高分子材料概论-功能高分子

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1、第二章：高分子材料概论2.7功能高分子主要内容：2.7.1功能高分子概述2.7.2功能高分子的结构与性能2.7.3功能高分子材料的获得2.7.4重要的功能高分子2.7.5思考题2.7.1功能高分子概述一、功能高分子的定义什么是功能高分子材料?因为它是一直到20世纪70年代才形成的一个分支，对于它的确切定义一时还难于表述清楚。有入主张，功能高分子是性能“与众不同”的一类高分子。要问与“众”不同的这个“众”，指什么呢?回答说是指那些常规高分子，再问什么是常规高分子，则有人说绝大多数高分子材料是常规高分子，有人说常见的为常规高分子，有人说性能从众的随大流的叫常规高分子，还有人说塑

2、料、橡胶、合成纤维、粘合剂和涂料叫常规高分子。不属于常规高分子的就是功能高分子。可能为大家基本接受的是研究性能、特性和功能之间的关系，或者寻找性能、特性和功能的区别。国外一些学者在七八十年代就去追究这个区别。因此，首先要弄清楚性能和功能的区别。通行的说法是，“性能”指材料对外部刺激的抵抗，所谓外部刺激指外力、光、热、电、磁等物理刺激，以及水、溶剂、药品、化学品等的化学刺激。这样强度、透明性、耐热性、耐化学腐蚀性等属于“性能”这个范畴。“功能”则指的是对某物质(材料)“输入”信号时，物质因发生质和量的变化(或其中任何一种变化)而产生的“输出”作用，根据这个定义，则分离、吸附、

3、离子交换、氧化还原以及能量转换等机械能转换成其它能、压电、热电等都属于功能。我们认为功能高分子本身是——个模糊的概念，不必去下严格定义。一些专著将材料的功能宽泛地划分如下四类：1）化学功能：主要指离子交换、催化、氧化还原、光聚合、光交联、光分解、降解、固体电解质、微生物分解等。2）物理功能：上要指导电、热电、压电、焦电、电磁波透过吸收、热电子放射、超导、形状记忆、超塑性、低温韧性、磁化、透磁、电磁屏蔽、磁记录、光致变色、偏光性、光传导、光磁效应、光弹性、耐放射线、x射线透过、x射线吸收等。3）介于化学和物理之间的功能：主要指吸附、膜分离、高吸水、表面活性等。4）生物或生理功

4、能：主要指组织适应性、血液适应性、生物体内分解非抽出性、非吸附性等。二、功能高分子的分类根据前面所述，不少材料都属于功能高分子的范畴，功能高分子材料一般可从按上述四个方面的功能进行分类，如下：1）属于化学功能的功能高分子材料有：感光高分子、氧化还原树脂、离子交换树脂、高分子催化剂、高分子试剂、光降解塑料、固体电介质等。2）属于物理功能为主的功能高分子材料有：导电高分子、压电高分子、高分子极驻体、旋光性高分子、高分子载体、磁记录高分子、高分子颜料及荧光体，高分子发光体等。3）属于化学、物理之间的复合的功能高分子材料有：高分子吸附剂、絮凝剂、表面活性剂、染料、功能膜、稳定剂、高

5、吸水材料等。4）属于生物生理功能的功能高分子材料有：医用高分子、高分子医药、高分子农药、生物降解性塑料。另外，也有人将功能高分子按照性质和功能划分，划分为六种类型：（1）反应型高分子，包括高分子试剂和高分子催化剂；（2）光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料和光致变色材料等；（3）电活性高分子材料，包括导电聚合物、能量转换型聚合物和其它电敏材料；（4）膜型高分子材料，包括各种分离膜、缓释膜和其它半透性膜材料；（5）吸附型高分子材料，包括高分子吸附性树脂、高分子絮凝剂和吸水性高分子吸附剂等；（6）其它未能包括在上述各类中的功能高分子材料。2.7.2功能高分子的结构与

6、性能功能高分子材料之所以能够在应用中表现出许多独特的性质，主要与其结构中的两方面性质有关。一是分子中对表现出的特殊性质起关键作用的官能团的性质，如高分子化学反应试剂中的反应活性点的反应性质；二是连接并承载这些官能团的聚合物骨架的性质，如溶胀性或润湿性等。两者的结合构成功能高分子的构效关系。一、官能团为性能主体当官能团的性质对材料的功能起主要作用时，高分子骨架仅仅起支撑、分隔、固定和降低溶解度等辅助作用。比如高分子氧化剂中的过氧羧基，具有电显示功能的N,N—二取代联吡啶结构，侧链聚合物液晶中的刚性侧链，离子交换树脂中的季铵基和磺酸基等就属于这一类型官能团。它们常常在小分子中就

7、能够表现出类似作用。高分子化过程往往使上述的这些性能得到改善和提高。在高分子过氧酸中过氧羧基是氧化反应的活性官能团，聚苯乙烯高分子骨架在试剂中仅仅起提高试剂的稳定性和降低溶解性的作用，如下图1例。电活性聚合物中N，N—二取代联吡啶结构是氧化还原中心，对氧化还原变色行为起主要作用，如下图2例。也有以聚合物骨架为功能的主效应，而官能团为辅助效应的。如利用引入官能团改善溶解性能、降低玻璃化温度、改变润湿性和提高机械强度等作用；如在主链型液晶聚合物的芳香环上引入一定体积的取代基可以降低其玻璃化温度，从而降低使用温度。在高分