第一章节高性能高分子材料绪论幻灯片.pptVIP

高性能高分子材料 袁新华 yuanxh@ujs.edu.cn 第一章 前言 高分子材料的种类 功能高分子的特点 功能高分子的设计 功能高分子的方向 高性能高分子材料 材料、信息与能源并列为当代科学技术的三大支柱，其中材料是人类活动的物质基础。 材料的品种和产量是衡量一个国家科学技术、经济发展水平和人民生活水平的重要标志之一。 新材料直接影响工业发展和经济繁荣，令人瞩目的高科技成就，宇宙飞船、超大规模集成电路、隐形飞机、通讯光缆等都是新材料发展的产物。 一种材料的使用和发展，是某一时代生产力发展水平的标志，从材料的变化发展历程来看，人类经历了石器时代、铜器时代和铁器时代，20世纪70到80年代，高分子材料得到了飞速的发展。 高分子材料科学的概念在20世纪20年代才由德国的H. Staudinger 首先提出，至今发展才80多年。 高分子材料科学经历了从无到有、到形成一门学科乃至推动现代高科技的进程，其发展相当迅速。 2000年美国宇航局在费城召开的会议中指出，新材料的主要内容包括聚合物、复合材料、磁性材料、半导体材料、光学纤维和陶瓷。 20世纪80年代初，全世界整个合成高分子材料的产量已经达到一亿吨以上，已经超过了所有金属材料的总和， 科学家们的共识是21世纪将是高分子材料的世纪。 按性质 和用途 塑 料 纤 维 橡 胶 涂 料 胶粘剂 功能高分子 以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性或刚性材料。 具有可逆形变的高弹性材料。 纤细而柔软的丝状物，长径比至少为100。 高分子材料的种类 涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和保护作用的聚合物材料 能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料 具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料 功能高分子材料 特殊性能 特殊功能 耐热聚合物、特种橡胶、阻燃材料、可降解聚合物、高分子助剂（高分子增稠剂、高分子增塑剂、高分子减水剂、高分子增韧剂、高分子絮凝剂）、油品降凝剂、皮革助剂 离子交换树脂、高分子试剂与催化剂、感光性高分子材料、高分子功能膜材料、高分子液晶材料、导电高分子、吸水吸油树脂、医用高分子材料 高分子材料已经涉及到人类生活的各方面，在诸多领域已经逐渐代替了传统材料，而它在一些高科技成就如宇宙飞船、超大规模集成电路、隐形飞机、通讯光缆等的发展中，已经成为一种不可或缺的材料。 功能高分子的特点 用量少、品种多 专一性强 可通过多种途径增强功能 用量少、品种多 功能高分子是为满足某一特定的需要而制备的 如每一种离子交换树脂只能适用于某一特定的场合，应用范围的局限性决定了其用量少； 应用对象的多样性 品种多，如催化各种反应需要不同种类的高分子催化剂；分离不同的气体、液体和离子需要多种高分子分离膜。 专一性强 某一功能高分子只具有某一特定的功能 螯合树脂 能从海水中吸附钾离子，对其他离子基本不吸附 多种途径增强功能 同一高分子上连接不同的功能基团，基团间相互作用加强功能 共聚制备含两种或两种以上功能基团 功能高分子的基础理论和新型功能高分子材料的开发和应用，已成为高分子学科的重要研究方向。 功能高分子的设计 遵循什么样的原则去设计和合成预定结构的和性能的功能高分子——高分子科学家一直思考的问题 仿生 合成化学角度仿生 高分子催化剂仿生 细胞膜角度仿生 材料角度仿生 一、仿生是功能高分子的重要设计思想 1、合成化学角度仿生 生物体内化学在常温常压下进行，转化率很高 醇腈酶 转化率和光学产率均为100% 无污染 生物体内的反应是循环进行的，不产生有害物质 即使产生有害副产物，也能转化为无害产物或原料 消化 过氧化氢 生物体中毒 长期积累 过氧化氢酶 H2O+O2 例如 生物体合成高分子具有非统计性 合成的聚合物相对分子质量单一，结构规整，结构单元排列次序一定 模板DNA部分双螺旋结构被解开 单链碱基结合互 补性碱基单体 单体间缩聚形成 新的DNA链 模板聚合：能够在一定程度上控制单体的排列次序和相对分子质量，但如生物合成的高分子单一，结构规整，尚差距很大 2、高分子催化剂仿生 蛋白质 10-5mL/s Fe3+水溶液 10-2mL/s 血红素 105mL/s 过氧化氢酶 过氧化氢酶为什么具有如此高的活性？ 酶具有各种效应 高分子催化剂的设计和合成 生物催化 化学 催化 a 协同效应 连接在高分子主链上的两种或两种以上功能 基，在反应中相互配合而加强高分子的功能 对K+的平均吸附量 为0.2个/冠醚 对K+的平均吸附量 为0.4个/冠醚 相邻冠醚协同络合碱金属离子 b 静电效应 高分子上某一基团，依靠静电作用将反应物拉向 催化剂，使反应物局部浓度增大而加速催化反应 淀粉水解 乙烯醇和乙烯磺 酸共聚物催化剂 硫酸、对