功能高分子教案讲义-教案、学案.doc

第一章 绪论 1.1 高分子材料科学的历史回顾 高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。 1839年，美国人Goodyear发明硫化橡胶。 1855年，英国人Parks用硝化纤维素与樟脑混合制得赛璐珞。 1889年，法国人De Chardonnet（夏尔多内）发明人造丝。 1907年，酚醛树脂诞生。 1920年，德国人Staudinger发表了“论聚合”的论文，提出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。获得高分子第一个诺贝尔奖 1935年，Carothes发明尼龙66，1938年工业化。 30年代，一系列烯烃类加聚物被合成出来并工业化，PVC（1927～1937），PVAc（1936），PMMA（1927～1931），PS（1934～1937），LDPE（1939）。自由基聚合发展。 高分子溶液理论在30年代建立，并成功测定了聚合物的分子量。Flory为此获得诺贝尔奖。 40年代，二次大战促进了高分子材料的发展，一大批重要的橡胶和塑料被合成出来。丁苯橡胶（1937），丁腈橡胶（1937），丁基橡胶（1940），有机氟材料（1943），ABS（1947），涤纶树脂（1940～1950）。 50年代，Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂，制得高密度PE和有规PP，低级烯烃得到利用。1976年共同获得诺贝尔奖。 1956年，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开创了高分子结构设计的先河。 50年后期至60年代，大量高分子工程材料问世。聚甲醛（1956），聚碳酸酯（1957），聚砜（1965），聚苯醚（1964），聚酰亚胺（1962）。 60年代以后，功能高分子得到发展。 1962年，R.B.Merrifield －多肽固相合成法，1984年获得诺贝尔奖。 80年代以后，新的聚合方法和新结构的聚合物不断出现和发展。 新的聚合方法：阳离子活性聚合、基团转移聚合、活性自由基聚合、等离子聚合等等； 新结构的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合物、含C60聚合物等等。 1977年美国科学家A.J.Heeger、A.G. MacDiarmid和日本科学家H.Shirakawa发现掺杂聚乙炔具有金属导电特性, 三人共获2000年诺贝尔化学奖。 1.2 基本概念 功能：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变化而产生输出的特性。例如，材料在受到外部光的输入时，材料可以输出电性能，称为材料的光电功能；材料在受到多种介质作用时，能有选择地分离出其中某些介质，称为材料的选择分离性。此外，如压电性、药物缓释放性等，都属于功能的范畴。 功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出响应的高分子材料。 1.3 功能高分子材料的类型 日本著名功能高分子专家中村茂夫教授认为，功能高分子可从以下几个方面分类。 1. 力学功能材料 1) 强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等； 2) 弹性功能材料，如热塑性弹性体等。 2. 化学功能材料 1) 分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等； 2) 反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂； 3) 生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。 3. 物理化学功能材料 1) 耐高温高分子，高分子液晶等； 2) 电学功能材料，如导电性高分子、超导高分子，感电子性高分子等； 3) 光学功能材料，如感光高分子、导光性高分子，光敏性高分子等； 4) 能量转换功能材料，如压电性高分子、热电性高分子等。 4. 生物化学功能材料 1) 人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等； 2) 高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等； 3) 生物分解材料，如可降解性高分子材料等。 国内一般采用按其性质、功能或实际用途划分功能高分子材料的划分普遍采用的方法，具体可划分为8种类型。 1. 反应性高分子材料，包括高分子试剂、高分子催化剂和高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。 2. 光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻胶，感光材料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材料等。 3. 电性能高分子材料，包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料以及其他电敏感性材料等。 4. 高分子分离材料，包括各种分离膜、缓释膜和其他半透性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂等。 5. 高分子吸附材料，包括高分子吸附性树脂、高吸水性高分子、高吸油性高分子等。 6. 高分子智能材料，包括高分子记忆材料、信息存储材料和光