2024年度功能高分子第五章

功能高分子第五章2024/3/231功能高分子概述功能高分子結(jié)構(gòu)與性能功能高分子合成方法功能高分子應(yīng)用領(lǐng)域功能高分子發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)contents目錄2024/3/232CHAPTER功能高分子概述012024/3/233定義與分類定義功能高分子是一類以基本合成高分子為原料、在其中添加一些特殊的物質(zhì)或經(jīng)過(guò)特殊的處理后具有特殊功能的高分子材料。分類根據(jù)功能特性的不同，功能高分子可分為反應(yīng)型功能高分子、光敏型功能高分子、電活性功能高分子、生物醫(yī)用功能高分子等。2024/3/234功能高分子的研究始于20世紀(jì)60年代，隨著高分子科學(xué)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，功能高分子的研究和應(yīng)用也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。發(fā)展歷程目前，功能高分子已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如生物醫(yī)學(xué)、光電子學(xué)、催化劑、分離膜等。同時(shí)，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和需求的不斷增加，功能高分子的研究和應(yīng)用前景將更加廣闊?，F(xiàn)狀發(fā)展歷程及現(xiàn)狀2024/3/235功能高分子作為一類具有特殊功能的高分子材料，其研究不僅有助于深入了解高分子的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系，同時(shí)也為開(kāi)發(fā)新型的高分子材料提供了重要的思路和途徑。研究意義隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，對(duì)功能高分子的需求將不斷增加。未來(lái)，功能高分子將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如智能材料、環(huán)保材料、生物醫(yī)用材料等。同時(shí)，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和需求的不斷增加，功能高分子的研究和應(yīng)用前景將更加廣闊。前景研究意義與前景2024/3/236CHAPTER功能高分子結(jié)構(gòu)與性能022024/3/237結(jié)構(gòu)特點(diǎn)功能高分子通常具有復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，包括線性、支化、交聯(lián)等形態(tài)。其分子鏈上常帶有特殊官能團(tuán)或側(cè)鏈，賦予材料特殊功能。表征方法常用的表征方法包括紅外光譜（IR）、核磁共振（NMR）、凝膠滲透色譜（GPC）等，用于確定功能高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量及分布、官能團(tuán)類型等。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與表征方法2024/3/238性能指標(biāo)及測(cè)試方法功能高分子的性能指標(biāo)因應(yīng)用領(lǐng)域而異，但通常包括力學(xué)性能、熱性能、電性能、光性能、生物相容性等。性能指標(biāo)針對(duì)不同的性能指標(biāo)，采用相應(yīng)的測(cè)試方法進(jìn)行評(píng)估。例如，力學(xué)性能可通過(guò)拉伸試驗(yàn)、硬度測(cè)試等方法測(cè)定；熱性能可通過(guò)熱重分析（TGA）、差熱分析（DSC）等方法評(píng)估；電性能可通過(guò)電阻率、介電常數(shù)等參數(shù)表征；光性能可通過(guò)透光率、折射率等指標(biāo)衡量；生物相容性則可通過(guò)細(xì)胞毒性、血液相容性等試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。測(cè)試方法2024/3/239要點(diǎn)三結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響功能高分子的結(jié)構(gòu)對(duì)其性能具有重要影響。例如，分子鏈的柔韌性、官能團(tuán)的種類和數(shù)量、交聯(lián)程度等因素都會(huì)影響材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等。要點(diǎn)一要點(diǎn)二性能優(yōu)化策略通過(guò)改變功能高分子的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化。例如，引入剛性鏈段可提高材料的模量和強(qiáng)度；增加交聯(lián)度可提高材料的耐熱性和耐溶劑性；引入特定官能團(tuán)可賦予材料特殊功能，如導(dǎo)電性、熒光性等。結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系模型建立功能高分子結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的理論模型，有助于指導(dǎo)材料的設(shè)計(jì)和合成。目前，一些理論模型如自由體積理論、橡膠彈性理論等已被應(yīng)用于功能高分子的研究中，為深入理解結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系提供了有力工具。要點(diǎn)三結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系探討2024/3/2310CHAPTER功能高分子合成方法032024/3/2311通過(guò)單體之間逐步加成反應(yīng)，生成高分子化合物。逐步聚合反應(yīng)機(jī)理包括縮聚反應(yīng)、聚加成反應(yīng)等。逐步聚合反應(yīng)類型反應(yīng)過(guò)程緩慢，需要控制反應(yīng)條件，產(chǎn)物分子量分布較寬。逐步聚合反應(yīng)特點(diǎn)逐步聚合反應(yīng)合成法2024/3/231203自由基聚合反應(yīng)特點(diǎn)反應(yīng)速率快，產(chǎn)物分子量高，但分子量分布較寬，且不易控制。01自由基聚合反應(yīng)機(jī)理通過(guò)引發(fā)劑引發(fā)單體自由基，進(jìn)行鏈?zhǔn)郊映煞磻?yīng)，生成高分子化合物。02自由基聚合反應(yīng)類型包括均相聚合、乳液聚合、懸浮聚合等。自由基聚合反應(yīng)合成法2024/3/2313離子聚合反應(yīng)機(jī)理通過(guò)離子引發(fā)劑引發(fā)單體進(jìn)行鏈?zhǔn)郊映煞磻?yīng)，生成高分子化合物。離子聚合反應(yīng)類型包括陽(yáng)離子聚合、陰離子聚合等。離子聚合反應(yīng)特點(diǎn)反應(yīng)速率快，產(chǎn)物分子量高且分布窄，但需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件。離子聚合反應(yīng)合成法2024/3/2314利用金屬有機(jī)化合物作為催化劑，引發(fā)單體進(jìn)行配位加成反應(yīng)，生成高分子化合物。配位聚合通過(guò)開(kāi)環(huán)劑引發(fā)環(huán)狀單體進(jìn)行開(kāi)環(huán)加成反應(yīng)，生成高分子化合物。開(kāi)環(huán)聚合利用生物體內(nèi)的酶催化作用，將生物體內(nèi)的單體合成高分子化合物。生物合成其他合成方法簡(jiǎn)介2024/3/2315CHAPTER功能高分子應(yīng)用領(lǐng)域042024/3/2316吸附樹(shù)脂用于有機(jī)溶劑回收、廢水處理、空氣凈化等領(lǐng)域，通過(guò)物理吸附作用去除污染物。螯合樹(shù)脂具有特定配位基團(tuán)的樹(shù)脂，用于金屬離子的選擇性吸附和分離。離子交換樹(shù)脂用于水處理、制糖、味精等工業(yè)中的離子交換過(guò)程，實(shí)現(xiàn)離子的吸附和分離。吸附分離領(lǐng)域應(yīng)用2024/3/2317酶載體將酶固定在功能高分子上，提高酶的穩(wěn)定性、選擇性和重復(fù)使用性，應(yīng)用于生物催化、制藥等領(lǐng)域。光催化劑利用光能激發(fā)產(chǎn)生催化活性，用于有機(jī)合成、環(huán)境治理等領(lǐng)域。固體酸催化劑替代傳統(tǒng)液體酸催化劑，用于石油煉制、化學(xué)合成等領(lǐng)域，具有活性高、選擇性好、易于分離回收等優(yōu)點(diǎn)。催化領(lǐng)域應(yīng)用2024/3/2318藥物載體將藥物包裹在功能高分子內(nèi)部或吸附在其表面，實(shí)現(xiàn)藥物的緩釋、控釋和靶向輸送。生物相容性材料用于醫(yī)療器械、人工器官等領(lǐng)域，具有良好的生物相容性和生物活性?；蚬こ梯d體作為基因治療的載體，將目的基因?qū)氚屑?xì)胞，實(shí)現(xiàn)基因治療的目的。生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用0302012024/3/2319123添加功能高分子材料，賦予涂料防腐、防火、耐磨等特殊性能。功能性涂料用于分離、純化、濃縮等領(lǐng)域，如反滲透膜、超濾膜等。高分子膜材料與無(wú)機(jī)材料復(fù)合，形成具有優(yōu)異力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)的復(fù)合材料。高分子復(fù)合材料其他領(lǐng)域應(yīng)用舉例2024/3/2320CHAPTER功能高分子發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)052024/3/2321智能化發(fā)展功能高分子材料將更加注重智能化應(yīng)用，如智能傳感器、智能涂料等，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境、溫度、壓力等變化的智能響應(yīng)。綠色環(huán)保隨著環(huán)保意識(shí)的提高，功能高分子材料將更加注重環(huán)保性能，如生物降解性、低毒性等，減少對(duì)環(huán)境的污染。多功能化功能高分子材料將向多功能化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)多種功能的集成，如同時(shí)具備導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗菌等多種功能。發(fā)展趨勢(shì)分析2024/3/2322應(yīng)用挑戰(zhàn)功能高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，需要解決與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的匹配問(wèn)題，提高材料的穩(wěn)定性和可靠性。環(huán)保挑戰(zhàn)部分功能高分子材料難以降解，會(huì)對(duì)環(huán)境造成長(zhǎng)期污染，需要加強(qiáng)環(huán)保法規(guī)的制定和執(zhí)行，推廣環(huán)保型功能高分子材料。技術(shù)挑戰(zhàn)功能高分子材料的合成和制備技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，需要解決合成過(guò)程中的控制問(wèn)題、提高產(chǎn)率和降低成本等。面臨挑戰(zhàn)及解決策略2024/3/2323未來(lái)研究方向展望拓展功能高分子材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，如開(kāi)發(fā)生物相容性好的醫(yī)用高分子材