特種高分子材料

1、特種高分子特種高分子研究生課程特特 種種 高高 分分 子子 Speciality Polymer研究生課程目錄目錄 第一章第一章 緒論緒論 第二章第二章 離子交換樹脂及吸附樹脂離子交換樹脂及吸附樹脂 第三章第三章 高分子分離膜與膜分離技術(shù)高分子分離膜與膜分離技術(shù) 第四章第四章 導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子 第五章第五章 光敏性高分子光敏性高分子 第六章第六章 高吸液性樹脂高吸液性樹脂 第七章第七章 智能高分子與高分子凝膠智能高分子與高分子凝膠 第八章第八章 醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料 第九章第九章 藥用高分子藥用高分子 第十章第十章 環(huán)境可降解高分子材料環(huán)境可降解高分子材料 第十一章第十一章 高分子

2、液晶高分子液晶 第十二章第十二章 高性能高分子高性能高分子特種高分子特種高分子第一章第一章緒緒 論論研究生課程研究生課程內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱高分子材料簡(jiǎn)史高分子材料簡(jiǎn)史特種高分子概念及分類特種高分子概念及分類 特種高分子制備方法特種高分子制備方法 特種高分子的展望特種高分子的展望 4123研究生課程1. 高分子材料簡(jiǎn)史高分子材料簡(jiǎn)史高分子的高分子的概念概念始于始于20世紀(jì)世紀(jì)20年代，但應(yīng)用更早。年代，但應(yīng)用更早。n1839年年，美國(guó)人，美國(guó)人Goodyear發(fā)明發(fā)明硫化橡膠硫化橡膠。n1855年年，英國(guó)人，英國(guó)人Parks用硝化纖維素與樟腦混合制得用硝化纖維素與樟腦混合制得賽璐賽璐珞珞。n188

3、9年年，法國(guó)人，法國(guó)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。n1907年年，酚醛樹脂酚醛樹脂誕生。誕生。n1920年年，德國(guó)人，德國(guó)人Staudinger發(fā)表了發(fā)表了“論聚合論聚合”的論文，提的論文，提出了出了高分子的概念高分子的概念，并預(yù)測(cè)了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲，并預(yù)測(cè)了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的結(jié)構(gòu)。酯等聚合物的結(jié)構(gòu)。n1935年年，Carothes發(fā)明發(fā)明尼龍尼龍66，1938年工業(yè)化。年工業(yè)化。研究生課程n30年代年代，一系列，一系列烯烴類加聚物烯烴類加聚物被合成出來并工業(yè)化，被合成出來并工業(yè)化，PVC（19271937），），PVAc（

4、1936），），PMMA（19271931），），PS（19341937），），LDPE（1939）。自由基聚）。自由基聚合發(fā)展。合發(fā)展。n高分子溶液理論高分子溶液理論在在30年代建立，并成功測(cè)定了聚合物的分年代建立，并成功測(cè)定了聚合物的分子量。子量。Flory為此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。為此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。n40年代年代，二次大戰(zhàn)促進(jìn)了高分子材料的發(fā)展，一大批重要，二次大戰(zhàn)促進(jìn)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。的橡膠和塑料被合成出來。丁苯橡膠丁苯橡膠（1937），），丁腈橡膠丁腈橡膠（1937），），丁基橡膠丁基橡膠（1940），），有機(jī)氟材料有機(jī)氟材料（1943），），ABS（19

5、47），），滌綸樹脂滌綸樹脂（19401950）。）。n50年代年代，Ziegler和和Natta發(fā)明發(fā)明配位聚合催化劑配位聚合催化劑，制得，制得高密高密度度PE和和有規(guī)有規(guī)PP，低級(jí)烯烴得到利用。，低級(jí)烯烴得到利用。研究生課程n1956年年，美國(guó)人，美國(guó)人Szwarc發(fā)明發(fā)明活性陰離子聚合活性陰離子聚合，開創(chuàng)了高分，開創(chuàng)了高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先河。子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先河。n50年后期至年后期至60年代年代，大量高分子工程材料問世。，大量高分子工程材料問世。聚甲醛聚甲醛（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）

6、。）。n60年代以后年代以后，特種高分子特種高分子得到發(fā)展。得到發(fā)展。n80年代以后年代以后，新的聚合方法和新結(jié)構(gòu)的聚合物不斷出現(xiàn)和，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。發(fā)展。l新的聚合方法新的聚合方法：陽(yáng)離子活性聚合、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合、活性自陽(yáng)離子活性聚合、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合、活性自由基聚合、等離子聚合等；由基聚合、等離子聚合等；l新結(jié)構(gòu)的聚合物新結(jié)構(gòu)的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星狀聚合物、樹枝狀聚合物、超支化聚合物、含狀聚合物、樹枝狀聚合物、超支化聚合物、含C60聚合物聚合物等。等。研究生課程2.特種高分子基本概念特種高分子基本概念特種高分子特

7、種高分子是相對(duì)于是相對(duì)于通用高分子通用高分子而言的。而言的。n通用高分子材料通用高分子材料：應(yīng)用面廣量大，價(jià)格較低。根據(jù)其性質(zhì)：應(yīng)用面廣量大，價(jià)格較低。根據(jù)其性質(zhì)和用途可分為和用途可分為五大類五大類：化學(xué)纖維、塑料、橡膠、油漆涂料、化學(xué)纖維、塑料、橡膠、油漆涂料、粘合劑粘合劑。n特種高分子材料特種高分子材料：帶有特殊物理、力學(xué)、化學(xué)性質(zhì)和功能：帶有特殊物理、力學(xué)、化學(xué)性質(zhì)和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分通用高分子材料子材料的范疇。的范疇。特種高分子特種高分子可細(xì)分為可細(xì)分為功能功能高分子高分子和和高性能高性能高分子高分子。研究生

8、課程n功能功能：指從外部向材料輸入信號(hào)時(shí)，材料內(nèi)部發(fā)生質(zhì)和量指從外部向材料輸入信號(hào)時(shí)，材料內(nèi)部發(fā)生質(zhì)和量的變化而產(chǎn)生輸出的特性的變化而產(chǎn)生輸出的特性。例如例如，材料在受到外部光的輸，材料在受到外部光的輸入時(shí)，材料可以輸出電性能，稱為入時(shí)，材料可以輸出電性能，稱為材料的光電功能材料的光電功能；材料；材料在受到多種介質(zhì)作用時(shí)，能有選擇地分離出其中某些介質(zhì)，在受到多種介質(zhì)作用時(shí)，能有選擇地分離出其中某些介質(zhì)，稱為稱為材料的選擇分離性材料的選擇分離性。此外，如壓電性、藥物緩釋放性。此外，如壓電性、藥物緩釋放性等，都屬于等，都屬于功能功能的范疇。的范疇。n性能性能：材料對(duì)外部作用的抵抗特性材料對(duì)外部作用

9、的抵抗特性。例如例如，對(duì)外力的抵抗，對(duì)外力的抵抗表現(xiàn)為材料的表現(xiàn)為材料的強(qiáng)度、模量強(qiáng)度、模量等；對(duì)熱的抵抗表現(xiàn)為等；對(duì)熱的抵抗表現(xiàn)為耐熱性耐熱性；對(duì)光、電、化學(xué)藥品的抵抗，則表現(xiàn)為材料的對(duì)光、電、化學(xué)藥品的抵抗，則表現(xiàn)為材料的耐光性、絕耐光性、絕緣性、防腐蝕性緣性、防腐蝕性等。等。研究生課程功能高分子功能高分子：是指當(dāng)：是指當(dāng)有外部刺激有外部刺激時(shí)，能通過時(shí)，能通過化學(xué)化學(xué)或物理或物理的方法的方法做出相應(yīng)輸出做出相應(yīng)輸出的高分子材料。的高分子材料。它主它主要為具有要為具有某些特殊功能某些特殊功能的高分子，例如分離材料的高分子，例如分離材料（離子交換樹脂、分離膜等）、感光高分子、導(dǎo)（離子交換樹脂

10、、分離膜等）、感光高分子、導(dǎo)電高分子、光電轉(zhuǎn)換高分子、醫(yī)用高分子、高分電高分子、光電轉(zhuǎn)換高分子、醫(yī)用高分子、高分子藥物、高分子催化劑、高分子試劑等。子藥物、高分子催化劑、高分子試劑等。高性能高分子高性能高分子：是對(duì)：是對(duì)外力外力有特別強(qiáng)的有特別強(qiáng)的抵抗能力抵抗能力的的高分子材料。高分子材料。它主要是具有它主要是具有超越常規(guī)的超越常規(guī)的物理、化物理、化學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)等性能的高分子，例如耐學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)等性能的高分子，例如耐高溫高分子、生物降解高分子、高吸水性高分子、高溫高分子、生物降解高分子、高吸水性高分子、高分子液晶等。高分子液晶等。研究生課程n從實(shí)用的角度看，對(duì)從實(shí)用的角度看，對(duì)

11、功能材料功能材料來說，人們著眼于它們所具來說，人們著眼于它們所具有的有的獨(dú)特的功能獨(dú)特的功能；而對(duì)；而對(duì)高性能材料高性能材料，人們關(guān)心的是它與，人們關(guān)心的是它與通通用材料用材料在性能上的在性能上的差異差異。n功能高分子化學(xué)功能高分子化學(xué)在在高分子化學(xué)高分子化學(xué)中的地位相當(dāng)于中的地位相當(dāng)于精細(xì)化工精細(xì)化工在在化工領(lǐng)域化工領(lǐng)域地位，因此有人稱地位，因此有人稱功能高分子功能高分子為為精細(xì)高分子精細(xì)高分子，指，指其產(chǎn)品的產(chǎn)量小、產(chǎn)值高、制造工藝復(fù)雜、性能獨(dú)特。其產(chǎn)品的產(chǎn)量小、產(chǎn)值高、制造工藝復(fù)雜、性能獨(dú)特。n在英文專業(yè)期刊上，常將在英文專業(yè)期刊上，常將功能高分子功能高分子稱為稱為Functional

12、polymers 或或 Fine polymers，特種高分子特種高分子稱為稱為Speciality polymers。研究生課程2.1 特種高分子分類特種高分子分類 日本著名功能高分子專家日本著名功能高分子專家中村茂夫中村茂夫教授認(rèn)為，教授認(rèn)為，功能高分子功能高分子可從以下幾個(gè)方面分類?？蓮囊韵聨讉€(gè)方面分類。1. 力學(xué)功能材料力學(xué)功能材料 強(qiáng)化功能材料強(qiáng)化功能材料，如超高強(qiáng)材料、高結(jié)晶材料等；，如超高強(qiáng)材料、高結(jié)晶材料等； 彈性功能材料彈性功能材料，如熱塑性彈性體等。，如熱塑性彈性體等。2. 化學(xué)功能材料化學(xué)功能材料 分離功能材料分離功能材料，如分離膜、離子交換樹脂、高分子絡(luò)合，如分離膜、離

13、子交換樹脂、高分子絡(luò)合物等；物等； 反應(yīng)功能材料反應(yīng)功能材料，如高分子催化劑、高分子試劑；，如高分子催化劑、高分子試劑； 生物功能材料生物功能材料，如固定化酶、生物反應(yīng)器等。，如固定化酶、生物反應(yīng)器等。研究生課程3. 物理化學(xué)功能材料物理化學(xué)功能材料 耐高溫高分子耐高溫高分子，高分子液晶等；，高分子液晶等； 電學(xué)功能材料電學(xué)功能材料，如導(dǎo)電性高分子、超導(dǎo)高分子，感電子，如導(dǎo)電性高分子、超導(dǎo)高分子，感電子性高分子等；性高分子等； 光學(xué)功能材料光學(xué)功能材料，如感光高分子、導(dǎo)光性高分子，光敏性，如感光高分子、導(dǎo)光性高分子，光敏性高分子等；高分子等； 能量轉(zhuǎn)換功能材料能量轉(zhuǎn)換功能材料，如壓電性高分子、

14、熱電性高分子等。，如壓電性高分子、熱電性高分子等。4. 生物化學(xué)功能材料生物化學(xué)功能材料 人工臟器用材料人工臟器用材料，如人工腎、人工心肺等；，如人工腎、人工心肺等； 高分子藥物高分子藥物，如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物、，如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物、高分子農(nóng)藥等；高分子農(nóng)藥等； 生物分解材料生物分解材料，如可降解性高分子材料等。，如可降解性高分子材料等。研究生課程 國(guó)內(nèi)一般采用按其國(guó)內(nèi)一般采用按其性質(zhì)、功能或?qū)嶋H用途性質(zhì)、功能或?qū)嶋H用途來劃來劃分特種高分子材料，具體可劃分為分特種高分子材料，具體可劃分為8種類型。種類型。1.反應(yīng)性高分子材料反應(yīng)性高分子材料，包括高分子試劑、高分子

15、催化劑和包括高分子試劑、高分子催化劑和高分子染料，特別是高分子固相合成試劑和固定化酶試高分子染料，特別是高分子固相合成試劑和固定化酶試劑等。劑等。2.光敏型高分子光敏型高分子，包括各種光穩(wěn)定劑、光刻膠，感光材料、包括各種光穩(wěn)定劑、光刻膠，感光材料、非線性光學(xué)材料、光導(dǎo)材料和光致變色材料等。非線性光學(xué)材料、光導(dǎo)材料和光致變色材料等。3.電性能高分子材料電性能高分子材料，包括導(dǎo)電聚合物、能量轉(zhuǎn)換型聚合包括導(dǎo)電聚合物、能量轉(zhuǎn)換型聚合物、電致發(fā)光和電致變色材料以及其他電敏感性材料等。物、電致發(fā)光和電致變色材料以及其他電敏感性材料等。研究生課程4.高分子分離材料高分子分離材料，包括各種分離膜、緩釋膜和其

16、他半透包括各種分離膜、緩釋膜和其他半透性膜材料、離子交換樹脂、高分子螯合劑、高分子絮凝性膜材料、離子交換樹脂、高分子螯合劑、高分子絮凝劑等。劑等。5.高分子吸附材料高分子吸附材料，包括高分子吸附性樹脂、高吸水性高包括高分子吸附性樹脂、高吸水性高分子、高吸油性高分子等。分子、高吸油性高分子等。6.高分子智能材料高分子智能材料，包括高分子記憶材料、信息存儲(chǔ)材料包括高分子記憶材料、信息存儲(chǔ)材料和光、磁、和光、磁、pH、壓力感應(yīng)材料等。、壓力感應(yīng)材料等。7.醫(yī)藥用高分子材料醫(yī)藥用高分子材料，包括醫(yī)用高分子材料、藥用高分子包括醫(yī)用高分子材料、藥用高分子材料和醫(yī)藥用輔助材料等。材料和醫(yī)藥用輔助材料等。8.

17、高性能工程材料高性能工程材料，如高分子液晶材料，耐高溫高分子材如高分子液晶材料，耐高溫高分子材料、高強(qiáng)高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能料、高強(qiáng)高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纖維材料、生物降解高分子等。纖維材料、生物降解高分子等。研究生課程3.特種高分子制備方法特種高分子制備方法特種高分子特種高分子材料的材料的特點(diǎn)特點(diǎn)在于他們特殊的在于他們特殊的“性能性能”和和“功能功能”，因此在制備這些高分子材料的時(shí)候，因此在制備這些高分子材料的時(shí)候，分子設(shè)計(jì)分子設(shè)計(jì)成為十分關(guān)鍵的研究?jī)?nèi)容。成為十分關(guān)鍵的研究?jī)?nèi)容。n設(shè)計(jì)一種能設(shè)計(jì)一種能滿足一定需要的滿足一定需要的特種高分子材料是高分子化學(xué)特

18、種高分子材料是高分子化學(xué)研究的一項(xiàng)研究的一項(xiàng)主要目標(biāo)主要目標(biāo)。具有良好性質(zhì)與功能的高分子材料。具有良好性質(zhì)與功能的高分子材料的制備成功與否，在很大程度的制備成功與否，在很大程度取決于取決于設(shè)計(jì)方法和制備路線設(shè)計(jì)方法和制備路線的制定。的制定。n從上一世紀(jì)從上一世紀(jì)50年代起，年代起，活性聚合活性聚合和和可控聚合可控聚合等一大批高等一大批高分子合成新方法的出現(xiàn)，為高分子的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了分子合成新方法的出現(xiàn)，為高分子的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的手段。強(qiáng)有力的手段。研究生課程n活性聚合活性聚合最典型的特征是最典型的特征是引發(fā)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于增長(zhǎng)速度引發(fā)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于增長(zhǎng)速度，并且在特定條件下并且在特定條

19、件下不存在鏈終止反應(yīng)和鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)不存在鏈終止反應(yīng)和鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，亦，亦即即活性中心不會(huì)自己消失活性中心不會(huì)自己消失。這些特點(diǎn)導(dǎo)致了聚合產(chǎn)物的。這些特點(diǎn)導(dǎo)致了聚合產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量可控、相對(duì)分子質(zhì)量分布很窄，并且可利相對(duì)分子質(zhì)量可控、相對(duì)分子質(zhì)量分布很窄，并且可利用活性端基制備含有特殊官能團(tuán)的高分子材料。用活性端基制備含有特殊官能團(tuán)的高分子材料。n活性聚合活性聚合主要是主要是陰離子活性聚合陰離子活性聚合。其他各種聚合反應(yīng)類。其他各種聚合反應(yīng)類型（型（陽(yáng)離子聚合、自由基聚合陽(yáng)離子聚合、自由基聚合等）的等）的鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)和鏈終鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)和鏈終止反應(yīng)一般不可能完全避免止反應(yīng)一般不可能完全避免，但在某些特定

20、條件下，鏈，但在某些特定條件下，鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)和鏈終止反應(yīng)可以被控制在最低限度而忽略不轉(zhuǎn)移反應(yīng)和鏈終止反應(yīng)可以被控制在最低限度而忽略不計(jì)。這樣，聚合反應(yīng)就具有了活性的特征。通常稱這類計(jì)。這樣，聚合反應(yīng)就具有了活性的特征。通常稱這類雖存在鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)和鏈終止反應(yīng)但雖存在鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)和鏈終止反應(yīng)但宏觀上類似于活性聚宏觀上類似于活性聚合合的聚合反應(yīng)為的聚合反應(yīng)為“可控聚合可控聚合”。3.13.1高分子合成新技術(shù)高分子合成新技術(shù)研究生課程研究生課程HI/I2引發(fā)引發(fā)2-乙酰氧乙基乙烯基醚乙酰氧乙基乙烯基醚(陽(yáng)離子陽(yáng)離子)聚合時(shí)聚合時(shí)單體單體轉(zhuǎn)化率與數(shù)均分子量和分子量分布轉(zhuǎn)化率與數(shù)均分子量和分子量分布的關(guān)系的關(guān)

21、系研究生課程n從活性聚合的特征和自由基聚合的反應(yīng)機(jī)理來理解，實(shí)從活性聚合的特征和自由基聚合的反應(yīng)機(jī)理來理解，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)自由基活性自由基活性/可控聚合可控聚合的的關(guān)鍵關(guān)鍵是是如何防止聚合過程中因如何防止聚合過程中因鏈終止反應(yīng)和鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)而產(chǎn)生無活性聚合物鏈鏈終止反應(yīng)和鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)而產(chǎn)生無活性聚合物鏈。n先后開發(fā)出了先后開發(fā)出了引發(fā)引發(fā)-轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移-終止法終止法(iniferter法法)、氮氧穩(wěn)定氮氧穩(wěn)定自由基法自由基法(TEMPO引發(fā)體系引發(fā)體系)、可逆加成可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合由基聚合(RAFT)和和原子轉(zhuǎn)移自由基聚合原子轉(zhuǎn)移自由基聚合。RR*RMRM*MM研究生課程 特種高分子材

22、料的制備是通過特種高分子材料的制備是通過化學(xué)或者物理的化學(xué)或者物理的方法方法按照材料的設(shè)計(jì)要求按照材料的設(shè)計(jì)要求將功能基與高分子骨將功能基與高分子骨架相結(jié)合架相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。 其其制備方法制備方法可歸納為以下四種類型：可歸納為以下四種類型： 功能性小分子功能性小分子材料的高分子化；材料的高分子化； 已有高分子材料已有高分子材料的功能化；的功能化； 多功能材料的多功能材料的復(fù)合復(fù)合； 已有功能高分子材料的已有功能高分子材料的功能擴(kuò)展功能擴(kuò)展。3.23.2特種高分子材料制備方法分類特種高分子材料制備方法分類研究生課程3.2.1功能性小分子材料的高分子化功能性小分子材料

23、的高分子化 對(duì)具有一定對(duì)具有一定功能性小分子功能性小分子進(jìn)行進(jìn)行高分子化反應(yīng)高分子化反應(yīng)，賦予其高分子的功能特點(diǎn)，即有可能開發(fā)出新賦予其高分子的功能特點(diǎn)，即有可能開發(fā)出新的功能高分子材料。的功能高分子材料。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：生成的功能高分子生成的功能高分子功能基分布均勻功能基分布均勻；聚；聚合物結(jié)構(gòu)可以通過聚合機(jī)理合物結(jié)構(gòu)可以通過聚合機(jī)理預(yù)先設(shè)計(jì)預(yù)先設(shè)計(jì)；產(chǎn)物的；產(chǎn)物的穩(wěn)定性較好穩(wěn)定性較好。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：在功能性小分子中在功能性小分子中需要引入可聚合基團(tuán)需要引入可聚合基團(tuán)，而這種引入常常需要復(fù)雜的合成反應(yīng)；要求在而這種引入常常需要復(fù)雜的合成反應(yīng)；要求在反應(yīng)中反應(yīng)中不破壞不破壞原有結(jié)構(gòu)和功能；當(dāng)需要引入

24、的原有結(jié)構(gòu)和功能；當(dāng)需要引入的功能基功能基穩(wěn)定性不好時(shí)穩(wěn)定性不好時(shí)需要加以保護(hù)；有時(shí)引入需要加以保護(hù)；有時(shí)引入功能基后對(duì)功能基后對(duì)單體聚合的活性單體聚合的活性會(huì)有影響。會(huì)有影響。研究生課程 (1) 功能性小分子單體功能性小分子單體直接直接發(fā)生聚合反應(yīng)發(fā)生聚合反應(yīng)n通過在功能性小分子中通過在功能性小分子中引入可聚合基團(tuán)引入可聚合基團(tuán)得到單體，然后得到單體，然后進(jìn)行進(jìn)行均聚或共聚均聚或共聚反應(yīng)生成功能聚合物。這些可聚合功能反應(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(tuán)一般為：性單體中的可聚合基團(tuán)一般為：雙鍵、羥基、羧基、氨雙鍵、羥基、羧基、氨基、環(huán)氧基、酰氯基、吡咯基、噻吩基基、環(huán)氧基、酰

25、氯基、吡咯基、噻吩基等基團(tuán)。可以發(fā)等基團(tuán)?？梢园l(fā)生加成聚合反應(yīng)，開環(huán)聚合反應(yīng)，縮聚反應(yīng)以及氧化偶生加成聚合反應(yīng)，開環(huán)聚合反應(yīng)，縮聚反應(yīng)以及氧化偶合反應(yīng)。合反應(yīng)。吡咯基、噻吩基吡咯基、噻吩基 (Z為連接基團(tuán)，為連接基團(tuán)，R為功能型小分子為功能型小分子)研究生課程n丙烯酸分子中帶有丙烯酸分子中帶有雙鍵雙鍵，同時(shí)又帶有，同時(shí)又帶有活性羧基活性羧基。經(jīng)過。經(jīng)過自由自由基均聚或共聚基均聚或共聚，即可形成聚丙烯酸及其共聚物，可以作為，即可形成聚丙烯酸及其共聚物，可以作為弱酸性離子交換樹脂、高吸水性樹脂等應(yīng)用。這是帶有功弱酸性離子交換樹脂、高吸水性樹脂等應(yīng)用。這是帶有功能性基團(tuán)的單體聚合制備功能高分子的簡(jiǎn)單

26、例子。能性基團(tuán)的單體聚合制備功能高分子的簡(jiǎn)單例子。n含雙鍵的含雙鍵的環(huán)氧丙烯酸酯環(huán)氧丙烯酸酯單體，可用于制備單體，可用于制備功能性粘合劑功能性粘合劑。研究生課程 (2) 功能性小分子通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)與高分子材料結(jié)合合(高分子微膠囊高分子微膠囊)n該方法是利用生成高分子的該方法是利用生成高分子的束縛作用束縛作用將功能性小分子以將功能性小分子以某種形式某種形式包埋包埋固定在高分子材料中來制備功能高分子材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)之前，向單體溶液中加入小分子功能化料。在聚合反應(yīng)之前，向單體溶液中加入小分子功能化合物，在聚合過程中小分子被生成的

27、聚合物所包埋。合物，在聚合過程中小分子被生成的聚合物所包埋。n這種方法得到的功能高分子材料，聚合物骨架與小分子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功能化合物之間沒有化學(xué)鍵連接沒有化學(xué)鍵連接，固化作用通過聚合物，固化作用通過聚合物的的包絡(luò)作用包絡(luò)作用來完成。來完成。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)便，功能小分子的性是方法簡(jiǎn)便，功能小分子的性質(zhì)不受聚合物性質(zhì)的影響，因此特別適宜酶等對(duì)環(huán)境敏質(zhì)不受聚合物性質(zhì)的影響，因此特別適宜酶等對(duì)環(huán)境敏感材料的固化。感材料的固化。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)是在使用過程中包絡(luò)的小分子功能是在使用過程中包絡(luò)的小分子功能化合物容易逐步失去，特別是在溶脹條件下使用，將加化合物容

28、易逐步失去，特別是在溶脹條件下使用，將加快固化酶的失活過程?？旃袒傅氖Щ钸^程。研究生課程3.2.2已有高分子材料的功能化已有高分子材料的功能化 通過通過高分子的化學(xué)反應(yīng)高分子的化學(xué)反應(yīng)是制備特種高分子的重是制備特種高分子的重要方法之一。通過高分子的化學(xué)反應(yīng)，可以將要方法之一。通過高分子的化學(xué)反應(yīng)，可以將天然和合成的通用高分子轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑烊缓秃铣傻耐ㄓ酶叻肿愚D(zhuǎn)變?yōu)榫哂行滦徒Y(jié)構(gòu)新型結(jié)構(gòu)與功能與功能的聚合物。的聚合物。 高分子的化學(xué)反應(yīng)有很多種類型，一般根據(jù)高分子的化學(xué)反應(yīng)有很多種類型，一般根據(jù)聚聚合度和基團(tuán)的變化合度和基團(tuán)的變化（側(cè)基和端基）進(jìn)行分類。（側(cè)基和端基）進(jìn)行分類。n1)聚合度基本不變

29、聚合度基本不變，側(cè)基或端基發(fā)生變化的反應(yīng)。側(cè)基或端基發(fā)生變化的反應(yīng)。這類反應(yīng)常常被稱做這類反應(yīng)常常被稱做相似轉(zhuǎn)變相似轉(zhuǎn)變。許多功能高分。許多功能高分子，如高分子試劑、高分子催化劑等都可用這子，如高分子試劑、高分子催化劑等都可用這種方法制備。種方法制備。研究生課程n2) 聚合度變大的反應(yīng)聚合度變大的反應(yīng)，如交聯(lián)，接枝，嵌段，擴(kuò)如交聯(lián)，接枝，嵌段，擴(kuò)鏈等。其中接枝、嵌段等方法是制備個(gè)特種與功鏈等。其中接枝、嵌段等方法是制備個(gè)特種與功能高分子常用的方法。能高分子常用的方法。n3) 聚合度變小的反應(yīng)聚合度變小的反應(yīng)，如解聚、降解等。這類反如解聚、降解等。這類反應(yīng)在特種與功能高分子的制備中較少見。應(yīng)在特

30、種與功能高分子的制備中較少見。雖然高分子的化學(xué)反應(yīng)種類繁多，但用于特種高雖然高分子的化學(xué)反應(yīng)種類繁多，但用于特種高分子制備的分子制備的主要為主要為聚合度基本不變或變大聚合度基本不變或變大的反應(yīng)，的反應(yīng)，亦即主要為亦即主要為基團(tuán)發(fā)生變化基團(tuán)發(fā)生變化的反應(yīng)。的反應(yīng)。功能基與聚合物間可以為化學(xué)鍵作用，也可以為功能基與聚合物間可以為化學(xué)鍵作用，也可以為非共價(jià)鍵作用。非共價(jià)鍵作用。研究生課程 (1)利用化學(xué)反應(yīng)將利用化學(xué)反應(yīng)將活性功能基引入聚合物骨架活性功能基引入聚合物骨架，從而改變聚合物的物理化學(xué)性質(zhì)，賦予其新的從而改變聚合物的物理化學(xué)性質(zhì)，賦予其新的功能。功能。n通常用于這種功能化反應(yīng)的高分子材料都

31、是通常用于這種功能化反應(yīng)的高分子材料都是較廉價(jià)的通較廉價(jià)的通用材料用材料。 在選擇聚合物母體的時(shí)候應(yīng)考慮在選擇聚合物母體的時(shí)候應(yīng)考慮許多因素許多因素，首，首先應(yīng)較容易地接上功能性基團(tuán)，此外還應(yīng)考慮價(jià)格低廉，先應(yīng)較容易地接上功能性基團(tuán)，此外還應(yīng)考慮價(jià)格低廉，來源豐富，具有機(jī)械、熱、化學(xué)穩(wěn)定性等等。來源豐富，具有機(jī)械、熱、化學(xué)穩(wěn)定性等等。n常見的品種包括聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚常見的品種包括聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚（甲基）丙烯酸酯及其共聚物、聚丙烯酰胺、聚環(huán)氧氯（甲基）丙烯酸酯及其共聚物、聚丙烯酰胺、聚環(huán)氧氯丙烷及其共聚物、聚乙烯亞胺、纖維素等，其中丙烷及其共聚物、聚乙烯亞胺、纖維

32、素等，其中使用最使用最多的多的是是聚苯乙烯聚苯乙烯。研究生課程n聚苯乙烯分子中的苯環(huán)比較活潑，可以進(jìn)行一系列的聚苯乙烯分子中的苯環(huán)比較活潑，可以進(jìn)行一系列的芳香芳香取代反應(yīng)取代反應(yīng)，如磺化、氯甲基化、鹵化、硝化、鋰化、烷基，如磺化、氯甲基化、鹵化、硝化、鋰化、烷基化、羧基化、氨基化等等?；?、羧基化、氨基化等等。n此外，還可以使用此外，還可以使用無機(jī)高分子無機(jī)高分子作為載體，作為載體，其優(yōu)點(diǎn)其優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)械在于機(jī)械強(qiáng)度高，可以耐受較高壓力。強(qiáng)度高，可以耐受較高壓力。 如如硅膠和玻璃珠硅膠和玻璃珠表面存在表面存在大量的硅羥基，這些羥基可以通過與三氯硅烷等試劑反應(yīng)，大量的硅羥基，這些羥基可以通過與三氯

33、硅烷等試劑反應(yīng)，直接引入功能基，用作高分子吸附劑。直接引入功能基，用作高分子吸附劑。SO3HCH2ClCH2NR3Cl+CH2NR3OH+ClCH2OCH3ZnCl2NaOHH2SO4NR3研究生課程 (2) 功能性小分子與聚合物共混功能性小分子與聚合物共混n這種方法可以用于當(dāng)聚合物或者功能性小分子這種方法可以用于當(dāng)聚合物或者功能性小分子缺乏反應(yīng)缺乏反應(yīng)活性活性，不能或者，不能或者不易采用化學(xué)方法進(jìn)行功能化不易采用化學(xué)方法進(jìn)行功能化，或者被，或者被引入的功能性物質(zhì)引入的功能性物質(zhì)對(duì)化學(xué)反應(yīng)過于敏感對(duì)化學(xué)反應(yīng)過于敏感，不能承受化學(xué)，不能承受化學(xué)反應(yīng)條件的情況下對(duì)其進(jìn)行功能化。反應(yīng)條件的情況下對(duì)其

34、進(jìn)行功能化。n與與化學(xué)法化學(xué)法相比，通過與聚合物共混制備功能高分子的相比，通過與聚合物共混制備功能高分子的主主要缺點(diǎn)要缺點(diǎn)是共混物不夠穩(wěn)定，在使用條件下（如溶脹、成是共混物不夠穩(wěn)定，在使用條件下（如溶脹、成膜等）功能聚合物容易由于功能性小分子的流失而逐步膜等）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。失去活性。研究生課程3.2.3多功能材料的復(fù)合多功能材料的復(fù)合 將將兩種以上的功能高分子材料兩種以上的功能高分子材料以某種方式結(jié)合，以某種方式結(jié)合，將形成新的功能材料，而且具有任何單一功能將形成新的功能材料，而且具有任何單一功能高分子均不具備的性能，這一結(jié)合過程被稱為高分子均不具備的性能

35、，這一結(jié)合過程被稱為多功能高分子材料多功能高分子材料的復(fù)合過程。的復(fù)合過程。 n這方面這方面最典型的例子最典型的例子是是單向?qū)щ娋酆衔飭蜗驅(qū)щ娋酆衔锏闹苽?。帶有的制備。帶有可可逆氧化還原基團(tuán)逆氧化還原基團(tuán)的導(dǎo)電聚合物，其導(dǎo)電方式是沒有方向的導(dǎo)電聚合物，其導(dǎo)電方式是沒有方向性的，但如果將帶有性的，但如果將帶有不同氧化還原電位不同氧化還原電位的兩種聚合物復(fù)的兩種聚合物復(fù)合在一起，放在兩電極之間，可發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電是單向的。這合在一起，放在兩電極之間，可發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電是單向的。這是因?yàn)橹挥羞€原電位高的處在氧化態(tài)的聚合物能夠還原是因?yàn)橹挥羞€原電位高的處在氧化態(tài)的聚合物能夠還原另一種還原電位低的處在還原態(tài)的聚合物，將

36、電子傳遞另一種還原電位低的處在還原態(tài)的聚合物，將電子傳遞給它，而無論還原電位低的導(dǎo)電聚合物處在何種氧化態(tài)，給它，而無論還原電位低的導(dǎo)電聚合物處在何種氧化態(tài)，均不能還原處在氧化態(tài)的高還原電位聚合物。均不能還原處在氧化態(tài)的高還原電位聚合物。研究生課程3.2.4已有功能高分子材料的功能擴(kuò)展已有功能高分子材料的功能擴(kuò)展 在在同一種功能材料同一種功能材料中，甚至在中，甚至在同一個(gè)分子同一個(gè)分子中引中引入入兩種以上的功能基團(tuán)兩種以上的功能基團(tuán)也是制備新型功能聚合也是制備新型功能聚合物的一種方法。以這種方法制備的聚合物，或物的一種方法。以這種方法制備的聚合物，或者者集多種功能于一身集多種功能于一身，或者，或

37、者兩種功能起協(xié)同作兩種功能起協(xié)同作用用，產(chǎn)生出新的功能。，產(chǎn)生出新的功能。n例如，在高分子試劑中引入兩個(gè)不同基團(tuán)，并固定在相例如，在高分子試劑中引入兩個(gè)不同基團(tuán)，并固定在相鄰位置，可以實(shí)現(xiàn)鄰位置，可以實(shí)現(xiàn)鄰位協(xié)同作用鄰位協(xié)同作用。這時(shí)高分子試劑中的。這時(shí)高分子試劑中的一個(gè)功能基團(tuán)以一個(gè)功能基團(tuán)以靜電引力靜電引力或者或者其他性質(zhì)的親核力其他性質(zhì)的親核力吸引住吸引住底物的一端，將底物固定，同時(shí)鄰位的另一個(gè)功能基就底物的一端，將底物固定，同時(shí)鄰位的另一個(gè)功能基就近攻擊底物的另一端，即近攻擊底物的另一端，即反應(yīng)中心反應(yīng)中心，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在這種化學(xué)反應(yīng)中，由于高分子試劑中存在著鄰位協(xié)

38、同作這種化學(xué)反應(yīng)中，由于高分子試劑中存在著鄰位協(xié)同作用，因而反應(yīng)速度大大加快，用，因而反應(yīng)速度大大加快，選擇性提高選擇性提高。研究生課程4.特種高分子的展望特種高分子的展望特種高分子特種高分子的發(fā)展背景，的發(fā)展背景，特種高分子材料的發(fā)特種高分子材料的發(fā)展展基于基于兩個(gè)重要背景兩個(gè)重要背景：經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和和科學(xué)科學(xué)技術(shù)的需要技術(shù)的需要。 經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。1973年和年和1978年兩次世界性的石油大年兩次世界性的石油大危機(jī)，使原油價(jià)格猛漲。以石油為主要原料的高分子材危機(jī)，使原油價(jià)格猛漲。以石油為主要原料的高分子材料成本呈直線上升，商品市場(chǎng)陷入極為困難的處境。在料成本呈

39、直線上升，商品市場(chǎng)陷入極為困難的處境。在這樣的這樣的經(jīng)濟(jì)背景經(jīng)濟(jì)背景下，迫使人們?cè)噲D用同樣的原材料，去下，迫使人們?cè)噲D用同樣的原材料，去制備價(jià)值更高的產(chǎn)品。功能高分子在這種外部條件促使制備價(jià)值更高的產(chǎn)品。功能高分子在這種外部條件促使下迅速地發(fā)展了起來。下迅速地發(fā)展了起來。 科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要要。20世紀(jì)世紀(jì)8090年代，科學(xué)技術(shù)有年代，科學(xué)技術(shù)有了迅速發(fā)展。能源、信息、電子和生命科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)了迅速發(fā)展。能源、信息、電子和生命科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)高分子材料提出了新的要求。即要求高分子材料展，對(duì)高分子材料提出了新的要求。即要求高分子材料具有迄今還不曾有過的具有迄今還不曾有過的高性

40、能和高功能高性能和高功能，甚至要求既具，甚至要求既具有高功能亦具有高性能的高分子材料。有高功能亦具有高性能的高分子材料。研究生課程各種高分子材料的產(chǎn)量和價(jià)格比各種高分子材料的產(chǎn)量和價(jià)格比*品品 種種主要產(chǎn)品舉例主要產(chǎn)品舉例產(chǎn)量產(chǎn)量 /萬噸萬噸/年年價(jià)格比價(jià)格比通用高分子材料通用高分子材料LDPE，HDPE，PVC，PP，PS10001中間高分子材料中間高分子材料ABS，PMMA100100012工程高分子材料工程高分子材料PA，PC，POM，PBT，PPO208024特種高分子材料特種高分子材料有機(jī)氟材料，耐熱性高分子，各種有機(jī)氟材料，耐熱性高分子，各種功能高分子功能高分子12010100* 價(jià)格比以通用高分子為價(jià)格比以通用高分子為1計(jì)。計(jì)。4.14.1經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要研究生課程n新能源的要求新能源的要求。可高效轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能的功能高分子材料?？筛咝мD(zhuǎn)換太陽(yáng)能的功能高分子材料。如換能型高分子分離膜的利用。如換能型高分子分離膜的利用。n交通和宇航技術(shù)的要求交通和宇航技術(shù)的要求。航天上提高載荷、航空上航天上提高載荷、航空上安全省油和汽車省油和高速的課題，在一定程度上可采安全省油和汽車省油和高速的課題，在一定程度上可采用特種高分子材料實(shí)現(xiàn)。用特種高分子材料實(shí)現(xiàn)。n微電子技術(shù)的要求微電子技術(shù)的要求。高度集成化是微電子工業(yè)發(fā)展高度集成化是微電子工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。因此，高功能的光致抗蝕