功能高分子材料概论

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1、第一章功能高分子材料概论第一节功能高分子材料概念1．功能高分子材料的定义从物质到原材料，从通用材料到特性材料(Specialtymaterial)，再从特性材料到功能材料(functionalmaterial)，都有着本质上的区别。要把功能材料、通用材料和特性材料区别开来，首先要分清性能(performance)和功能(function)两个词的区别。通常我们常说这样的一句话“材料的性质”，但从工程学规范的话言则是称“材料的性能及功能”。材料性能材料性能的含义是指材料对于外部的各种刺激(水、外力、热、光、电、磁、化学品等

2、)的抵抗。通常称为耐水性、耐热性、透光性、耐化学品性。材料的功能材料的功能是指当对材料输入“信号”(能量)时就会发生质和量的变化，其中任何一种变化有输出作用。(如：机械能转换成其它形式功能，压电、磁转换成热、光，光致聚合，离子交换，氧化还原等)功能高分子的含义一般是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有特殊的物理功能和化学功能的高分子及其复合材料。这些物理功能和化学功能包括光敏性、导电性、能量转换性、磁性、选择分离性、化学反应活性、催化性、生物兼容性、药理

3、性等。功能高分子材料的特点功能高分子材料和通用高分子材料相比大致有以下特点；①消费量相来说要小很多；②单位重量(或体积)的价格一般较高；③多数实用化历史较短，开发余地很大；④竞争激烈．更新速度快；⑤是一种多学科交叉研究的产物。高分子材料功能的分类材料的功能大致可分为化学功能、物理功能、介于化学；物理之间或复合的功能和生理功能四类：(1)化学功能(2)物理功能(3)介于化学、物理之间或复合的功能(4)生理功能化学功能包括离于交换，催化，氧化还原，光聚合，光交联，光分解，光降解，固体电解质，微生物分解等功能。化学功能高分子材

4、料有：感光性高分子材料，氧化还原树脂，离子交换树脂光降价性塑料，高分子试剂，固体电介质。物理功能包括导电，热电，压电，焦电，电磁波的透过吸收，反射，热电子放射，超导，形状记亿．超塑性，低温韧性，磁化，透磁，电磁屏蔽，磁记录，光致变色，偏光性，光传导，光磁效应，光弹性，耐放射线、x射线透过，x射线吸收等功能。以物理功能为主的功能高分子材料有：导电聚合物，压电高分子，高分子驻极体，旋光性高分子，高分子载体，磁记录高分子材料，高分子颜料及荧光体，高分子发光体。介于化学、物理之间或复合的功能包括吸附，介吸，膜分离，高吸水，表面活

5、性等功能。介于化学、物理之间或具有复合功能的功能高分子材料有：高分子吸附剂，絮凝剂，表面活性剂，染料，功能膜，稳定剂，高吸水材料。生理功能包括组织适应性．血液适应性，生物体内分解非抽出性，非吸附性等功能。生理功能为主的高分子材料有：医用高分子材料，医药，农药，生物降价性塑料。第二节高分子结构分析元素组成。例如，高分子阻燃剂与含磷、硫、溴有关，高分子螯合剂与配位元素的种类和状态有关官能团结构。决定材料的化学性质：氧化还性、酸碱性、亲电亲核性、配位性；决定材料的物理性质：亲水亲油性、溶解性、电性、光性、磁性等链段结构（链接结

6、构、几何异构、立体异构、链段支化度、端基、交联结构等）直接影响材料的物理性能。例如，支化分子间力小，结晶性差溶解性好，交联只能溶胀化学结构、微观结构。分子在空间是呈棒状、片状、球状、螺旋状取决于分子间力，如范德华力，静电力，氢键力等超级分子结构和聚集态宏观结构。包括立体形状，宏观尺寸，组合形式，复合结构等，如高分子膜的多孔结构，高分子纳米复合材料的复合结构第三节功能高分子材料的构效分析一、官能团性质与聚合物功能的关系功能高分子材料的性质主要取决于所含的官能团：如侧链液晶型高分子，在柔性主链上接上刚性侧链构成，高分子氧化剂

7、的氧化性取决于所含的过氧羧基，含季胺基和磺酸基的高分子材料具有离子交换功能功能高分子材料的性质主要取决于官能团与聚合物骨架的协同作用：如固相合成试剂官能团与聚合物骨架不能区分：具有电子导电功能的高分子材料含有共轭双键，既是官能团，也构成聚合物骨架；具有离子导电功能的高分子材料起主要作用的醚氧结构位于主链上；主链液晶型高分子，刚性主链在形成液晶时起主要作用官能团仅起辅助作用：引入官能团改善溶解性，润湿性，玻璃化转变温度，氧化还原电位，稳定性等二、高分子骨架的作用-高分子效应溶解度下降：分子间力增大，导致溶解度下降机械支撑作

8、用模板效应稳定效应三、聚合物骨架种类和形态的影响聚合物骨架的种类和影响1）烯类及环氧类单体制备的聚合物，主链为饱和结构，链的柔顺性好2）以聚酯、聚酰胺为代表的，一般采用缩聚制备，强度较高3）以天然高分子改性得到的聚合物分子，如改性纤维素、甲壳素等，生物相容性好4）以聚吡咯、聚噻吩、聚苯、聚乙烯为代表的具有线性共轭结构