功能高分子05第5章智能高分子材料.ppt

（3）光致形状记忆高分子材料： ——是将某些特定的光致变色基团引入高分子主链和侧链中，当受到紫外光照射时，光致变色基团发生光异构化反应，使分子链的状态发生显著变化，材料在宏观上表现为光致形变；光照停止时，光致变色基团发生可逆的光异构化反应，分子链的状态回复，材料也回复原状。 该材料用作印刷材料、光记录材料和药物缓释剂等。 （4）化学感应型形状记忆高分子材料： ——利用材料周围介质性质的变化来激发材料变形的形状回复。 常见的化学感应方式有pH值变化、平衡离子置换、螯合反应、相转变反应和氧化还原反应等，这类物质有部分皂化的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和聚丙烯酸混合物薄膜等。 热致形状记忆高分子种类 聚烯烃类：耐高温、耐腐蚀场合 聚酯类：耐热、耐化学药品-医用 聚氨酯类：纺织、建筑、医学 * * §5.1 智能型高分子凝胶 §5.2 形状记忆型高分子材料 作业 生物体是一个高度自组装的智能材料系统，具有传感、处理和执行功能。 1989年提出智能材料概念。 intelligent material 智能材料——可以感知外部刺激(传感功能)，通过自我判断和自我结论(处理功能)，实现自我指令和自我执行(执行功能)的材料。 智能材料——对于外界环境的物理或化学刺激，自身的某些物理、化学性质发生相应突变的材料。 又称“机敏材料”。smart material 智能材料属于仿生材料。 智能材料 智能金属材料 智能无机非金属材料 智能高分子材料 智能高分子材料 intelligent polymer ——对于外界环境的物理或化学刺激，自身的某些物理、化学性质发生相应突变的高分子材料。 生物组织——天然高分子凝胶 如海参、肌肉组织 刺激响应性智能高分子凝胶——“软湿”材料 高分子凝胶 ——是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂组成的体系。 可以溶胀，但不溶解。 水凝胶 绝大多数天然凝胶，许多合成凝胶 有机凝胶 化学凝胶 物理凝胶 智能型高分子凝胶的结构特点： ①三维高分子网络与溶剂组成的体系； ②高分子主链或侧链上含有离子化基团、极性和疏水性基团。类似生物体 高分子凝胶的形成？ 智能型高分子凝胶的性能特点： 体积相转变 ——溶液中凝胶的平衡溶胀体积随外界环境(pH、离子强度、温度、电场等)的微小变化产生不连续变化的现象。 体积相转变是凝胶态物质的普遍现象。 体积相转变(收缩和膨胀)的本质 ——是网络中高分子链的构象变化。 内因：范德华力、氢键、疏水作用及静电作用力 本质：是网络中高分子链的构象变化。 智能高分子凝胶的体积相转变 溶胀相 收缩相 外界环境的变化 体积不连续变化 　智能高分子凝胶的刺激响应性——智能化的表现 刺激 响应 物理刺激 温度 光 压力 电场 化学刺激 pH 生化 盐 化学、相分离、体积、形状、表面、渗透性、机械强度光、电 　智能高分子凝胶的分类 温敏性凝胶★ PH响应性凝胶★ 电场响应性凝胶★ 化学物质响应性凝胶★ 光响应性凝胶★ 磁场响应性凝胶★ 温敏性凝胶 温敏性凝胶——是其体积随温度变化的高分子凝胶。 高温收缩性凝胶 聚异丙基丙烯酰胺 低温收缩性凝胶 聚丙烯酸和聚N,N-二甲基丙烯酰胺 聚丙烯酸和聚N,N-二甲基丙烯酰胺形成互穿网络凝胶 低温时(T﹤60℃)，凝胶网络内形成氢键，体积收缩， 高温时(T﹥60℃)，氢键解离，凝胶溶胀。 聚异丙基丙烯酰胺 存在低临界溶解温度LCST T﹤ LCST(32℃) 在水溶液中溶胀 T﹥ LCST(32℃) 凝胶发生急剧的脱水合作用 原因：水分子与聚异丙基丙烯酰胺上氨基间氢键的形成和解离。 采用不同的化学物质与异丙基丙烯酰胺共聚可以调整其LCST。 聚异丙基丙烯酰胺及其共聚物凝胶可望用于驱动元件、智能药物释放载体、分子构象记忆元件等。 PH响应性凝胶 PH响应性凝胶——是其体积能随环境的PH值变化而变化的高分子凝胶。 PH响应性凝胶大分子网络中具有可解离的基团，其网络结构和电荷密度随PH值变化而变化，并对凝胶网络的渗透压产生影响，导致其体积发生不连续变化。 电场响应性凝胶 电场响应性凝胶一般由分子链上带有可电离化基团的交联聚电解质网络构成，其溶胀和脱溶胀易受电场和电流的影响。 大部分高分子凝胶的网络都带有电荷，在直流电场的作用下均可发生凝胶的电收缩现象。 化学物质响应性凝胶 化学物质响应性凝胶是指其体积因特定物质的刺激而发生突变的凝胶。 如葡萄糖氧化酶固定在聚丙烯酸酯/聚异丙基丙烯酰胺凝胶上，当遇到葡萄糖时氧化成葡萄糖酸，使PH值降低，凝胶中聚丙烯酸酯的电离度随之减小，体积收缩。 利用这一现象可通过凝胶的溶胀与收缩调控药物释放的通与断。 原理：PVA凝胶与硼