文档介绍：第七章功能高分子材料概论
第一节功能高分子基本概念
一、高分子材料发展史
15世纪  美洲玛雅人用天然橡胶做容器,雨具等生活用品。1839年  美国人Charles Goodyear发现天然橡胶与硫磺共热后明显地改变了性能,使它变为富有弹性、可塑性的材料。1869年美国人John Wesley Hyatt把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热,制造出了第一种人工合成塑料“赛璐珞”。1887年法国人Count Hilaire de 用硝化纤维素的溶液进行纺丝,制得了第一种人造丝。1909年美国人Leo Baekeland用苯酚与甲醛反应制造出第一种完全人工合成的塑料——酚醛树酯。1920年德国人Hermann Staudinger发表了“关于聚合反应”的论文提出:高分子物质通过化学键连接在一起的大分子化合物。1926年美国化学家Waldo Semon合成了聚氯乙烯,并于1927年实现了工业化生产。1932年 Hermann Staudinger总结了自己的大分子理论,出版了划时代的巨著《高分子有机化合物》成为高分子化学作为一门新兴学科建立的标志。1935年杜邦公司基础化学研究所有机化学部的Wallace H. Carothers合成出聚酰胺66,即尼龙。尼龙在1938年实现工业化生产。1930年德国人用金属钠作为催化剂,用丁二烯合成出丁钠橡胶和丁苯橡胶。1940年英国人T. R. Whinfield合成出聚酯纤维(PET)。1948年 Paul Flory 建立了高分子长链结构的数学理论。1953年德国人Karl Ziegler与意大利人Giulio Natta分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯。1955年美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯,首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然橡胶。1956年 Szwarc提出活性聚合概念。高分子进入分子设计时代。1970年以后高分子合成新技术不断涌现,高分子新材料层出不穷。
二、高分子基本概念
高分子又称聚合物(Polymer)、高聚物(High polymer)、大分子(Macromolecule),分子量一般大于1000。而分子量较低(<10000)的低聚物称为齐聚物,寡聚物。
根据聚合物结构类型,可将聚合物分为线型(Linear Polymer)、支化型(Branched Polymer)、交联型(Crosslinked Polymer)、星型及树状(Star Polymer、Dendrimer),见图7-1。
线型大分子
支化型大分子
交联型大分子
星型型大分子
星型大分子
图7-1 聚合物结构示意图
高分子学科包括高分子化学(Polymer chemistry) 、高分子物理(Polymer physics) 、高分子工艺学(Polymer technology)。高分子化学主要研究高分子合成机理、结构设计、控制方法。高分子物理主要研究高分子物理性质、结构与性能的关系。高分子工艺学主要研究高分子合成工艺、加工工艺。
三、功能高分子材料
功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。
在国外,常将这类材料称为功能材料(Functional Materials)、特种材料(Speciality Materials))或精细材料(Fine Materials)。功能材料涉及面较广,具体包括光、电功能,磁功能,分离功能,形状记忆功能等。这类材料相对于通常的结构材料而言,一般除了具有机械特性外,还具有其他的功能特性。材料的特定的功能与材料的特定结构是相联系的。如对于导电聚合物来说,它一般具有长链共轭双键;金属结构中由于弹性马氏体相变能产生记忆效应,因此出现了形状记忆合金;压电陶瓷晶体必须有极轴等。
功能高分子的特点是用途特殊,专一性强;.品种多,用量不大;.质量轻(与其它功能材料相比);制备途径多,可设计性强。
随着技术的发展和人类认识的扩展,新型的功能材料不断被开发出来,因此对其也产生了许多不同的分类方法。
从功能的不同考虑,可将功能材料分为以下四类。
(1)力学功能
主要是指强化功能材料和弹性功能材料,如高结晶材料、超高强材料等。
(2)化学功能
①分离功能材料:如分离膜,离子交换树脂、高分子络合物;
②反应功能材料;如高分子试剂、高分子催化剂;
③生物功能材料:如固定化菌,生物反应器等。
(3)物理化学功能
①电学功能材料:如超导体,导电高分子等;
②光学功能材料:如光导纤维、感光性高分子等;
③能量转换材料:如压电材料、光电材料。
(4)生物化学功能
①医用功能材料:人工脏器用材料如人工肾、人工心肺,可降解的医用