第三節(jié)功能高分子材料

1、第三節(jié)功能高分子材料第三節(jié)功能高分子材料 當(dāng)今社會(huì)的三大支柱產(chǎn)業(yè)：材料、能源、信息當(dāng)今社會(huì)的三大支柱產(chǎn)業(yè)：材料、能源、信息 探尋功能高分子材料時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題：探尋功能高分子材料時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題： 1）具有什么樣的主鏈？）具有什么樣的主鏈？單體單體 2）具有什么樣的功能基？）具有什么樣的功能基？官能團(tuán)官能團(tuán) 3）不斷修正。）不斷修正。 材料材料 1、功能高分子材料的涵義、功能高分子材料的涵義 具有新型骨架結(jié)構(gòu)的高分子材料和具有新型骨架結(jié)構(gòu)的高分子材料和在 天然或合成高分子的主鏈或支鏈上引入某 種功能的官能團(tuán)，使其顯示出在光、電、 磁、聲、熱、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等方面的 特殊功能的高分子。 鄧小平鄧小

2、平 美國(guó)美國(guó)時(shí)代周刊時(shí)代周刊這份雜志在全美乃至全球都很有影響力。這份雜志在全美乃至全球都很有影響力。 時(shí)代周刊評(píng)出20世紀(jì)最偉大的 100項(xiàng)發(fā)明，其中“尿不濕” 榜上有名 為什么為什么“尿不濕尿不濕” ” 能評(píng)為能評(píng)為2020世紀(jì)最偉大的世紀(jì)最偉大的100100 項(xiàng)發(fā)明呢！最初是為誰(shuí)專門設(shè)計(jì)的呢？項(xiàng)發(fā)明呢！最初是為誰(shuí)專門設(shè)計(jì)的呢？ 美國(guó)在上世紀(jì)六十年代初，航天事業(yè)崛起，如何解決宇美國(guó)在上世紀(jì)六十年代初，航天事業(yè)崛起，如何解決宇 航員的排尿問(wèn)題迫在眉睫，華人航員的排尿問(wèn)題迫在眉睫，華人唐鑫源唐鑫源成為成為“尿不濕尿不濕” 的發(fā)明人，后來(lái)他被譽(yù)為美國(guó)的發(fā)明人，后來(lái)他被譽(yù)為美國(guó)“太空服之父太空服之父

3、”。 美國(guó)從美國(guó)從19591959年起甄選的年起甄選的7 7位宇航員合影位宇航員合影 “神舟5號(hào)”、 “神舟6號(hào)”上天的三位 航天員先后也都使用了“尿不濕” 航天員專用航天員專用“尿不濕尿不濕”1 1克能吸收約克能吸收約10001000克水克水 ， 吸水性遠(yuǎn)強(qiáng)于一般嬰兒使用的吸水性遠(yuǎn)強(qiáng)于一般嬰兒使用的“尿不濕尿不濕” ” “尿不濕”是航天產(chǎn)品“下凡”的成功典 范！現(xiàn)在不僅是嬰幼兒使用，還有供特殊 成人使用的，更有趣的是有些寵物也系上 了“尿不濕”出門溜達(dá)，以保護(hù)公共衛(wèi)生。 資料顯示：資料顯示： 19871987年，英國(guó)年，英國(guó) 一次性尿布銷一次性尿布銷 售利潤(rùn)達(dá)售利潤(rùn)達(dá)2 2億英億英 鎊。設(shè)想

4、一下鎊。設(shè)想一下 我們中國(guó)這樣我們中國(guó)這樣 一個(gè)人口大國(guó)，一個(gè)人口大國(guó)， 利潤(rùn)有多么驚利潤(rùn)有多么驚 人！人！ 你了解你了解“尿不濕尿不濕”的材料嗎？它應(yīng)該有什么性能？的材料嗎？它應(yīng)該有什么性能？ “ “尿不濕尿不濕”起作用的物質(zhì)是一種起作用的物質(zhì)是一種功能高分子功能高分子材材 料，具有料，具有很強(qiáng)的吸水能力很強(qiáng)的吸水能力。它所用的材料是高吸水。它所用的材料是高吸水 性樹(shù)脂（常用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉性樹(shù)脂（常用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉 ） 聚丙烯酸鈉如何合成？聚丙烯酸鈉如何合成？ 思考：如何思考：如何以帶有強(qiáng)親水性原子團(tuán)的化合物以帶有強(qiáng)親水性原子團(tuán)的化合物 CHCH2 2=CHCOOH=CHCOOH

5、制得網(wǎng)狀聚丙烯酸鈉？制得網(wǎng)狀聚丙烯酸鈉？ CHCH2 2=CHCOOH CH=CHCOOH CH2 2=CHCOONa=CHCOONa 加交聯(lián)劑得網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)加交聯(lián)劑得網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 加交聯(lián)劑的目的是什么？加交聯(lián)劑的目的是什么？ 高吸水性樹(shù)脂加交聯(lián)劑的目的是變線型結(jié)構(gòu)為體型高吸水性樹(shù)脂加交聯(lián)劑的目的是變線型結(jié)構(gòu)為體型 結(jié)構(gòu)，使其既有吸水性而又不溶于水，耐擠壓。結(jié)構(gòu)，使其既有吸水性而又不溶于水，耐擠壓。 傳統(tǒng)吸水性材料傳統(tǒng)吸水性材料吸水性高分子材料吸水性高分子材料 種類種類紙、棉布（纖維紙、棉布（纖維 素）、動(dòng)物膠、海素）、動(dòng)物膠、海 綿、泡沫塑料綿、泡沫塑料 聚丙烯酸鈉等聚丙烯酸鈉等 吸水性吸水性吸收與

6、自身等量或吸收與自身等量或 最多幾十倍的水最多幾十倍的水 吸收相當(dāng)于自身幾百吸收相當(dāng)于自身幾百 倍到幾千倍的水倍到幾千倍的水 保水性保水性遭受外力易擠出水遭受外力易擠出水遭受外力不擠出水遭受外力不擠出水 結(jié)論結(jié)論良好吸水性良好吸水性優(yōu)異吸水性、保水性優(yōu)異吸水性、保水性 用途用途十分有限十分有限驚人效益驚人效益 纖維素的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式纖維素的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式 傳統(tǒng)吸水性的材料棉花為何有一定的吸水性？傳統(tǒng)吸水性的材料棉花為何有一定的吸水性？ 發(fā)現(xiàn)其每個(gè)鏈節(jié)上都有發(fā)現(xiàn)其每個(gè)鏈節(jié)上都有OHOH，它是一種親水基，它是一種親水基 如旱地種植、改良土壤、改造沙漠等。如旱地種植、改良土壤、改造沙漠等。 強(qiáng)吸水能力的功能高分

7、子材料除強(qiáng)吸水能力的功能高分子材料除了用于了用于 “ “尿不尿不 濕濕”，還有哪些用途？，還有哪些用途？ 保水劑是一種吸水能力特強(qiáng)的功能高分子材保水劑是一種吸水能力特強(qiáng)的功能高分子材 料。無(wú)毒無(wú)害，反復(fù)吸水、釋水料。無(wú)毒無(wú)害，反復(fù)吸水、釋水 “ “微型微型 水庫(kù)水庫(kù)”。同時(shí)，它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并。同時(shí)，它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并 緩慢釋放，增加肥效、藥效。高吸水性樹(shù)脂緩慢釋放，增加肥效、藥效。高吸水性樹(shù)脂 廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、建筑等。廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、建筑等。 （一）（一） 吸水性高分子吸水性高分子 制法：制法： （1 1）對(duì)天然吸水性高分子材料（淀粉、纖）對(duì)天然吸水性高分子材

8、料（淀粉、纖 維素）進(jìn)行改性，在它們的高分子鏈上再接維素）進(jìn)行改性，在它們的高分子鏈上再接 上含強(qiáng)親水性原子團(tuán)的支鏈，形成接枝共聚上含強(qiáng)親水性原子團(tuán)的支鏈，形成接枝共聚 物物( (如與丙烯酸鈉共聚如與丙烯酸鈉共聚) ) （2 2）以帶有強(qiáng)親水基的化合物為單體，均）以帶有強(qiáng)親水基的化合物為單體，均 聚或共聚得到親水性高聚物聚或共聚得到親水性高聚物如聚丙烯酸如聚丙烯酸 鈉（同時(shí)加入交聯(lián)劑）鈉（同時(shí)加入交聯(lián)劑） 。 兩種制法的共同特點(diǎn)：兩種制法的共同特點(diǎn)： 都要在反應(yīng)中加入少量或含兩個(gè)雙都要在反應(yīng)中加入少量或含兩個(gè)雙 鍵的二烯化合物作為交聯(lián)劑，讓高鍵的二烯化合物作為交聯(lián)劑，讓高 聚物分子鏈間發(fā)生交聯(lián)

9、，得到具有聚物分子鏈間發(fā)生交聯(lián)，得到具有 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂。 上世紀(jì)上世紀(jì)7070年代發(fā)展起來(lái)的親水隱形眼鏡具有年代發(fā)展起來(lái)的親水隱形眼鏡具有 特點(diǎn)：特點(diǎn)：吸收相當(dāng)于自重吸收相當(dāng)于自重80%80%水，才變得柔軟、透水，才變得柔軟、透 氣、舒適、戴時(shí)長(zhǎng)氣、舒適、戴時(shí)長(zhǎng) 制備隱形眼鏡所用的原料主要制備隱形眼鏡所用的原料主要 是是丙烯酸羥乙酯丙烯酸羥乙酯 （CHCH2 2=CHCOOCH=CHCOOCH2 2CHCH2 2OHOH） （2 2）高分子分離膜）高分子分離膜 高分子分子膜的特點(diǎn)：高分子分子膜的特點(diǎn)： 能夠能夠有選擇地有選擇地讓某些物質(zhì)通過(guò)，而把另外一些物讓某些物質(zhì)通過(guò)，而把

10、另外一些物 質(zhì)分離掉。質(zhì)分離掉。 分子膜的應(yīng)用：分子膜的應(yīng)用： 生活用水、工業(yè)廢水等廢液的處理；海水、苦咸水生活用水、工業(yè)廢水等廢液的處理；海水、苦咸水 的淡化；的淡化； 濃縮天然果汁、乳制品加工、釀酒各種能源的轉(zhuǎn)換濃縮天然果汁、乳制品加工、釀酒各種能源的轉(zhuǎn)換 高分子分離膜的組成：高分子分離膜的組成： 是用具有是用具有特殊分離功能特殊分離功能的高分子材料制成的高分子材料制成 （3 3）醫(yī)用高分子材料：）醫(yī)用高分子材料： 生物相容性生物相容性排斥排斥 具有優(yōu)異的具有優(yōu)異的_，較少受到，較少受到_，可以，可以 滿足人工器官對(duì)材料的苛刻要求。滿足人工器官對(duì)材料的苛刻要求。 如：人造心臟、人造如：人造

11、心臟、人造關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)、人造鼻等。、人造鼻等。 人造關(guān)節(jié)人造關(guān)節(jié) 人工心臟瓣膜人工心臟瓣膜 人造皮膚人造皮膚 人造血管人造血管 一張柔軟的紙，白中透出一張柔軟的紙，白中透出 微黃，這張不起眼的微黃，這張不起眼的“白白 紙紙”就是填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的就是填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的 高科技高科技“人造皮膚人造皮膚”。這。這 種種“人造皮膚人造皮膚”能幫助傷能幫助傷 口盡快恢復(fù)。比如燒燙傷，口盡快恢復(fù)。比如燒燙傷， 把水泡的水放出，用藥清把水泡的水放出，用藥清 洗后，將洗后，將“人造皮膚人造皮膚”敷敷 貼在傷口上，很快貼在傷口上，很快“人造人造 皮膚皮膚”就和人的身體長(zhǎng)在就和人的身體長(zhǎng)在 一起，成了真的皮膚。一起，成了真

12、的皮膚。 人造心臟人造心臟 人造腎臟人造腎臟 人工膀胱人工膀胱 人造膝關(guān)節(jié)人造膝關(guān)節(jié) 二、復(fù)合材料二、復(fù)合材料 1 1復(fù)合材料涵義復(fù)合材料涵義： 指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型 材料。其中一種做為材料。其中一種做為_(kāi)，另外材料做為，另外材料做為 _。 具有具有_等等 優(yōu)異性能，在綜合性能上超過(guò)了單一材料。優(yōu)異性能，在綜合性能上超過(guò)了單一材料。 2 2復(fù)合材料的性能：復(fù)合材料的性能： 基體基體 增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑 強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕 復(fù)合材料玻璃鋼復(fù)合材料玻璃鋼 玻玻 璃璃 鋼鋼 游游 艇艇 玻璃鋼冷卻塔玻璃鋼冷卻塔 玻璃鋼產(chǎn)品在化工、石油、建筑、體育、國(guó)防、航空航天工玻璃鋼產(chǎn)品在化工、石油、建筑、體育、國(guó)防、航空航天工 業(yè)包括神州五號(hào)載人飛船等高端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用業(yè)包括神州五號(hào)載人