1、123高分子科学的发展历史高分子科学的发展历史4 高分子工业：高分子工业： 公元前，蛋白质、淀粉、棉、毛、丝、麻、造纸、公元前，蛋白质、淀粉、棉、毛、丝、麻、造纸、油漆、虫胶等。油漆、虫胶等。高分子科学：高分子科学： 1833年，年，Berzelius 提出提出 “Polymer”一词，指以共一词，指以共价键、价键、 非共价键联结的聚集体。非共价键联结的聚集体。1、十九世纪之前：天然高分子的加工利用、十九世纪之前：天然高分子的加工利用52、十九世纪中叶：天然高分子的化学改性、十九世纪中叶：天然高分子的化学改性高分子工业：高分子工业：- 1838 C.N.Goodyear 天然橡胶硫化天然橡胶硫
2、化- 1846 C.F.Schobein 硝化纤维硝化纤维- 1868 J.W.Hyatt 硝化纤维塑料硝化纤维塑料(赛璐珞赛璐珞)- 1889 建成最早的人造丝工厂建成最早的人造丝工厂- 1900 英国建成年产英国建成年产1000t 粘胶纤维工厂粘胶纤维工厂高分子科学：高分子科学：-1870 提出纤维素、淀粉、蛋白质是大的分子提出纤维素、淀粉、蛋白质是大的分子-1892 W.A.Tilden 确定天然橡胶干馏产物异戊二烯确定天然橡胶干馏产物异戊二烯 结构式结构式6 硝化纤维硝化纤维-纤维素硝酸酯纤维素硝酸酯纤维素经硝酸和浓硫酸的混合酸处理可制得硝化纤纤维素经硝酸和浓硫酸的混合酸处理可制得硝化
3、纤维素：维素：根据硝化程度的不同，聚合物有不同的用途：根据硝化程度的不同，聚合物有不同的用途：含氮量来确定：含氮量来确定：11%，做塑料；，做塑料； 13%，炸药，炸药(俗称无烟炸药俗称无烟炸药) 12%，清漆，清漆OOHOHCH2OHOHNO3H2SO4OONO2OHCH2ONO2O7粘胶纤维粘胶纤维-人造纤维或人造丝人造纤维或人造丝OOHOHCH2OHONaOHOOHOHCH2ONaOOOHOHCH2OCSSNaOCS2H2SO4 中间产物磺原酸酯可溶于氢氧化钠水溶液，纺丝，中间产物磺原酸酯可溶于氢氧化钠水溶液，纺丝，用浓硫酸酸化还原。用浓硫酸酸化还原。8高分子工业：高分子工业：- 190
4、7 L.Backeland 酚醛树脂酚醛树脂- 1911 丁钠橡胶丁钠橡胶- 1914 醋酸纤维和塑料醋酸纤维和塑料- 1925 聚醋酸乙烯工业化聚醋酸乙烯工业化- 1928 聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯问世聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯问世高分子科学：高分子科学：- 1902 提出蛋白质是由氨基酸残基组成的多肽结构提出蛋白质是由氨基酸残基组成的多肽结构- 1907 W.Ostwold 提出分子胶体概念提出分子胶体概念- 1920 H.Staudinger 提出提出“共价键联结的大分子共价键联结的大分子” 之现代高分子概念之现代高分子概念3、二十世纪初：高分子工业和科学创立的准备时期、二十世纪初：高
5、分子工业和科学创立的准备时期9醋酸纤维醋酸纤维-纤维素醋酸酯纤维素醋酸酯由乙酸酐和乙酸在硫酸催化下与纤维素反应而得：由乙酸酐和乙酸在硫酸催化下与纤维素反应而得：用途：录音带，电影胶卷、眼镜架等。全乙酰化产用途：录音带，电影胶卷、眼镜架等。全乙酰化产品可做纤维使用品可做纤维使用。OOHOHCH2OHO乙酸酐OOAcOAcCH2OAcO部分水解10高分子工业：高分子工业：-塑料：塑料：PVC(1931)、PS(1934)、LDPE(1939)、ABS (1948) -橡胶：氯丁胶（由橡胶：氯丁胶（由2-氯氯-1，3丁二烯聚合）丁二烯聚合）(1931)、丁基胶、丁基胶(1940)、丁苯胶、丁苯胶(1
6、940)-纤维：纤维：PVC(1931)、尼龙、尼龙-66(1935)、PET(1941)、维纶、维纶(1948)高分子科学：高分子科学：- 1932 H.Staudinger 高分子有机化合物高分子有机化合物出版出版 - 192940 W.H.Carothers. P.J.Floury 缩聚反应理论缩聚反应理论- 193238 W.Kuhn, K.H.Mayer 橡胶弹性理论橡胶弹性理论- 193548 H.Mark, F.R.Mayo, et al 链式聚合反应和链式聚合反应和 共聚合理论共聚合理论- 194249 P.J.Flory, M.L.Huggins, et al 高分子溶液理论
7、高分子溶液理论- 40年代年代 Harkin-Smith-Ewart 乳液聚合理论乳液聚合理论4、二十世纪、二十世纪3040年代：高分子工业和科学的创立时期年代：高分子工业和科学的创立时期11高分子工业：高分子工业：- HDPE(195355)、PP(195557)、BR(1959)、 PC(1957)- 石油化工产品的石油化工产品的80%用于高分子工业用于高分子工业- 塑料以两倍于钢铁的速率增长塑料以两倍于钢铁的速率增长(1215% / 年年)高分子科学：高分子科学：- 195356 Ziegler-Natta 催化剂和配位阴离子聚合催化剂和配位阴离子聚合- 50年代年代 Szwarc 阴离
8、子活性聚合阴离子活性聚合 Kennedy 阳离子聚合阳离子聚合- 1957 A.Keller 获得聚乙烯单晶获得聚乙烯单晶5、二十世纪、二十世纪50年代：现代高分子工业确立、年代：现代高分子工业确立、高分子合成化学大发展时期高分子合成化学大发展时期12高分子工业：高分子工业：- 通用塑料：通用塑料：PE、PP、PVC、PS 、PF（酚醛树脂）、（酚醛树脂）、UF（ 脲醛树脂）、脲醛树脂）、PU- 工程塑料：工程塑料：ABS、PA（聚酰胺）、（聚酰胺）、PC、PPO（聚苯醚）、（聚苯醚）、POM（聚甲醛）、（聚甲醛）、PBT（聚对苯二甲酸丁二酯）（聚对苯二甲酸丁二酯）- 合成橡胶：丁苯胶、顺丁胶
9、、乙丙胶、异戊胶、丁基胶、合成橡胶：丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶、异戊胶、丁基胶、- 丁腈胶丁腈胶- 合成纤维：合成纤维：PET（聚对苯二甲酸乙二酯）、（聚对苯二甲酸乙二酯）、PAN、PP、PVA、nylon高分子科学：高分子科学：- 各种热谱、力谱、电镜、各种热谱、力谱、电镜、IR手段的应用、手段的应用、 1960 高分辨率高分辨率NMR、 1964 GPC的使用的使用- 结晶高分子、高分子粘弹性、流变学理论研究的深入结晶高分子、高分子粘弹性、流变学理论研究的深入6、二十世纪、二十世纪60年代：高分子物理大发展时期年代：高分子物理大发展时期13高分子工业：高分子工业：- 生产的高效化、自动化、大型
10、化：生产的高效化、自动化、大型化： 塑料塑料6000万万t、橡胶、橡胶700万万t、化纤、化纤6000万万t、- 高分子合金，如高分子合金，如HIPS- 高分子复合材料，如碳纤维增强复合材料高分子复合材料，如碳纤维增强复合材料高分子科学：高分子科学：- 197178 白川英树等白川英树等 导电高分子导电高分子- 1973 Kevlar 纤维纤维7、二十世纪、二十世纪70年代：高分子工程科学大发展时期年代：高分子工程科学大发展时期14高分子工业：高分子工业：- 80年代初，三大合成材料产量超过年代初，三大合成材料产量超过10亿亿t，其中塑，其中塑 料料8500万万t，以体积计超过钢铁的产量，以体
11、积计超过钢铁的产量- 精细高分子、功能高分子、生物医学高分子精细高分子、功能高分子、生物医学高分子高分子科学：高分子科学：- 提出分子设计概念提出分子设计概念- 1983 O.W.Webster 基团转移聚合基团转移聚合- 1994 王锦山王锦山 原子原子(基团基团)转移自由基聚合转移自由基聚合8、二十世纪末期：高分子科学的扩展与深化、二十世纪末期：高分子科学的扩展与深化15 1850年曾去美国学习两年机械。年曾去美国学习两年机械。后来专心研究炸药。后来专心研究炸药。 1862年夏研制成功了硝化甘油年夏研制成功了硝化甘油引爆方法。不久又发明了雷管、引爆方法。不久又发明了雷管、黄色炸药、无烟炸药
12、。这种炸黄色炸药、无烟炸药。这种炸药很稳定，但用雷管引爆时又药很稳定，但用雷管引爆时又威力极大。威力极大。 1867年起，黄色炸药和雷管在年起，黄色炸药和雷管在实业界获得了极大的信誉。实业界获得了极大的信誉。 一生获发明专利一生获发明专利355项。项。 1895年年11月月27日，诺贝尔在日，诺贝尔在逝世前拟定遗嘱，将他的遗产逝世前拟定遗嘱，将他的遗产大部分大部分(约万美元约万美元) 赠给赠给斯德哥尔摩科学院，每年用提斯德哥尔摩科学院，每年用提出的利息奖给科学领域里有重出的利息奖给科学领域里有重大发现者。大发现者。 A.B.Nobel (1833-1896) 瑞典化学家瑞典化学家崇高的科学奖赏
13、崇高的科学奖赏重大历史事件重大历史事件16 Nobel 的化学实验室的化学实验室17 瑞典科学院从瑞典科学院从1901年起设立诺贝尔奖，年起设立诺贝尔奖，每年每年12月月10日，在诺贝尔去世这天颁日，在诺贝尔去世这天颁发。它成为一种崇高的科学奖赏和荣誉。发。它成为一种崇高的科学奖赏和荣誉。诺贝尔奖项诺贝尔奖项 诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖 诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖 诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖 诺贝尔文学奖诺贝尔文学奖 诺贝尔和平奖诺贝尔和平奖 诺贝尔经济学奖诺贝尔经济学奖 (1969)1819 瑞典人，物理化学家。瑞典人，物理化学家。研究胶体分子的提纯和分研究胶体分子的提纯和分离技术
14、，特别是对蛋白质离技术，特别是对蛋白质的研究。的研究。1924年发明了超年发明了超速离心机，用于蛋白质分速离心机，用于蛋白质分子测定，并从沉降常数和子测定，并从沉降常数和扩散系数获得血红蛋白的扩散系数获得血红蛋白的分子量。分子量。 Svedberg 的工作为高分的工作为高分子化学的建立创造了实验子化学的建立创造了实验条件。条件。斯维德伯格斯维德伯格 (T.Svedberg)(18841971)19261926年因发明高速离心机并用于高分散胶体化学研究年因发明高速离心机并用于高分散胶体化学研究获诺贝尔化学奖获诺贝尔化学奖20 德国人，德国人，1903年在年在Halla大学完成博士论大学完成博士论
15、文。文。 毕业后在多所大毕业后在多所大学任教。学任教。 早期研究有机化学，早期研究有机化学，后转向对天然有机物后转向对天然有机物的结构研究。的结构研究。 1920年，在年，在德国化学会志德国化学会志上发表划时代的文章上发表划时代的文章论聚合论聚合,首次提出高分子的概念。首次提出高分子的概念。 1932年，发表专著年，发表专著高分子有机化合物高分子有机化合物，标志着高分子化学，标志着高分子化学的诞生。的诞生。斯陶丁格斯陶丁格 (H.Staudinger) (18811965)19531953年因年因“链状大分子物质的发现链状大分子物质的发现”获获诺贝尔化学诺贝尔化学奖奖21Ziegler-Nat
16、ta催化剂的发现催化剂的发现* 1923年，开始碱金属有机化合物研究年，开始碱金属有机化合物研究* 二十世纪二十世纪50年代，石油化工为高分子合成提供了廉价丰富的原料，但其中最年代，石油化工为高分子合成提供了廉价丰富的原料，但其中最 多的多的-烯烃由于没有合适的催化剂而末能得到充分使用。烯烃由于没有合适的催化剂而末能得到充分使用。* 1948年，用年，用AlH3与乙烯反应，得到不带支链的高级烯烃与乙烯反应，得到不带支链的高级烯烃* 1953年，在一次实验中意外发现由于反应釜中残留的痕量镍而只生成二聚体年，在一次实验中意外发现由于反应釜中残留的痕量镍而只生成二聚体德国人，德国人， 22岁获博士学
17、位。毕业后在多所大学任教，岁获博士学位。毕业后在多所大学任教，主要主要从事金属有机化合物研究。治学严谨，重视理论与实践相从事金属有机化合物研究。治学严谨，重视理论与实践相结合。实验技巧娴熟，危险实验常亲自做。一生发表论文结合。实验技巧娴熟，危险实验常亲自做。一生发表论文200余篇。余篇。 对助手要求严格，对重要的书要求助手对助手要求严格，对重要的书要求助手“通背通背” “翻破翻破”为止。为止。1946年起任前联邦德国化学会会长。年起任前联邦德国化学会会长。* 1955年，进一步的研究发现用年，进一步的研究发现用TiCl4和和Al(C2H5)3 组成的催化体系，能使乙烯组成的催化体系，能使乙烯
18、在室温低压下迅速聚合成为高分子量的高密度聚乙烯，在室温低压下迅速聚合成为高分子量的高密度聚乙烯， Ziegler 催催 化剂由此诞生。化剂由此诞生。K.Ziegler (18981973)2219631963年，年，K.Ziegler 和和 G.Natta 因因“在高分子合成在高分子合成和工艺领域中的重大发现和工艺领域中的重大发现”共同获共同获诺贝尔化学诺贝尔化学奖奖意大利人，意大利人，21岁获博士学位。岁获博士学位。毕业后在多所大学任教，毕业后在多所大学任教，同时兼任同时兼任Montecatini (蒙埃蒙埃) 公司顾问。主要从事有机合公司顾问。主要从事有机合成和高分子结构研究。高度重视工业
19、工作，不单纯学术成和高分子结构研究。高度重视工业工作，不单纯学术生涯。一生发表生涯。一生发表论文论文700余篇余篇，专利约百项专利约百项。* 1930年，开始进行高分子结构研究年，开始进行高分子结构研究* 1952年年, 受受Ziegler 研究结果影响研究结果影响, 开始对开始对Ziegler催化剂进行进一步研究催化剂进行进一步研究* 1954年，对聚丙烯的结构进行研究发现为年，对聚丙烯的结构进行研究发现为“全同立构全同立构”* 1954年，年， 用用TiCl3和和Al(C2H5)3 组成的催化体系得到聚丙烯组成的催化体系得到聚丙烯G.Natta（19031979）23 美国人，美国人，19
20、34年获博士学位年获博士学位后，作为物理化学家进入杜邦后，作为物理化学家进入杜邦公司，在公司，在Carothers手下工作。手下工作。Carothers鼓励他从事将数学方鼓励他从事将数学方法用于高分子领域的研究。法用于高分子领域的研究。 按照这一思路，按照这一思路， Flory的研的研究在许多重要的理论方面多有究在许多重要的理论方面多有建树：高分子分子量分布、等建树：高分子分子量分布、等活性反应原理、高分子溶液的活性反应原理、高分子溶液的热力学研究等。热力学研究等。P.J.Flory (19101985)19741974年因在长链分子物理化学性质方面的研究年因在长链分子物理化学性质方面的研究获
21、获诺贝尔化学诺贝尔化学奖奖2419911991年因把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较年因把研究简单系统中有序现象的方法推广到比较复杂的物质形式，特别是推广到液晶和聚合物的研究中复杂的物质形式，特别是推广到液晶和聚合物的研究中获获诺贝尔物理诺贝尔物理奖奖P.G. de Geenes (1932) 法国人，理论物理法国人，理论物理学家学家。6070年代，年代，把把研究简单系统中有研究简单系统中有序现象的方法推广到序现象的方法推广到比较复杂的物质形式，比较复杂的物质形式，特别是推广到液晶和特别是推广到液晶和聚合物的研究中，为聚合物的研究中，为物理学研究开拓了新物理学研究开拓了新的领域。的领域。
22、聚合体链动态模型聚合体链动态模型25Alan.G.MacDiarmid(1927)Alan.J.Heeger(1936)白川英树白川英树（1936） 美国人，现任宾美国人，现任宾夕法尼亚大学化学夕法尼亚大学化学教授教授 美国人，现任加美国人，现任加利福尼亚大学巴巴利福尼亚大学巴巴拉分校聚合物和有拉分校聚合物和有机固体研究所所长机固体研究所所长 日本人，现任筑日本人，现任筑波大学材料科学研波大学材料科学研究所化学教授究所化学教授20002000年因在导电聚合物领域的开创性工作共同年因在导电聚合物领域的开创性工作共同获获诺贝尔化学诺贝尔化学奖奖261、理论研究、理论研究中国的高分子研究起步于二十世
23、纪中国的高分子研究起步于二十世纪50年代，作出杰出贡献的有：年代，作出杰出贡献的有：王葆仁先生：在我国高分子科学的形成、发展中进行了重要的组织工作，培王葆仁先生：在我国高分子科学的形成、发展中进行了重要的组织工作，培 养了一大批学科骨干。养了一大批学科骨干。冯新德先生：在自由基聚合、氧化还原引发体系等领域开展了系统的基础研冯新德先生：在自由基聚合、氧化还原引发体系等领域开展了系统的基础研 究，并开创了国内医用高分子研究领域。究，并开创了国内医用高分子研究领域。钱人元先生：对我国高分子物理的发展起了奠基作用，开拓了我国高分子钱人元先生：对我国高分子物理的发展起了奠基作用，开拓了我国高分子 溶溶
24、液、高分子凝聚态、有机金属导体等重要的研究领域。液、高分子凝聚态、有机金属导体等重要的研究领域。何炳林先生：开拓了我国离子交换与吸附树脂的研究领域，并在将基础研究何炳林先生：开拓了我国离子交换与吸附树脂的研究领域，并在将基础研究 和应用研究相结合推动产业发展方面做出富有成果的尝试。和应用研究相结合推动产业发展方面做出富有成果的尝试。 钱保功先生：在组织高分子化学、高分子物理进行学科联合，共同开发我国钱保功先生：在组织高分子化学、高分子物理进行学科联合，共同开发我国 新品种橡胶研究方面做出了重要贡献。新品种橡胶研究方面做出了重要贡献。唐敖庆先生：开展了高分子统计理论研究，在高分子化学、高分子物理
25、理论唐敖庆先生：开展了高分子统计理论研究，在高分子化学、高分子物理理论 研究方面开创了一个重要领域。研究方面开创了一个重要领域。徐徐 僖先生：长期开展的塑料成型研究为我国高分子成型科学基础研究的发僖先生：长期开展的塑料成型研究为我国高分子成型科学基础研究的发 展起了重要奠基的推动作用。展起了重要奠基的推动作用。中国的高分子科学中国的高分子科学272、工业发展、工业发展新中国成立时，合成树脂的总产量不到新中国成立时，合成树脂的总产量不到200t，合成橡胶，合成橡胶与合成纤维均为空白。与合成纤维均为空白。自主开发：自主开发： 50年代年代 大型聚氯乙烯树脂工厂大型聚氯乙烯树脂工厂 70年代年代 大
26、型顺丁橡胶工厂大型顺丁橡胶工厂 80年代年代 适应于高速纺丝的聚丙烯适应于高速纺丝的聚丙烯 90年代年代 大型热塑性弹性体大型热塑性弹性体SBS工厂工厂引进技术引进技术(至至90年年)：橡胶品种橡胶品种 4 个：氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁苯胶乳个：氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁苯胶乳 生产能力生产能力18万万t/a纤维品种纤维品种 5 个：尼龙个：尼龙-6、尼龙、尼龙-66、聚酯、聚丙烯腈、维尼纶、聚酯、聚丙烯腈、维尼纶 生产能力生产能力158万万t/a塑料品种塑料品种10个：个：PS、HIPS、LDPE、HDPE等生产能力等生产能力201万万 t/a 281.1.1 研究对象和研究内
27、容高分子高分子化学高分子材料聚合物功能高分子材料分子量大于20000人工合成高分子材料的组成结构化学性质合成纤维；合成橡胶；塑料；油漆涂料；高分子粘合剂。合称常规高分子材料。有明显不同的物化性质和特殊功能的聚合物大分子什么是功能高分子材料？什么是功能高分子材料？29高性能高性能材料对外部作用的抵抗特性。例如，对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，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。则表现为材料的耐光性、绝缘性、防腐蚀性等
28、。 功能：功能：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生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，都属于功性。此外，如压电性、药物缓释放性等，都属于功能的范畴。能的范畴。 3031什么是功能高分子材料化学什么是功能高分
29、子材料化学 研究功能高分子材料的结构组成、构效关系、制备方法，以及设计开发设计开发应用的科学。32功能高分子材料化学的学习目的功能高分子材料化学的学习目的对功能高分子材料科学概括性认识；学习功能高分子材料性能与结构的一般关系（设计基础）；掌握功能高分子材料的总体制备策略和功能高分子化学研究方法。331.1.2 功能高分子材料化学的发展历程开始于20世纪80年代中后期20世纪末出现的光敏高分子化学光敏高分子化学：光敏涂料、光之抗蚀剂、光稳定剂、光可降解材料、光刻胶、感光性树脂、以及光致发光和光致变色高分子材料都已工业化电活性高分子材料电活性高分子材料：导电聚合物、聚合物电解质、超导、电致发光、电
30、致变色聚合物等，电活性聚合物和修饰电极技术发展促成化学敏感器和分子电子器件34高分子分离膜材料：高分子分离膜材料：气体分离膜、苦咸水脱盐、液体消毒膜、选择性透过膜。海水淡化用高分子分离膜医用高分子材料：医用高分子材料：高分子药物、高分子人工组织器官、定向给药、器官替代、整形外科。 与众多学科相关的新兴边缘学科，包括：有机、无机、光学、电学、结构化学、生物化学、电工学、医学。具有独特的功能，代表了高分子化学发展方向。351.1.3 功能高分子化学分类方法按照性质和功能分为7种： 反应型高分子材料 光敏型高分子 膜型高分子材料高性能工程材料 高分子智能材料 吸附型高分子材料 电活性高分子36反应性
31、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。高分子效应高分子效应浓缩和稀释浓缩和稀释光敏型高分子，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。光能转换光能转换太阳能电池、光固化涂料太阳能电池、光固化涂料37线性共轭高分子电场中电导率剧增！线性共轭高分子电场中电导率剧增！咸水淡化、污水净化、食品保鲜、血液透析、生物活性提取。咸水淡化、污水净化、食品保鲜、血液透析、生物活性提取。38婴儿卫生品、农业保水婴儿卫生品、农业保水剂气液相色谱固定相、水净化材料。剂气液相色谱固定相、水净化材料。聚苯并咪唑、聚喹噁啉、聚噁二
32、唑等, 耐热性可望达到，宇航 39 塑塑 料料 分分 类？类？通用塑料聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料等工程塑料聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚酯、改性聚苯醚等高性能工程塑料聚芳醚、聚芳砜、聚芳酯、聚芳杂环类、聚芳酰胺、聚对二甲苯、含氟材料等 401.2 功能高分子材料的结构与性能的关系功能高分子材料的结构与性能的关系1.2.1 功能高分子材料的结构层次功能高分子材料的结构层次材料的元素组成官能团结构聚合物链段微观构象结构材料超分子结构和聚集态材料的宏观结构411.2.2 功能高分子材料的构效关系分析 官能团的性质与聚合物功能之间的关系(1)功能高分子材料的性质主要取
33、决于所含的 官能团：骨架起支撑、固定、分隔、降溶解官能团：骨架起支撑、固定、分隔、降溶解(2) 取决于聚合物骨架与官能团协同作用 固相合成：聚对氯甲基苯乙烯载体固相合成：聚对氯甲基苯乙烯载体(3)聚合物骨架起官能团作用 离子导电聚合物：聚环氧乙烷离子导电聚合物：聚环氧乙烷(4) 官能团在功能高分子材料中仅起辅助作用 官能团协助降低官能团协助降低Tg，膜润湿性，膜润湿性42功能高分子材料中聚合物骨架作用(1)溶解度下降效应 非均相反应非均相反应(2)高分子骨架的机械支撑作用 无限稀释无限稀释(3)模板效应 建立局部空间环境，立体选择合成建立局部空间环境，立体选择合成(4)稳定作用 降低分子熔点、
34、沸点、挥发性降低分子熔点、沸点、挥发性(5)其他作用 食品添加剂高分子化食品添加剂高分子化-低毒，提高染料牢度低毒，提高染料牢度43聚合物骨架的种类和形态的影响交联聚合树脂：(1) 微孔型或溶胶型树脂(2) 大孔树脂(3) 米花状聚合物(4) 大网状聚合物骨架种类：聚乙烯；聚酯；多糖类；聚乙炔；聚芳香内酯化学形态：线性；交联441.2.3 相关理论和概念聚合物的溶胀度和溶解性质溶剂：良性溶剂、溶胀剂和非溶剂。溶剂分子通过扩散进入聚合物，溶剂与聚合物分子间作用力与聚合物分子间作用力竞争溶剂分子扩散到聚合物内部，通过溶剂化作用使分子链伸展，体积增大，产生溶胀，形成凝胶45聚合物多孔性聚合物多孔性
35、高分子吸附剂、高分子试剂、高分子催化剂等功能高分子材料高分子吸附剂、高分子试剂、高分子催化剂等功能高分子材料多孔性多孔性 比表面积增大有利于提高高分子催化剂和高分子比表面积增大有利于提高高分子催化剂和高分子试剂的反应效率。比表面积决定吸附面积的大小。试剂的反应效率。比表面积决定吸附面积的大小。46聚合物的渗透性聚合物的渗透性是高分子分离膜至关重要的指标。通过气体或液体在一定条件下的渗透量来测定。47功能高分子材料的稳定性化学稳定性机械稳定性聚合物主链种类、交联度和结晶度聚合物主链种类、交联度和结晶度氧化、降解，光、热和水汽加速氧化、降解，光、热和水汽加速481.3 功能高分子材料的功能高分子材
36、料的制备策略制备策略1.3.1 功能型小分子材料的高分子化1.3.2 普通高分子材料的的功能化1.3.3 功能材料的复合及扩展设计途径设计途径化学结构设计化学结构设计一次结构一次结构聚集态结构设计聚集态结构设计二次结构二次结构复合结构设计复合结构设计三次结构三次结构49功能型可聚合单体的聚合法均聚共聚引入聚合基团合成功能基团小分子单体；进行均聚或共聚反应生成聚合物。聚合包埋法聚合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聚合物所包埋。固化酶1.3.1 功能型小分子材料的高分子化501.3.2 普通高分子材料的的功能化化学方法化学方法p 聚苯乙烯功能化反应p 聚乙烯醇功能化p 聚环
37、氧氯丙烷功能化反应p 缩合型聚合物的功能化p 聚氯乙烯醇功能化聚合物功能化的物理方法聚合物功能化的物理方法51p 聚苯乙烯功能化反应引入活性基团5253p 聚氯乙烯醇功能化二苯基磷二苯基磷芳香基团芳香基团丁基锂丁基锂硫醇钠硫醇钠叠氮化叠氮化54p 聚乙烯醇功能化55p 聚环氧氯丙烷功能化反应56p 缩合型聚合物的功能化工程塑料和化学纤维：聚酰胺（棉纶），聚酯（涤纶），聚内酰胺。用氯甲基乙醚在聚苯醚引入活性基团：氯甲基57聚合物功能化的物理方法聚合物功能化的物理方法 聚合物的物理功能化方法主要是通过小分子功能化合物与聚合物的共混来实现。共混方法有熔融态共混和溶液共混，熔融态共混与两种高分子共混相
38、似，是将聚合物熔融、在熔融态加入功能型小分子，搅拌均匀。小分子如果能够在聚合物中溶解，将形成分子分散相，获得均相共混体；否则小分子将以微粒状态存在，得到的是多相共混体。 因此，小分子在聚合物中的溶解性能直接影响得到共混物的相态结构。581.3.3 功能材料的复合及扩展功能高分子材料的多功能复合功能高分子材料的多功能复合在同一分子中引入多种功能基在同一分子中引入多种功能基选择不同的修饰材料对电极表面进行修饰制成多重选择性电极集多功能于一身创造出新的功能，模仿天然植物的光合作用系统。59 当然,在实际设计时,还需要综合考虑各种情况,配合多种设计途径一起共同提高功能高分子的功能特性。如为了提高感光性
39、高分子的感度,可以通过化学结构的改变来达到,如增加共轭程度、增加含孤对电子的原子等;也可以通过在体系中添加2-硝基芴、5-硝基苊等增感剂来实现。而将感光基团受光后直接参与化学反应变为催化化学反应,可以在更大程度上提高光刻胶体系的感度,被称为化学增幅法。601.4 功能高分子材料种类与功能功能高分子材料种类与功能反应型功能高分子导电高分子材料光活性高分子材料高分子液晶材料吸附性高分子材料其他高分子材料电活性高分子材料高分子功能膜材料医用和药用功能高分子 反应型高分子反应型高分子是在有机合成和生物化学领域的是在有机合成和生物化学领域的重要成果，已经开发出众多新型重要成果，已经开发出众多新型高分子试
40、剂和高分高分子试剂和高分子催化剂子催化剂应用到科研和生产过程中，在提高合成反应用到科研和生产过程中，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。更重要的是由此发展而来的固相方面做出了贡献。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了有机合成机械化、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，在分子生物学自动化、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。研究方面起到了关键性作用。 电活性高分子材料电活性高分子材料的发展导致了的发展导致了导电聚合物导电聚合物，聚合
41、物电解质，聚合物电极聚合物电解质，聚合物电极的出现。此外的出现。此外超导、电超导、电致发光、电致变色聚合物致发光、电致变色聚合物也是近年来的重要研究成也是近年来的重要研究成果，其中以电致发光材料制作的彩色显示器已经被果，其中以电致发光材料制作的彩色显示器已经被日本和美国公司研制成功，有望成为新一代显示器日本和美国公司研制成功，有望成为新一代显示器件。此外众多化学传感器和分子电子器件的发明也件。此外众多化学传感器和分子电子器件的发明也得益于电活性聚合物和修饰电极技术的发展。得益于电活性聚合物和修饰电极技术的发展。 高分子功能膜材料高分子功能膜材料与分离技术的发展在复杂体与分离技术的发展在复杂体系
42、的分离技术方面独辟蹊径，开辟了气体分离、苦系的分离技术方面独辟蹊径，开辟了气体分离、苦咸水脱盐、液体消毒等快速、简便、低耗的新型分咸水脱盐、液体消毒等快速、简便、低耗的新型分离替代技术，也为电化学工业和医药工业提供了新离替代技术，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料。目前高分子分离膜在海型选择性透过和缓释材料。目前高分子分离膜在海水淡化方面已经成为主角，已经拥有制备水淡化方面已经成为主角，已经拥有制备18万吨万吨/日日纯水设备的能力。纯水设备的能力。 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是目前发展非常迅速的一个领域，领域，高分子药物、高分子人工组织器官、高
43、分子高分子药物、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、整形外科医用材料在定向给药、器官替代、整形外科和拓展和拓展治疗范围方面做出了相当大的贡献。治疗范围方面做出了相当大的贡献。 特种与功能高分子材料是一门涉及范围广泛，特种与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，涉及与众多学科相关的新兴边缘学科，涉及内容包括有内容包括有机化学、无机化学、光学、电学、结构化学、生物机化学、无机化学、光学、电学、结构化学、生物化学、电子学、甚至医学等众多学科化学、电子学、甚至医学等众多学科，是目前国内，是目前国内外异常活跃的一个研究领域。外异常活跃的一个研究领域。 可以说
44、，特种与功能高分子材料在高分子科学可以说，特种与功能高分子材料在高分子科学中的地位，相当于精细化工在化工领域内的地位。中的地位，相当于精细化工在化工领域内的地位。因此也因此也有人称特种与功能高分子为精细高分子有人称特种与功能高分子为精细高分子，其，其内涵指其产品的内涵指其产品的产量小，产值高，制造工艺复杂产量小，产值高，制造工艺复杂。 特种与功能高分子材料之所以能成为国内外材特种与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，最主要的原因在于它料学科的重要研究热点之一，最主要的原因在于它们具有独特的们具有独特的“性能性能”和和“功能功能”，可用于替代其，可用于替代其他功他功能材料
45、，并提高或改进其性能，使其成为具有全新能材料，并提高或改进其性能，使其成为具有全新性质的功能材料。性质的功能材料。 可以预计，在今后很长的历史时期中，特种与可以预计，在今后很长的历史时期中，特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主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。要方向。671.5 功能高分子材料化学研究方法功能高分子材料化学研究方法1.5.1 制备方法1.5.2 结构与组成研究方法681.5.2 结构与组成研究方法结构与组成研究方法功能高分子材料的化学成分分析功能高分子材料的化学成分分析化学结构分析化学结构分析功能高分子聚集态结构分析功能高分子聚集态结构分析功能高
46、分子材料的热性质分析功能高分子材料的热性质分析功能高分子宏观结构分析功能高分子宏观结构分析化学、元素仪、化学、元素仪、MS、色谱、色谱IR、UR、NMR、MSXRD、EMXRD、EM、SEM聚集态结构以上聚集态结构以上的大尺寸结构的大尺寸结构691.5.3 功能高分子材料的构效关系研究方法功能高分子材料的构效关系研究方法功能高分子性能测定功能高分子材料作用机理研究导电高分子电导测定方法；功能膜真空渗透；反应高分子反应动力学和热力学详细内容后叙701.6 功能高分子材料课程学习方法 在功能高分子学习过程中，应始终将功能材料的结构在功能高分子学习过程中，应始终将功能材料的结构设计置于重要的地位，使
47、功能高分子的学习与高分子物理设计置于重要的地位，使功能高分子的学习与高分子物理学、高分子化学有机地结合起来，避免在学时有限的情况学、高分子化学有机地结合起来，避免在学时有限的情况下浅尝辄止的肤浅做法。下浅尝辄止的肤浅做法。 功能高分子材料的设计思想功能高分子材料的设计思想,是以高分子物理学所研究是以高分子物理学所研究的结构与性能之间的关系为基础的。在讨论影响功能高分的结构与性能之间的关系为基础的。在讨论影响功能高分子的功能特性因素时子的功能特性因素时, 离不开高分子物理的基本内容。在离不开高分子物理的基本内容。在功能高分子材料课程中功能高分子材料课程中，结构与性能之间的关系是一条贯结构与性能之间的关系是一条贯穿始末的主线。穿始末的主线。71参考书刊参考书刊 1 刘引烽.特种高分子材料. 上海:上海大学出版社,2001 2 陈义镛.功能高分子. 上海:上海科技出版社,1988 3 蓝立文编. 功能高分子材料M. 西安:西北工业大学出版社,1995Q功能材料Q功能高分子材料Q高分子材料科学与工程Q高分子学报Q高分子物理Q高分子化学
