[工学]功能高分子材料绪论课件.ppt

1、功能高分子材料功能高分子材料Functional Polymer MaterialsFunctional Polymer Materials精细化学品化学精细化学品化学参考书目参考书目功能高分子材料 王国建、王德海等编著 华东理工大学出版社功能高分子材料 焦剑、姚军燕主编 化学工业出版社功能高分子材料 周学良主编 化学工业出版社精细化学品化学 吴海霞主编 化学工业出版社 材料技术承载着当今科技的发展，反映着人类文明的进程。作为材料科学的一个分支，功能高分子材料日益受到世人的瞩目，成为材料学发展中最为迅速和最有潜力的新兴研究领域。 在中国，高分子材料从20世纪40年代开始发展以来，至今已在国民经

2、济和国防建设的各个领域获得了广泛的应用，成为不可缺少的材料。功能高分子材料功能高分子材料第一节第一节 概述概述（SummarySummary）功能高分子材料的概念功能高分子材料的概念功能高分子材料的研究内容功能高分子材料的研究内容功能高分子材料简介功能高分子材料简介功能高分子材料发展的背景功能高分子材料发展的背景功能高分子材料的发展历程与展望功能高分子材料的发展历程与展望功能高分子材料概功能高分子材料概念念 从工程应用观点出发，可将高分子材料分为结构高分子材料和功能高分子材料。高分子材料高分子材料结构结构 高分子材料高分子材料功能功能 高分子材料高分子材料功能高分子材料概念功能高分子材料概念

3、结构高分子材料包含了通用高分子材料以及工程高分子材料，它们通常具有较好的力学性能。 功能高分子材料一般指除了具有一定的力学性能之外，还具有某些特定功能（如化学性、导电性、磁性、光敏性、生物活性、能量转换性等）的高分子材料。性能和功能性能和功能 一般来说，性能是指材料对外部作用的抵抗特性。 功能是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。一次功能一次功能1.声学功能2.热学功能3.电磁学功能4.光学功能5.化学功能6.其他功能二次功能二次功能1. 机械能与其他形式能量的交换2. 电能与其他形式能量的转换3. 磁能与其他形式能量的转换4. 热能与其他形式能量的转换5. 光

4、能与其他形式能量的转换第一节第一节 概述概述（SummarySummary）功能高分子材料的概念功能高分子材料的概念功能高分子材料的研究内容功能高分子材料的研究内容功能高分子材料简介功能高分子材料简介功能高分子材料发展的背景功能高分子材料发展的背景功能高分子材料的发展历程与展望功能高分子材料的发展历程与展望功能高分子材料研究功能高分子材料研究内容内容功能高分子材料分类和特点功能高分子材料结构与性能 的关系功能高分子材料的研究方法分类分类 按照组成及结构分为结构型功能高分子材料和复合型功能高分子材料。 按照来源分为天然功能高分子材料、半合成功能高分子材料以及合成功能高分子材料。分类分类 日本著名

5、功能高分子专家中村茂夫教授认为，功能高分子可以从以下几个方面分类：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分类分类 国内通常按其性质、功能或实际用途划分为8种类型：反应性高分子材料光敏性高分子材料电性能高分子材料高分子分离材料高分子吸附材料高分子智能材料医药用高分子材料高性能工程材料特点特点 功能材料通常都具有技术密集，品种多，产品少，专用性强和附加值高的特点，此外，功能高分子材料还具有以下特点：质量轻，通过不同的加工方法可以成型各种形状和宏观形状的制品可以很方便的与其他的高分子材料以化学或物理的方式复合有些功能高分子材料具有很高的力学性能和尺寸稳定性，可广泛用于制作结构件，实

6、现结构/功能一体化功能高分子材料研究功能高分子材料研究内容内容功能高分子材料分类和特点功能高分子材料结构与性能 的关系功能高分子材料的研究方法结构与性能的关系结构与性能的关系 材料的性能和功能是通过其不同层次的结构反映出来的。不同的功能高分子材料因其展现的功能不同，依据的结构层次也有所不同。 化学组成 官能团的种类 高分子骨架 聚集态结构 超分子组装结构 有重要影响的结构层次：化学组成化学组成的影响的影响 化学组成是区别不同高分子材料的最基本要素。不同化学组成的高分子材料有不同的性能和功能。e.g： 聚乙烯和聚乙炔化学组成化学组成的影响的影响 聚乙烯聚乙烯 聚乙聚乙炔炔碳氢元素的数量不同碳氢元

7、素的数量不同构成化学键的电子结构成化学键的电子结构不同构不同性能截然不同性能截然不同官能团种类官能团种类的影响的影响 功能高分子表现出来的特殊性质往往主要取决于分子中的官能团的种类和性质。 可见其性质主要依赖于结构中的官能团的性质，高分子骨架仅仅起支撑、分隔、固定和降低溶解度等辅助作用。季氨基季氨基磺酸基磺酸基强碱型离子强碱型离子交换树脂交换树脂强酸型离子强酸型离子交换树脂交换树脂交联的交联的 聚苯乙烯聚苯乙烯e.g:官能团种类官能团种类的影响的影响 在某些情况下，功能高分子的功能必须由官能团和高分子骨架协同作用而完成。 e.g: 固相合成用高分子试剂 没有聚合物骨架的参与，就没有固相合成，有

8、的只是小分子酯化反应；而没有官能团，聚合物中就没有反应活性点，固相反应也无从发生。官能团种类官能团种类的影响的影响 在一些情况下，官能团在功能高分子中只起辅助作用。 利用官能团的引入改善高分子的溶解性能、降低玻璃化转变温度、改变表面润湿性和提高机械强度等。e.g: 在高分子分离膜中引入极性基团，可提高膜材料的润湿性，但膜材料的分离功能并不是极性基团提供的。官能团种类官能团种类的影响的影响 在功能高分子中，一种特殊情况是官能团与聚合物骨架不能区分，官能团是聚合物骨架的一部分，或者说聚合物骨架本身就起着官能团的作用。e.g: 在主链型高分子液晶中，在形成液晶时起主要作用的刚性结构处在聚合物主链上，

9、聚合物骨架本身起着官能团的作用。 高分子骨架高分子骨架的影响的影响 在很多情况下，小分子物质本身并没有特殊的功能性，但转变为高分子后，却表现出良好的功能性，显然，高分子骨架对材料功能性起了关键性作用。 功能高分子材料中的骨架结构主要有两类，一类是线性结构，另外一类是交联结构。这两种聚合物骨架具有明显不同的性质，使用范围也不同。线性聚合物线性聚合物交联型聚合物交联型聚合物溶解性能好，能够在适宜的溶剂中形成分散态溶液，在制备和加工过程中易于选择适当的溶剂；玻璃化温度较低，黏弹性好，易于小分子和离子扩散其中，适合于作反应性材料和聚合物电解质骨架具有耐溶剂性，便于高分子试剂的回收，同时有利于提高机械强

10、度，主要有微孔型或凝胶型离子交换树脂和吸附树脂、医用高分子、高吸水性树脂、组织工程材料等高分子骨架高分子骨架的影响的影响 由于引入高分子骨架而引起的某些明显的性质变化称为高分子效应。 高分子骨架的支撑作用 高分子骨架的物理效应 高分子骨架的模板效应 高分子骨架的稳定作用 高分子骨架的其他作用常见的高分子效应：e.g: 在制备某些氧化还原试剂时，由于克服了小分子试剂的挥发性，从而降低了材料的毒性。 溶解度的降低使高分子试剂便于再生利用，使固相合成变为现实。 由于高分子骨架的引入使得材料的挥发性、溶解性都大大下降。 模板效应是利用高分子骨架的空间结构，通过其构型和构象建立起的独特的局部空间环境，为

11、有机合成提供一个类似于工业浇铸过程中模板的作用，从而有利于立体选择性合成乃至光学异构体的合成。聚集态结构聚集态结构的影响的影响e.g: 高分子液晶 由对羟基苯甲酸（PHB）与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）共聚制得的PET/PHB共聚酯在加热到300左右后快速冷却，可得到分子排列较规整的高分子液晶材料，具有十分优异的力学性能。 若将其加热到400以上再快速冷却，得到的是无定型的高分子材料，性能与普通的PET材料无明显差别。超分子结构超分子结构的影响的影响e.g: 骨组织 骨组织中最基本的材料为胶原微纤和羟基磷灰石（HA）结晶。 胶原微纤由胶原分子通过三重螺旋自组装形成，而HA纳米晶体的c轴沿胶原

12、微纤长轴取向，在微纤内生长，最终形成具有很高力学强度的骨结构。功能高分子材料研究功能高分子材料研究内容内容功能高分子材料分类和特点功能高分子材料结构与性能 的关系功能高分子材料的研究方法研究方法研究方法 功能高分子材料的化学组成研究功能高分子材料的化学组成研究 包括元素组成及其相对数量的分析。通常采用化学分析法、元素分析法、质谱法和色谱法。 功能高分子材料的化学结构分析功能高分子材料的化学结构分析 早期采用化学分析法和合成模拟法，后发展为仪器分析法（红外光谱法、紫外光谱法、核磁共振法和质谱法）。研究方法研究方法 功能高分子聚集态结构的表征功能高分子聚集态结构的表征 聚集态机构包括高分子的无定型结构、结晶态结构、取向态结构、液晶态结构和共混体系的织态结构等。扫描电子显微镜和透射电子显微镜。 功能高分子宏观结构分析功能高分子宏观结构分析 宏观结构是指建立在聚合物化学结构、晶体结构和聚集态结构之上的相对尺寸结构。研究方法研究方法 功能高分子的性能测定功能高分子的性能测定 一般来说，功能高分子性能测定没有统一的普适方法，而是依赖于材料所应用领域的科学研究成果和分析测定手段。 功能高分子的机理研究功能高分子的机理研究 功能高分子的作用机理研究一般要将性能研究与结构表征手段相结合，给出作用机制模型。未完待续概述