第一章 功能高分子材料

1.1概述

1.1.1功能高分子材料的概念

指具有傳遞、轉換或儲存物質、能量及資訊的高分子材料。這類高分子材料除具有一般高分子材料的物理機械特性外，還具有明顯不同的物理化學性質及某功能特性，如化學反應性、催化性、光敏性、導電性、磁性能及生物活性等。

功能高分子從組成和結構上可分為：

1.結構型：是指在分子鏈中具有特殊功能基團的高分子材料。

2.複合型：是指以高分子材料為基礎，與具有某些特定功能之材料進行複合而製得的功能高分子材料。

1.1.2功能高分子材料的分類和製備功能高分子按性質分類：1.反應型功能高分子2.光敏高分子3.電磁功能高分子材料4.吸附型高分子材料5.高分子模材料6.其他功能高分子材料如聲功能高分子材料、生物醫用功能高分子材料。還有其他分類：如表10.1

功能高分子的製備方法：

(1)由功能性單體製備功能性高分子材料：它是先將需要的功能基引入單體製得功能性單體，再選用各種聚合方法，合成功能性高分子。

(2)通過高分子化學反應製備功能性高分子材料：通過化學反應引入所需要的功能基團，而成為功能性高分子。

(3)通過共混、複合製備功能性高分子材料：它是將具有功能性的低分子物質通過共混、複合的加工方法製備。

(4) 通過特殊加工或表面處理製備功能性高分子材料的方法：

1.2化學功能高分子材料由高分子鏈為骨架並連接上具有化學反應活性的

基團而成。主要有：高分子化學試劑、高分子催化劑、離子交換樹脂、吸附樹脂、高分子絮凝劑、離子交換膜等

1.2.1 高分子化學試劑高分子化學試劑是將小分子化學試劑通過高分子

化學反應，將反應性的功能基引入高分子鏈上，成為反應性的高分子，即將小分子化學試劑高分子化，故稱之。

高分子試劑中的反應基團受到特殊的靜電場、立構空間結構、鄰位協同作用等”高分子效應”的影響，使它具有獨特的反應能力，用高分子試劑可以加快反應速度，提高收率和反應選擇性。

1.2.2 高分子催化劑高分子催劑：1.離子交換樹脂催化劑：2.高分子金屬催化劑：3.天然高分子催化劑—酶：

1.2.3離子交換樹脂它是在交聯結構的高分子骨架上接有可離解的官能基團所組成。1. 離子交換樹脂的分類：(1)強酸性陽離子交換樹脂(2)弱酸性陽離子交換樹脂(3)強鹼性陰離子交換樹脂(4)弱鹼性陰離子交換樹脂

2.離子交換樹脂的功能：(1)離子交換作用(2)吸附作用(3)脫水作用(4)催化作用(5)脫色作用

1.2.4 高分子分離膜利用高分子分離膜可以對組分或多組分液體、氣體進行分離、分級、提純或富集。1. 高分子分離膜的特性：分離膜透過性和選擇性是評價分離膜的兩個重要指標。膜的分離過程主要通過兩種方式實現，即過篩及溶解擴散方式。物質選擇透過膜的能力可分為兩類：一種是借助外界能量如壓力、電力等，物質由低位元向高位流動；另一種是以化學位元差為推動力，物質發生高位向低位元流動。

2. 高分子膜材料：反滲透膜材料必須是親水性的，氣體分離膜的透過率是與高分子膜材料的自由體積和內聚能的比值有關；膜蒸餾要求膜材料是疏水性的，超濾過程膜的污染取決於膜材料與被分離介質的化學結構。

3. 高分子分離膜的製備：分為聚合物的合成、聚合物溶液或熔體的製備以及膜的成型、功能化等步驟。

4. 高分子分離膜的應用：氣體分離膜、透析膜、滲透和反滲透膜、離子交換膜、微濾膜、超濾膜。

1.3物理功能高分子材料

這類材料對某種物理作用如光、電、磁、聲、熱、力等很敏感，或能夠將其一種物理過程轉變成為另一種過程的特殊高分子材料。

1.3.1光功能高分子材料

光功能高分子材料是指能夠對光能進行傳輸、吸收、儲存、轉換的一類高分子材料。有：

(1)高分子光導纖維(2)感光樹脂(3)光學塑膠

1.3.2電功能高分子材料大多數高分子材料是不導電的，故廣泛地用作電絕緣材料。但近年對導電性、壓電性和熱電性高分子材料等進行不斷研究，因而出現了各種電功能高分子材料。有：

1.導電性高分子材料：通常將電阻率在10-10Ω· cm以下的高分子材料稱為導電性高分子材料。分為二大類：

(1)結構型：又稱本征型導電性高分子材料，它無需添加其他導電物質，其自身的高分子結構具有導電性，其導電的電荷載流子是電子、空穴或離子，這類高分子結構的特徵是在分子內有大的共軛π電子結構。

(2)複合型：是指聚合物與各種導電性填料，通過分散複合、層壓複合、及形成表面導電膜等方式構成的導電材料。

2.高分子壓電材料：具有壓電效應的材料，所謂壓電效應(piezoelectric effect)是對某種電介質施加應變(應力)就產生電荷，反之如施加一定電荷就會出現應變的現象。有：

(1)光活性高分子(2)鐵電高分子(3)極性高分子(4)壓電複合高分子材料

1.3.3高分子磁性材料

是含有穩定自由基並具有鐵磁作用的高分子或含有過渡金屬的高分子複合物之統稱。分兩大類：

(1)結構型：是指高分子本身結構具有磁性的高分子材料，如PPH·硫酸鐵。

(2)複合型：是以高分子材料為基材與磁粉材料及其他助劑複合加工而成的磁性高分子材料。

1.4 生物醫用高分子材料

1.4.1 醫用高分子材料的應用醫用高分子材料分為人工臟器、人工組織、醫用材料、藥用高分子材料四大類。如表10.2