功能高分子材料Functionalpolymers課件

1、1功能高分子材料介紹Functional Polymers雷良才 教授化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院遼寧石油化工大學(xué)2 1 高分子材料 功能高分子材料 Functional polymers 材料和能源、信息構(gòu)成社會發(fā)展和當(dāng)代文明的三大支柱，歷史上取得的技術(shù)成就與技術(shù)革新無不與材料的發(fā)展有關(guān)。 常用材料名稱表示不同的歷史時代:石器時代、銅器時代、鐵器時代（The Stone, Bronze and Iron Ages）。 現(xiàn)代社會應(yīng)用的三大材料：高分子、陶瓷、鋼鐵（Polymers, Ceramics and Steel）遼寧石油化工大學(xué)321世紀(jì)-高分子的時代舊石器時代新石器時代鐵器時代青銅器時代高分子

2、時代人類的文明史 材料發(fā)展史 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)4 功能高分子材料 Functional polymers 天然大分子遼寧石油化工大學(xué)5合成高分子發(fā)展歷程1839年 美國人Goodyear發(fā)明硫化橡膠。1855年 英國人Parks用硝化纖維素與樟腦混合制得 賽璐珞，1870年商業(yè)化。1889年 法國人De Chardonnet（夏爾多內(nèi)）發(fā)明人 造絲（rayon textile fibbers）。1907年 第一個全合成高分子材料酚醛樹脂誕生。 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)6Charles Goo

3、dyear 1800 1860，美國化學(xué)家，1839 發(fā)明硫化橡膠，1844在美國取得該技術(shù)的專利權(quán)，專利號為3633 。 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)7 The Goodyear Tire & Rubber Company （固特異輪胎和橡膠公司） 該公司由Frank Seiberling創(chuàng)建于1898 ，主要生產(chǎn)轎車輪胎、卡車輪胎、SUV用輪胎、賽車輪胎和重型挖掘機(jī)輪胎等。 公司的名字用于紀(jì)念硫化橡膠的發(fā)明者Charles Goodyear 。 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)8合成高分子發(fā)展歷程1920年

4、 H.Staudinger 發(fā)表論文“論聚合”， 提出大分子的長鏈結(jié)構(gòu)，單元間是通 過共價鍵聯(lián)結(jié)，否認(rèn)了大分子的膠體學(xué)說。1893年 E.Fischer 提出纖維素是由葡萄糖單元連結(jié)而成， 最早提出樸素的大分子鏈?zhǔn)綄W(xué)說）。 1932年 用膜滲透壓法、端基分析法測分子量，證實(shí)大分 子是一個分子而不是膠體，有一定的分子量。從 此高分子科學(xué)作為一個學(xué)科而被確立。 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)9Hermann Staudinger 18811965)，德國化學(xué)家，證明了大分子的存在。 1953獲得諾貝爾化學(xué)獎 功能高分子材料 Functional polym

5、ers 遼寧石油化工大學(xué)101929年 Carothers合成縮聚物尼龍。1935年 第一個工業(yè)化高分子材料尼龍問世（Dupont），PVC （19271937），PVAc（1936），PMMA（19271931），PS （19341937），LDPE（1939）。 高分子溶液理論在30年代建立，并成功測定了聚合物的分 子量，F(xiàn)lory為此獲得諾貝爾獎。 40年代 二次大戰(zhàn)促進(jìn)了高分子材料的發(fā)展，大批重要的橡膠和塑料 被合成出來。丁苯橡膠（1937），丁腈橡膠（1937），丁基 橡膠（1940），ABS（1947），滌綸樹脂（19401950）。 1955-1957 等規(guī)立構(gòu)PP的合成。 功能

6、高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)11Wallace Hume Carothers 1896 1937) ，美國化學(xué)家和發(fā)明家，杜邦公司有機(jī)化學(xué)領(lǐng)軍人物，尼龍的發(fā)明者。 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)12Paul John Flory 1910 1985，美國化學(xué)家，諾貝爾獎獲得者。在高分子領(lǐng)域成績斐然，建立了高分子溶液理論。1974獲得諾貝爾化學(xué)獎，褒獎他在高分子物理化學(xué)領(lǐng)域（實(shí)驗(yàn)和理論）做出的巨大貢獻(xiàn)。 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)13 功能高分子材料 Functiona

7、l polymers 高分子領(lǐng)域諾貝爾獎獲得者遼寧石油化工大學(xué)14高分子領(lǐng)域諾貝獎獲得者StaudingerFloryCarothersZiegler Natta de Gennes Hideki Shirakawa MacDiarmid Heeger 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)15 2 功能高分子材料 高分子材料可劃分為： 通用高分子材料 工程高分子材料 功能高分子材料 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)16 通用高分子材料 應(yīng)用面廣量大，技術(shù)成熟、大規(guī)模生產(chǎn)，價格較低的合成材料。 塑料 PE PP PS A

8、BS 橡膠 PI PB 纖維 PAN PA PP 涂料 粘合劑 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)17 功能高分子材料 Functional polymers 工程高分子材料 用于制造機(jī)械零件或外殼的工業(yè)用塑料。 熱性質(zhì)：高Tg、高熔點(diǎn)、熱變形溫度高、長期使用溫度高、使用穩(wěn)定范圍大、熱膨脹系數(shù)小。 機(jī)械性質(zhì)：高強(qiáng)度、高模量、耐磨損、耐疲勞。 穩(wěn)定性：耐化學(xué)藥品、抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性。 遼寧石油化工大學(xué)18 功能高分子材料 Functional polymers 通用性工程高分子材料： 聚碳酸酯、聚酰胺（尼龍）、聚縮醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳基

9、酯、ABS、不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等。 耐熱耐藥品性工程高分子材料： 氟塑料、聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺、PEEK、PEI、高分子液晶。遼寧石油化工大學(xué)遼寧石油化工大學(xué)19遼寧石油化工大學(xué)2021 功能高分子材料 在高分子材料原有的傳統(tǒng)使用性能基礎(chǔ)上，再賦予特殊的物理或化學(xué)性能的高分子材料。 吸附性、反應(yīng)性、光活性、 電活性、磁性能、生物相容性、 藥理性、選擇分離、能量轉(zhuǎn)換、 特殊功能性體現(xiàn)：通過大分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量、高分子鏈的構(gòu)象、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)等。 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)22 功能高分子是高分子學(xué)科中發(fā)展最快、研究最活躍的新領(lǐng)域，也是目前國家自

10、然基金支持較多的研究領(lǐng)域之一。 科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求: 能源、航天、信息、電子等領(lǐng)域的發(fā)展，要求既具有高功能亦具有高性能的高分子材料。 生命科學(xué)的要求：生物降解、生物相容。 經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要：高附加值產(chǎn)品，獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)23 3 功能高分子材料分類 力學(xué)功能材料：超高強(qiáng)、高結(jié)晶、熱塑性彈性體等。 化學(xué)功能材料：分離膜、離子交換樹脂、高分子絡(luò)合物、固定化酶、生物反應(yīng)器等。 物理化學(xué)功能材料：高分子液晶、導(dǎo)電性高分子、感光高分子、導(dǎo)光性高分子等。 能量轉(zhuǎn)換功能材料：壓電性、熱電性等。 生物化學(xué)功能材料：藥物活性、緩釋性、生物

11、降解、生物相容等。 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)24 3 功能高分子材料分類反應(yīng)性高分子材料 高分子試劑、催化劑、染料、酶固定劑光活性高分子 光穩(wěn)定劑、光刻膠、光導(dǎo)材料和光致變色材料等電活性高分子材料 導(dǎo)電聚合物、電致發(fā)光、電致變色等高分子分離材料 分離膜、離子交換、螯合劑、絮凝劑等高分子吸附材料 高吸水性高分子、高吸油性高分子等高分子智能材料 記憶材料、信息存儲材料等醫(yī)藥用高分子材料 生物降解、醫(yī)用、藥用、醫(yī)藥輔助材高性能材料 高分子液晶、耐高溫材料、高強(qiáng)高模量 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)25(1)導(dǎo)電

12、高分子材料 復(fù)合型：高分子材料與導(dǎo)電物質(zhì)(如炭黑、碳纖維、金屬粉等)復(fù)合。 本征型：1997年發(fā)現(xiàn)聚乙炔摻雜導(dǎo)電性。 特點(diǎn)：室溫電導(dǎo)率可在絕緣體-半導(dǎo)體-金屬態(tài)范圍內(nèi)變化。電導(dǎo)率-溫度依賴性不呈現(xiàn)金屬特性，而服從半導(dǎo)體特性。載流子用孤子、極化子和雙極化子概念描述。 應(yīng)用：二次電池、防腐蝕涂料、電磁波屏蔽、電子元器件、微波吸收材料、隱身材料等。 功能高分子材料 Functional polymers 3 典型功能高分子材料介紹遼寧石油化工大學(xué)26(2)高分子分離膜 高分子分離膜材料與分離技術(shù)的發(fā)展十分迅速。 分類：反滲透膜 、超濾膜、微濾膜、氣體分離膜、催化膜反應(yīng)器 特點(diǎn)：快速、簡便、低能耗的新

13、型分 工業(yè)化：氣體分離、苦咸水脫鹽（18萬噸/日套） 、液體消毒等。 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)27 功能高分子材料 Functional polymers 海水淡化工廠一角遼寧石油化工大學(xué)28 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)29(3)離子交換樹脂 最早工業(yè)化的功能高分子材料。 結(jié)構(gòu)：通常為官能化的交聯(lián)聚苯乙烯樹脂， 分類：陽離子交換樹脂 陰離子交換樹脂 用途：飲用水處理、海水炎化、廢水處理、檸檬酸、 糖液的鈍化、牛奶脫鹽、電池隔膜等。 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)30 功能高分子材料 Functional polymers 純水機(jī)遼寧石油化工大學(xué)31(4)高吸水性高分子高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)： 具有強(qiáng)親水性基團(tuán)（羥基、羧基等） 樹脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)，不被水溶解 聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度 聚合物具有較高的分子量 如：輕度交聯(lián)聚丙烯酸特點(diǎn)：吸水（純）量高達(dá)2500ml/g、保水用途：衛(wèi)生制品、工業(yè)脫水 功能高分子材料 Functional polymers 遼寧石油化工大學(xué)32(5)醫(yī)藥用功