《功能高分子》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功能高分子（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高分子材料高分子材料Chapter8 Polymer1Chapter 8 Chapter 8 PolymerPolymerChapter8 Polymer28.3 功能高分子 Functional Polymer 功能高分子概述 导电高分子 生物医用高分子 感光高分子Chapter8 Polymer38.3.1 功能高分子概述8.3.1.1 分类（按照性质和功能划分）： 反应型高分子，包括高分子试剂和高分子催化剂； 光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻胶，感光材 料和光致变色材料等； 电活性高分子材料，包括导电聚合物、能量转换型聚 合物和其他电敏材料； 膜型高分子材料，包括各种分离膜、缓释膜和
2、其他半 透性膜材料； 吸附型高分子材料，包括高分子吸附性树脂、高分子 絮凝剂和吸水性高分子吸附剂等； 其他未能包括在上述各类中的功能高分子材料。 Chapter8 Polymer4Chapter8 Polymer58.3.1.2 功能高分子材料的结构与性能关系 功能高分子功能高分子材料构效关系分析材料构效关系分析 关键作用的官能团 独特的性质 聚合物骨架的性质，如溶胀性或润湿性等（1）官能团的性质与聚合物功能之间的关系在功能高分子材料中官能团的性质对材 料的功能起主要作用 高分子骨架仅仅起支撑、分隔、固定和降 低溶解度等辅助作用研究开发中都是围绕着发挥官能团的作用而展开的 Chapter8 P
3、olymer6Chapter8 Polymer7Chapter8 Polymer8 聚合物骨架与官能团协同作用官能团的作用需要通过与高分子骨架的结合或者通过高分子骨架与其他官能团相互结合而发挥作用如 ： 固相合成用高分子试剂 固相合成的功能是甲基氯官能团与聚合物的结合实现的，没 有聚合物骨架的参与，就没有固相合成，有的只是小分子酯 化反应。没有氯甲基官能团，聚合物中就没有反应活性点， 固相反应也无从发生。Chapter8 Polymer9 聚合物骨架起作用官能团与聚合物骨架在形态上不能区分，也 就是说官能团是聚合物骨架的一部分，或者 说聚合物骨架本身起着官能团的作用。如：主链型聚合物液晶和导电
4、聚合物 COCONHNH nCHCH nChapter8 Polymer10 官能团起辅助作用 如利用引入官能团改善溶解性能、降低玻璃 化温度、改变润湿性和提高机械强度等作用 。 在主链型液晶聚合物的芳香环上引入一定体积的取代基可以降低其玻璃化温度，从而降低使用温度。在高分子膜材料中引入极性基团可以改变润湿性。 Chapter8 Polymer11（2）聚合物骨架的结构、组成与性质对功能 高分子材料性能的影响 反应型功能高分子要求聚合物要有一定溶胀性 能，或者一定孔隙度和孔径范围，以满足反应 物质在其中进行扩散运动的需要；高分子功能膜材料要求聚合物要有微孔结构， 或者扩散功能，满足被分离物质在
5、膜中的选择 性透过功能；其他功能高分子材料对聚合物化学的、机械的 和热稳定性均有一定要求。Chapter8 Polymer12 高分子骨架的机械支撑作用“无限稀释”作用：功能基团之间无相互干扰。如 固相法合成肽“高度浓缩”作用：邻位效应。高分子骨架的构象、构型、结晶度、高次结构 等都因为其骨架支撑作用对功能基的活性和功 能产生明显影响。Chapter8 Polymer13 高分子骨架的邻位效应 高分子骨架上邻近功能基团的一些结构和基团对 功能基的性能具有明显的影响力，这种作用称为 高分子的邻位效应。Chapter8 Polymer14 高分子骨架的模板效应高分子骨架的空间结构，包括构型和构象，
6、在其周围建立起特殊的局部空间环境，在有机合成和其他应用场合提供一个类似于工业上浇铸过程中使用的模板的作用。这种作用与酶催化反应有相近的效应，特别有利于立体选择性合成，甚至光学异构体的合成。 聚合物的半透性和包络作用物理法制备的固化酶：小分子透过聚合物与酶接触反应高分子缓释药物的缓释作用 种类：结构型导电高分子（本节内容）复合型导电高分子（普通高分子混入导电填料） 结构型导电高分子是指具有共轭键，其本身或经过“掺杂”后具有导电性的一类高分子材料。Chapter8 Polymer158.3.2 导电高分子 Conducting PolymerChapter8 Polymer16种类名称结构聚乙炔聚
7、噻吩聚吡咯聚苯胺聚 苯种类Chapter8 Polymer17导电机理导电机理自由基阳离子通过双键迁移沿共轭高分子链传递Chapter8 Polymer18导电高分子的特性1.电导率范围宽 导 电 高 分 子 的 特 性Chapter8 Polymer19导电高分子不仅可以掺杂，而且还可以脱掺杂，并且掺杂-脱掺杂的过程完全可逆。 2.掺杂-脱掺杂过程可逆3.响应速度快(10-13 sec)Chapter8 Polymer204.有电致变色性Chapter8 Polymer21Chapter8 Polymer22导电高分子的应用导电高分子的应用Chapter8 Polymer231.发光二极管1
8、990 年R. H. Friend首次报道高分子发光二极管具有颜色可调、可弯曲、大面积和低成本等优点实用化的突破口Chapter8 Polymer242.分子导线一个分子类似于一根导线可用于高灵敏度检测、超大规模集成技术等“模板聚合、分子束沉积等方法制备“分子导线”或导电高分子微管(或纳米管) Chapter8 Polymer253.二次电池高分子掺杂态储存电能、脱掺杂过程中释放电能全塑电池输出电压3V、电池容量3mA.h，复充放电上千次 Chapter8 Polymer264.生物传感器葡萄糖传感器、尿素传感器、乳酸传感器、胆固醇传感器Chapter8 Polymer275.气体传感器导电高
9、分子与大气某些介质作用-电导率改变, 除去介质-恢复（掺杂/或脱掺杂过程）可用作选择性高、灵敏度高和重复性好的气体传感器。 Chapter8 Polymer286.雷达隐身材料导电性可以在绝缘体、半导体、金属导体之间变化不同的吸波性能密度小轻加工性能薄稳定性较好高温使用Chapter8 Polymer297.电显示材料掺杂/脱掺杂实现导体-绝缘体之间的转变，且电位、PH、掺杂量等变化伴随颜色变化可用于电显示Chapter8 Polymer308.3.3.1 生物相容性(compatibility)生物医用材料与人体之间相互作用产生复杂的生物、物理和化学反应的一种现象;也即生物材料与组织间的一种
10、适应性8.3.3 生物医用高分子biomedical polymerChapter8 Polymer31引起生物医用材料变化的因素 生理活动中骨骼、关节、肌肉的力学性动态运动; 细胞生物电、磁场和电解、氧化作用; 新陈代谢过程中生物化学和酶催化作用; 细胞黏附吞噬作用; 体液中各种酶、细胞因子、蛋白质、氨基酸、多 肽、自由基对材料的生物降解作用。Chapter8 Polymer32引起生物体反应的因素高分子材料中的杂质物理力学性能形状表面结构和形貌高分子本体的化学结构与性质Chapter8 Polymer33几种用于人工器官的重要高分子polysiloxane polyethylene (PE
11、) polypropylene (PP) polyurethane (PU) polytetrafluoroethylene(PTFE) poly(vinyl chloride) (PVC) polyamides(PA) PMMA Polyacetal polycarbonate (PC) poly(ethylene terephthalate) (PET) polyetheretherketone(PEEK) polysulfone (PSU)8.3.3.2 生物惰性医用高分子 及在医学领域的应用Chapter8 Polymer34（1）聚硅氧烷 polysiloxane （结构中含有-Si
12、-O-Si-的聚合物）Chapter8 Polymer35聚硅氧烷制备n通过烷基氯硅烷水解缩聚RnSiXn-1R: -CH3 , -C6H5, -CH=CH2X: -Cl, -OCH3, -OCOCH3n环状单体通过阳离子或阴离子引发开环聚合二甲基硅氧烷环状单体开环聚合Chapter8 Polymer36硫化 加成硫化硅橡胶通过乙烯基和硅氢之间的反应完成硫化过程，无硫化剂和残留分解产物交联方式热硫化硅橡胶室温硫化硅橡胶l利用硅醇基和烷氧基的缩合反应l利用乙烯基和氢的加成反应Chapter8 Polymer37医用聚硅氧烷的特性Chapter8 Polymer38（2）聚氨酯材料（PU）Poly
13、urethane 由软链段和硬链段交替镶嵌组成的、含有许多NHCOO 基团的极性高聚物 通过选择适当的软、硬链段结构及其比例, 就可合成出既具有良好的物理机械性能, 又具有血液相容性和生物相容性的医用高分子材料。Chapter8 Polymer39PU弹性体的应用领域Chapter8 Polymer40 具有微相分离结构的材料 高分子材料表面接枝改性化学方法（偶联，等离子体，高能辐射， 紫外光法等）物理方法肝素固定（肝素是一种防止凝血的多糖药物）改善PU表面的抗凝血性能Chapter8 Polymer41降解化学键分子间力侧链切断转化为水溶性高分子交联点切断恢复为未交联高分子主链切断无规降解、
14、拉链式范得华力库仑力降解吸收机制8.3.3.3 生物可吸收医用高分子Chapter8 Polymer42影响降解的因素材料：化学结构、构型、形态、分子量、形状、杂质植入部位的环境因素：体液、酶物理因素：外应力、消毒方法、保存历史Chapter8 Polymer43典型的可生物降解高分子Monomer Polymer Acron. Glycolide Poly(glycolic acid) 聚羟羟基乙酸PGA Lactide Poly(lactic acid) 聚乳酸PLA -caprolactone Poly(- caprolactone) 聚-己内酯酯PCL-butyrolactone Po
15、ly(hydroxy butyrate) 聚丁内酯酯 PHB-bunzyl- malolactone Poly(-malic acid) 聚-苹果酸PMLA1,4-dioxane-2-onePoly(dioxanone) 聚二恶烷恶烷PDSChapter8 Polymer44聚乳酸（PLA）Chapter8 Polymer45PLA类材料在体内的应用 骨折内固定Chapter8 Polymer46MacroPore 是一个具有延展性，多孔的植入产品。该产品能 在愈合过程中保护骨头碎片。该产品是乳酸聚合物，由70 左旋丙交酯和30消旋丙交酯交联而成。 MacroPore可用于外伤，颜面中部和颅面
16、骨骼的重塑，包括颅 颌骨缺损，前凹壁的粉碎性骨折，以及鼻筛骨或眼窝以下区域 的粉碎性骨折。Chapter8 Polymer47粉碎性骨折的包覆Chapter8 Polymer48手术缝合线用PLA类材料8.3.3.4 药物控制释放体系 Drug controlled released system 控制释放：按照设计的时间、以一定的计量和 一定的速度到达特定的靶部位Chapter8 Polymer49时间药物浓度无效区治疗区有毒区ABChapter8 Polymer50控释优点n 提高药物利用度、安全性、有效性n 减少给药频率、给药量n 药物被定位释放到病区部位（target drug), 提高疗效，减少剂量n 降低毒性，特别是肝、肾的毒副作用n 研究费用低于新药的合成和筛选Ch
