高分子链的结构、高分子链的结构直接影响材料的机械性能、直接影响材料的机械性能、热性能、渗透性、结晶度等热性能、渗透性、结晶度等3、高分子聚集态和超分子结构、高
10、分子聚集态和超分子结构直接影响材料直接影响材料的物理性质如吸附性、渗透性、透光性、机械强的物理性质如吸附性、渗透性、透光性、机械强度等度等4、材料的宏观结构、材料的宏观结构与材料许多功能密切相关与材料许多功能密切相关5、材料分子中的功能基、材料分子中的功能基与材料物化性能密切与材料物化性能密切相关相关 1.2.2、结构与性能的关系、结构与性能的关系1、功能基的性质与聚合物功能之间的关系、功能基的性质与聚合物功能之间的关系(1)材料的性质主要取决于所含的功能基材料的性质主要取决于所含的功能基(2)材料的性质取决于聚合物骨架与功能基的协材料的性质取决于聚合物骨架与功能基的协同作用同作用(3)功能基
11、与聚合物骨架不能区分功能基与聚合物骨架不能区分 2、聚合物骨架的作用、聚合物骨架的作用(1) 溶解度下降效应溶解度下降效应(2) 聚合物骨架的机械支撑作用聚合物骨架的机械支撑作用(3) 聚合物骨架的稳定作用聚合物骨架的稳定作用(4) 聚合物骨架的其它作用聚合物骨架的其它作用 比如，由于大多数聚比如，由于大多数聚合物骨架在体内的不可吸收性，可将一些有害的合物骨架在体内的不可吸收性，可将一些有害的食品添加剂，如色素、甜味素等高分子化，利用食品添加剂，如色素、甜味素等高分子化，利用其不被人体吸收的特性消除其有害性。其不被人体吸收的特性消除其有害性。1.3.1、功能高分子发展的背景、功能高分子发展的背
12、景（1） 经济发展的需要经济发展的需要 自从自从1920年施道丁格（年施道丁格（H.Staudinger）建立大）建立大分子概念以来，高分子材料以惊人的速度得到发展。分子概念以来，高分子材料以惊人的速度得到发展。 至至20世纪世纪60年代，高分子材料工业化已基本完年代，高分子材料工业化已基本完善，解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。善，解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。通用高分子和工程用高分子的世界总产量已超过几通用高分子和工程用高分子的世界总产量已超过几千万吨千万吨/年，特种高分子则为几十万吨年，特种高分子则为几十万吨/年。年。 1973年和年和1978年两次世界性的石油危机，
13、使原年两次世界性的石油危机，使原油价格猛涨。以石油为主要原料的高分子材料成油价格猛涨。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。本呈直线上升，商品市场陷入极为困难的处境。在这样的经济背景下，迫使人们试图用同样的原在这样的经济背景下，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下迅速地发展了起来。种外部条件促使下迅速地发展了起来。 20世纪世纪60年代所建立的较完善的高分子科学理年代所建立的较完善的高分子科学理论为功能高分子的发展提供了基础。论为功能高分子的发展提供了基础。表表1-1 各种高
14、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中间高分子材料中间高分子材料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，耐热性高有机氟材料，耐热性高分子，各种功能高分子分子，各种功能高分子12010100 从表从表1-1的数据可以看出，发展功能高分子材料的数据可以看出，发展功能高分子材料可以获得较高的经济效益。可以获得较高的经济效益。 （2）
15、科学技术发展的需求科学技术发展的需求 80809090年代，科学技术有了迅速发展。能源、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，对高分子信息、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。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高性即要求高分子材料具有迄今还不曾有过的高性能和高功能，甚至要求既具有高功能亦具有高性能和高功能，甚至要求既具有高功能亦具有高性能的高分子材料。能的高分子材料。（3）新能源的要求）新能源的要求 太阳能和氢将成为今后的主要能源。太阳能和氢将成为今后的主要能源。 光电转换材料就成为太阳能利用的关键。光电转换材料就成为太
16、阳能利用的关键。 硅材料已进入了实用阶段。但对单晶硅的需要量硅材料已进入了实用阶段。但对单晶硅的需要量相当大。相当大。 以日本为例，若利用太阳能达到当前日本电力的以日本为例，若利用太阳能达到当前日本电力的1，就需，就需100 的单晶硅至少的单晶硅至少2.7万吨。这相当于日万吨。这相当于日本目前单晶硅总产量的本目前单晶硅总产量的90倍。倍。 为此，人们把注意力转向可高效转换太阳能的功为此，人们把注意力转向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。能高分子材料。如换能型高分子分离膜的利用。（4）交通和宇航技术的要求）交通和宇航技术的要求 既高速又节约能源是交通运输和宇航事业迫切
17、需既高速又节约能源是交通运输和宇航事业迫切需要解决的课题。要解决的课题。 采用功能高分子，在一定程度上解决了该难题。采用功能高分子，在一定程度上解决了该难题。 波音波音757，767飞机采用飞机采用Kavlar增强材料（一种由增强材料（一种由高分子液晶纺丝而成的高强纤维增强的材料），可高分子液晶纺丝而成的高强纤维增强的材料），可省油省油50。 汽车工业采用高分子材料而实现轻型化，从而达汽车工业采用高分子材料而实现轻型化，从而达到省油和高速的目的。到省油和高速的目的。（5）生命科学的要求）生命科学的要求 人类对生命奥秘的探索，对建立一个洁净、安人类对生命奥秘的探索，对建立一个洁净、安全的世界的渴
18、望，对征服癌症等疾病的努力，均全的世界的渴望，对征服癌症等疾病的努力，均对高分子材料提出了功能的要求。对高分子材料提出了功能的要求。 例如，生物分离介质的研制成功，使生命组成例如，生物分离介质的研制成功，使生命组成的各种组分能得以精细地分级，对生命科学的贡的各种组分能得以精细地分级，对生命科学的贡献将是十分重大的。可降解性高分子材料的问世，献将是十分重大的。可降解性高分子材料的问世，将大大减缓白色公害对人类的危害。将大大减缓白色公害对人类的危害。1.3.2、功能高分子的发展历程、功能高分子的发展历程 功能高分子作为一门独立的完整的学科，是从功能高分子作为一门独立的完整的学科，是从20世纪世纪8
19、0年代中后期开始发展的。年代中后期开始发展的。 最早的功能高分子可追述到最早的功能高分子可追述到1935年离子交换树年离子交换树脂的发明。脂的发明。 20世纪世纪50年代，美国人开发了感光高分子用于年代，美国人开发了感光高分子用于印刷工业，后来又发展到电子工业和微电子工业。印刷工业，后来又发展到电子工业和微电子工业。 1957年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性，打破了年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性，打破了多年来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。多年来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。 1977年发现聚乙炔经过掺杂具有金属导电性，年发现聚乙炔经过掺杂具有金属导电性，导致了聚苯胺、聚吡咯等一系列导电高
20、分子的问世。导致了聚苯胺、聚吡咯等一系列导电高分子的问世。 1966年年little提出了超导高分子模型，预计了高分提出了超导高分子模型，预计了高分子材料超导和高温超导的可能性，随后在子材料超导和高温超导的可能性，随后在1975年发年发现了聚氮化硫的超导性。现了聚氮化硫的超导性。 1993年，俄罗斯科学家报道了在经过长期氧化年，俄罗斯科学家报道了在经过长期氧化的聚丙烯体系中发现了室温超导体，这是迄今为的聚丙烯体系中发现了室温超导体，这是迄今为止唯一报道的超导性有机高分子。止唯一报道的超导性有机高分子。 20世纪世纪80年代，高分子传感器、人工脏器、高年代，高分子传感器、人工脏器、高分子分离膜等
21、技术得到快速发展。分子分离膜等技术得到快速发展。 1991年发现了尼龙年发现了尼龙11的铁电性。的铁电性。 功能高分子材料是一门涉及范围广泛，与众功能高分子材料是一门涉及范围广泛，与众多学科相关的新兴边缘学科。多学科相关的新兴边缘学科。 内容涉及有机化学、无机化学、光学、电学、内容涉及有机化学、无机化学、光学、电学、结构化学、生物化学、电子学、甚至医学等众多结构化学、生物化学、电子学、甚至医学等众多学科，是目前国内外异常活跃的一个研究领域。学科，是目前国内外异常活跃的一个研究领域。 功能高分子材料之所以能成为国内外材料学功能高分子材料之所以能成为国内外材料学科的重要研究热点之一，最主要的原因在
22、于它具科的重要研究热点之一，最主要的原因在于它具有独特的有独特的 “功能功能”，可用于替代其他功能材料，可用于替代其他功能材料，并提高或改进其性能，使其成为具有全新性质的并提高或改进其性能，使其成为具有全新性质的功能材料。功能材料。 可以预计，在今后很长的时间，功能高分子可以预计，在今后很长的时间，功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。 我国对功能高分子材料的发展很重视。我国对功能高分子材料的发展很重视。 从从20世纪世纪70年代中期即有很多部门跟踪研究，年代中期即有很多部门跟踪研究，但多年来一直缺乏创新，实用的成果很少，有的但多年来一直
23、缺乏创新，实用的成果很少，有的成果虽已通过鉴定，但由于科技含量不高，致使成果虽已通过鉴定，但由于科技含量不高，致使产品质量差、品种少、价格贵，难于推广应用，产品质量差、品种少、价格贵，难于推广应用，国防、医学、电子和许多尖端技术需要的功能高国防、医学、电子和许多尖端技术需要的功能高分子材料大部分靠进口。分子材料大部分靠进口。 国家高技术研究发展计划国家高技术研究发展计划(“(“863863”)”) 自清洁外墙建筑涂料自清洁外墙建筑涂料根据荷叶的自清洁原理，通过特殊结构与形貌根据荷叶的自清洁原理，通过特殊结构与形貌的无机颗粒材料选用和改性，使涂料在干燥成膜过的无机颗粒材料选用和改性，使涂料在干燥
24、成膜过程中能在涂层表面形成微观的凹一凸形貌，既可以程中能在涂层表面形成微观的凹一凸形貌，既可以使灰尘颗粒附着在涂层表面呈悬空状态，灰尘颗粒使灰尘颗粒附着在涂层表面呈悬空状态，灰尘颗粒与涂层表面作用力大大降低，也使水与涂层表面的与涂层表面作用力大大降低，也使水与涂层表面的接触角大大增加，有利于水珠在涂层表面的滚落。接触角大大增加，有利于水珠在涂层表面的滚落。使堆积或吸附的污染性微粒在风雨的冲刷下可以脱使堆积或吸附的污染性微粒在风雨的冲刷下可以脱离涂层表面，达到自清洁的目的。离涂层表面，达到自清洁的目的。 本项目成果现已实现产业化。本项目成果现已实现产业化。 高性能聚合物透明纤维高性能聚合物透明纤
25、维现代数据通讯需要更高的信号传输速度。以电现代数据通讯需要更高的信号传输速度。以电缆为代表的传统传输介质已无法满足需求。以光纤缆为代表的传统传输介质已无法满足需求。以光纤为传输介质的信号传输不受电磁场等外界干扰，具为传输介质的信号传输不受电磁场等外界干扰，具有极高的保密性能。有极高的保密性能。 光纤：光纤：玻璃光纤玻璃光纤和和聚合物光纤聚合物光纤。玻璃光纤直径较玻璃光纤直径较细，带宽很高，但连接技术复杂，成本较高，适于细，带宽很高，但连接技术复杂，成本较高，适于长距离光信号传输。长距离光信号传输。聚合物光纤的价格和接入成本聚合物光纤的价格和接入成本较低，是解决全光网络中短距信息传输的有效途径。
26、较低，是解决全光网络中短距信息传输的有效途径。 通过此通过此863863项目的开展，聚合物光纤制备技术将项目的开展，聚合物光纤制备技术将趋于成熟，有望实现产业化。趋于成熟，有望实现产业化。作业：作业：1 1、什么是功能高分子？它有什么特点？、什么是功能高分子？它有什么特点？2 2、功能高分子主要有哪些类型？、功能高分子主要有哪些类型？3 3、功能高分子的制备方法主要有哪些？、功能高分子的制备方法主要有哪些？4 4、我国功能高分子的研究应用处于什么水、我国功能高分子的研究应用处于什么水平？采取什么措施发展功能高分子的？平？采取什么措施发展功能高分子的？863计划从世界高技术发展趋势和中国的需要与实际可能出发，坚持“有限目标，突出重点”的方针，选择生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术和新材料7个领域作为我国高技术研究与开发的重点，组织一部分精干的科技力量，跟踪国际水平，缩小同国外的差距，并力争在我们有优势的领域有所突破，为本世纪末特别是下世纪初的经济发展和国防安全创造条件。 再再 见见
