功能高分子课件

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1、功能高分子Functional Polymers郑州大学材料科学与工程学院石 军参考书：参考书：何天白、胡汉杰：何天白、胡汉杰： 功能高分子与新技术功能高分子与新技术 ，2001版版赵文元、王亦军：赵文元、王亦军： 功能高分子材料化学功能高分子材料化学 ，1996化工版化工版凌绳、王秀芬、吴又平：凌绳、王秀芬、吴又平： 聚合物材料聚合物材料 ，2000轻工版轻工版l第一章第一章 绪论绪论l第二章第二章 反应型功能高分子反应型功能高分子l第三章第三章 导电高分子材料导电高分子材料l第四章第四章 液晶高分子材料液晶高分子材料l第五章第五章 高分子分离膜材料高分子分离膜材料l第六章第六章 感光性高分

2、子感光性高分子l第七章第七章 生物医用高分子材料生物医用高分子材料l第八章第八章 药用高分子材料药用高分子材料l第九章第九章 高吸水树脂高吸水树脂l第十章第十章 吸附分离功能高分子材料吸附分离功能高分子材料l第一节第一节 功能高分子的定义功能高分子的定义l第二节第二节 功能高分子的分类功能高分子的分类l第三节第三节 功能高分子材料的发展与展望功能高分子材料的发展与展望l第四节第四节 功能高分子材料的结构与分子设计功能高分子材料的结构与分子设计 l第五节第五节 功能高分子的研究方法功能高分子的研究方法l第六节第六节 功能高分子的制备功能高分子的制备第一章第一章 绪论绪论定义：与常规聚合物相比具有

3、明显不同的物定义：与常规聚合物相比具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊功能理化学性质，并具有某些特殊功能(如如电学、光学等方面的特殊功能电学、光学等方面的特殊功能)的聚合的聚合物大分子物大分子(主要指全人工和半人工合成主要指全人工和半人工合成的聚合物的聚合物) 属于功能高分子材料。属于功能高分子材料。 功能高分子功能高分子是是高分子材料高分子材料的一个特殊领域，的一个特殊领域，泛指性能特殊、有某些特殊功能、用量少但泛指性能特殊、有某些特殊功能、用量少但能产生重要新技术的一类特殊高分子材料。能产生重要新技术的一类特殊高分子材料。功能高分子功能高分子的研究方向是的研究方向是：运用高分子：运用

4、高分子学科的知识与其它学科及国民经济领域进行学科的知识与其它学科及国民经济领域进行学科交叉，研究、探索、创造所需的新材料。学科交叉，研究、探索、创造所需的新材料。 因此，因此，功能高分子功能高分子的发展是没有固定学的发展是没有固定学科边界的。随着人类社会的进步，人类所需科边界的。随着人类社会的进步，人类所需求的不断增加，将会出现更多新的求的不断增加，将会出现更多新的功能高分功能高分子子的研究领域。的研究领域。功能高分子与高性能高分子功能高分子与高性能高分子l功能（功能（function）指从外部向材料输入信号时，材指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变化而产生输出的特性。例如，料内部

5、发生质和量的变化而产生输出的特性。例如，材料在受到外部光的输入时，材料可以输出电性能，材料在受到外部光的输入时，材料可以输出电性能，称为材料的光电功能；材料在受到多种介质作用时，称为材料的光电功能；材料在受到多种介质作用时，能有选择地分离出其中某些介质，称为材料的选择分能有选择地分离出其中某些介质，称为材料的选择分离性。此外，如压电性、药物缓释性等，都属于功能离性。此外，如压电性、药物缓释性等，都属于功能的范畴。的范畴。l性能（性能（performance）材料对外部作用的抵抗特性。材料对外部作用的抵抗特性。例如，对外力的抵抗表现为材料的强度、模量等；对例如，对外力的抵抗表现为材料的强度、模量

6、等；对热的抵抗表现为耐热性；对光、电、化学药品的抵抗，热的抵抗表现为耐热性；对光、电、化学药品的抵抗，则表现为材料的耐光性、绝缘性、防腐蚀性等。则表现为材料的耐光性、绝缘性、防腐蚀性等。 几个概念： 功能高分子功能高分子是指当有外部刺激时，能通过是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出响应的高分子材料。化学或物理的方法做出响应的高分子材料。 高性能高分子高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料能力的高分子材料。功能高分子和功能高分子和高性能高分子高性能高分子均属于特种高分子均属于特种高分子材料的范畴。材料的范畴。通用高分子材料：通用高分子材料：应用面广

7、量大，价格较低。根据应用面广量大，价格较低。根据其性质和用途可分为五个大类：化学纤维、塑料、其性质和用途可分为五个大类：化学纤维、塑料、橡胶、涂料、粘合剂。橡胶、涂料、粘合剂。特种高分子材料：特种高分子材料：带有特殊物理、化学性质和功能带有特殊物理、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料的范畴。通用高分子材料的范畴。 l功能高分子的功能高分子的研究内容研究内容 : 研究高分子骨架、研究高分子骨架、功能化基团、以及分子组成和材料宏观结构功能化基团、以及分子组成和材料宏观结构形态与材料功能之间的关系，具体包括功能形态与材料功

8、能之间的关系，具体包括功能高分子材料的制备、化学与物理结构、性能高分子材料的制备、化学与物理结构、性能及机理研究等。及机理研究等。l第一节第一节 功能高分子的定义功能高分子的定义l第二节第二节 功能高分子的分类功能高分子的分类l第三节第三节 功能高分子材料的发展与展望功能高分子材料的发展与展望l第四节第四节 功能高分子材料的结构与分子设计功能高分子材料的结构与分子设计 l第五节第五节 功能高分子的研究方法功能高分子的研究方法l第六节第六节 功能高分子的制备功能高分子的制备按学科领域划分按学科领域划分1. 力学功能材料力学功能材料1) 强化功能材料强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等；，如超

9、高强材料、高结晶材料等；2) 弹性功能材料弹性功能材料，如热塑性弹性体等。，如热塑性弹性体等。2. 化学功能材料化学功能材料1) 分离功能材料分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等；络合物等；2) 反应功能材料反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂；，如高分子催化剂、高分子试剂；3) 生物功能材料生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。，如固定化酶、生物反应器等。3. 物理化学功能材料物理化学功能材料1) 耐高温高分子耐高温高分子，高分子液晶等；，高分子液晶等；2) 电学功能材料电学功能材料，如导电性高分子等；，如导电性高分子等；3) 光学功能材

10、料光学功能材料，如感光高分子、导光性高分子，光，如感光高分子、导光性高分子，光敏性高分子等；敏性高分子等；4) 能量转换功能材料能量转换功能材料，如压电性高分子、热电性高分，如压电性高分子、热电性高分子等。子等。4. 4. 生物化学功能材料生物化学功能材料生物化学功能材料生物化学功能材料1) 1) 人工脏器用材料人工脏器用材料人工脏器用材料人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等；，如人工肾、人工心肺等；，如人工肾、人工心肺等；，如人工肾、人工心肺等；2) 2) 高分子药物高分子药物高分子药物高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药，如药物活性高分子、缓释性高分子药，如药物活性高分子、缓释性高

11、分子药，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等；物、高分子农药等；物、高分子农药等；物、高分子农药等；3) 3) 生物分解材料生物分解材料生物分解材料生物分解材料，如可降解性高分子材料等。，如可降解性高分子材料等。，如可降解性高分子材料等。，如可降解性高分子材料等。按实际用途划分按实际用途划分1. 反应性高分子材料反应性高分子材料，包括高分子试剂、高包括高分子试剂、高分子催化剂和高分子染料，特别是高分子分子催化剂和高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。固相合成试剂和固定化酶试剂等。2. 光敏型高分子光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻，包括各种光稳定剂、光刻胶，感光材

12、料、非线性光学材料、光导材胶，感光材料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材料等。料和光致变色材料等。3. 电性能高分子材料电性能高分子材料，包括导电聚合物、能，包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料以及其他电敏感性材料等。料以及其他电敏感性材料等。4. 高分子分离材料高分子分离材料，包括各种分离膜、缓释膜和其他，包括各种分离膜、缓释膜和其他半透性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、高半透性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂等。分子絮凝剂等。5. 高分子吸附材料高分子吸附材料，包括高分子吸附性树脂、高吸水，包括高分子吸附性树脂

13、、高吸水性高分子、高吸油性高分子等。性高分子、高吸油性高分子等。6. 高分子智能材料高分子智能材料，包括高分子记忆材料、信息存储，包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、材料和光、磁、pH、压力感应材料等。压力感应材料等。7. 医药用高分子材料医药用高分子材料，包括医用高分子材料、药用高，包括医用高分子材料、药用高分子材料和医药用辅助材料等。分子材料和医药用辅助材料等。8. 高性能工程材料高性能工程材料，如耐高温高分子材料、高强高模，如耐高温高分子材料、高强高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纤维材料、量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纤维材料、生物降解高分子等。生物降解高分子等。l第

14、一节第一节 功能高分子的定义功能高分子的定义l第二节第二节 功能高分子的分类功能高分子的分类l第三节第三节 功能高分子材料的发展与展望功能高分子材料的发展与展望l第四节第四节 功能高分子材料的结构与分子设计功能高分子材料的结构与分子设计 l第五节第五节 功能高分子的研究方法功能高分子的研究方法l第六节第六节 功能高分子的制备功能高分子的制备1.3.1 功能高分子发展的背景功能高分子发展的背景1. 经济发展的需要经济发展的需要 自从自从1920年施道丁格（年施道丁格（H. Staudinger）建立大分子概念以来，高分子材料以惊人的建立大分子概念以来，高分子材料以惊人的速度得到发展。速度得到发展

15、。至至20世纪世纪60年代，高分子材年代，高分子材料工业已基本完善，料工业已基本完善，解决了人们的衣着、日解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。通用高分子和工程用品和工业材料等需求。通用高分子和工程用高分子的世界总产量已超过几千万吨用高分子的世界总产量已超过几千万吨/年，年，特种高分子则为几十万吨特种高分子则为几十万吨/年。年。2. 科学技术发展的需求科学技术发展的需求 8090年代，科学技术有了迅速发展。年代，科学技术有了迅速发展。能源、信息、电子和生命科学等领域的发能源、信息、电子和生命科学等领域的发展，对高分子材料提出了新的要求。即展，对高分子材料提出了新的要求。即要要求高分子材料具

16、有迄今还不曾有过的高性求高分子材料具有迄今还不曾有过的高性能和高功能能和高功能，甚至要求既具有高功能亦具，甚至要求既具有高功能亦具有高性能的高分子材料。有高性能的高分子材料。 新能源的要求新能源的要求。太阳能和氢能将成为今。太阳能和氢能将成为今后的主要能源。光电转换材料就成为太阳能后的主要能源。光电转换材料就成为太阳能利用的关键。硅材料已进入了实用阶段。然利用的关键。硅材料已进入了实用阶段。然而，按现在的能量转换效率，对单晶硅的需而，按现在的能量转换效率，对单晶硅的需要量实在太大。以日本为例，若利用太阳能要量实在太大。以日本为例，若利用太阳能达到当前日本电力的达到当前日本电力的1，就需，就需1

17、00m m厚的单厚的单晶硅至少晶硅至少2.7万吨。这相当于日本目前单晶硅万吨。这相当于日本目前单晶硅总产量的总产量的90倍。为此，人们把注意力转向可倍。为此，人们把注意力转向可高效转换太阳能的功能高分子材料。如换能高效转换太阳能的功能高分子材料。如换能型高分子分离膜的利用型高分子分离膜的利用。 交通和宇航技术的要求交通和宇航技术的要求。既高速又节约能源是。既高速又节约能源是交通运输和宇航事业迫切需要解决的课题。采用功交通运输和宇航事业迫切需要解决的课题。采用功能高分子材料，在一定程度上解决了该难题。就目能高分子材料，在一定程度上解决了该难题。就目前的成就来看，波音前的成就来看，波音757，76

18、7飞机采用飞机采用Kavlar增强增强材料（一种由高分子液晶纺丝而成的高强纤维增强材料（一种由高分子液晶纺丝而成的高强纤维增强的材料），可省油的材料），可省油50。汽车工业采用高分子材料。汽车工业采用高分子材料而实现轻型化，从而达到省油和高速的目的。而实现轻型化，从而达到省油和高速的目的。 微电子技术的要求微电子技术的要求。高度集成化是微电子工业。高度集成化是微电子工业发展的趋势。存储容量将从目前的发展的趋势。存储容量将从目前的16K发展到发展到256K。此时相应的电路细度仅为此时相应的电路细度仅为1.5m mm。因此，高功能的因此，高功能的光致抗蚀材料（感光高分子）已成为微电子工业的光致抗蚀

19、材料（感光高分子）已成为微电子工业的关键材料之一。关键材料之一。1.3.2 功能高分子的发展历程与展望功能高分子的发展历程与展望 虽然特种与功能高分子材料的发展可虽然特种与功能高分子材料的发展可以追溯到很久以前，如光敏高分子材料和以追溯到很久以前，如光敏高分子材料和离子交换树脂都有很长的历史。但是作为离子交换树脂都有很长的历史。但是作为一门独立的完整的学科，一门独立的完整的学科，功能高分子是从功能高分子是从20世纪世纪80年代中后期开始发展的年代中后期开始发展的。 最早的功能高分子可追溯到最早的功能高分子可追溯到1935年年离子离子交换树脂交换树脂的发明。的发明。 20世纪世纪50年代，美国人

20、开发了年代，美国人开发了感光高分感光高分子子用于印刷工业，后来又发展到电子工业和用于印刷工业，后来又发展到电子工业和微电子工业。微电子工业。 1957年发现了年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性聚乙烯基咔唑的光电导性，打破了多年来认为高分子材料只能是绝缘体打破了多年来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。的观念。 1966年年Little提出了提出了超导高分子模型超导高分子模型，预，预计了高分子材料超导和高温超导的可能性，计了高分子材料超导和高温超导的可能性，随后在随后在1975年发现了聚氮化硫的超导性。年发现了聚氮化硫的超导性。 1993年，俄罗斯科学家报道了在经过长年，俄罗斯科学家报道了在经过长期氧

21、化的期氧化的聚丙烯体系中发现了室温超导体聚丙烯体系中发现了室温超导体，这是迄今为止唯一报道的超导性有机高分子。这是迄今为止唯一报道的超导性有机高分子。 20世纪世纪80年代，年代，高分子传感器、人工脏高分子传感器、人工脏器、高分子分离膜器、高分子分离膜等技术得到快速发展。等技术得到快速发展。 1991年发现了年发现了尼龙尼龙11的铁电性的铁电性，1994年年塑料柔性太阳能电池塑料柔性太阳能电池在美国阿尔贡实验室研在美国阿尔贡实验室研制成功，制成功，1977年发现年发现聚乙炔经过掺杂具有金聚乙炔经过掺杂具有金属导电性属导电性，导致了，导致了聚苯胺、聚吡咯聚苯胺、聚吡咯等一系列等一系列导电高分子的

22、问世。导电高分子的问世。 其中从其中从20世纪世纪50年代发展起来的年代发展起来的光敏高光敏高分子分子化学，在光聚合、光交联、光降解、荧化学，在光聚合、光交联、光降解、荧光以及光导机理的研究方面都取得了重大突光以及光导机理的研究方面都取得了重大突破，特别在过去破，特别在过去20多年中有了飞快发展，并多年中有了飞快发展，并在工业上得到广泛应用。比如在工业上得到广泛应用。比如光敏涂料、光光敏涂料、光致抗蚀剂、光稳定剂、光可降解材料、光刻致抗蚀剂、光稳定剂、光可降解材料、光刻胶、感光性树脂、以及光致发光和光致变色胶、感光性树脂、以及光致发光和光致变色高分子材料高分子材料都已经工业化。都已经工业化。

23、近年来近年来高分子非线性光学材料高分子非线性光学材料也取得了也取得了突破性的进展。突破性的进展。 反应型高分子反应型高分子是在有机合成和生物化学领是在有机合成和生物化学领域的重要成果，已经开发出众多新型域的重要成果，已经开发出众多新型高分子试高分子试剂和高分子催化剂剂和高分子催化剂应用到科研和生产过程中，应用到科研和生产过程中，在提高合成反应的选择性、简化工艺过程以及在提高合成反应的选择性、简化工艺过程以及化工过程的绿色化方面做出了贡献。更重要的化工过程的绿色化方面做出了贡献。更重要的是由此发展而来的是由此发展而来的固相合成方法固相合成方法和和固定化酶固定化酶技技术开创了有机合成机械化、自动化

24、、有机反应术开创了有机合成机械化、自动化、有机反应定向化的新时代，在分子生物学研究方面起到定向化的新时代，在分子生物学研究方面起到了关键性作用。了关键性作用。 电活性高分子材料电活性高分子材料的发展导致了的发展导致了导电聚导电聚合物合物，聚合物电解质，聚合物电极聚合物电解质，聚合物电极的出现。的出现。此外此外超导、电致发光、电致变色聚合物超导、电致发光、电致变色聚合物也是也是近年来的重要研究成果，其中以电致发光材近年来的重要研究成果，其中以电致发光材料制作的彩色显示器已经被日本和美国公司料制作的彩色显示器已经被日本和美国公司研制成功，有望成为新一代显示器件。此外研制成功，有望成为新一代显示器件

25、。此外众多化学传感器和分子电子器件的发明也得众多化学传感器和分子电子器件的发明也得益于电活性聚合物和修饰电极技术的发展。益于电活性聚合物和修饰电极技术的发展。 高分子分离膜材料高分子分离膜材料与分离技术的发展在复杂体与分离技术的发展在复杂体系的分离技术方面独辟蹊径，开辟了气体分离、苦系的分离技术方面独辟蹊径，开辟了气体分离、苦咸水脱盐、液体消毒等快速、简便、低耗的新型分咸水脱盐、液体消毒等快速、简便、低耗的新型分离替代技术，也为电化学工业和医药工业提供了新离替代技术，也为电化学工业和医药工业提供了新型选择性透过和缓释材料。目前高分子分离膜在海型选择性透过和缓释材料。目前高分子分离膜在海水淡化方

26、面已经成为主角，已经拥有制备水淡化方面已经成为主角，已经拥有制备18万吨万吨/日日纯水设备的能力。纯水设备的能力。 医药用功能高分子医药用功能高分子是目前发展非常迅速的一个是目前发展非常迅速的一个领域，领域，高分子药物、高分子人工组织器官、高分子高分子药物、高分子人工组织器官、高分子医用材料在定向给药、器官替代、整形外科医用材料在定向给药、器官替代、整形外科和拓展和拓展治疗范围方面做出了相当大的贡献。治疗范围方面做出了相当大的贡献。 特特种种与与功功能能高高分分子子材材料料之之所所以以能能成成为为国国内内外外材材料料学学科科的的重重要要研研究究热热点点之之一一，最最主主要要的的原原因因在在于于

27、它它们们具具有有独独特特的的“性性能能”和和“功功能能”，可可用用于于替替代代其其他他功功能能材材料料，并并提提高高或或改改进进其其性性能能，使使其其成成为为具具有有全全新新性性质质的功能材料。的功能材料。 可可以以预预计计，在在今今后后很很长长的的历历史史时时期期中中，特特种种与与功功能高分子材料研究将代表高分子材料发展的主要方向。能高分子材料研究将代表高分子材料发展的主要方向。l功能高分子研究的功能高分子研究的主要目标和意义主要目标和意义是建立起聚合物是建立起聚合物结构与功能之间的关系，并以此为理论，指导开发结构与功能之间的关系，并以此为理论，指导开发功能更强或具有全新功能的高分子材料。功

28、能更强或具有全新功能的高分子材料。 l第一节第一节 功能高分子的定义功能高分子的定义l第二节第二节 功能高分子的分类功能高分子的分类l第三节第三节 功能高分子材料的发展与展望功能高分子材料的发展与展望l第四节第四节 功能高分子材料的结构与分子设计功能高分子材料的结构与分子设计 l第五节第五节 功能高分子的研究方法功能高分子的研究方法l第六节第六节 功能高分子的制备功能高分子的制备一、功能高分子材料的结构与性能一、功能高分子材料的结构与性能 l功能高分子材料之所以能够在应用中表现功能高分子材料之所以能够在应用中表现出许多独特的性质，主要与其结构中的两出许多独特的性质，主要与其结构中的两方面性质有

29、关。方面性质有关。一是分子中对表现出的特一是分子中对表现出的特殊性质起关键作用的殊性质起关键作用的官能团的性质官能团的性质，如高，如高分子化学反应试剂中的反应活性点的反应分子化学反应试剂中的反应活性点的反应性质。性质。二是连接并承载这些官能团的聚合二是连接并承载这些官能团的聚合物物骨架的性质骨架的性质，如溶胀性或润湿性等。两，如溶胀性或润湿性等。两者的结合构成功能高分子的构效关系。者的结合构成功能高分子的构效关系。 大自然中的现象大自然中的现象大面积水稻叶表面的大面积水稻叶表面的大面积水稻叶表面的大面积水稻叶表面的SEMSEM Water 172 Oil 163oo阵列碳纳米管（阵列碳纳米管（

30、ACNT）膜膜 表现出超双疏性质表现出超双疏性质50 m66.6 2.3 o(A)50m(A)115.8 4.7组织工程用超憎水材料组织工程用超憎水材料50m(C)131.8 1.55m(A)152.6 2.5 o1m(C)5m(D)(一一)官能团的性质与高分子功能之间的关系官能团的性质与高分子功能之间的关系 1. 官能团的性质对材料的功能起主要作用官能团的性质对材料的功能起主要作用 当官能团的性质对材料的功能起主要作用时，当官能团的性质对材料的功能起主要作用时，高分子骨架仅仅起支撑、分隔、固定和降低溶解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。度等辅助作用。 2 2. . 聚合

31、物骨架与官能团协同作用聚合物骨架与官能团协同作用聚合物骨架与官能团协同作用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或者通过高分子骨架与其他官能团相互结合而发挥作用。挥作用。 l官官能能团团与与聚聚合合物物骨骨架架在在形形态态上上不不能能区区分分，也也就就是是说说官官能能团团是是聚聚合合物物骨骨架架的的一一部部分分，或或者者说聚合物骨架本身起着官能团的作用。说聚合物骨架本身起着官能团的作用。例例主主链链型型聚聚合合物物液液晶晶和和导导电电聚聚合合物物，电电子子导导电电型型聚聚合合物物是是由由

32、具具有有线线性性共共轭轭结结构构的的大大分分子子构构成成，如如聚聚乙乙炔炔、芳芳香香烃烃以以及及芳芳香香杂杂环环聚聚合合物物。线线性性共共轭轭结结构构也也是是高高分分子子骨骨架架的的一一部部分分，同同时对导电过程起主要作用。时对导电过程起主要作用。 3 3聚合物骨架本身具有官能团作用聚合物骨架本身具有官能团作用 4 4，官能团起辅助作用，官能团起辅助作用 l以聚合物骨架为完成所谓功能过程的主体，而官能以聚合物骨架为完成所谓功能过程的主体，而官能团仅仅起辅助效应。团仅仅起辅助效应。如利用引入官能团改善溶解性能、降低玻璃化温度、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

33、等作用。改变润湿性和提高机械强度等作用。如在主链型液晶聚合物的芳香环上引入一定体积的取如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，降低使用温度。代基可以降低其玻璃化温度，降低使用温度。如在高分子膜材料中引入极性基团可以改变润湿性。如在高分子膜材料中引入极性基团可以改变润湿性。(二二)聚合物骨架的结构、组成与性质对功能聚合物骨架的结构、组成与性质对功能高分子材料性能的影响高分子材料性能的影响 l聚合物的结构、包括微观结构和宏观结构、聚合聚合物的结构、包括微观结构和宏观结构、聚合物的化学组成以及聚合物的物理化学性质都会对物的化学组成以及聚合物的物理化学性质都会对其功能的

34、实现产生巨大影响。其功能的实现产生巨大影响。如，反应型功能高分子要求聚合物要有一定溶胀性如，反应型功能高分子要求聚合物要有一定溶胀性能，或者一定空隙度和孔径范围，以满足反应物能，或者一定空隙度和孔径范围，以满足反应物质在其中进行扩散运动的需要；质在其中进行扩散运动的需要；如，高分子功能膜材料要求聚合物要有微孔结构，如，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，满足被分离物质在膜中的选择性或者扩散功能，满足被分离物质在膜中的选择性透过功能；透过功能； 1聚合物骨架的结构与物理化学性质聚合物骨架的结构与物理化学性质 l 根据聚合物的结构，可以将聚合物骨架主根据聚合物的结构，可以将聚合物

35、骨架主要分成两种，要分成两种，一种是线性聚合物一种是线性聚合物，即聚合，即聚合物有一条较长的主链，没有或较少分支；物有一条较长的主链，没有或较少分支；另一种是交联聚合物另一种是交联聚合物，是线性聚合物通过，是线性聚合物通过交联剂反应生成的网状大分子。这两种聚交联剂反应生成的网状大分子。这两种聚合物具有明显不同的物理化学性质，作为合物具有明显不同的物理化学性质，作为功能高分子材料的骨架，根据其使用范围功能高分子材料的骨架，根据其使用范围不同，相互间具有各自的优缺点。不同，相互间具有各自的优缺点。 (1)线性聚合物线性聚合物l优点：线性聚合物的溶解性能比较好，在优点：线性聚合物的溶解性能比较好，在

36、聚合物制备和加工过程中溶剂选取比较容聚合物制备和加工过程中溶剂选取比较容易。此外，线性聚合物的玻璃化温度一般易。此外，线性聚合物的玻璃化温度一般较低，粘弹性比较好，小分子和离子在其较低，粘弹性比较好，小分子和离子在其中比较容易进行扩散运动。这些性质对于中比较容易进行扩散运动。这些性质对于反应型功能高分子材料非常重要。反应型功能高分子材料非常重要。l缺点：线性聚合物的易溶解性也降低了机缺点：线性聚合物的易溶解性也降低了机械强度和稳定性。作为反应型功能高分子，械强度和稳定性。作为反应型功能高分子，溶解的高分子对产物的污染和高分子试剂溶解的高分子对产物的污染和高分子试剂的回收都会造成一定困难。的回收

37、都会造成一定困难。 (2)交联聚合物交联聚合物l优点：交联聚合物的不溶性克服了线性优点：交联聚合物的不溶性克服了线性聚合物对产物的污染和高分子试剂回收聚合物对产物的污染和高分子试剂回收困难等问题，机械强度同时得到提高困难等问题，机械强度同时得到提高 ,可可作为树脂型功能高分子作为树脂型功能高分子.l缺点：但是交联聚合物的不溶性造成的缺点：但是交联聚合物的不溶性造成的不易加工处理和不易对其进行结构和组不易加工处理和不易对其进行结构和组成分析是其难以克服的缺点成分析是其难以克服的缺点. l定义：通过比较可以发现带有同样功能定义：通过比较可以发现带有同样功能基团的高分子化合物的化学和物理性质基团的高

38、分子化合物的化学和物理性质不同于其小分子类似物，这种由于引入不同于其小分子类似物，这种由于引入高分子骨架后产生的这种明显差别被定高分子骨架后产生的这种明显差别被定义为高分子效应。义为高分子效应。 l高分子效应表现在许多方面，有物理性高分子效应表现在许多方面，有物理性质方面的，如挥发性、溶解性和结晶度质方面的，如挥发性、溶解性和结晶度下降；也有化学性质方面的，如高分子下降；也有化学性质方面的，如高分子骨架在反应型高分子使用中的无限稀释骨架在反应型高分子使用中的无限稀释作用、高度浓缩作用和模板作用等。作用、高度浓缩作用和模板作用等。 2功能材料中聚合物骨架的高分子效应功能材料中聚合物骨架的高分子效

39、应 l设设计计一一种种能能满满足足一一定定需需要要的的功功能能高高分分子子材材料料是是功功能能高高分分子子化化学学研研究究的的一一项项主主要要目目标标。具具有有良良好好功功能能与与性性质质的的高高分分子子材材料料的的制制备备成成功功与与否否，在在很很大大程程度度上上取取决决于设计方法和制备路线的制定。于设计方法和制备路线的制定。l功功能能高高分分子子材材料料的的设设计计就就是是以以这这些些分分析析结结果果为为基基础础，将将上上述述各各项项功功能能和和效效应应加加以结合、组配，使预期功能得以表现。以结合、组配，使预期功能得以表现。二、功能高分子材料的设计方法二、功能高分子材料的设计方法 l 许多

40、功能高分子材料是从相应的小分子材许多功能高分子材料是从相应的小分子材料发展而来的，这些已知功能的小分子材料发展而来的，这些已知功能的小分子材料一般已经具备了我们所需要的部分主要料一般已经具备了我们所需要的部分主要功能，但是从实际使用角度来讲，还存在功能，但是从实际使用角度来讲，还存在许多不足，无法满足特定需要。经过高分许多不足，无法满足特定需要。经过高分子化过程和结构改进，将小分子材料的功子化过程和结构改进，将小分子材料的功能与高分子骨架的性能相结合，即有可能能与高分子骨架的性能相结合，即有可能开发出新的功能高分子材料。开发出新的功能高分子材料。 (一一)依据已知功能的小分子为设计基础依据已知

41、功能的小分子为设计基础 根据已知功能的小分子为基础设计功能高根据已知功能的小分子为基础设计功能高分子要注意的问题：分子要注意的问题：l首先首先，引入高分子骨架后应有利于小分，引入高分子骨架后应有利于小分子原有功能的发挥，并能弥补其不足，子原有功能的发挥，并能弥补其不足，两者功能不要互相影响；两者功能不要互相影响；l其次其次，高分子化过程要尽量不破坏小分，高分子化过程要尽量不破坏小分子功能材料的作用部分，如子功能材料的作用部分，如主要官能团主要官能团；最后，小分子功能材料能否发展成为功最后，小分子功能材料能否发展成为功能高分子，还取决于能高分子，还取决于小分子结构特征和小分子结构特征和选取的高分

42、子骨架的结构类型是否匹配选取的高分子骨架的结构类型是否匹配。 l 作作为为功功能能高高分分子子材材料料，其其许许多多功功能能是是相相应应小小分分子子材材料料和和采采用用的的聚聚合合物物骨骨架架都都不不具具备备的的，这这些些功功能能的的产产生生是是由由于于小小分分子子，或或者者官官能能团团与与聚聚合合物物骨骨架架协协同同作作用用的的结结果果。显显然然，根根据据这这一一思思路路进进行行设设计计的的难难度度要要比比前前者者要要大大，原原因因是是虽虽然然许许多多已已知知功功能能高高分分子子的的协协同同作作用用已已经经搞搞清清，但但是是仍仍有有许许多多作作用用机机理理有有待待于于探探讨，大部分这种协同作

43、用还需要依靠实验验证。讨，大部分这种协同作用还需要依靠实验验证。(二二)根据小分子或官能团与聚合物骨架之根据小分子或官能团与聚合物骨架之间的协同作用进行设计间的协同作用进行设计 1利用高分子骨架的空间位阻作用利用高分子骨架的空间位阻作用2根据聚合物骨架与功能基团的邻位协同作用根据聚合物骨架与功能基团的邻位协同作用 (三三)拓展已有高分子材料的功能拓展已有高分子材料的功能 许多高分子材料已经具有一定功能，对许多高分子材料已经具有一定功能，对其功能进行扩大和拓展也是发展新型功能高其功能进行扩大和拓展也是发展新型功能高分子材料的一种方法，在这方面比较典型的分子材料的一种方法，在这方面比较典型的例子是

44、各种高分子功能膜的制备。例子是各种高分子功能膜的制备。 l 学学科科间间的的交交叉叉和和渗渗透透越越来来越越深深入入,学学科科间间的的理理论论和和方方法法互互相相借借鉴鉴越越来来越越频频繁繁。功功能能高高分分子子学学科科的的发发展展也也从从其其他他学学科科引引进进了了不不少少研研究究成成果果。电电子子导导电电聚聚合合物物的的研研究究和和发发展展就就从从金金属属导导电电理理论论中中采采用用了了不不少少研研究究成成果果，特特别别是是借借鉴鉴了了无无机机半半导导体体材材料料科科学学中中的的掺掺杂杂理理论论和和方方法法，对对提提高高电电子子导导电电聚聚合合物物的的性性能能和和发发展展新新型型导导电电材

45、材料料作作出出了了很很大大贡贡献献。此此外外，生生物物学学、光光学学、电电子子学学和和医医学学等等领领域域的的研研究究成成果果也也有有很很多多在在功能高分子化学领域中获得应用。功能高分子化学领域中获得应用。 (四四)从其他科学领域的理论和方法中借鉴从其他科学领域的理论和方法中借鉴 l第一节第一节 功能高分子的定义功能高分子的定义l第二节第二节 功能高分子的分类功能高分子的分类l第三节第三节 功能高分子材料的发展与展望功能高分子材料的发展与展望l第四节第四节 功能高分子材料的结构与分子设计功能高分子材料的结构与分子设计 l第五节第五节 功能高分子的研究方法功能高分子的研究方法l第六节第六节 功能

46、高分子的制备功能高分子的制备l功能高分子研究是为了功能高分子研究是为了研制、分析已有和新研制、分析已有和新型功能高分子材料型功能高分子材料，主要包括制备方法研究、，主要包括制备方法研究、功能测定与作用机理分析和结构分析与研究。功能测定与作用机理分析和结构分析与研究。由于功能高分子的特殊性，与其他化学领域由于功能高分子的特殊性，与其他化学领域的研究相比，功能高分子的研究方法自然也的研究相比，功能高分子的研究方法自然也具有一定特殊性。具有一定特殊性。 一、制备方法研究一、制备方法研究 l功功能能高高分分子子材材料料制制备备方方法法的的研研究究，无无论论是是在在理理论论上上还还是是在在应应用用方方面

47、面，都都具具有有重重要要意意义义。功功能能高高分分子子材材料料的的制制备备主主要要包包括括单单体体制制备备、聚聚合合反反应应、聚聚合合物物的的功功能能化化和和功功能能材材料料微微观观结结构构，以以及及宏宏观观结结构构成成型型等等几几个个方面。方面。l从功能型单体制备功能高分子，单体制从功能型单体制备功能高分子，单体制备需要解决的主要问题是可聚合基团的备需要解决的主要问题是可聚合基团的引入和功能型基团的引入。引入和功能型基团的引入。l可聚合基团的选择要根据在高分子化过可聚合基团的选择要根据在高分子化过程中使用的聚合方法进行选择。程中使用的聚合方法进行选择。 (一一)单体制备方法单体制备方法l在单

48、体中引入功能基的方法比较多，也在单体中引入功能基的方法比较多，也比较复杂，没有比较统一的规律，需要比较复杂，没有比较统一的规律，需要根据实际功能基的结构特点和反应活性根据实际功能基的结构特点和反应活性分别加以设计。需要考虑分别加以设计。需要考虑可聚合基团与可聚合基团与功能化基团之间不要互相干扰，在必要功能化基团之间不要互相干扰，在必要时应对其中某些敏感基团加以保护时应对其中某些敏感基团加以保护。l聚合基团与功能基之间的过渡结构聚合基团与功能基之间的过渡结构常常常常也是制备过程中需要考虑的重要因素，也是制备过程中需要考虑的重要因素，这种过渡结构的长短和大小经常会对功这种过渡结构的长短和大小经常会

49、对功能聚合物的功能发挥产生重要影响。能聚合物的功能发挥产生重要影响。 (二二)聚合反应条件研究聚合反应条件研究 l有关聚合反应条件研究与设计，在高分子有关聚合反应条件研究与设计，在高分子化学课程中已经有详细介绍。选用哪一种化学课程中已经有详细介绍。选用哪一种聚合方式和聚合条件，需要根据功能高分聚合方式和聚合条件，需要根据功能高分子材料对机械性质，材料外形特征，物理子材料对机械性质，材料外形特征，物理和化学性质等的具体要求而定。和化学性质等的具体要求而定。 要充分考虑单体中功能基的保护问题；要充分考虑单体中功能基的保护问题； 在在研研究究聚聚合合条条件件时时应应考考虑虑到到功功能能基基对对聚聚合

50、合反应的影响反应的影响; 应应当当注注意意避避免免在在聚聚合合过过程程中中引引入入的的引引发发剂剂、溶剂、分散剂残留对生成聚合物功能的影响；溶剂、分散剂残留对生成聚合物功能的影响； 要要考考虑虑形形成成的的聚聚合合物物的的交交联联度度、孔孔隙隙率率、孔径等对功能材料使用的影响孔径等对功能材料使用的影响; 要考虑生成的聚合物的机械和化学稳定性要考虑生成的聚合物的机械和化学稳定性对实际应用的影响。对实际应用的影响。 在功能高分子材料制备中，设计聚合反应在功能高分子材料制备中，设计聚合反应条件需要注意以下几点：条件需要注意以下几点： (三三)聚合物的功能化、聚合物微观结构和聚合物的功能化、聚合物微观

51、结构和宏观结构成型宏观结构成型l聚合物的功能化，微观和宏观结构成型聚合物的功能化，微观和宏观结构成型虽然也是功能高分子材料制备中非常重虽然也是功能高分子材料制备中非常重要的步骤，但是由于不同功能高分子材要的步骤，但是由于不同功能高分子材料之间采用方法的巨大差别，无法在较料之间采用方法的巨大差别，无法在较短的篇幅里甚至作最简单介绍。短的篇幅里甚至作最简单介绍。 二、功能高分子材料的化学与物理结构研二、功能高分子材料的化学与物理结构研究方法究方法 l任任何何材材料料的的性性能能都都是是与与其其化化学学和和物物理理结结构构紧紧密密相相关关的的。因因此此，分分析析与与研研究究功功能能高高分分子子材材料

52、料的的化化学学组组成成和和分分子子结结构构，以以及及聚聚合合物物的的次次级级结结构构自自然然就就成成为为功功能能高高分分子子化化学学研研究究的的重重要要内内容容之之一一；这这方方面面的的信信息息是是建建立立功功能能高高分分子子构构效效关关系系的的必必要要条条件件。这这方方面面研研究究的的主主要要内内容容包包括括化化学学成成分分分分析析、化化学学结结构构分分析析、聚聚合合物物晶晶态态结结构构分分析析、聚聚合合物聚集态结构分析和宏观结构分析。物聚集态结构分析和宏观结构分析。l(一一)功能高分子材料的化学成分分析功能高分子材料的化学成分分析l(二二)功能高分子材料的化学结构分析功能高分子材料的化学结

53、构分析 l(三三)功能高分子聚集态结构分析功能高分子聚集态结构分析l(四四)功能高分子材料的热性质分析功能高分子材料的热性质分析 l(五五)功能高分子宏观结构分析功能高分子宏观结构分析 l功能高分子材料的性能和机理研究是功能功能高分子材料的性能和机理研究是功能高分子化学研究最重要的内容之一，高分子化学研究最重要的内容之一，是材是材料评价、性能改进、完善理论、拓展应用料评价、性能改进、完善理论、拓展应用领域的基础领域的基础。但是功能高分子的性能测定。但是功能高分子的性能测定和机理研究，由于其应用领域广，涉及学和机理研究，由于其应用领域广，涉及学科多，影响因素复杂，是功能高分子化学科多，影响因素复

54、杂，是功能高分子化学中最难进行系统归纳的内容。这里仅给出中最难进行系统归纳的内容。这里仅给出分析研究的基本原则。分析研究的基本原则。 三、功能高分子材料的性能与机理研究方法三、功能高分子材料的性能与机理研究方法 l功能高分子性能测定要依赖于材料所应用领功能高分子性能测定要依赖于材料所应用领域的科学研究成果和分析测定手段域的科学研究成果和分析测定手段。比如，导电高分子的性能要采用电导测定方法测定其比如，导电高分子的性能要采用电导测定方法测定其导电能力，高分子功能膜材料要用真空渗透等方法导电能力，高分子功能膜材料要用真空渗透等方法测定透过能力；光敏高分子材料要用光学和化学方测定透过能力；光敏高分子

55、材料要用光学和化学方法测定其对光的敏感度和光化学反应程度；高分子法测定其对光的敏感度和光化学反应程度；高分子药物和医用高分子材料要用生物学和医学方法检验药物和医用高分子材料要用生物学和医学方法检验其临床效果；高分子催化剂和高分子试剂要用各种其临床效果；高分子催化剂和高分子试剂要用各种反应动力学和化学热力学测定方法分析其反应活性反应动力学和化学热力学测定方法分析其反应活性和催化能力。和催化能力。 (一一)功能高分子性能测定功能高分子性能测定 (二二)功能高分子材料作用机理研究功能高分子材料作用机理研究l作用机理研究一般要将性能研究与上面作用机理研究一般要将性能研究与上面给出的化学与物理结构分析结

56、合，才能给出的化学与物理结构分析结合，才能给出作用机制模型。功能高分子表现出给出作用机制模型。功能高分子表现出的所谓功能都是分子内各功能基、聚合的所谓功能都是分子内各功能基、聚合物骨架、材料的形态结构等因素综合作物骨架、材料的形态结构等因素综合作用的结果。用的结果。 l第一节第一节 功能高分子的定义功能高分子的定义l第二节第二节 功能高分子的分类功能高分子的分类l第三节第三节 功能高分子材料的发展与展望功能高分子材料的发展与展望l第四节第四节 功能高分子材料的结构与分子设计功能高分子材料的结构与分子设计 l第五节第五节 功能高分子的研究方法功能高分子的研究方法l第六节第六节 功能高分子的制备功

57、能高分子的制备概述概述 特种与功能高分子材料的特点在于他特种与功能高分子材料的特点在于他们特殊的们特殊的“性能性能”和和“功能功能”，因此在制，因此在制备这些高分子材料的时候，分子设计成为备这些高分子材料的时候，分子设计成为十分关键的研究内容。十分关键的研究内容。 设计一种能满足一定需要的功能高分设计一种能满足一定需要的功能高分子材料是高分子化学研究的一项主要目标。子材料是高分子化学研究的一项主要目标。具有良好性质与功能的高分子材料的制备具有良好性质与功能的高分子材料的制备成功与否，在很大程度上取决于设计方法成功与否，在很大程度上取决于设计方法和制备路线的制定。和制备路线的制定。 功能高分子材

58、料的制备是通过化学或者功能高分子材料的制备是通过化学或者物理的方法按照材料的设计要求将功能基与物理的方法按照材料的设计要求将功能基与高分子骨架相结合，从而实现预定功能的高分子骨架相结合，从而实现预定功能的。 从上一世纪从上一世纪50年代起，活性聚合等一大年代起，活性聚合等一大批高分子合成新方法的出现，为高分子的分批高分子合成新方法的出现，为高分子的分子结构设计提供了强有力的手段，功能高分子结构设计提供了强有力的手段，功能高分子的制备越来越子的制备越来越 “随心所欲随心所欲”。 目前采用的制备方法来看，功能高分子目前采用的制备方法来看，功能高分子材料的制备可归纳为以下三种类型：材料的制备可归纳为

59、以下三种类型：n功能性小分子材料的高分子化；功能性小分子材料的高分子化；n已有高分子材料的功能化；已有高分子材料的功能化；n多功能材料的复合以及已有功能高分子材多功能材料的复合以及已有功能高分子材料的功能扩展。料的功能扩展。 本节介绍具有代表性的功能高分子设计本节介绍具有代表性的功能高分子设计的基本思路和方法。的基本思路和方法。1. 功能性小分子的高分子化功能性小分子的高分子化 许多功能高分子材料是从相应的功能小许多功能高分子材料是从相应的功能小分子化合物发展而来的分子化合物发展而来的，这些已知功能的小，这些已知功能的小分子化合物一般已经具备了我们所需要的部分子化合物一般已经具备了我们所需要的

60、部分主要功能，但是从实际使用角度来讲，可分主要功能，但是从实际使用角度来讲，可能还存在许多不足，能还存在许多不足，无法满足使用要求无法满足使用要求。对。对这些功能性小分子进行高分子化反应，赋予这些功能性小分子进行高分子化反应，赋予其高分子的功能特点，即有可能开发出新的其高分子的功能特点，即有可能开发出新的功能高分子材料。功能高分子材料。 青霉素是一种抗多种病菌的广谱抗菌素，青霉素是一种抗多种病菌的广谱抗菌素，应用十分普遍。它具有易吸收，见效快的特应用十分普遍。它具有易吸收，见效快的特点，但也有排泄快的缺点。利用青霉素结构点，但也有排泄快的缺点。利用青霉素结构中的羧基、氨基与高分子反应，可得到疗

61、效中的羧基、氨基与高分子反应，可得到疗效长的高分子青霉素。例如将青霉素与乙烯醇长的高分子青霉素。例如将青霉素与乙烯醇乙烯胺共聚物以酰胺键相结合，得到水溶乙烯胺共聚物以酰胺键相结合，得到水溶性的药物高分子，这种高分子青霉素在人体性的药物高分子，这种高分子青霉素在人体内的停留时间为低分子青霉素的内的停留时间为低分子青霉素的3040倍。倍。 功能性小分子的高分子化可利用功能性小分子的高分子化可利用聚合反聚合反应应，如共聚、均聚等；也可，如共聚、均聚等；也可将功能性小分子将功能性小分子化合物通过化学键连接的化学方法与聚合物化合物通过化学键连接的化学方法与聚合物骨架连接骨架连接，将高分子化合物作为载体；

62、甚至，将高分子化合物作为载体；甚至可通过物理方法，如可通过物理方法，如共混、吸附、包埋等共混、吸附、包埋等作作用将功能性小分子高分子化。用将功能性小分子高分子化。（1） 带有功能性基团的单体的聚合带有功能性基团的单体的聚合 这种制备方法主要包括下述两个步骤：这种制备方法主要包括下述两个步骤：首先首先是通过在功能性小分子中引入可聚合基是通过在功能性小分子中引入可聚合基团得到单体，然后进行均聚或共聚反应生成团得到单体，然后进行均聚或共聚反应生成功能聚合物功能聚合物；也可；也可在含有可聚合基团的单体在含有可聚合基团的单体中引入功能性基团得到功能性单体中引入功能性基团得到功能性单体。这些可。这些可聚合

63、功能性单体中的可聚合基团一般为聚合功能性单体中的可聚合基团一般为双键双键、羟基羟基、羧基、氨基、环氧基、酰氯基、吡咯、羧基、氨基、环氧基、酰氯基、吡咯基、噻基、噻吩基吩基等基团。等基团。 丙烯酸丙烯酸分子中带有双键，同时又带有活分子中带有双键，同时又带有活性羧基。经过自由基均聚或共聚，即可形成性羧基。经过自由基均聚或共聚，即可形成聚丙烯酸及其共聚物，可以作为聚丙烯酸及其共聚物，可以作为弱酸性离子弱酸性离子交换树脂、高吸水性树脂交换树脂、高吸水性树脂等应用。这是带有等应用。这是带有功能性基团的单体聚合制备功能高分子的简功能性基团的单体聚合制备功能高分子的简单例子。单例子。 将含有环氧基团的低分子

64、量双酚将含有环氧基团的低分子量双酚A型环型环氧树脂与丙烯酸反应，得到氧树脂与丙烯酸反应，得到含双键的环氧丙含双键的环氧丙烯酸酯烯酸酯，这种单体在制备功能性粘合剂方面，这种单体在制备功能性粘合剂方面有广泛的应用。有广泛的应用。 除了单纯的连锁聚合和逐步聚合之外，除了单纯的连锁聚合和逐步聚合之外，采用多种单体进行共聚反应制备功能高分子采用多种单体进行共聚反应制备功能高分子也是一种常见的方法。特别是当需要控制聚也是一种常见的方法。特别是当需要控制聚合物中功能基团的分布和密度时，或者需要合物中功能基团的分布和密度时，或者需要调节聚合物的物理化学性质时，共聚可能是调节聚合物的物理化学性质时，共聚可能是最

65、行之有效的解决办法。最行之有效的解决办法。 （2）带有功能性基团的小分子与高分子）带有功能性基团的小分子与高分子骨架的结合骨架的结合 这种方法主要是这种方法主要是利用化学反应将活性功能利用化学反应将活性功能基引入聚合物骨架基引入聚合物骨架，从而改变聚合物的物理化，从而改变聚合物的物理化学性质，赋予其新的功能。学性质，赋予其新的功能。 通常用于这种功能化反应的高分子材料都通常用于这种功能化反应的高分子材料都是较廉价的通用材料。在选择聚合物母体的时是较廉价的通用材料。在选择聚合物母体的时候应考虑许多因素，首先应候应考虑许多因素，首先应较容易地接上功能较容易地接上功能性基团性基团，此外还应考虑，此外

66、还应考虑价格低廉，来源丰富，价格低廉，来源丰富，具有机械、热、化学稳定性具有机械、热、化学稳定性等。等。 目前常见的品种包括聚苯乙烯、聚氯乙目前常见的品种包括聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚（甲基）丙烯酸酯及其共烯、聚乙烯醇、聚（甲基）丙烯酸酯及其共聚物、聚丙烯酰胺、聚环氧氯丙烷及其共聚聚物、聚丙烯酰胺、聚环氧氯丙烷及其共聚物、聚乙烯亚胺、纤维素等，其中物、聚乙烯亚胺、纤维素等，其中使用最多使用最多的是聚苯乙烯的是聚苯乙烯。 聚苯乙烯分子中的苯环比较活泼，可以聚苯乙烯分子中的苯环比较活泼，可以进行一系列的芳香取代反应进行一系列的芳香取代反应，如磺化、氯甲，如磺化、氯甲基化、卤化、硝化、锂化、烷

67、基化、羧基化、基化、卤化、硝化、锂化、烷基化、羧基化、氨基化等等。氨基化等等。 除了聚苯乙烯外，聚氯乙烯、聚乙烯醇、除了聚苯乙烯外，聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚环氧氯丙烷聚环氧氯丙烷 、聚酰胺、聚苯醚以及一些无、聚酰胺、聚苯醚以及一些无机聚合物等都是常用的高分子骨架。机聚合物等都是常用的高分子骨架。 如如硅胶和玻璃珠硅胶和玻璃珠表面存在大量的硅羟基，表面存在大量的硅羟基，这些羟基可以通过与三氯硅烷等试剂反应，这些羟基可以通过与三氯硅烷等试剂反应，直接引入功能基。这类经过功能化的无机聚直接引入功能基。这类经过功能化的无机聚合物可作为高分子吸附剂，用于各种色谱分合物可作为高分子吸附剂，用于各种色谱分析的

68、固定相、高分子试剂和催化剂使用。析的固定相、高分子试剂和催化剂使用。无无机高分子载体的优点在于机械强度高，可以机高分子载体的优点在于机械强度高，可以耐受较高压力耐受较高压力。 （3）功能性小分子通过聚合包埋与高分）功能性小分子通过聚合包埋与高分子材料结合子材料结合 该方法是利用生成高分子的束缚作用将功该方法是利用生成高分子的束缚作用将功能性小分子以某种形式包埋固定在高分子材料能性小分子以某种形式包埋固定在高分子材料中来制备功能高分子材料。有两种基本方法。中来制备功能高分子材料。有两种基本方法。 a）在聚合反应之前，向单体溶液中加入小在聚合反应之前，向单体溶液中加入小分子功能化合物，在聚合过程中

69、小分子被生成分子功能化合物，在聚合过程中小分子被生成的聚合物所包埋的聚合物所包埋 用这种方法得到的功能高分子材料，聚合用这种方法得到的功能高分子材料，聚合物骨架与小分子功能化合物之间没有化学键连物骨架与小分子功能化合物之间没有化学键连接，固化作用通过聚合物的包埋作用来完成。接，固化作用通过聚合物的包埋作用来完成。 这种方法制备的功能高分子类似于用共这种方法制备的功能高分子类似于用共混方法制备的高分子材料，但是均匀性更好。混方法制备的高分子材料，但是均匀性更好。此方法的优点是此方法的优点是方法简便，功能小分子的性方法简便，功能小分子的性质不受聚合物性质的影响，因此特别适宜酶质不受聚合物性质的影响

70、，因此特别适宜酶等对环境敏感材料的固化等对环境敏感材料的固化。缺点是在。缺点是在使用过使用过程中包络的小分子功能化合物容易逐步失去程中包络的小分子功能化合物容易逐步失去，特别是在溶胀条件下使用，将加快固化酶的特别是在溶胀条件下使用，将加快固化酶的失活过程。失活过程。 b）以微胶囊的形式将功能性小分子包以微胶囊的形式将功能性小分子包埋在高分子材料中埋在高分子材料中 微胶囊是一种以高分子为外壳，功能性微胶囊是一种以高分子为外壳，功能性小分子为核的高分子材料，可通过界面聚合小分子为核的高分子材料，可通过界面聚合法、原位聚合法、水（油）中相分离法、溶法、原位聚合法、水（油）中相分离法、溶液中干燥法等多

71、种方法制备。液中干燥法等多种方法制备。 高分子微胶囊在高分子药物、固定化酶的高分子微胶囊在高分子药物、固定化酶的制备方面有独到的优势。制备方面有独到的优势。 例如，维生素例如，维生素C在空气中极易被氧化而变在空气中极易被氧化而变黄。采用溶剂蒸发法研制以乙基纤维素、羟黄。采用溶剂蒸发法研制以乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素苯二甲酸酯等聚合物为外壳丙基甲基纤维素苯二甲酸酯等聚合物为外壳材料的维生素材料的维生素C微胶囊，达到了延缓氧化变黄微胶囊，达到了延缓氧化变黄的效果。将维生素的效果。将维生素C微胶囊暴露于空气中一个微胶囊暴露于空气中一个月，外观可保持干燥状态，色泽略黄。这种月，外观可保持干燥状态，色

72、泽略黄。这种维生素维生素C微胶囊进入人体后，两小时内可完全微胶囊进入人体后，两小时内可完全溶解释放。溶解释放。2. 通过物理方法制备功能高分子通过物理方法制备功能高分子 功能高分子材料的第二类制备方法是功能高分子材料的第二类制备方法是通过通过物理方法对已有聚合物进行功能化物理方法对已有聚合物进行功能化，赋予这，赋予这些通用的高分子材料以特定功能，成为功能些通用的高分子材料以特定功能，成为功能高分子材料。这种制备方法的好处是高分子材料。这种制备方法的好处是可以利可以利用廉价的商品化聚合物用廉价的商品化聚合物，并且，并且通过对高分子通过对高分子材料的选择，使得到的功能高分子材料机械材料的选择，使得

73、到的功能高分子材料机械性能比较有保障性能比较有保障。 聚合物的物理功能化方法主要是通过聚合物的物理功能化方法主要是通过小分小分子功能化合物与聚合物的共混和复合子功能化合物与聚合物的共混和复合来实现。来实现。 聚合物的这种功能化方法可以用于聚合物的这种功能化方法可以用于当聚合当聚合物或者功能性小分子缺乏反应活性物或者功能性小分子缺乏反应活性，不能或者，不能或者不易采用化学方法进行功能化，或者不易采用化学方法进行功能化，或者被引入的被引入的功能性物质对化学反应过于敏感功能性物质对化学反应过于敏感，不能承受化，不能承受化学反应条件的情况下对其进行功能化。学反应条件的情况下对其进行功能化。 比如，某些

74、酶的固化，某些金属和金属氧比如，某些酶的固化，某些金属和金属氧化物的固化等。与化学法相比，通过与聚合物化物的固化等。与化学法相比，通过与聚合物共混制备功能高分子的主要缺点是共混制备功能高分子的主要缺点是共混物不够共混物不够稳定，在使用条件下（如溶胀、成膜等）功能稳定，在使用条件下（如溶胀、成膜等）功能聚合物容易由于功能性小分子的流失而逐步失聚合物容易由于功能性小分子的流失而逐步失去活性去活性。3. 功能高分子材料的其他制备技术功能高分子材料的其他制备技术（1）功能高分子材料的多功能复合）功能高分子材料的多功能复合 将两种以上的功能高分子材料以某种方将两种以上的功能高分子材料以某种方式结合，将形

75、成新的功能材料，而且具有任式结合，将形成新的功能材料，而且具有任何单一功能高分子均不具备的性能，这一结何单一功能高分子均不具备的性能，这一结合过程被称为功能高分子材料的多功能复合合过程被称为功能高分子材料的多功能复合过程。在这方面最典型的例子是单向导电聚过程。在这方面最典型的例子是单向导电聚合物的制备。合物的制备。 带有可逆氧化还原基团的导电聚合物，带有可逆氧化还原基团的导电聚合物，其其导电方式是没有方向性的导电方式是没有方向性的。但是，如果将。但是，如果将带有不同氧化还原电位的两种聚合物复合在带有不同氧化还原电位的两种聚合物复合在一起，放在两电极之间，可发现一起，放在两电极之间，可发现导电是

76、单方导电是单方向性向性的。这是因为只有还原电位高的处在氧的。这是因为只有还原电位高的处在氧化态的聚合物能够还原另一种还原电位低的化态的聚合物能够还原另一种还原电位低的处在还原态的聚合物，将电子传递给它。这处在还原态的聚合物，将电子传递给它。这样，在两个电极上交替施加不同方向的电压，样，在两个电极上交替施加不同方向的电压，将都只有一个方向电路导通，呈现单向导电。将都只有一个方向电路导通，呈现单向导电。 （2）在同一分子中引入多种功能基）在同一分子中引入多种功能基 在同一种功能材料中，甚至在同一个分在同一种功能材料中，甚至在同一个分子中引入两种以上的功能基团子中引入两种以上的功能基团也是制备新型也是制备新型功能聚合物的一种方法。以这种方法制备的功能聚合物的一种方法。以这种方法制备的聚合物，或者集多种功能于一身，或者两种聚合物，或者集多种功能于一身，或者两种功能起协同作用，产生出新的功能。功能起协同作用，产生出新的功能。