《功能高分子材料》課件

1、 指既有指既有傳統(tǒng)傳統(tǒng)高分子材料的高分子材料的機械性機械性能能，又有某些，又有某些特殊功能特殊功能的高分子材料。的高分子材料。功能高分子材料功能高分子材料2幾種功能高分子材料的種類幾種功能高分子材料的種類功能高分子材料功能高分子材料一一. .高吸水性材料高吸水性材料二二. .高分子分離膜高分子分離膜四四.復合材料復合材料三三. .醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料五五. .高分子材料的發(fā)展趨勢高分子材料的發(fā)展趨勢 探尋功能高分子材料時應考慮的問題：探尋功能高分子材料時應考慮的問題：(1).(1).具有什么樣的主鏈？具有什么樣的主鏈？(2).(2).具有什么樣的功能基？具有什么樣的功能基？(3).(3

2、).不斷修正。不斷修正。單體單體官能團官能團一一. .高吸水性材料高吸水性材料 親水性高聚物親水性高聚物（分子鏈帶有許多親水原子團）（分子鏈帶有許多親水原子團）鄧小平鄧小平美國美國時代周刊時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。時代周刊評出20世紀最偉大的100項發(fā)明，其中“尿不濕” 榜上有名 為什么為什么“尿不濕尿不濕” 能評為能評為2020世紀最偉大世紀最偉大的的100100項發(fā)明呢！最初項發(fā)明呢！最初是為誰專門設計的呢？是為誰專門設計的呢？美國在上世紀六十年代初，航天事業(yè)崛起，如美國在上世紀六十年代初，航天事業(yè)崛起，如何解決何解決宇航員的排尿問題迫

3、在眉睫宇航員的排尿問題迫在眉睫，華人，華人唐鑫唐鑫源源成為成為“尿不濕尿不濕”的發(fā)明人，后來他被譽為美的發(fā)明人，后來他被譽為美國國“太空服之父太空服之父”。美國從美國從19591959起甄選的起甄選的7 7位宇航員合影位宇航員合影“神舟5號”、 “神舟6號”等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克克能吸收能吸收約約10001000克水克水 ，吸水性遠強于一般嬰兒使用的吸水性遠強于一般嬰兒使用的“尿不濕尿不濕” ” “ “尿不濕尿不濕”是航天產(chǎn)品是航天產(chǎn)品“下凡下凡”的成功典范！的成功典范！現(xiàn)在不僅是嬰幼兒使用，還有供特殊成人使現(xiàn)在不僅是嬰幼兒使用

4、，還有供特殊成人使用的，更有趣的是有些寵物也系上了用的，更有趣的是有些寵物也系上了“尿不尿不濕濕”出門溜達，以保護公共衛(wèi)生出門溜達，以保護公共衛(wèi)生。 “尿不濕尿不濕”起作用的物質(zhì)是一種起作用的物質(zhì)是一種功能功能高分子高分子材料，具有材料，具有很強的吸水能力很強的吸水能力。它所。它所用的材料是用的材料是高吸水性樹脂高吸水性樹脂（常用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（常用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉的聚丙烯酸鈉 ）聚丙烯酸鈉如何合成？聚丙烯酸鈉如何合成？思考：如何思考：如何以帶有強親水性原子團的化合物以帶有強親水性原子團的化合物CHCH2 2=CHCOOH=CHCOOH制得網(wǎng)狀聚丙烯酸鈉？制得網(wǎng)狀聚丙烯酸鈉？加交聯(lián)劑的目的是什么

5、？加交聯(lián)劑的目的是什么？ 高吸水性樹脂加交聯(lián)劑的目的是高吸水性樹脂加交聯(lián)劑的目的是變支鏈型變支鏈型結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)為體型結(jié)構(gòu)體型結(jié)構(gòu)，使其，使其既有吸水性而又不溶于既有吸水性而又不溶于水，水， 耐擠壓耐擠壓。如如旱地種植旱地種植、改良土壤改良土壤、改造沙漠改造沙漠等。等。強吸水能力的功能高分子材料除了用于強吸水能力的功能高分子材料除了用于 “ “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的功能高分子材保水劑是一種吸水能力特強的功能高分子材料。無毒無害，反復吸水、釋水料。無毒無害，反復吸水、釋水 “ “微型微型水庫水庫”。同時，它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并同時，它還能吸收肥料

6、、農(nóng)藥、并緩慢釋放，增加肥效、藥效。高吸水性樹脂緩慢釋放，增加肥效、藥效。高吸水性樹脂廣泛用于農(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。 吸水性高分子制法吸水性高分子制法(2).(2).以帶有強親水基的化合物為單體，均聚以帶有強親水基的化合物為單體，均聚或共聚得到親水性高聚物或共聚得到親水性高聚物如聚丙烯酸鈉如聚丙烯酸鈉（同時加入交聯(lián)劑）（同時加入交聯(lián)劑） 。 (1).(1).對天然吸水性高分子材料（淀粉、纖維對天然吸水性高分子材料（淀粉、纖維素）進行改性素）進行改性，在它們的高分子鏈上再接上，在它們的高分子鏈上再接上含強親水性原子團的支鏈，形成接枝共聚物含強親水性原子團的支

7、鏈，形成接枝共聚物( (如與丙烯酸鈉共聚如與丙烯酸鈉共聚) )纖維素的結(jié)構(gòu)簡式纖維素的結(jié)構(gòu)簡式 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)其每個鏈節(jié)上都有發(fā)現(xiàn)其每個鏈節(jié)上都有OHOH，它是一種親水基，它是一種親水基 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吸水性吸水性保水性保水性結(jié)論結(jié)論用途用途 紙、棉布（纖維素）紙、棉布（纖維素）動物膠、海綿、泡沫塑料動物膠、海綿、泡沫塑料聚丙烯酸鈉等聚丙烯酸鈉等吸收與自身等量吸收與自身等量或最多幾十倍的水或最多幾十倍的水吸收相當于自身幾吸收相當于自身幾百倍到幾千倍的水百倍到幾千倍的水遭

8、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良好吸水性良好吸水性優(yōu)異吸水性優(yōu)異吸水性 保水性保水性十分有限十分有限驚人效益驚人效益具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄膜具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄膜能讓某些物質(zhì)能讓某些物質(zhì)有選擇地通過有選擇地通過，而把另外一些物，而把另外一些物質(zhì)分離掉質(zhì)分離掉二二. .高分子分離膜高分子分離膜. .組成組成. .特點特點. .應用應用生活用水、工業(yè)廢水等廢液的處理；海生活用水、工業(yè)廢水等廢液的處理；海水、苦咸水的淡化；水、苦咸水的淡化； 濃縮天然果汁、乳制品濃縮天然果汁、乳制品加工、釀酒、各種能源的轉(zhuǎn)換加工、釀酒、各種能源的轉(zhuǎn)換(傳感

9、膜、熱電傳感膜、熱電膜膜) 具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄膜，它的膜，它的特點是能讓某些物質(zhì)有選擇地通過，特點是能讓某些物質(zhì)有選擇地通過，而把另外一些物質(zhì)分離掉。而把另外一些物質(zhì)分離掉。 能從海水中分離出淡水的逆滲透膜已達到大能從海水中分離出淡水的逆滲透膜已達到大規(guī)模使用的階段規(guī)模使用的階段，它也是一種半透膜，只讓水分，它也是一種半透膜，只讓水分子通過，而使含鹽的低分子溶質(zhì)幾乎不能通過，子通過，而使含鹽的低分子溶質(zhì)幾乎不能通過，施加一定的壓力后，就能使水加速擠出。采用不施加一定的壓力后，就能使水加速擠出。采用不同結(jié)構(gòu)的逆滲透膜就可以獲得工業(yè)鍋爐水、飲料

10、同結(jié)構(gòu)的逆滲透膜就可以獲得工業(yè)鍋爐水、飲料水、無菌水、去離子水、洗滌半導體的超純水等。水、無菌水、去離子水、洗滌半導體的超純水等。在非洲一些缺水地區(qū)建立起不少海水淡化裝置。在非洲一些缺水地區(qū)建立起不少海水淡化裝置。一種一種PEC1000PEC1000的海水淡化裝置對海水如加壓的海水淡化裝置對海水如加壓 40407070公斤公斤/ /平方厘米，就可以得到平方厘米，就可以得到16162020的的淡水。淡水。建于沙特阿拉伯的基塔自來水廠，是世界建于沙特阿拉伯的基塔自來水廠，是世界上最大的海水淡化廠，日供應淡水上最大的海水淡化廠，日供應淡水1200012000噸，主要噸，主要使用使用醋酸纖維素醋酸纖維

11、素分離膜裝置。分離膜裝置。 分離膜具有神奇的魔術(shù)師般的本領(lǐng)分離膜具有神奇的魔術(shù)師般的本領(lǐng)，從下面，從下面的實驗中不難領(lǐng)會。將一瓶含的實驗中不難領(lǐng)會。將一瓶含酒精酒精4.5的普通啤的普通啤酒用水稀釋成兩瓶，然后倒入玻璃容器內(nèi)，只要酒用水稀釋成兩瓶，然后倒入玻璃容器內(nèi)，只要將這種溶液通過薄薄的一層分離膜，就能夠在幾將這種溶液通過薄薄的一層分離膜，就能夠在幾分鐘內(nèi)提取出酒精濃度達分鐘內(nèi)提取出酒精濃度達 93的乙醇的乙醇。這種乙醇。這種乙醇用一根火柴就能點燃。這個實驗中在分離膜的表用一根火柴就能點燃。這個實驗中在分離膜的表面施加了高頻電場，促使乙醇溶解、擴散、和水面施加了高頻電場，促使乙醇溶解、擴散、

12、和水分離，所耗電能僅為蒸餾法的十分之一。在過去分離，所耗電能僅為蒸餾法的十分之一。在過去要從液體中分離另一種液體，只能使用蒸餾法。要從液體中分離另一種液體，只能使用蒸餾法。三三. .醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料具有優(yōu)異的具有優(yōu)異的_，較少受到，較少受到_，可以滿足人工器官對材料的苛刻要求。可以滿足人工器官對材料的苛刻要求。如：人造心臟、人造關(guān)節(jié)、人造鼻等。如：人造心臟、人造關(guān)節(jié)、人造鼻等。生物相容性生物相容性排斥排斥相容性、親和性、排異性、機械性相容性、親和性、排異性、機械性 上世紀上世紀7070年代發(fā)展起來的親水隱形眼鏡年代發(fā)展起來的親水隱形眼鏡具有特點：具有特點：吸收相當于自重吸收相當于自

13、重80%80%水，才變得柔水，才變得柔軟、透氣、舒適、戴時長軟、透氣、舒適、戴時長 制備隱形眼鏡所用的原制備隱形眼鏡所用的原料主要是料主要是丙烯酸羥乙酯丙烯酸羥乙酯（CHCH2 2=CHCOOCH=CHCOOCH2 2CHCH2 2OHOH） 人造關(guān)節(jié)人造關(guān)節(jié)人人造造皮皮膚膚人造血管人造血管一張柔軟的紙，白中透出微一張柔軟的紙，白中透出微黃，這張不起眼的黃，這張不起眼的“白紙白紙”就是填補國內(nèi)空白的高科技就是填補國內(nèi)空白的高科技“人造皮膚人造皮膚”。這種這種“人造人造皮膚皮膚”能幫助傷口盡快恢復。能幫助傷口盡快恢復。比如燒燙傷，把水泡的水放比如燒燙傷，把水泡的水放出，用藥清洗后，將出，用藥清洗

14、后，將“人造人造皮膚皮膚”敷貼在傷口上，很快敷貼在傷口上，很快“人造皮膚人造皮膚”就和人的身體就和人的身體長在一起，成了真的皮膚。長在一起，成了真的皮膚。人造心臟人造心臟硅聚合物和聚氨酯硅聚合物和聚氨酯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)十年后十年后的某一天，的某一天，一位老人一位老人被告之他的被告之他的心臟正在急速衰竭，需要更換左心室。主治心臟正在急速衰竭，需要更換左心室。主治醫(yī)師將他健康的心臟細胞組織切片送到一家醫(yī)師將他健康的心臟細胞組織切片送到一家組織實驗室，即組織實驗室，即人造器官工廠人造器官工廠。研究人員利。研究人員利用組織切片和特殊聚合物制造出代用的左心用組織切片和

15、特殊聚合物制造出代用的左心室。三個月后，代用左心室被冷凍、包裝并室。三個月后，代用左心室被冷凍、包裝并送往醫(yī)院。醫(yī)生將代用品換到老人的心臟內(nèi)。送往醫(yī)院。醫(yī)生將代用品換到老人的心臟內(nèi)。由于代用品相當于老人自己的器官，手術(shù)之由于代用品相當于老人自己的器官，手術(shù)之后自然不會發(fā)生任何排斥反應，后自然不會發(fā)生任何排斥反應，老人的生命老人的生命因此而得到延續(xù)。因此而得到延續(xù)。人體器官商店人體器官商店四四. .復合材料復合材料1 1涵義：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_，另外材料做，另外材料做為為_。具有具有_ _等等優(yōu)異性

16、能，在綜合性能上超過了單一材料。優(yōu)異性能，在綜合性能上超過了單一材料。2 2性能：性能：基體基體增強劑增強劑強度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕強度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕復合材料玻璃鋼復合材料玻璃鋼玻玻 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、國防、航空航天工業(yè)包玻璃鋼產(chǎn)品在化工、石油、建筑、體育、國防、航空航天工業(yè)包括神州五號載人飛船等高端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用括神州五號載人飛船等高端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用 碳纖維復合材料，它具有強度高、耐疲勞、碳纖維復合材料，它具有強度高、耐疲勞、重量輕等優(yōu)點，重量輕等優(yōu)點，主要以聚丙烯腈為原料，也可用主要以聚丙烯腈為原

17、料，也可用人造絲、石油瀝青或煤瀝青為原料。人造絲、石油瀝青或煤瀝青為原料。復合材料復合材料碳纖維碳纖維 碳纖維是一種纖維狀碳材料。碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是它是一種強度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹一種強度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導電，具有許多寶貴的電學、熱學和力那樣導電，具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新型材料。學性能的新型材料。 目前，人們還不能直接目前，人們還不能直接用碳或石墨來抽成碳纖維，只能采用一些含用碳或石墨來抽成碳纖維，只能采用一些含碳的有機纖維（如尼龍絲、腈綸絲、人造絲碳的有機纖維（如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等）做原料，將等）做原料，將有機纖維跟塑料樹脂結(jié)合在有機纖維跟塑料樹脂結(jié)合在一起，放在稀有氣體的氣氛中，在一定壓強一起，放在稀有氣體的氣氛中，在一定壓強下強熱炭化而成下強熱炭化而成，而碳纖維