高分子材料概論-功能高分子

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1、第二章：高分子材料概論2.7功能高分子主要內(nèi)容：2.7.1功能高分子概述2.7.2功能高分子的結(jié)構(gòu)與性能2.7.3功能高分子材料的獲得2.7.4重要的功能高分子2.7.5思考題2.7.1功能高分子概述一、功能高分子的定義什么是功能高分子材料?因為它是一直到20世紀70年代才形成的一個分支，對于它的確切定義一時還難于表述清楚。有入主張，功能高分子是性能“與眾不同”的一類高分子。要問與“眾”不同的這個“眾”，指什么呢?回答說是指那些常規(guī)高分子，再問什么是常規(guī)高分子，則有人說絕大多數(shù)高分子材料是常規(guī)高分子，有人說常見的為常規(guī)高分子，有人說性能從眾的隨大流的叫常規(guī)高分子，還有人說塑

2、料、橡膠、合成纖維、粘合劑和涂料叫常規(guī)高分子。不屬于常規(guī)高分子的就是功能高分子?？赡転榇蠹一窘邮艿氖茄芯啃阅堋⑻匦院凸δ苤g的關(guān)系，或者尋找性能、特性和功能的區(qū)別。國外一些學(xué)者在七八十年代就去追究這個區(qū)別。因此，首先要弄清楚性能和功能的區(qū)別。通行的說法是，“性能”指材料對外部刺激的抵抗，所謂外部刺激指外力、光、熱、電、磁等物理刺激，以及水、溶劑、藥品、化學(xué)品等的化學(xué)刺激。這樣強度、透明性、耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性等屬于“性能”這個范疇。“功能”則指的是對某物質(zhì)(材料)“輸入”信號時，物質(zhì)因發(fā)生質(zhì)和量的變化(或其中任何一種變化)而產(chǎn)生的“輸出”作用，根據(jù)這個定義，則分離、吸附、

3、離子交換、氧化還原以及能量轉(zhuǎn)換等機械能轉(zhuǎn)換成其它能、壓電、熱電等都屬于功能。我們認為功能高分子本身是——個模糊的概念，不必去下嚴格定義。一些專著將材料的功能寬泛地劃分如下四類：1）化學(xué)功能：主要指離子交換、催化、氧化還原、光聚合、光交聯(lián)、光分解、降解、固體電解質(zhì)、微生物分解等。2）物理功能：上要指導(dǎo)電、熱電、壓電、焦電、電磁波透過吸收、熱電子放射、超導(dǎo)、形狀記憶、超塑性、低溫韌性、磁化、透磁、電磁屏蔽、磁記錄、光致變色、偏光性、光傳導(dǎo)、光磁效應(yīng)、光彈性、耐放射線、x射線透過、x射線吸收等。3）介于化學(xué)和物理之間的功能：主要指吸附、膜分離、高吸水、表面活性等。4）生物或生理功

4、能：主要指組織適應(yīng)性、血液適應(yīng)性、生物體內(nèi)分解非抽出性、非吸附性等。二、功能高分子的分類根據(jù)前面所述，不少材料都屬于功能高分子的范疇，功能高分子材料一般可從按上述四個方面的功能進行分類，如下：1）屬于化學(xué)功能的功能高分子材料有：感光高分子、氧化還原樹脂、離子交換樹脂、高分子催化劑、高分子試劑、光降解塑料、固體電介質(zhì)等。2）屬于物理功能為主的功能高分子材料有：導(dǎo)電高分子、壓電高分子、高分子極駐體、旋光性高分子、高分子載體、磁記錄高分子、高分子顏料及熒光體，高分子發(fā)光體等。3）屬于化學(xué)、物理之間的復(fù)合的功能高分子材料有：高分子吸附劑、絮凝劑、表面活性劑、染料、功能膜、穩(wěn)定劑、高

5、吸水材料等。4）屬于生物生理功能的功能高分子材料有：醫(yī)用高分子、高分子醫(yī)藥、高分子農(nóng)藥、生物降解性塑料。另外，也有人將功能高分子按照性質(zhì)和功能劃分，劃分為六種類型：（1）反應(yīng)型高分子，包括高分子試劑和高分子催化劑；（2）光敏型高分子，包括各種光穩(wěn)定劑、光刻膠、感光材料和光致變色材料等；（3）電活性高分子材料，包括導(dǎo)電聚合物、能量轉(zhuǎn)換型聚合物和其它電敏材料；（4）膜型高分子材料，包括各種分離膜、緩釋膜和其它半透性膜材料；（5）吸附型高分子材料，包括高分子吸附性樹脂、高分子絮凝劑和吸水性高分子吸附劑等；（6）其它未能包括在上述各類中的功能高分子材料。2.7.2功能高分子的結(jié)構(gòu)與

6、性能功能高分子材料之所以能夠在應(yīng)用中表現(xiàn)出許多獨特的性質(zhì)，主要與其結(jié)構(gòu)中的兩方面性質(zhì)有關(guān)。一是分子中對表現(xiàn)出的特殊性質(zhì)起關(guān)鍵作用的官能團的性質(zhì)，如高分子化學(xué)反應(yīng)試劑中的反應(yīng)活性點的反應(yīng)性質(zhì)；二是連接并承載這些官能團的聚合物骨架的性質(zhì)，如溶脹性或潤濕性等。兩者的結(jié)合構(gòu)成功能高分子的構(gòu)效關(guān)系。一、官能團為性能主體當官能團的性質(zhì)對材料的功能起主要作用時，高分子骨架僅僅起支撐、分隔、固定和降低溶解度等輔助作用。比如高分子氧化劑中的過氧羧基，具有電顯示功能的N,N—二取代聯(lián)吡啶結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈聚合物液晶中的剛性側(cè)鏈，離子交換樹脂中的季銨基和磺酸基等就屬于這一類型官能團。它們常常在小分子中就

7、能夠表現(xiàn)出類似作用。高分子化過程往往使上述的這些性能得到改善和提高。在高分子過氧酸中過氧羧基是氧化反應(yīng)的活性官能團，聚苯乙烯高分子骨架在試劑中僅僅起提高試劑的穩(wěn)定性和降低溶解性的作用，如下圖1例。電活性聚合物中N，N—二取代聯(lián)吡啶結(jié)構(gòu)是氧化還原中心，對氧化還原變色行為起主要作用，如下圖2例。也有以聚合物骨架為功能的主效應(yīng)，而官能團為輔助效應(yīng)的。如利用引入官能團改善溶解性能、降低玻璃化溫度、改變潤濕性和提高機械強度等作用；如在主鏈型液晶聚合物的芳香環(huán)上引入一定體積的取代基可以降低其玻璃化溫度，從而降低使用溫度。在高分