第七章 功能高分子材料概论(修改稿)

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1、第七章功能高分子材料概论第一节功能高分子基本概念一、高分子材料发展史15世纪  美洲玛雅人用天然橡胶做容器，雨具等生活用品。1839年  美国人CharlesGoodyear发现天然橡胶与硫磺共热后明显地改变了性能，使它变为富有弹性、可塑性的材料。1869年美国人JohnWesleyHyatt把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，制造出了第一种人工合成塑料“赛璐珞”。1887年法国人CountHilairedeChardonnet用硝化纤维素的溶液进行纺丝，制得了第一种人造丝。1909年美国人LeoBaekeland用苯酚与甲醛反应制造出第一种完全人工合成的塑料—

2、—酚醛树酯。1920年德国人HermannStaudinger发表了“关于聚合反应”的论文提出：高分子物质通过化学键连接在一起的大分子化合物。1926年美国化学家WaldoSemon合成了聚氯乙烯，并于1927年实现了工业化生产。1932年HermannStaudinger总结了自己的大分子理论，出版了划时代的巨著《高分子有机化合物》成为高分子化学作为一门新兴学科建立的标志。1935年杜邦公司基础化学研究所有机化学部的WallaceH.Carothers合成出聚酰胺66，即尼龙。尼龙在1938年实现工业化生产。1930年德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出丁钠橡胶和

3、丁苯橡胶。1940年英国人T.R.Whinfield合成出聚酯纤维（PET）。1948年PaulFlory建立了高分子长链结构的数学理论。1953年德国人KarlZiegler与意大利人GiulioNatta分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。1955年美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯，首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然橡胶。1956年Szwarc提出活性聚合概念。高分子进入分子设计时代。1970年以后高分子合成新技术不断涌现，高分子新材料层出不穷。二、高分子基本概念高分子又称聚合物（Polymer）、高聚物（Highpolymer）、大

4、分子（Macromolecule），分子量一般大于1000。而分子量较低(<10000)的低聚物称为齐聚物，寡聚物。根据聚合物结构类型，可将聚合物分为线型（LinearPolymer）、支化型（BranchedPolymer）、交联型（CrosslinkedPolymer）、星型及树状（StarPolymer、Dendrimer），见图7-1。线型大分子支化型大分子交联型大分子星型型大分子星型大分子图7-1聚合物结构示意图高分子学科包括高分子化学（Polymerchemistry）、高分子物理（Polymerphysics）、高分子工艺学（Polymertechnolo

5、gy49）。高分子化学主要研究高分子合成机理、结构设计、控制方法。高分子物理主要研究高分子物理性质、结构与性能的关系。高分子工艺学主要研究高分子合成工艺、加工工艺。三、功能高分子材料1．功能材料的概念功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。在国外，常将这类材料称为功能材料(FunctionalMaterials)、特种材料(SpecialityMaterials))或精细材料(FineMaterials)。功能材料涉及面较广，具体包括光、电功能，磁功能，分离功能，形状记忆功能等。这类材料相对于通常的结构材料而言，一般除了具有机械特性外，还具

6、有其他的功能特性。材料的特定的功能与材料的特定结构是相联系的。如对于导电聚合物来说，它一般具有长链共轭双键；金属结构中由于弹性马氏体相变能产生记忆效应，因此出现了形状记忆合金；压电陶瓷晶体必须有极轴等。功能高分子的特点是用途特殊，专一性强；.品种多，用量不大；.质量轻（与其它功能材料相比）；制备途径多，可设计性强。2．功能材料的分类随着技术的发展和人类认识的扩展，新型的功能材料不断被开发出来，因此对其也产生了许多不同的分类方法。从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下四类。（1）力学功能主要是指强化功能材料和弹性功能材料，如高结晶材料、超高强材料等。（2）化学功能①分离功

7、能材料：如分离膜，离子交换树脂、高分子络合物；②反应功能材料；如高分子试剂、高分子催化剂；③生物功能材料：如固定化菌，生物反应器等。（3）物理化学功能①电学功能材料：如超导体，导电高分子等；②光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等；③能量转换材料：如压电材料、光电材料。（4）生物化学功能①医用功能材料：人工脏器用材料如人工肾、人工心肺，可降解的医用缝合线、骨钉、骨板等；②功能性药物：如缓释性高分子，药物活性高分子，高分子农药等；③生物降解材料对于功能高分子来讲，功能高分子材料有反应型高分子材料、电活性高分子材料、高分子分离膜材料、医药用