1、1功能高分子材料介绍Functional Polymers雷良才雷良才 教授教授化学与材料科学学院化学与材料科学学院辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学2 1 高分子材料高分子材料 功能高分子材料 Functional polymers 材料和能源、信息构成社会发展和当代文明的三大材料和能源、信息构成社会发展和当代文明的三大支柱，历史上取得的技术成就与技术革新无不与材料的支柱，历史上取得的技术成就与技术革新无不与材料的发展有关。发展有关。常用材料名称表示不同的历史时代常用材料名称表示不同的历史时代:石器时代、铜器石器时代、铜器时代、铁器时代（时代、铁器时代（The Stone,Bronze and
2、 Iron AgesThe Stone,Bronze and Iron Ages）。）。现代社会应用的三大材料：高分子、陶瓷、钢铁现代社会应用的三大材料：高分子、陶瓷、钢铁（Polymers,Ceramics and SteelPolymers,Ceramics and Steel）辽宁石油化工大学32121世纪世纪-高分子的时代高分子的时代旧石器时代旧石器时代新石器时代新石器时代铁器时代铁器时代青铜器时代青铜器时代高分子时代高分子时代人类的文明史 材料发展史 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学4 功能高分子材料 Functional polymers 天
3、然大分子辽宁石油化工大学5合成高分子发展历程合成高分子发展历程18391839年年 美国人美国人GoodyearGoodyear发明硫化橡胶。发明硫化橡胶。18551855年年 英国人英国人ParksParks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 赛璐珞，赛璐珞，18701870年商业化。年商业化。18891889年年 法国人法国人De ChardonnetDe Chardonnet（夏尔多内）发明人（夏尔多内）发明人 造丝（造丝（rayon textile fibbersrayon textile fibbers）。）。19071907年年 第一个全合成高分子材料酚醛树脂诞生
4、。第一个全合成高分子材料酚醛树脂诞生。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学6Charles Goodyear 1800 1800 18601860，美国，美国化学家，化学家，1839 1839 发明硫化发明硫化橡胶，橡胶，18441844在美国取得在美国取得该技术的专利权，专利该技术的专利权，专利号为号为3633 3633。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学7 The Goodyear Tire&Rubber Company （固特异轮胎和橡胶公司）（固特异轮胎和橡胶公司）该公司由该公司由Frank Seiberling
5、Frank Seiberling创建于创建于1898 1898，主要生，主要生产轿车轮胎、卡车轮胎、产轿车轮胎、卡车轮胎、SUVSUV用轮胎、赛车轮胎和重型用轮胎、赛车轮胎和重型挖掘机轮胎等。挖掘机轮胎等。公司的名字用于纪念硫化橡胶的发明者公司的名字用于纪念硫化橡胶的发明者Charles Charles GoodyearGoodyear 。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学8合成高分子发展历程合成高分子发展历程19201920年年 H.Staudinger H.Staudinger 发表论文发表论文“论聚合论聚合”，提出大分子的长链结构，单元间是通提出大分
6、子的长链结构，单元间是通 过共价键联结，否认了大分子的胶体学说。过共价键联结，否认了大分子的胶体学说。18931893年年 E.Fischer E.Fischer 提出纤维素是由葡萄糖单元连结而成，提出纤维素是由葡萄糖单元连结而成，最早提出朴素的大分子链式学说）。最早提出朴素的大分子链式学说）。19321932年年 用膜渗透压法、端基分析法测分子量，证实大分用膜渗透压法、端基分析法测分子量，证实大分 子是一个分子而不是胶体，有一定的分子量。从子是一个分子而不是胶体，有一定的分子量。从 此高分子科学作为一个学科而被确立。此高分子科学作为一个学科而被确立。功能高分子材料 Functional po
7、lymers 辽宁石油化工大学9Hermann Staudinger 188118811965)1965)，德国，德国化学家，证明了大分化学家，证明了大分子的存在。子的存在。1953 1953获得获得诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学1019291929年年 Carothers Carothers合成缩聚物尼龙。合成缩聚物尼龙。19351935年年 第一个工业化高分子材料尼龙问世（第一个工业化高分子材料尼龙问世（DupontDupont），），PVC PVC （1927192719371937），），PVAcPVAc（193619
8、36），），PMMAPMMA（1927192719311931），），PSPS （1934193419371937），），LDPELDPE（19391939）。）。高分子溶液理论在高分子溶液理论在3030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，FloryFlory为此获得诺贝尔奖。为此获得诺贝尔奖。4040年代年代 二次大战促进了高分子材料的发展，大批重要的橡胶和塑料二次大战促进了高分子材料的发展，大批重要的橡胶和塑料 被合成出来。丁苯橡胶（被合成出来。丁苯橡胶（19371937），丁腈橡胶（），丁腈橡胶（19371937），丁基），丁基 橡胶（橡胶（19
9、401940），），ABSABS（19471947），涤纶树脂（），涤纶树脂（1940194019501950）。）。1955-1957 1955-1957 等规立构等规立构PPPP的合成。的合成。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学11Wallace Hume Carothers 1896 1896 1937)1937)，美国，美国化学家和发明家，杜邦公化学家和发明家，杜邦公司有机化学领军人物，尼司有机化学领军人物，尼龙的发明者。龙的发明者。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学12Paul John Flory 1910
10、 1910 19851985，美国化学家，美国化学家，诺贝尔奖获得者。在高分子领域诺贝尔奖获得者。在高分子领域成绩斐然，建立了高分子溶液理成绩斐然，建立了高分子溶液理论。论。19741974获得诺贝尔化学奖，褒获得诺贝尔化学奖，褒奖他在高分子物理化学领域（实奖他在高分子物理化学领域（实验和理论）做出的巨大贡献。验和理论）做出的巨大贡献。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学13 功能高分子材料 Functional polymers 高分子领域诺贝尔奖获得者高分子领域诺贝尔奖获得者辽宁石油化工大学14高分子领域诺贝奖获得者StaudingerFloryCaro
11、thersZiegler Natta de Gennes Hideki Shirakawa MacDiarmid Heeger 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学15 2 2 功能高分子材料功能高分子材料 高分子材料可划分为：高分子材料可划分为：通用高分子材料通用高分子材料 工程高分子材料工程高分子材料 功能高分子材料功能高分子材料 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学16 通用高分子材料通用高分子材料 应用面广量大，技术成熟、大规模生产，应用面广量大，技术成熟、大规模生产，价格较低的合成材料。价格较低的合成材料。塑料塑
12、料 PE PP PS ABS PE PP PS ABS 橡胶橡胶 PI PB PI PB 纤维纤维 PAN PA PP PAN PA PP 涂料涂料 粘合剂粘合剂 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学17 功能高分子材料 Functional polymers 工程高分子材料工程高分子材料 用于制造机械零件或外壳的工业用塑料。用于制造机械零件或外壳的工业用塑料。热性质：热性质：高高TgTg、高熔点、热变形温度高、长期使用温度、高熔点、热变形温度高、长期使用温度高、使用稳定范围大、热膨胀系数小。高、使用稳定范围大、热膨胀系数小。机械性质机械性质：高强度、高模量
13、、耐磨损、耐疲劳。：高强度、高模量、耐磨损、耐疲劳。稳定性：稳定性：耐化学药品、抗电性、耐燃性、耐候性、尺寸耐化学药品、抗电性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性。安定性。辽宁石油化工大学18 功能高分子材料 Functional polymers 通用性工程高分子材料：通用性工程高分子材料：聚碳酸酯、聚酰胺（尼龙）、聚缩醛、聚苯醚、聚碳酸酯、聚酰胺（尼龙）、聚缩醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳基酯、聚苯硫醚、聚芳基酯、ABSABS、不饱和聚酯、环氧树、不饱和聚酯、环氧树脂等。脂等。耐热耐药品性耐热耐药品性工程高分子材料工程高分子材料：氟塑料、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、氟塑料、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、PEEK
14、PEEK、PEIPEI、高分子液晶。、高分子液晶。辽宁石油化工大学辽宁石油化工大学19辽宁石油化工大学2021 功能高分子材料功能高分子材料 在高分子材料原有的传统使用性能基础上，再赋予在高分子材料原有的传统使用性能基础上，再赋予特殊的特殊的物理或化学性能的高分子物理或化学性能的高分子材料。材料。吸附性、反应性、光吸附性、反应性、光活活性、性、电电活活性、磁性能性、磁性能、生物相容性、生物相容性、药理性、选择分离、药理性、选择分离、能量转换、能量转换、特殊功能性体现：通过大分子链的化学结构、分子量、高特殊功能性体现：通过大分子链的化学结构、分子量、高分子链的构象、聚集态结构等。分子链的构象、聚
15、集态结构等。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学22 功能高分子是高分子学科中发展最快、研究最活跃的新功能高分子是高分子学科中发展最快、研究最活跃的新领域，也是目前国家自然基金支持较多的研究领域之一。领域，也是目前国家自然基金支持较多的研究领域之一。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学23 3 3 功能高分子材料分类功能高分子材料分类 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学24 3 3 功能高分子材料分类功能高分子材料分类 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化
16、工大学25(1)(1)导电高分子材料导电高分子材料 复合型复合型：高分子材料与导电物质高分子材料与导电物质(如炭黑、碳纤维、金属粉等如炭黑、碳纤维、金属粉等)复合。复合。本征型：本征型：19971997年发现聚乙炔掺杂导电性。年发现聚乙炔掺杂导电性。特点：室温电导率可在绝缘体特点：室温电导率可在绝缘体-半导体半导体-金属态范围内变化。电导率金属态范围内变化。电导率-温度依赖性不呈现金属特性，而服从半导体特性。载流子用孤子、极温度依赖性不呈现金属特性，而服从半导体特性。载流子用孤子、极化子和双极化子概念描述。化子和双极化子概念描述。应用：二次电池、防腐蚀涂料、电磁波屏蔽、电子元器件、微波吸应用：
17、二次电池、防腐蚀涂料、电磁波屏蔽、电子元器件、微波吸收材料、隐身材料等。收材料、隐身材料等。功能高分子材料 Functional polymers 3 3 典型功能高分子材料介绍典型功能高分子材料介绍辽宁石油化工大学26(2)(2)高分子分离膜高分子分离膜 高分子分离膜材料与分离技术的发展十分迅速。高分子分离膜材料与分离技术的发展十分迅速。分类：分类：反渗透膜反渗透膜 、超滤膜、微滤膜、气体分离膜、超滤膜、微滤膜、气体分离膜、催化膜反应器催化膜反应器 特点：特点：快速、简便、低能耗的新型分快速、简便、低能耗的新型分 工业化工业化：气体分离、苦咸水脱盐（气体分离、苦咸水脱盐（1818万吨万吨/日
18、套）日套）、液体消毒等。液体消毒等。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学27 功能高分子材料 Functional polymers 海水淡化工厂一角海水淡化工厂一角辽宁石油化工大学28 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学29(3)(3)离子交换树脂离子交换树脂 最早工业化的功能高分子材料。最早工业化的功能高分子材料。结构：通常为官能化的交联聚苯乙烯树脂，结构：通常为官能化的交联聚苯乙烯树脂，分类：阳离子交换树脂分类：阳离子交换树脂 阴离子交换树脂阴离子交换树脂 用途：饮用水处理、海水炎化、废水处理、柠檬酸、用途：饮用水
19、处理、海水炎化、废水处理、柠檬酸、糖液的钝化、牛奶脱盐、电池隔膜等。糖液的钝化、牛奶脱盐、电池隔膜等。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学30 功能高分子材料 Functional polymers 纯水机纯水机辽宁石油化工大学31(4)(4)高吸水性高分子高吸水性高分子高吸水性树脂的结构：高吸水性树脂的结构：具有强亲水性基团（羟基、羧基等）具有强亲水性基团（羟基、羧基等）树脂具有交联结构，不被水溶解树脂具有交联结构，不被水溶解 聚合物内部具有较高的离子浓度聚合物内部具有较高的离子浓度 聚合物具有较高的分子量聚合物具有较高的分子量 如：轻度交联聚丙烯酸如：轻
20、度交联聚丙烯酸特点：吸水（纯）量高达特点：吸水（纯）量高达2500ml/g2500ml/g、保水、保水用途：卫生制品、工业脱水用途：卫生制品、工业脱水 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学32(5)(5)医药用功能高分子医药用功能高分子 发展非常迅速的一个领域。发展非常迅速的一个领域。高分子药物、人工组织器官、定向给药高分子药物、人工组织器官、定向给药 器官替代、整形外科器官替代、整形外科 、外用器具和用品。、外用器具和用品。生物相容性。生物相容性。生物降解性。生物降解性。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学33 功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学34 可以预计，功能高分子材料将成为高分子材料可以预计，功能高分子材料将成为高分子材料研究、发展的主要战场。研究、发展的主要战场。功能高分子材料 Functional polymers 辽宁石油化工大学
