第五章功能高分子材料(一).ppt

1、1第五章第五章 功能高分子材料功能高分子材料2高分子材料科學(xué)的歷史回顧高分子材料科學(xué)的歷史回顧高分子的概念始于高分子的概念始于20世紀世紀20年代，但應(yīng)用更早。年代，但應(yīng)用更早。v1839年，美國人年，美國人Goodyear發(fā)明硫化橡膠。發(fā)明硫化橡膠。v1855年，英國人年，英國人Parks用硝化纖維素與樟腦混合制用硝化纖維素與樟腦混合制得賽璐珞。得賽璐珞。v1889年，法國人年，法國人De Chardonnet（夏爾多內(nèi)）發(fā)明（夏爾多內(nèi)）發(fā)明人造絲人造絲。v1907年，酚醛樹脂誕生。年，酚醛樹脂誕生。3v1920年，德國人年，德國人Staudinger發(fā)表了發(fā)表了“論聚合論聚合”的論的論文，

2、提出了高分子的概念，并預(yù)測了聚氯乙烯和聚文，提出了高分子的概念，并預(yù)測了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的結(jié)構(gòu)。甲基丙烯酸甲酯等聚合物的結(jié)構(gòu)。v1935年，年，Carothes發(fā)明尼龍發(fā)明尼龍66，1938年工業(yè)化。年工業(yè)化。v30年代，一系列烯烴類加聚物被合成出來并工業(yè)化，年代，一系列烯烴類加聚物被合成出來并工業(yè)化，PVC（19271937），），PVAc（1936），），PMMA（19271931），），PS（19341937），），LDPE（1939）。自由基聚合發(fā)展。）。自由基聚合發(fā)展。4v高分子溶液理論在高分子溶液理論在30年代建立，并成功測定了聚合年代建立，并成功測定了聚合物的分

3、子量。物的分子量。Flory為此獲得諾貝爾獎。為此獲得諾貝爾獎。v40年代，二次大戰(zhàn)促進了高分子材料的發(fā)展，一大年代，二次大戰(zhàn)促進了高分子材料的發(fā)展，一大批重要的橡膠和塑料被合成出來。丁苯橡膠批重要的橡膠和塑料被合成出來。丁苯橡膠（1937），丁腈橡膠（），丁腈橡膠（1937），丁基橡膠（），丁基橡膠（1940），），有機氟材料（有機氟材料（1943），），ABS（1947），滌綸樹脂），滌綸樹脂（19401950）。）。v50年代，年代，Ziegler和和Natta發(fā)明配位聚合催化劑，制得發(fā)明配位聚合催化劑，制得高密度高密度PE和有規(guī)和有規(guī)PP，低級烯烴得到利用，低級烯烴得到利用。5v195

4、6年，美國人年，美國人Szwarc發(fā)明活性陰離子聚合，開創(chuàng)發(fā)明活性陰離子聚合，開創(chuàng)了高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計的先河。了高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計的先河。v50年后期至年后期至60年代，大量高分子工程材料問世。聚年代，大量高分子工程材料問世。聚甲醛（甲醛（1956），聚碳酸酯（），聚碳酸酯（1957），聚砜（），聚砜（1965），），聚苯醚（聚苯醚（1964），聚酰亞胺（），聚酰亞胺（1962）。）。v60年代以后，特種高分子和功能高分子得到發(fā)展。年代以后，特種高分子和功能高分子得到發(fā)展。 特種高分子：高強度、耐高溫、耐輻射、高頻絕緣、特種高分子：高強度、耐高溫、耐輻射、高頻絕緣、半導(dǎo)體等。半導(dǎo)體等。6 功能高分子：

5、分離材料（離子交換樹脂、分離膜功能高分子：分離材料（離子交換樹脂、分離膜 等）、導(dǎo)電高分子、感光高分子、高分子催化劑、等）、導(dǎo)電高分子、感光高分子、高分子催化劑、高吸水性樹脂、醫(yī)用高分子、藥用高分子、高分高吸水性樹脂、醫(yī)用高分子、藥用高分子、高分子液晶等。子液晶等。v80年代以后，新的聚合方法和新結(jié)構(gòu)的聚合物不年代以后，新的聚合方法和新結(jié)構(gòu)的聚合物不斷出現(xiàn)和發(fā)展。斷出現(xiàn)和發(fā)展。v新的聚合方法：陽離子活性聚合、基團轉(zhuǎn)移聚合、新的聚合方法：陽離子活性聚合、基團轉(zhuǎn)移聚合、活性自由基聚合、等離子聚合等等；活性自由基聚合、等離子聚合等等；v新結(jié)構(gòu)的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共新結(jié)構(gòu)的聚合物：新型嵌

6、段共聚物、新型接枝共聚物、星狀聚合物、樹枝狀聚合物、超支化聚合聚物、星狀聚合物、樹枝狀聚合物、超支化聚合物、含物、含C60聚合物等等。聚合物等等。7高分子的高分子的發(fā)展方向：發(fā)展方向：通用高分子的高性能化和高分子的多功能化通用高分子的高性能化和高分子的多功能化8偏光顯微鏡下的高分子液晶功能高分子功能高分子9電致發(fā)光高分子1011隨著時代的發(fā)展，人類將進入一個信息時代隨著時代的發(fā)展，人類將進入一個信息時代。為了解決為了解決生產(chǎn)高速發(fā)展以及由此所產(chǎn)生的能源、環(huán)境等一系列的問題，生產(chǎn)高速發(fā)展以及由此所產(chǎn)生的能源、環(huán)境等一系列的問題，更需要用高科技的方法和手段來生產(chǎn)更需要用高科技的方法和手段來生產(chǎn)新型

7、的新型的、功能性的功能性的產(chǎn)品，產(chǎn)品，以獲得各種優(yōu)良的綜合性能。近年來以獲得各種優(yōu)良的綜合性能。近年來新型功能材料新型功能材料層出不窮，層出不窮，得到了突破性的進展。得到了突破性的進展。12日本和歐美各國對日本和歐美各國對新型功能材料新型功能材料的研究十分的研究十分注意，這是因為功能材料是能源、計算機、通訊、注意，這是因為功能材料是能源、計算機、通訊、電子、激光等電子、激光等現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)，功能材料在未來，功能材料在未來的社會發(fā)展中具有重大戰(zhàn)略意義。的社會發(fā)展中具有重大戰(zhàn)略意義。 13 近近10年來，功能材料成為年來，功能材料成為材料科學(xué)和工程領(lǐng)材料科學(xué)和工程領(lǐng)域中域中最為活躍的

8、部分。每年以最為活躍的部分。每年以5以上的速度增以上的速度增長，相當于每年有長，相當于每年有1.25萬種新材料問世。未來世萬種新材料問世。未來世界需要更多的性能優(yōu)異的功能材料，功能材料正界需要更多的性能優(yōu)異的功能材料，功能材料正在滲透到現(xiàn)代生活的各個領(lǐng)域。在滲透到現(xiàn)代生活的各個領(lǐng)域。14 一、功能材料的概念一、功能材料的概念 功能材料是指通過功能材料是指通過等作用等作用后具有后具有的材料。的材料。 在國外，常將這類材料稱為在國外，常將這類材料稱為(Functional Materials)、(Speciality Materials)或或(Fine Materials)。15涉及面較廣，具體包

9、括涉及面較廣，具體包括、，等。等。這類材料相對于通常的這類材料相對于通常的而言，一般除而言，一般除了具有機械特性外，還具有其他的功能特性。了具有機械特性外，還具有其他的功能特性。16材料的材料的與材料的與材料的是相聯(lián)系的。是相聯(lián)系的。如對于如對于導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物來說，它一般具有來說，它一般具有長鏈共軛雙鍵長鏈共軛雙鍵；金屬結(jié)構(gòu)中由于金屬結(jié)構(gòu)中由于彈性馬氏體相變彈性馬氏體相變能產(chǎn)生記憶效應(yīng)，能產(chǎn)生記憶效應(yīng)，因此出現(xiàn)了因此出現(xiàn)了形狀記憶合金形狀記憶合金；壓電陶瓷晶體必須有極；壓電陶瓷晶體必須有極軸等。軸等。 1718 二、二、 隨著技術(shù)的發(fā)展和人類認識的擴展，新型的功能材料隨著技術(shù)的發(fā)展和人類

10、認識的擴展，新型的功能材料不斷被開發(fā)出來，因此對其也產(chǎn)生了許多不同的分類方不斷被開發(fā)出來，因此對其也產(chǎn)生了許多不同的分類方法。從法。從考慮，可將功能材料分為以下四類?？紤]，可將功能材料分為以下四類。 19 主要是指主要是指和和，如高，如高結(jié)晶材料、超高強材料等。結(jié)晶材料、超高強材料等。 20功能材料：如功能材料：如分離膜分離膜，離子交換樹脂離子交換樹脂、高分子絡(luò)合物高分子絡(luò)合物；功能材料；如功能材料；如高分子試劑高分子試劑、高分子催化劑高分子催化劑；功能材料：如功能材料：如固定化菌固定化菌，生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器等等。21功能材料：如功能材料：如超導(dǎo)體超導(dǎo)體，導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子等；等；功能材料

11、：如功能材料：如光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維、感光性高分子感光性高分子等等；材料：如材料：如壓電材料壓電材料、光電材料光電材料。22功能材料：人工臟器用材料如功能材料：人工臟器用材料如人工腎人工腎、人工心肺人工心肺，可降解的可降解的醫(yī)用縫合線醫(yī)用縫合線、骨釘骨釘、骨板骨板等；等；：如：如緩釋性高分子緩釋性高分子，藥物活性高分子藥物活性高分子，高分高分子農(nóng)藥子農(nóng)藥等；等；材料材料23 反應(yīng)型高分子是在有機合成和生物化學(xué)領(lǐng)域的反應(yīng)型高分子是在有機合成和生物化學(xué)領(lǐng)域的重要成果，已經(jīng)開發(fā)出眾多新型高分子試劑和高分重要成果，已經(jīng)開發(fā)出眾多新型高分子試劑和高分子催化劑應(yīng)用到科研和生產(chǎn)過程中，在提高合成反子催化劑應(yīng)用到

12、科研和生產(chǎn)過程中，在提高合成反應(yīng)的選擇性、簡化工藝過程以及化工過程的綠色化應(yīng)的選擇性、簡化工藝過程以及化工過程的綠色化方面做出了貢獻。更重要的是由此發(fā)展而來的方面做出了貢獻。更重要的是由此發(fā)展而來的固相固相合成方法合成方法和和固定化酶技術(shù)固定化酶技術(shù)開創(chuàng)了有機合成機械化、開創(chuàng)了有機合成機械化、自動化、有機反應(yīng)定向化的新時代，在分子生物學(xué)自動化、有機反應(yīng)定向化的新時代，在分子生物學(xué)研究方面起到了關(guān)鍵性作用。研究方面起到了關(guān)鍵性作用。反應(yīng)型高分子材料反應(yīng)型高分子材料24電活性高分子材料電活性高分子材料 電活性高分子材料的發(fā)展導(dǎo)致了電活性高分子材料的發(fā)展導(dǎo)致了導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物，聚合物電解質(zhì)聚合物

13、電解質(zhì)，聚合物電極聚合物電極的出現(xiàn)。此外的出現(xiàn)。此外超導(dǎo)、電超導(dǎo)、電致發(fā)光、電致變色聚合物致發(fā)光、電致變色聚合物也是近年來的重要研究成也是近年來的重要研究成果，其中以果，其中以電致發(fā)光材料電致發(fā)光材料制作的彩色顯示器已經(jīng)被制作的彩色顯示器已經(jīng)被日本和美國公司研制成功，有望成為新一代顯示器日本和美國公司研制成功，有望成為新一代顯示器件。此外眾多化學(xué)傳感器和分子電子器件的發(fā)明也件。此外眾多化學(xué)傳感器和分子電子器件的發(fā)明也得益于得益于電活性聚合物和修飾電極電活性聚合物和修飾電極技術(shù)的發(fā)展。技術(shù)的發(fā)展。25高分子分離膜高分子分離膜材料材料 高分子分離膜高分子分離膜材料與分離技術(shù)的發(fā)展在復(fù)雜體材料與分離

14、技術(shù)的發(fā)展在復(fù)雜體系的分離技術(shù)方面獨辟蹊徑，開辟了系的分離技術(shù)方面獨辟蹊徑，開辟了氣體分離、苦氣體分離、苦咸水脫鹽、液體消毒咸水脫鹽、液體消毒等快速、簡便、低耗的新型分等快速、簡便、低耗的新型分離替代技術(shù)，也為電化學(xué)工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)提供了新離替代技術(shù)，也為電化學(xué)工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)提供了新型選擇性透過和緩釋材料。目前高分子分離膜在型選擇性透過和緩釋材料。目前高分子分離膜在海海水淡化水淡化方面已經(jīng)成為主角，已經(jīng)擁有制備方面已經(jīng)成為主角，已經(jīng)擁有制備18萬噸萬噸/日日純水設(shè)備的能力。純水設(shè)備的能力。26醫(yī)藥用功能高分子材料醫(yī)藥用功能高分子材料 醫(yī)藥用功能高分子醫(yī)藥用功能高分子是目前發(fā)展非常迅速的一個是目前

15、發(fā)展非常迅速的一個領(lǐng)域，領(lǐng)域，高分子藥物、高分子人工組織器官在定向給高分子藥物、高分子人工組織器官在定向給藥、器官替代、整形外科和拓展治療藥、器官替代、整形外科和拓展治療范圍方面做出范圍方面做出了相當大的貢獻。了相當大的貢獻。27光敏高分子光敏高分子化學(xué)，在化學(xué)，在光聚合、光交聯(lián)、光降解、光聚合、光交聯(lián)、光降解、熒光熒光以及以及光導(dǎo)機理光導(dǎo)機理的研究方面都取得了重大突破，的研究方面都取得了重大突破，特別在過去特別在過去20多年中有了飛快發(fā)展，并在工業(yè)上得多年中有了飛快發(fā)展，并在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。比如到廣泛應(yīng)用。比如光敏涂料、光致抗蝕劑、光穩(wěn)定光敏涂料、光致抗蝕劑、光穩(wěn)定劑、光可降解材料、光刻

16、膠、感光性樹脂、劑、光可降解材料、光刻膠、感光性樹脂、以及以及光光致發(fā)光致發(fā)光和和光致變色高分子材料光致變色高分子材料都已經(jīng)工業(yè)化。都已經(jīng)工業(yè)化。 近年近年來來高分子非線性光學(xué)材料高分子非線性光學(xué)材料也取得了突破性進展。也取得了突破性進展。光敏高分子材料光敏高分子材料28 下圖為材料顯示功能的示意圖。下圖為材料顯示功能的示意圖。輸入輸入材料材料輸出輸出材料的材料的是指向材料輸入某種能量，經(jīng)過材料是指向材料輸入某種能量，經(jīng)過材料的傳輸或轉(zhuǎn)換等過程，再作為輸出而提供給外部的一種作用。的傳輸或轉(zhuǎn)換等過程，再作為輸出而提供給外部的一種作用。29功能材料按其功能材料按其又可分為又可分為和和。 30當向材

17、料當向材料和從材料和從材料屬于屬于時，材料起到時，材料起到部件的部件的作用。材料的這種功能稱為一次功能。作用。材料的這種功能稱為一次功能。以一次功能為使用目的的材料又稱為以一次功能為使用目的的材料又稱為。31。功能。如功能。如慣性慣性、粘性粘性、流動性流動性、潤滑性潤滑性、成型性成型性、超塑性超塑性、恒彈性恒彈性、高彈性高彈性、振動性振動性和和防震性防震性。功能。如功能。如隔音隔音性、性、吸音吸音性。性。功能。如功能。如傳熱傳熱性、性、隔熱隔熱性、性、吸熱吸熱性和性和蓄熱蓄熱性等。性等。功能。如功能。如導(dǎo)電導(dǎo)電性、性、超導(dǎo)超導(dǎo)性、性、絕緣絕緣性和性和電阻電阻等。等。32功能。如功能。如硬磁性硬

18、磁性、軟磁性軟磁性、半硬磁性半硬磁性等。等。功能。如功能。如遮光性遮光性、透光性透光性、折射光性折射光性、反射光性反射光性、吸吸光性光性、偏振光性偏振光性、分光性分光性、聚光性聚光性等。等。功能。如功能。如吸附作用吸附作用、氣體吸收性氣體吸收性、催化作用催化作用、生物生物化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)、酶反應(yīng)酶反應(yīng)等。等。功能。如功能。如放射特性放射特性、電磁波特性電磁波特性等。等。33 當向材料當向材料和從材料和從材料屬于屬于時，材料起時，材料起部件作用，材部件作用，材料的這種功能稱為料的這種功能稱為二次功能二次功能或或高次功能高次功能。有人認為。有人認為這種材料才是真正的功能材料。這種材料才是真正的功能

19、材料。34二次功能按二次功能按可分為如下四類可分為如下四類。能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換；能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換； 能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換；能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換；能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換；能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換；能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換。能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換。35如如反應(yīng)、反應(yīng)、反應(yīng)、反應(yīng)、反應(yīng)、反應(yīng)、，反應(yīng)，反應(yīng)，效應(yīng)和效應(yīng)和效應(yīng)。效應(yīng)。能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換36如如效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)和效應(yīng)和效應(yīng)等效應(yīng)等。能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換37能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換如如效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)和

20、效應(yīng)和效應(yīng)等。效應(yīng)等。38能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換。如如效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)和效應(yīng)和效應(yīng)等。效應(yīng)等。39 功能高分子材料的制備一般是指通過功能高分子材料的制備一般是指通過將將與與相結(jié)合的過程。相結(jié)合的過程。功能高分子材料的制備主要有以下三種基本類型：功能高分子材料的制備主要有以下三種基本類型：是是固定在骨架材料上；固定在骨架材料上；是是的功能化；的功能化；是是的功能擴展。的功能擴展。40功能性小分子的高分子化功能性小分子的高分子化(1)功能性小分子單體直接發(fā)生功能性小分子單體直接發(fā)生聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)(2)功能性小分子通

21、過功能性小分子通過聚合包埋聚合包埋與高分子材料結(jié)合與高分子材料結(jié)合41優(yōu)點優(yōu)點v生成的功能高分子功能基分布均勻生成的功能高分子功能基分布均勻v聚合物結(jié)構(gòu)可以通過聚合機理預(yù)先設(shè)計聚合物結(jié)構(gòu)可以通過聚合機理預(yù)先設(shè)計v產(chǎn)物的穩(wěn)定性較好產(chǎn)物的穩(wěn)定性較好缺點缺點v在功能性小分子中需要引入可聚合基團，而這種引入常常在功能性小分子中需要引入可聚合基團，而這種引入常常需要復(fù)雜的合成反應(yīng)需要復(fù)雜的合成反應(yīng)v要求在反應(yīng)中要求在反應(yīng)中不破壞原有結(jié)構(gòu)和功能不破壞原有結(jié)構(gòu)和功能v當需要引入的功能基穩(wěn)定性不好時當需要引入的功能基穩(wěn)定性不好時需要加以保護需要加以保護v有時引入功能基后對有時引入功能基后對單體聚合的活性會有影

22、響單體聚合的活性會有影響42(1)功能性小分子單體直接發(fā)生功能性小分子單體直接發(fā)生聚合反應(yīng)聚合反應(yīng) 通過在功能性小分子中引入可聚合基團得到單體，通過在功能性小分子中引入可聚合基團得到單體，然后進行均聚或共聚反應(yīng)生成功能聚合物這些可聚合然后進行均聚或共聚反應(yīng)生成功能聚合物這些可聚合功能性單體中的可聚合基團一般為功能性單體中的可聚合基團一般為雙鍵、羥基、羧基、雙鍵、羥基、羧基、氨基、環(huán)氧基、酰氯基、吡咯基、噻吩基氨基、環(huán)氧基、酰氯基、吡咯基、噻吩基等基團。等基團。 發(fā)生發(fā)生加成聚合加成聚合反應(yīng)，反應(yīng)，開環(huán)聚合開環(huán)聚合反應(yīng)，反應(yīng)，縮聚縮聚反應(yīng)以及反應(yīng)以及氧化偶合氧化偶合反應(yīng)。反應(yīng)。43吡咯基、噻吩基

23、吡咯基、噻吩基NZRNRZRSZRZ為連接基團，為連接基團，R為功能型小分子為功能型小分子44 丙烯酸丙烯酸分子中帶有雙鍵，同時又帶有活性羧基。分子中帶有雙鍵，同時又帶有活性羧基。經(jīng)過自由基均聚或共聚，即可形成聚丙烯酸及其共經(jīng)過自由基均聚或共聚，即可形成聚丙烯酸及其共聚物，可以作為聚物，可以作為弱酸性離子交換樹脂、高吸水性樹弱酸性離子交換樹脂、高吸水性樹脂脂等應(yīng)用。這是帶有功能性基團的單體聚合制備功等應(yīng)用。這是帶有功能性基團的單體聚合制備功能高分子的簡單例子。能高分子的簡單例子。45 將含有環(huán)氧基團的低分子量雙酚將含有環(huán)氧基團的低分子量雙酚A型環(huán)氧樹脂型環(huán)氧樹脂與丙烯酸反應(yīng)，得到與丙烯酸反應(yīng)，

24、得到含雙鍵的環(huán)氧丙烯酸酯含雙鍵的環(huán)氧丙烯酸酯，這種，這種單體在制備光敏高分子材料方面有廣泛的應(yīng)用。單體在制備光敏高分子材料方面有廣泛的應(yīng)用。CH2CHOCH2OCCH3CH3OCH2CHCH2O+ CH2CHCOOHCH2CHOHCH2OCCH3CH3OCH2CHCH2OCH2CHCOO46 除了單純的連鎖聚合和逐步聚合之外，除了單純的連鎖聚合和逐步聚合之外，采用多采用多種單體進行共聚反應(yīng)制備功能高分子種單體進行共聚反應(yīng)制備功能高分子也是一種常見也是一種常見的方法。特別是當需要控制聚合物中功能基團的分的方法。特別是當需要控制聚合物中功能基團的分布和密度時，或者需要調(diào)節(jié)聚合物的物理化學(xué)性質(zhì)布和密

25、度時，或者需要調(diào)節(jié)聚合物的物理化學(xué)性質(zhì)時，共聚可能是最行之有效的解決辦法。時，共聚可能是最行之有效的解決辦法。 47該方法是利用生成高分子的束縛作用將該方法是利用生成高分子的束縛作用將功能性小分子以某種形式包埋固定在高分子功能性小分子以某種形式包埋固定在高分子材料中來制備功能高分子材料。在聚合反應(yīng)材料中來制備功能高分子材料。在聚合反應(yīng)之前，向單體溶液中加入小分子功能化合物，之前，向單體溶液中加入小分子功能化合物，在聚合過程中小分子被生成的聚合物所包埋。在聚合過程中小分子被生成的聚合物所包埋。在在高分子藥物、固定化酶高分子藥物、固定化酶的制備方面有獨到的制備方面有獨到的優(yōu)勢。的優(yōu)勢。 (2)(2

26、)功能性小分子通過聚合包埋與高分子功能性小分子通過聚合包埋與高分子 材料結(jié)合材料結(jié)合48用這種方法得到的功能高分子材料，聚合物骨用這種方法得到的功能高分子材料，聚合物骨架與小分子功能化合物之間沒有化學(xué)鍵連接，固化架與小分子功能化合物之間沒有化學(xué)鍵連接，固化作用通過聚合物的包絡(luò)作用來完成。這種方法制備作用通過聚合物的包絡(luò)作用來完成。這種方法制備的功能高分子類似于用共混方法制備的高分子材料，的功能高分子類似于用共混方法制備的高分子材料，但是均勻性更好。此方法的優(yōu)點是但是均勻性更好。此方法的優(yōu)點是方法簡便，功能方法簡便，功能小分子的性質(zhì)不受聚合物性質(zhì)的影響，因此特別適小分子的性質(zhì)不受聚合物性質(zhì)的影響

27、，因此特別適宜酶等對環(huán)境敏感材料的固化宜酶等對環(huán)境敏感材料的固化。缺點是在。缺點是在使用過程使用過程中包絡(luò)的小分子功能化合物容易逐步失去中包絡(luò)的小分子功能化合物容易逐步失去，特別是，特別是在溶脹條件下使用，將加快固化酶的失活過程。在溶脹條件下使用，將加快固化酶的失活過程。49例如，維生素例如，維生素C在在空氣中極易被氧化而變黃空氣中極易被氧化而變黃。采用溶劑蒸發(fā)法研制以乙基纖維素、羥丙基甲基纖采用溶劑蒸發(fā)法研制以乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素苯二甲酸酯等聚合物為外殼材料的維生素維素苯二甲酸酯等聚合物為外殼材料的維生素C微微膠囊，達到了延緩氧化變黃的效果。將維生素膠囊，達到了延緩氧化變黃的效果。將

28、維生素C微微膠囊膠囊暴露于空氣中一個月，外觀可保持干燥狀態(tài)，暴露于空氣中一個月，外觀可保持干燥狀態(tài)，色澤略黃色澤略黃。這種維生素。這種維生素C微膠囊進入人體后，兩小微膠囊進入人體后，兩小時內(nèi)可完全溶解釋放。時內(nèi)可完全溶解釋放。502. 已有高分子材料的功能化已有高分子材料的功能化(1) (1) 利用利用化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)將將活性功能基活性功能基引入聚引入聚合物骨架合物骨架(2) (2) 功能性小分子功能性小分子與聚合物與聚合物共混共混 51l價格低廉的通用材料價格低廉的通用材料l較容易地接上功能性基團較容易地接上功能性基團l來源豐富來源豐富l具有機械、熱、化學(xué)穩(wěn)定性具有機械、熱、化學(xué)穩(wěn)定性可選材

29、料的特點可選材料的特點52目前常見的品種目前常見的品種聚苯乙烯聚苯乙烯u聚氯乙烯聚氯乙烯u聚乙烯醇聚乙烯醇u聚（甲基）丙烯酸酯及其共聚物聚（甲基）丙烯酸酯及其共聚物u聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺u聚環(huán)氧氯丙烷及其共聚物聚環(huán)氧氯丙烷及其共聚物u纖維素纖維素53(1)(1)利用利用化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)將將活性功能基活性功能基引引入聚合物骨架入聚合物骨架例子：例子： 小分子過氧酸是常用的強氧化劑，在有機合成小分子過氧酸是常用的強氧化劑，在有機合成中是重要的試劑。但是，這種小分子過氧酸的主要中是重要的試劑。但是，這種小分子過氧酸的主要缺點在于缺點在于穩(wěn)定性不好穩(wěn)定性不好，容易發(fā)生，容易發(fā)生爆炸和失效爆炸和失效，不

30、便，不便于儲存。反應(yīng)后產(chǎn)生的羧酸也不容易除掉，經(jīng)常影于儲存。反應(yīng)后產(chǎn)生的羧酸也不容易除掉，經(jīng)常影響產(chǎn)品的純度。將其引入高分子骨架后形成的高分響產(chǎn)品的純度。將其引入高分子骨架后形成的高分子過氧酸，子過氧酸，揮發(fā)性和溶解性揮發(fā)性和溶解性下降，下降，穩(wěn)定性穩(wěn)定性提高。提高。54小分子氧化劑：小分子氧化劑：不穩(wěn)定。易爆，易燃，易分解不穩(wěn)定。易爆，易燃，易分解失效，貯存、運輸、使用困難失效，貯存、運輸、使用困難高分子氧化劑：高分子氧化劑：穩(wěn)定性好，穩(wěn)定性好， 貯存、運輸、使用貯存、運輸、使用方便方便55CH2CHCH3OCH2ClCH2CHClKHCO3CH2CHCHOH2O2, H+CH2CHCOOH

31、O56聚苯乙烯聚苯乙烯芳環(huán)上的取代反應(yīng)芳環(huán)上的取代反應(yīng)聚苯乙烯分子中的苯環(huán)比較活潑，可以進聚苯乙烯分子中的苯環(huán)比較活潑，可以進行一系列的芳香取代反應(yīng)，如行一系列的芳香取代反應(yīng)，如磺化、氯甲基化、磺化、氯甲基化、鹵化、硝化、鋰化、烷基化、羧基化、氨基化鹵化、硝化、鋰化、烷基化、羧基化、氨基化等等，因此是功能高分子制備中最常用的骨架等等，因此是功能高分子制備中最常用的骨架母體。母體。 57聚苯乙烯磺化、氯甲基化聚苯乙烯磺化、氯甲基化58聚乙烯醇的變化聚乙烯醇的變化聚乙烯醇可多種低分子化合物反應(yīng)，形成各種聚乙烯醇可多種低分子化合物反應(yīng)，形成各種各樣的功能高分子各樣的功能高分子聚醋酸乙烯酯的醇解制備聚

32、乙烯醇聚醋酸乙烯酯的醇解制備聚乙烯醇CH2CHOCOCH3CH3OHCH3COOCH3CH2CHOH59可用于在聚乙烯可用于在聚乙烯醇結(jié)構(gòu)中引入活醇結(jié)構(gòu)中引入活性基團的反應(yīng)性基團的反應(yīng) CH2CHnRCH2CHnCH2CHnCH2CHnCH2CHnCH2CHnCH2CHnOHCH2CH2OCH2CHRClCH2COOHOCH2COOH(RCO)2OOCORRCOClOCORP2O5, H3PO4OPOHOHORCHOCH2CHOOCHR60例子：例子：青霉素是一種抗多種病菌的廣譜抗青霉素是一種抗多種病菌的廣譜抗菌素，應(yīng)用十分普遍。它具有易吸收，見效快菌素，應(yīng)用十分普遍。它具有易吸收，見效快的特

33、點，但也有排泄快的缺點。利用青霉素結(jié)的特點，但也有排泄快的缺點。利用青霉素結(jié)構(gòu)中的構(gòu)中的羧基羧基、氨基氨基與高分子反應(yīng)，可得到療效與高分子反應(yīng)，可得到療效長的高分子青霉素。例如將青霉素與長的高分子青霉素。例如將青霉素與乙烯醇乙烯醇乙烯胺乙烯胺共聚物以共聚物以酰胺鍵酰胺鍵相結(jié)合，得到水溶性的相結(jié)合，得到水溶性的藥物高分子，這種高分子青霉素在人體內(nèi)的停藥物高分子，這種高分子青霉素在人體內(nèi)的停留時間為低分子青霉素的留時間為低分子青霉素的3040倍。倍。61帶有功能性基團的小分子與高分子骨帶有功能性基團的小分子與高分子骨架的結(jié)合架的結(jié)合這種制備方法的好處是可以這種制備方法的好處是可以利用廉價的商利用廉

34、價的商品化聚合物品化聚合物，并且通過對高分子材料的選擇，并且通過對高分子材料的選擇，使得到的功能高分子材料使得到的功能高分子材料機械性能比較有保障機械性能比較有保障。主要是通過小分子功能化合物與聚合物的主要是通過小分子功能化合物與聚合物的共混和復(fù)合共混和復(fù)合來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。62 比如，某些酶的固化，某些金屬和金屬氧化比如，某些酶的固化，某些金屬和金屬氧化物的固化等。與化學(xué)法相比，通過與聚合物共混制物的固化等。與化學(xué)法相比，通過與聚合物共混制備功能高分子的主要缺點是備功能高分子的主要缺點是共混物不夠穩(wěn)定，在使共混物不夠穩(wěn)定，在使用條件下（如溶脹、成膜等）功能聚合物容易由于用條件下（如溶脹、成膜等

35、）功能聚合物容易由于功能性小分子的流失而逐步失去活性功能性小分子的流失而逐步失去活性。 63 一一. .新型功能材料國外發(fā)展現(xiàn)狀新型功能材料國外發(fā)展現(xiàn)狀 當前，國際功能材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸當前，國際功能材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸如如超導(dǎo)超導(dǎo)材料、材料、微電子微電子材料、材料、光子光子材料、材料、信息信息材料、材料、能源轉(zhuǎn)換能源轉(zhuǎn)換及儲能及儲能材料、材料、生態(tài)環(huán)境生態(tài)環(huán)境材料、材料、生物醫(yī)用生物醫(yī)用材料及材料的材料及材料的分子分子、原子設(shè)計原子設(shè)計等正處于日新月異的發(fā)展之中，發(fā)展功能材料技術(shù)等正處于日新月異的發(fā)展之中，發(fā)展功能材料技術(shù)正在成為一些發(fā)達國家強化其經(jīng)濟及軍事優(yōu)勢

36、的重要手段。正在成為一些發(fā)達國家強化其經(jīng)濟及軍事優(yōu)勢的重要手段。 64以以NbTi、Nb3Sn為代表的為代表的已實現(xiàn)了商品化，已實現(xiàn)了商品化，在在（NMRI）、）、及及等多個領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。等多個領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。 高溫高溫的出現(xiàn)，突破了溫度壁壘，把超導(dǎo)應(yīng)的出現(xiàn)，突破了溫度壁壘，把超導(dǎo)應(yīng)用溫度從液氦（用溫度從液氦（ 4.2K）提高到液氮（提高到液氮（77K）溫區(qū)。高溫超導(dǎo)溫區(qū)。高溫超導(dǎo)材料的研究工作已在材料的研究工作已在單晶單晶、薄膜薄膜、體材料體材料、線材線材和和應(yīng)用應(yīng)用等方等方面取得了重要進展。面取得了重要進展。 65作為高技術(shù)重要組成部分的作為高技術(shù)重要組成部分的已進入一個已進入一個快速發(fā)

37、展的新階段，其市場銷售額正以每年快速發(fā)展的新階段，其市場銷售額正以每年16%16%的速度遞的速度遞增，預(yù)計增，預(yù)計2020年內(nèi)，生物醫(yī)用材料所占的份額將趕上年內(nèi)，生物醫(yī)用材料所占的份額將趕上市市場，成為一個支柱產(chǎn)業(yè)。場，成為一個支柱產(chǎn)業(yè)。已成為已成為醫(yī)用生物陶醫(yī)用生物陶瓷瓷的主要方向；的主要方向；是醫(yī)用高分子材料的是醫(yī)用高分子材料的重要方向。重要方向。 66是新能源材料研究開發(fā)的熱點，是新能源材料研究開發(fā)的熱點，IBMIBM公司研制的公司研制的多層復(fù)合太陽能電池多層復(fù)合太陽能電池，轉(zhuǎn)換率高達，轉(zhuǎn)換率高達40%40%。美國能源部在全部美國能源部在全部氫能研究氫能研究經(jīng)費中，大約有經(jīng)費中，大約有5

38、0%50%用于用于技術(shù)技術(shù)。的研究十分活躍，關(guān)鍵是電池的研究十分活躍，關(guān)鍵是電池材料，如材料，如固體電解質(zhì)薄膜固體電解質(zhì)薄膜和和電池陰極材料電池陰極材料，還有質(zhì)子交，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的換膜型燃料電池用的有機質(zhì)子交換膜有機質(zhì)子交換膜等，都是目前研究等，都是目前研究的熱點。的熱點。 67是是2020世紀世紀9090年代在國際高技術(shù)新材料研究中年代在國際高技術(shù)新材料研究中形成的一個新領(lǐng)域，其研究開發(fā)在日、美、德等形成的一個新領(lǐng)域，其研究開發(fā)在日、美、德等發(fā)達國家十分活躍，主要有發(fā)達國家十分活躍，主要有：68直接面臨的直接面臨的的材料技術(shù)，例的材料技術(shù)，例如，如，生物可降解生物可降解材料技術(shù)

39、，材料技術(shù)，CO CO 2 2 氣體的固化氣體的固化技術(shù)，技術(shù)，SOSOx x、NONOx x催化轉(zhuǎn)化催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、技術(shù)、廢物的再資源化廢物的再資源化技術(shù)，技術(shù)，環(huán)環(huán)境污染修復(fù)境污染修復(fù)技術(shù)，材料制備加工中的技術(shù)，材料制備加工中的潔凈技術(shù)潔凈技術(shù)以及以及節(jié)省資源節(jié)省資源、節(jié)省能源節(jié)省能源的技術(shù)。的技術(shù)。69開發(fā)能使經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的開發(fā)能使經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的，如如仿生材料仿生材料、環(huán)境保護材料環(huán)境保護材料、氟里昂、石棉等、氟里昂、石棉等有害有害物質(zhì)的替代材料物質(zhì)的替代材料、綠色新材料綠色新材料等；等；材料的材料的。 70智能材料是繼智能材料是繼天然材料天然材料、合成高分子材料合成高分子材料、人人工設(shè)計材料工設(shè)計材料之后的之后的，是現(xiàn)代高技術(shù)新材，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來高技術(shù)的發(fā)展，料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實現(xiàn)漸消失，實現(xiàn)、目標。目標。 71的研發(fā)方面已取得很多技術(shù)突破，