功能高分子材料
functional polymers
1.1功能高分子的定義和特點
1.1.2特點
用量少、品種多
應用範圍的侷限性造成用量少；
應用物件的多樣性決定了品種多；
專一性強
對於某一功能高分子往往只具備某一特定的功能；
可以通過多種途徑增加或增強功能高分子的功能
在同一高分子上連線不同的功能基團，通過它們的相互作用來加強其功能
郝文濤，合肥工業大學3chch
(pph)ni(co)+
+chch
在同一高分子上連線不同(pph)rhcl(pph)x
的功能基團，通過它們的相互作用來加強其功能++
郝文濤，合肥工業大學
51.1功能高分子的定義和特點
1.1.1定義
通用高分子–為滿足人們日常生活需要發展起來的塑料、橡膠、纖維用高分子材料等
新的要求–導電性、透水性和催化效能等功能高分子–在高分子的主鏈或側鏈上具有反應性官能團，因而具有特定功能的高分子。
郝文濤，合肥工業大學2cc
cccc
hnonasx
chclnonhccclc
connoon
nononh
hnonh
onnoon
nonono該螯合樹脂能從海水中選擇性地吸附鉀離子，對其他離子
基本不吸附，具有很高的專一性。
郝文濤，合肥工業大學4
1.2功能高分子的設計思想
1.2.1仿生是重要設計思想之一
1.從合成化學角度仿生，希望能做到：
①常溫、常壓、轉化率高②
無公害③
生物合成高分子相對分子質量單
一、結構規整、結構單元排列次序一定2.
高分子催化劑的仿生，模仿酶的各種效應
①協同效應②
靜電效應③
包結效應
郝文濤，合肥工業大學61
chhchc
oo>o協同效應ooo
oooo
高分子冠醚nn
靜電效應–吸附cu抗壞血酸nn
chchn
n季銨化聚（4-乙烯基吡啶）-cu絡合物催化劑
郝文濤，合肥工業大學
71.2功能高分子的設計思想
1.2.1仿生是重要設計思想之一3.從細胞膜方面進行仿生
①細胞膜的功能（隔離、能動輸送、催化功能）
②細胞膜的結構（雙層磷脂分子聚集體，孔洞結構）4.
從材料角度仿生
①有機、無機複合材料（奇妙的貝殼結構）
②靠材料的物理性質差別構成複合材料（年輪）③
生物降解高分子材料
郝文濤，合肥工業大學91.2功能高分子的設計思想
1.2.2研究已知功能化合物的結構和功能是功能高分子的設計基礎
ohchhc
ccooh
r-ch=chr-ch-cho
cooho
穩定性好，易**
郝文濤，合肥工業大學11chsh
chshooo
oo>oocho
oooochchsh
chsh
chshooo
oo+hnchconooo
chsh
ochscchnhoooo+o
nooo
chscchnho
郝文濤，合肥工業大學8
chhcc
h(ch)n(ch)nh+hc
ccochchohcho
ochch
(chcoch
chchchccc)hco
choc
hchcoco
onhco
chcho
hcohchchchchoh
chochnchchnhchnchchnh(cchnh)y
h(ch)cocho
郝文濤，合肥工業大學10
1.2功能高分子的設計思想
1.2.2研究已知功能化合物的結構和功能是功
能高分子的設計基礎
要有利於功能的發揮要避免功能基團參與反應
功能基團與高分子骨架的匹配
高分子骨架與功能基團的各種效應
郝文濤，合肥工業大學12
2rhcl(pph)r-ch=chr-chchh2
通過將催化劑固定在高分子骨架上，可以有效地避免該催化劑形成二聚體，
提高催化活性。
chhcoon
oonrco
sona
nrco
+osona
將聚乙烯基吡咯烷酮季銨化，可以使樹脂親水性增強，
提高反應效率
合成光學純r-苯基乳酸，請參考教材p14-15
郝文濤，合肥工業大學
131.3功能高分子的研究課題
1.3.1聚合物結構與功能間的關係
2.高分子的組成、結構與功能oo
onf*
occoon
orchchcnh
nhcch有液晶性，必須引入柔性側基
chochc5-氟脲嘧啶可以隨co
分子鏈降解而釋放ocn
沒有液晶性
郝文濤，合肥工業大學
151.3功能高分子的研究課題
1.3.2高分子骨架與高分子鏈效應聚合物的物理效應
將功能化合物接到高分子骨架上，最直接的作用是使功能化合物的揮發性和溶解性大大降低。一方面避免了小分子化合物的毒性和難聞的氣味；另一方面溶解性變差，功能化合物損失少，有利於功能高分子的**和重複利用。
郝文濤，合肥工業大學
171.3功能高分子的研究課題
1.3.1聚合物結構與功能間的關係1.官能團的性質對功能起著決定作用cc
cccccc
zsohchnmeoh
con催化劑；催化劑；n
nh離子交換樹脂
離子交換樹脂rnh
液晶高分子
導電高分子
郝文濤，合肥工業大學
141.3功能高分子的研究課題
1.3.2高分子骨架與高分子鏈效應1.高分子骨架的機械支撐作用
ch-ch
ch-ch
+naoocchnh
r1ochcl
chocchnh
r1ch-ch
naoocchnh
脫保護基
r2ch-ch
ochocchnhoo
r1chocchnhcchnh
r1r2
郝文濤，合肥工業大學
161.3功能高分子的研究課題
1.3.2高分子骨架與高分子鏈效應3.高分子骨架的鄰位效應
避免了苯丙酸甲酯的自縮合副反應
郝文濤，合肥工業大學18
31.3功能高分子的研究課題
1.3.2高分子骨架與高分子鏈效應4.高分子骨架的模板效應
hcch與苯乙烯共聚，然後將葡萄糖水解，留下
b空間，用於分離左旋、右旋化合物oo
oobch
cho郝文濤，合肥工業大學191.4.1高分子的化學反應
1.高分子化學反應的型別
1）聚合度基本不變，側基或端基發生變化的反應。這類反應常常被稱做相似轉變。2）聚合度變大的反應，如交聯，接枝，嵌段，擴鏈等。
3）聚合度變小的反應，如解聚、降解等。這類反應在特種與功能高分子的製備中較少見。
郝文濤，合肥工業大學
211.4.1高分子的化學反應
2）芳環上的取代反應
ch2ch
chochcl
ch2ch
khcoch2
chchcl2cl
chohch2ch
o, h
cooho
郝文濤，合肥工業大學231.4功能高分子的製備方法
功能高分子材料的製備是通過化學或者物理的方法按照材料的設計要求將功能基與高分子骨架相結合，從而實現預定功能的。
目前採用的製備方法來看，功能高分子材料的製備可歸納為以下三種型別：
功能性小分子材料的高分子化；
已有高分子材料的功能化；
多功能材料的復合以及已有功能高分子材料的功能擴充套件。
郝文濤，合肥工業大學20
1.4.1高分子的化學反應
[chch]2.高分子的相似轉變oh
[chch]1）聚醋酸乙烯酯的反應
ochchr
[chch]ochcooh
chchchohchchocochchcoochoh
[chch]ocor
[chch]ocor
[chch]oo
pohoh
ch[chchch]o
ochr
郝文濤，合肥工業大學22
1.4.1高分子的化學反應
3.高分子聚合度變大的轉變1）接枝反應
a）以高分子為引發劑製備接枝共聚物
ch3chcucl/bpy
ch2ch
+ch2ch
2ccooch3
ch3ch2cl
ch2ch2
ccooch3
例如聚對氯甲基苯乙烯上的氯甲基在cucl/bpy（2,2』-bipyridine，2,2』-聯吡啶）存在下可引發許多烯類單體進行原子轉移自由基聚合，得到接枝共聚物。
郝文濤，合肥工業大學24
41.4.1高分子的化學反應
b）利用高分子側基反應製備接枝共聚物
ho(c[chh)r
chch][ch
][chch][chch][chch
][chch]coohcoochco
coocho(ch)r
其中r=ch郝文濤，合肥工業大學251.4.1高分子的化學反應
c)端基預聚體之間反應
例如將端羥基聚苯乙烯與端羧基聚丙烯酸酯之間的酯化反應得到嵌段共聚物。用聚醚二醇或聚酯二醇與二異氰酸酯製備聚氨酯等。
，也可得到嵌段共聚物。
郝文濤，合肥工業大學
271.4.2功能高分子的製備技術
1.功能性小分子的高分子化
1）帶有功能性基團的單體的聚合
想辦法使功能性基團和雙鍵等反應性基團結合在一起
och3o
ch2ch
ch2o
coch2
chch2
+ch2
chcooh
ch3o
ohch3o
ch2chco
ch2ch
ch2o
coch2
chch2
ch3郝文濤，合肥工業大學
291.4.1高分子的化學反應
2）嵌段反應
a)依次加入不同單體的活性聚合b)特殊引發劑法
och3ch3o
(ch3)3co oc(ch2)2c
nnc(ch2)2cooc(ch3)3cn
cn引發劑在60℃左右時，偶氮基團分解產生自由基，可引發苯乙烯聚
合，得到帶有過氧化酯端基的聚苯乙烯。
然後過氧化酯端基用胺類化合物活化，在5℃下可引發甲基丙烯酸甲酯聚合，形成ab型嵌段共聚物。
郝文濤，合肥工業大學26
1.4.1高分子的化學反應
3）擴鏈反應
cncncn
cna)
自由基聚合
ho(ch)cn
nc(ch)oh
ho(ch)c
[chch]c(ch)oh
chchchch用萘鈉引發體系引發苯乙烯聚合，可製得雙陰離子活性聚b)
陰離子聚合
苯乙烯。單體反應完後，向聚合體系中加入環氧乙烷，即可形成雙端羥基聚苯乙烯。如果通入co2，則可形成雙端羧基聚苯乙烯。
二元酸和二元醇縮聚時，當酸或醇過量，可製得雙端羧基c)
縮聚反應
或雙端羥基聚酯。
用含有氯原子的二異氰酸酯對雙端羥基聚醚進行擴鏈，可在聚氨酯分子鏈上帶上氯原子，然後可進一步轉變為其他功能基團。
郝文濤，合肥工業大學28
1.4.2功能高分子的製備技術
2）帶有功能性基團的小分子與高分子骨架的結合
對苯環依次進行硝化和還原反應，可以得到氨基取代聚苯乙烯；經溴化後再與丁基鋰反應，可以得到含鋰的聚苯乙烯；與氯甲醚反應可以得到聚氯甲基苯乙烯等活性聚合物。
郝文濤，合肥工業大學30
51.4.2功能高分子的製備技術
3）功能性小分子通過聚合包埋與高分子材料結合
a）在聚合反應之前，向單體溶液中加入小分子功能化合物，在聚合過程中小分子被生成的聚合物所包埋。
b）以微膠囊的形式將功能性小分子包埋在高分子材料中，例如，以乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素苯二甲酸酯等聚合物為外殼材料的維生素c微膠囊。
郝文濤，合肥工業大學
311.4.2功能高分子的製備技術
3.功能高分子材料的其他製備技術1）功能高分子材料的多功能復合2）在同一分子中引入多種功能基
郝文濤，合肥工業大學33
1.4.2功能高分子的製備技術
2.通過物理方法製備功能高分子
聚合物的物理功能化方法主要是通過小分子功能化合物與聚合物的共混和復合來實現。比如，某些酶的固化，某些金屬和金屬氧化物的固化等。
郝文濤，合肥工業大學326
功能高分子材料課件
第三章功能高分子材料 3 1 概述 功能高分子是高分子化學的乙個重要領域，它是研究各種功能性高分子材料的分子設計和合成 結構和效能關係以及作為新材料的應用技術。它主要包括化學功能高分子材料 光功能高分子材料 電 磁功能高分子材料 聲功能高分子材料 高分子液晶 醫用高分子材料幾部分，這一領域的研究主要...
功能高分子
一 填空題 共20分，每空1分 1.本徵導電高分子材料屬於負溫度係數 正 負溫度係數 型導電材料，其結構上具有共軛鍵。複合型到點高分子材料屬於正溫度係數 正 負溫度係數 型導電材料，它的兩大組成是高分子基體和導電性物質 2.電活性高分子材料區別於其他材料的重要屬性是器件依賴屬性 3.調節電致發光高分...
《功能高分子材料》教學設計
專題一為課堂教學注入新的生命力 淡如何面對和認識新課程 南京金陵中學李惠娟 在日常教學中，同樣的教學內容在不同的課堂裡，我 們常常會看到這樣兩種截然不同的景象，如右圖所示。其實，作為老師誰不希望自己的課堂精彩受歡迎？然而現實中不少老師發出這樣的感慨和困惑 比起以往，現在的學生 尤其城市 對學習的熱情...