功能高分子材料第一章绪论课件

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1、功能高分子材料功能高分子材料Functional polymers化学与材料科学学院化学与材料科学学院刘刘 宁宁 宁宁课程要求及考核方式课程要求及考核方式 4848学学时时、3 3学学分分、专专业业必必修修课课，考考查查课课，其其中中4444学学时时理论课理论课，2 2学时复习并答疑，学时复习并答疑，2 2学时随堂学时随堂开卷考试开卷考试。平平 时时 成成 绩绩 占占 30%30%，期期 末末 卷卷 面面 成成 绩绩 占占 70%70%，即即30+70=10030+70=100 平时成绩包括：平时成绩包括：(1)(1)出出勤勤：请请假假需需要要出出示示假假条条，迟迟到到或或早早退退一一次次扣扣

2、2 2分分，无无故故旷旷课课一一次次扣扣4 4分分，超超过过三三次次旷旷课课取取消消考考试试资资格格 (2)(2)作业作业/小测验小测验 (3)(3)课堂表现课堂表现2上课不能无故旷课、迟到、早退、睡觉、上课不能无故旷课、迟到、早退、睡觉、说话、玩手机、玩电子产品、说话、玩手机、玩电子产品、接打电话接打电话、随意出入随意出入手机静音、振动或关机手机静音、振动或关机考试题和答案以课件为准考试题和答案以课件为准3选用教材：选用教材：焦剑，姚军燕编焦剑，姚军燕编.功能高分子材料功能高分子材料.北京：化北京：化学工业出版社，学工业出版社，2007.72007.7参考书：参考书：1 1 马建标、李晨曦编

3、马建标、李晨曦编.功能高分子材料功能高分子材料.北北京：化学工业出版社，京：化学工业出版社，200020002 2 赵赵文文元元、王王亦亦军军编编.功功能能高高分分子子材材料料化化学学（第二版）（第二版）.北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，200320034第一章第一章 绪绪 论论 作作为为材材料料科科学学的的一一个个分分支支，功功能能高高分分子子材材料料日日益益受受到到世世人人的的瞩瞩目目，成成为为材材料料学学发发展展中中最最为为迅迅速和最有潜力的新兴学科。速和最有潜力的新兴学科。功功能能高高分分子子材材料料不不仅仅在在工工农农业业生生产产、国国防防技技术术、环环境境保保护护以以及

4、及生生命命科科学学等等方方面面得得到到了了广广泛泛的的应应用用，也也极极大大地地丰丰富富了了高高分分子子化化学学、高高分分子子物物理理及其相关学科的内容。及其相关学科的内容。其其研研究究涉涉及及的的领领域域除除高高分分子子科科学学外外，还还有有物物理学、力学、光学、医学、电学以及生物学理学、力学、光学、医学、电学以及生物学等。等。5 中中国国，高高分分子子材材料料从从2020世世纪纪4040年年代代开开始始发发展展，至至今今已已在在国国民民经经济济和和国国防防建建设设的的领领域域获获得得广广泛泛应应用，成为不可缺少的材料。用，成为不可缺少的材料。高高分分子子材材料料与与金金属属材材料料、陶陶瓷

5、瓷材材料料、复复合合材材料构成了材料中的四大支柱材料。料构成了材料中的四大支柱材料。1.1 1.1 功能高分子材料的概念及研功能高分子材料的概念及研究内容究内容62121世纪世纪-高分高分子的时代子的时代旧石器时代旧石器时代新石器时代新石器时代铁器时代铁器时代青铜器时代青铜器时代高分子时代高分子时代人类的文明史材料发展史人类的文明史材料发展史7从工程应用出发将高分子材料分为：从工程应用出发将高分子材料分为：通用高分子材料通用高分子材料高分子材料高分子材料结构高分子材料结构高分子材料工程高分子材料工程高分子材料功能高分子材料功能高分子材料8 通用高分子材料：通用高分子材料：应应用用面面广广量量大

6、大，技技术术成成熟熟、大大规规模模生生产产，价价格格较低的合成材料。较低的合成材料。塑料塑料 PE PP PS ABSPE PP PS ABS橡胶橡胶 PI PBPI PB纤维纤维 PAN PA PPPAN PA PP涂料涂料粘合剂粘合剂9 工程高分子材料：工程高分子材料：用与制造机械零件或外壳的工业用塑料。用与制造机械零件或外壳的工业用塑料。热热性性质质：高高TgTg、高高熔熔点点、热热变变形形温温度度高高、长长期期使用温度高、使用稳定范围大、热膨胀系数小。使用温度高、使用稳定范围大、热膨胀系数小。机械性质：高强度、高模量、耐磨损、耐疲劳。机械性质：高强度、高模量、耐磨损、耐疲劳。稳稳定定性

7、性：耐耐化化学学药药品品、抗抗电电性性、耐耐燃燃性性、耐耐候候性、尺寸安定性。性、尺寸安定性。1011功功能能高高分分子子材材料料：是是指指除除了了具具有有一一定定的的力力学学性性能能之之外外，还还具具有有某某些些特特定定功功能能（如如化化学学性性、导导电电性性、磁性、光敏性、生物活性等）的高分子材料。磁性、光敏性、生物活性等）的高分子材料。性能：性能：材料对外部作用的表征与抵抗特性。材料对外部作用的表征与抵抗特性。例例如如，对对外外力力的的抵抵抗抗表表现现为为材材料料的的强强度度、模模量量等等；对对热热的的抵抵抗抗表表现现为为耐耐热热性性；对对光光、电电、化化学学药药品品的的抵抵抗抗，则则表

8、表现现为为材材料料的的耐耐光光性性、绝绝缘缘性性、防防腐腐蚀性等。蚀性等。12 材材料料的的功功能能：是是指指向向材材料料输输入入某某种种能能量量和和信信息息，经经过过材材料料的的储储存存、传传输输或或转转换换等等过过程程，再再向向外外输输出的一种特性。出的一种特性。根据功能的定义将材料的功能分为：根据功能的定义将材料的功能分为：一次功能一次功能 二次功能二次功能 13 一一次次功功能能：当当向向材材料料输输入入的的能能量量和和信信息息与与从从材材料料输输出出的的能能量量和和信信息息属属于于同同一一形形式式时时，即即材材料料仅仅起起到到能能量量和和信信息息传传递递作作用用时时，材材料料的的这这

9、种种功功能能称称为为一次功能。一次功能。声学功能，吸音性、隔音性。声学功能，吸音性、隔音性。热学功能，隔热性、传热性、吸热性。热学功能，隔热性、传热性、吸热性。电磁学功能，导电性、磁性。电磁学功能，导电性、磁性。光光学学功功能能，透透光光性性、遮遮光光性性、反反射射和和折折射射光光性性、偏偏振振光光性性、聚光性、分光性。聚光性、分光性。化化学学功功能能，催催化化作作用用、吸吸附附作作用用、生生化化反反应应、酶酶反反应应、气气体吸收。体吸收。其他功能，电磁波特性、放射特性。其他功能，电磁波特性、放射特性。14二二次次功功能能：当当向向材材料料输输入入的的和和输输出出的的能能量量不不同同形形式式时

10、，材料起能量转换作用，这种功能称为二次功能。时，材料起能量转换作用，这种功能称为二次功能。机机械械能能与与其其他他形形式式能能量量的的交交换换，压压电电效效应应、反反压压电电效效应应、摩擦发热效应、热弹性效应、摩擦发光效应。摩擦发热效应、热弹性效应、摩擦发光效应。电电能能和和其其他他能能量量的的转转换换，电电磁磁效效应应、电电阻阻发发热热效效应应、热热电电效应、光电效应、电化学效应。效应、光电效应、电化学效应。磁能和其他形式能量的转换，热磁效应、光磁效应。磁能和其他形式能量的转换，热磁效应、光磁效应。热能和其他形式能量的转换，热刺激发光、热化学反应。热能和其他形式能量的转换，热刺激发光、热化学

11、反应。光光能能和和其其他他形形式式能能量量的的转转换换，光光化化学学反反应应、光光致致抗抗蚀蚀、光光分解反应、光电效应。分解反应、光电效应。15 研究内容：研究内容：（1 1）功功能能高高分分子子的的分分子子结结构构、二二次次结结构构及及高高次次结结构构的的设设计计，以以及及这这些些层层次次的的结结构构与与聚聚合合物物的的功功能能与性能之间的关系；与性能之间的关系；（2 2）功功能能高高分分子子材材料料的的合合成成原原理理与与制制备备方方法法，多多种功能结构的复合及加工工艺；种功能结构的复合及加工工艺；（3 3）功功能能高高分分子子材材料料的的应应用用，各各种种功功能能及及性性能能的的表征及研

12、究方法。表征及研究方法。161.2 1.2 功能高分子材料的分类和特点功能高分子材料的分类和特点 一、分类一、分类（1 1）按照组成及结构）按照组成及结构结构型功能高分子材料：结构型功能高分子材料：在大分子链中具有特在大分子链中具有特定的功能基团的高分子材料，它们的功能性是定的功能基团的高分子材料，它们的功能性是由分子中所含的特定的功能基团来实现的。由分子中所含的特定的功能基团来实现的。复合型功能高分子材料：复合型功能高分子材料：以普通高分子材料为以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能的其他材料基体或载体，与具有某些特定功能的其他材料以一定的方式复合而成的，它们的功能性是由以一定的方

13、式复合而成的，它们的功能性是由高分子材料以外的添加组分得到的。高分子材料以外的添加组分得到的。17（2）按照功能高分子材料的来源）按照功能高分子材料的来源天然功能高分子材料：天然功能高分子材料：生物高分子如生物高分子如酶、蛋白质、核酸、多肽等。酶、蛋白质、核酸、多肽等。半合成功能高分子材料：半合成功能高分子材料：以天然高分以天然高分子材料为主体，通过对它们的改性而子材料为主体，通过对它们的改性而制备的功能高分子材料。制备的功能高分子材料。合成功能高分子材料：合成功能高分子材料：依据功能性的依据功能性的需求，对其化学结构、凝聚态结构、需求，对其化学结构、凝聚态结构、复合结构以及宏观形态进行设计，

14、从复合结构以及宏观形态进行设计，从而充分发挥其功能性。而充分发挥其功能性。可生物降解可生物降解18（3）按其功能和应用特点）按其功能和应用特点具体可划分为具体可划分为8 8种类型。种类型。化学化学 高分子试剂、可降解高分子、离子交换高分子试剂、可降解高分子、离子交换 树脂、螯合树脂、絮凝剂、高吸水性树脂树脂、螯合树脂、絮凝剂、高吸水性树脂光光 光稳定剂、光刻胶，感光材料、光导材料光稳定剂、光刻胶，感光材料、光导材料 和光致变色材料和光致变色材料电电 导电聚合物、电致发光材料、和电致变色导电聚合物、电致发光材料、和电致变色 材料以及其他电敏感性材料材料以及其他电敏感性材料19磁磁 光磁材料、磁性

15、橡胶光磁材料、磁性橡胶热热 耐烧蚀塑料、热释光塑料耐烧蚀塑料、热释光塑料声声 吸音防震材料、超声波发振材料吸音防震材料、超声波发振材料机械机械 分离膜、压电高分子、分离膜、压电高分子、生物生物 医用高分子材料、药用高分子材料、仿生医用高分子材料、药用高分子材料、仿生 高分子、医药用辅助材料高分子、医药用辅助材料20二、特点二、特点 技技术术密密集集、品品种种多多、产产品品少少，专专用用性性强强的的特点，同时还具备以下特点：特点，同时还具备以下特点：1 1、质质量量轻轻，通通过过不不同同的的加加工工方方法法可可以以成成型型各各种种形状和宏观形态的制品。形状和宏观形态的制品。2 2、与与其其他他的

16、的高高分分子子材材料料以以化化学学或或物物理理的的方方式式复复合，合，结构和配方的可设计性强。结构和配方的可设计性强。3 3、具具有有很很高高的的力力学学性性能能和和尺尺寸寸稳稳定定性性，可可用用于于制作结构件。制作结构件。211.3 1.3 功能高分子材料的功能与结构功能高分子材料的功能与结构的关系的关系一一、高高分分子子骨骨架架与与高高分分子子材材料料功功能能性性的关系的关系 高高分分子子骨骨架架主主要要其其承承载载官官能能团团的的作作用用，同同时时高高分分子子的的结结构构（化化学学结结构构、分分子子链链的的结结构构、凝凝聚聚态态结结构构以以及及宏宏观观形形态态等等）也也会会对对物物理理化

17、化学学性性质质及及功能性的发挥产生不可忽视的影响。功能性的发挥产生不可忽视的影响。例如，高分子分离膜、离子交换树脂。例如，高分子分离膜、离子交换树脂。化化学学形形态态分分为为线线型型高高分分子子、支支化化高高分分子子、交交联联高高分子以及树形高分子。分子以及树形高分子。22 二、官能团与高分子材料功能性的关系二、官能团与高分子材料功能性的关系 1 1、官能团的性质对高分子的功能起主要作、官能团的性质对高分子的功能起主要作 用；用；2 2、聚合物与官能团协同作用；、聚合物与官能团协同作用；3 3、聚合物骨架起作用；、聚合物骨架起作用；4 4、官能团起辅助作用。、官能团起辅助作用。23 1.4 1

18、.4 功能高分子材料的制备功能高分子材料的制备 一一、通通过过小小分分子子或或高高分分子子的的化化学学反反应应制备功能高分子材料制备功能高分子材料 分子设计包括：分子设计包括：一一次次结结构构：高高分分子子链链的的化化学学结结构构，如如主主链链和和侧侧基基的化学结构，其上的官能团。的化学结构，其上的官能团。二二次次结结构构：高高分分子子链链的的结结构构，如如高高分分子子链链的的构构象象以及分子量及其分布等。以及分子量及其分布等。24合成方法：合成方法：1 1、利利用用含含有有功功能能基基团团的的单单体体经经过过加加聚聚或或缩缩聚聚等等反应制取，即反应制取，即功能性小分子的高分子化功能性小分子的

19、高分子化；2 2、利利用用现现有有的的合合成成或或天天然然高高分分子子，通通过过高高分分子子化化学反应引入预期的功能基团。学反应引入预期的功能基团。25 通通过过在在功功能能性性小小分分子子中中引引入入可可聚聚合合基基团团得得到到单单体体，然然后后进进行行均均聚聚或或共共聚聚反反应应生生成成功功能能聚聚合合物物。这这些些可可聚聚合合功功能能性性单单体体中中的的可可聚聚合合基基团团一一般般为为双双键键、羟羟基基、羧羧基基、氨氨基基、环环氧氧基基、酰酰氯氯基基、吡吡咯咯基、噻吩基基、噻吩基等基团。等基团。发发生生加加成成聚聚合合反反应应，开开环环聚聚合合反反应应，缩缩聚聚反反应应以及以及氧化偶合反

20、应氧化偶合反应。26吡咯基、噻吩基吡咯基、噻吩基Z为隔离基团，为隔离基团，R为功能型小分子为功能型小分子 27 丙丙烯烯酸酸分分子子中中带带有有双双键键，同同时时又又带带有有活活性性羧羧基基。经经过过自自由由基基均均聚聚或或共共聚聚，即即可可形形成成聚聚丙丙烯烯酸酸及及其其共共聚聚物物，可可以以作作为为弱弱酸酸性性离离子子交交换换树树脂脂、高高吸吸水水性性树树脂脂等等应应用用。这这是是带带有有功功能能性性基基团团的的单单体体聚合制备功能高分子的简单例子。聚合制备功能高分子的简单例子。28 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，采用多采用多种单体进行共聚反应制备功能

21、高分子种单体进行共聚反应制备功能高分子也是一种常见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，或者需要调节聚合物的物理化学性质布和密度时，或者需要调节聚合物的物理化学性质时，共聚可能是最行之有效的解决办法。时，共聚可能是最行之有效的解决办法。29 聚苯乙烯分子中的苯环比较活泼，可以进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，如行一系列的芳香取代反应，如磺化、氯甲基化、磺化、氯甲基化、卤化、硝化、锂化、烷基化、羧基化、氨基化卤化、硝化、锂化、烷基化、羧基化、氨基化等等，因此是功能高分子制备中最常用的骨架等等，因

22、此是功能高分子制备中最常用的骨架母体。母体。聚苯乙烯芳环上的取代反应聚苯乙烯芳环上的取代反应30聚苯乙烯磺化、氯甲基化聚苯乙烯磺化、氯甲基化31可用于在聚乙烯醇可用于在聚乙烯醇结构中引入活性基结构中引入活性基团的反应团的反应 32 例子：例子：小小分分子子过过氧氧酸酸是是常常用用的的强强氧氧化化剂剂，在在有有机机合合成成中中是是重重要要的的试试剂剂。但但是是，这这种种小小分分子子过过氧氧酸酸的的主主要要缺缺点点在在于于稳稳定定性性不不好好，容容易易发发生生爆爆炸炸和和失失效效，不不便便于于储储存存。反反应应后后产产生生的的羧羧酸酸也也不不容容易易除除掉掉，经经常常影影响响产产品品的的纯纯度度。

23、将将其其引引入入高高分分子子骨骨架架后后形形成成的的高高分分子子过过氧氧酸酸，挥挥发发性性和和溶溶解解性性下下降降，稳稳定定性性提高。提高。33小小分分子子氧氧化化剂剂：不不稳稳定定，易易爆爆，易易燃燃，易易分分解解失效，贮存、运输、使用困难。失效，贮存、运输、使用困难。高高分分子子氧氧化化剂剂：稳稳定定性性好好，贮贮存存、运运输输、使使用用方便。方便。3435 例子：例子：青霉素是一种抗多种病菌的广谱抗菌素，应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，见效快的特点，但用十分普遍。它具有易吸收，见效快的特点，但也有排泄快的缺点。利用青霉素结构中的也有排泄快的缺点。利用青霉

24、素结构中的羧基羧基、氨基氨基与高分子反应，可得到疗效长的高分子青霉与高分子反应，可得到疗效长的高分子青霉素。例如将青霉素与素。例如将青霉素与乙烯醇乙烯胺乙烯醇乙烯胺共聚物以共聚物以酰酰胺键胺键相结合，得到水溶性的药物高分子，这种高相结合，得到水溶性的药物高分子，这种高分子青霉素在人体内的停留时间为低分子青霉素分子青霉素在人体内的停留时间为低分子青霉素的的30304040倍。倍。36二二、通通过过特特殊殊加加工工赋赋予予高高分分子子的的功功能能特性特性 聚聚合合物物通通过过特特定定的的加加工工方方法法和和加加工工工工艺艺，可可以以较较精精确确地地控控制制其其聚聚集集状状态态结结构构及及其其宏宏观

25、观形形态态，从而使之体现出一定的功能。从而使之体现出一定的功能。37 例如，例如，将高透明性的丙烯酸酯聚合物，经熔融拉将高透明性的丙烯酸酯聚合物，经熔融拉丝使其分子链高度取向，可得到塑料光导纤维。丝使其分子链高度取向，可得到塑料光导纤维。许多通用塑料（如聚乙烯、聚丙烯等）和工许多通用塑料（如聚乙烯、聚丙烯等）和工程塑料（如聚碳酸酯、聚砜等）通过适当的制膜程塑料（如聚碳酸酯、聚砜等）通过适当的制膜工艺，可以精确地控制其薄膜的孔径，制成具有工艺，可以精确地控制其薄膜的孔径，制成具有分离功能的多孔膜和致密膜。分离功能的多孔膜和致密膜。38 1 1、在在聚聚合合反反应应前前，向向单单体体溶溶液液中中加

26、加入入功功能能性性化化合合物，在聚合过程中完成与功能性小分子的复合；物，在聚合过程中完成与功能性小分子的复合；2 2、采采用用聚聚合合物物溶溶液液或或使使聚聚合合物物处处于于熔熔融融状状态态时时与与其他的功能性化合物复合。其他的功能性化合物复合。均属于物理作用，无化学键连接。均属于物理作用，无化学键连接。三三、通通过过普普通通聚聚合合物物与与功功能能材材料料的的复复合，制成复合型功能高分子材料合，制成复合型功能高分子材料39 目目前前经经常常采采用用的的一一种种制制备备功功能能高高分分子子材材料料的的方方法法，如如将将绝绝缘缘塑塑料料（如如聚聚烯烯烃烃、环环氧氧树树脂脂等等）与与导导电电填填料

27、料（如如炭炭黑黑、金金属属粉粉末末）共共混混可可制制得得导导电电塑塑料料；与与磁磁性性填填料料（如如铁铁氧氧体体或或稀稀土土类类磁磁粉粉）共混和制得磁性塑料。共混和制得磁性塑料。401.1.5 5 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一、一、功能高分子发展的背景功能高分子发展的背景1.1.经济发展的需要经济发展的需要 自从自从19201920年施道丁格（年施道丁格（H.StaudingerH.Staudinger）建立分）建立分子概念以来，高分子材料以惊人的速度得到发展。子概念以来，高分子材料以惊人的速度得到发展。至至2020世纪世纪6060年代，高分子材料工业化已基本完善，年

28、代，高分子材料工业化已基本完善，解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。通解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。通用高分子和工程用高分子的世界总产量已超过几千用高分子和工程用高分子的世界总产量已超过几千万吨万吨/年，特种高分子则为几十万吨年，特种高分子则为几十万吨/年。年。41 19731973年和年和19781978年两次世界性的石油大危机，使年两次世界性的石油大危机，使原油价格猛涨。以石油为主要原料的高分子材料成原油价格猛涨。以石油为主要原料的高分子材料成本呈直线上升，商品市场陷入极为困难的处境。在本呈直线上升，商品市场陷入极为困难的处境。在这样的经济背景下，迫使人们试图用同样的原材

29、这样的经济背景下，迫使人们试图用同样的原材料，去制备价值更高的产品。功能高分子在这种外料，去制备价值更高的产品。功能高分子在这种外部条件促使下迅速地发展了起来。部条件促使下迅速地发展了起来。从从表表1-11-1的数据可以看出，的数据可以看出，发展功能高分子材料发展功能高分子材料可以获得较高的经济效益。可以获得较高的经济效益。42表表1-1 1-1 各种高分子材料的产量和各种高分子材料的产量和价格比价格比*品品 种种主要产品举例主要产品举例产量产量 /万吨万吨/年年价格比价格比通用高分子材料通用高分子材料LDPELDPE，HDPEHDPE，PVCPVC，PPPP，PSPS100010001 1中

30、间高分子材料中间高分子材料ABSABS，PMMAPMMA100100100010001 12 2工程高分子材料工程高分子材料PAPA，PCPC，POMPOM，PBTPBT，PPOPPO202080802 24 4特种高分子材料特种高分子材料有机氟材料，耐热性高分子，有机氟材料，耐热性高分子，各种功能高分子各种功能高分子1 120201010100100*价格比以通用高分子为价格比以通用高分子为1 1计。计。43 2.2.科学技术发展的需求科学技术发展的需求 8080-9090年代，科学技术有了迅速发展。能源、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展，对高分子材信息、电

31、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。即料提出了新的要求。即要求高分子材料具有迄今还要求高分子材料具有迄今还不曾有过的高性能和高功能不曾有过的高性能和高功能，甚至要求既具有高功，甚至要求既具有高功能亦具有高性能的高分子材料。能亦具有高性能的高分子材料。44 3.3.新新能源的能源的要求要求 太太阳阳能能和和氢氢将将成成为为今今后后的的主主要要能能源源。光光电电转转换换材材料料就就成成为为太太阳阳能能利利用用的的关关键键。硅硅材材料料已已进进入入了了实实用用阶阶段段。然然而而，按按现现在在的的能能量量转转换换效效率率，对对单单晶晶硅硅的的需需要要量量实实在在太太大大。以以日日本本

32、为为例例，若若利利用用太太阳阳能能达达到到当当前前日日本本电电力力的的1 1，就就需需100m100m的的单单晶晶硅硅至至少少2.72.7万万吨吨。这这相相当当于于日日本本目目前前单单晶晶硅硅总总产产量量的的9090倍倍。为为此此，人人们们把把注注意意力力转转向向可可高高效效转转换换太太阳阳能能的的功功能能高分子材料。如换能型高分子分离高分子材料。如换能型高分子分离膜的膜的利用利用。45 4.4.交交通和宇航技术的通和宇航技术的要求要求 既既高高速速又又节节约约能能源源是是交交通通运运输输和和宇宇航航事事业业迫迫切切需需要要解解决决的的课课题题。采采用用功功能能高高分分子子材材料料，在在一一定

33、定程程度度上上解解决决了了该该难难题题。就就目目前前的的成成就就来来看看，波波音音757757，767767飞飞机机采采用用KevlarKevlar增增强强材材料料（一一种种由由高高分分子子液液晶晶纺纺丝丝而而成成的的高高强强纤纤维维增增强强的的材材料料），可可省省油油5050。汽汽车车工工业业采采用用高高分分子子材材料料而而实实现现轻轻型型化化，从而达到省油和高速的目的。从而达到省油和高速的目的。46 5.微微电子技术的要电子技术的要求。求。高高度度集集成成化化是是微微电电子子工工业业发发展展的的趋趋势势。存存储储容容量量将将从从目目前前的的16K16K发发展展到到256K256K。此此时时

34、相相应应的的电电路路细细度度仅仅为为1.5m1.5m。因因此此，高高功功能能的的光光致致抗抗蚀蚀材材料料（感感光光高高分分子子）已已成成为为微微电电子子工工业业的的关关键键材材料料之之一。一。47 6.生生命科学的命科学的要求要求 人人类类对对生生命命奥奥秘秘的的探探索索，对对建建立立一一个个洁洁净净、安安全全的的世世界界的的渴渴望望，对对征征服服癌癌症症等等疾疾病病的的努努力力，均均对高分子材料提出了功能的要求。对高分子材料提出了功能的要求。例例如，生物分离介质的研制成功，使生命组成的如，生物分离介质的研制成功，使生命组成的各种各种组分能得以精细地分级，对生命科学的贡献组分能得以精细地分级，

35、对生命科学的贡献将将是十是十分重大的。可降解性高分子材料的问世，分重大的。可降解性高分子材料的问世，将大将大大减大减缓白色公害对人类的危害。缓白色公害对人类的危害。48 总之，功能高分子材料在国民经济建设和日常总之，功能高分子材料在国民经济建设和日常生活中将发挥越来越重要的作用，发展前景不可估生活中将发挥越来越重要的作用，发展前景不可估量。当然，量。当然，目前的成就尚处于十分初级的阶段目前的成就尚处于十分初级的阶段，有，有待于进一步研究和探索。待于进一步研究和探索。49二、二、功能高分子的发展历程功能高分子的发展历程 虽然特种与功能高分子材料的发展可以追述到虽然特种与功能高分子材料的发展可以追

36、述到很久以前，如光敏高分子材料和离子交换树脂都有很久以前，如光敏高分子材料和离子交换树脂都有很长的历史。但是作为一门独立的完整的学科，很长的历史。但是作为一门独立的完整的学科，功功能高分子是从能高分子是从2020世纪世纪8080年代中后期开始发展的年代中后期开始发展的。50 最最早的功能高分子可追述到早的功能高分子可追述到19351935年年离子交换树离子交换树 脂脂的发明。的发明。2020世纪世纪5050年代，美国人开发了年代，美国人开发了感光高分子感光高分子用于用于 印印刷工业，后来又发展到电子工业和微电子工业。刷工业，后来又发展到电子工业和微电子工业。19571957年发现了年发现了聚乙

37、烯基咔唑的光电导性聚乙烯基咔唑的光电导性，打破，打破 了了多年来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。多年来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。19661966年年littlelittle提提出出了了超超导导高高分分子子模模型型，预预计计了了高高分分子子材材料料超超导导和和高高温温超超导导的的可可能能性性，随随后后在在 19751975年发年发现了聚氮化硫的超导性。现了聚氮化硫的超导性。51 19721972年年出出现现了了液液晶晶高高分分子子产产品品KevlarKevlar纤纤维维（芳香族聚酰胺纤维）。（芳香族聚酰胺纤维）。19771977年年发发现现了了掺掺杂杂聚聚乙乙炔炔的的导导电电性性，合合

38、成成了了导导电聚合物。电聚合物。19931993年年，俄俄罗罗斯斯科科学学家家报报道道了了在在经经过过长长期期氧氧化化的的聚聚丙丙烯烯体体系系中中发发现现了了室室温温超超导导体体，这这是是迄迄今今为为止唯一报道的超导性有机高分子。止唯一报道的超导性有机高分子。52 20 20世纪世纪8080年代，年代，高分子传感器、人工脏器、高高分子传感器、人工脏器、高分子分子分离膜分离膜等技术得到快速发展。等技术得到快速发展。19911991年年发发现现了了尼尼龙龙1111的的铁铁电电性性，19941994年年塑塑料料柔柔性性太太阳阳能能电电池池在在美美国国阿阿尔尔贡贡实实验验室室研研制制成成功功，1997

39、1997年年发发现现聚聚乙乙炔炔经经过过掺掺杂杂具具有有金金属属导导电电性性，导导致了致了聚聚苯胺苯胺、聚吡咯、聚吡咯等一系列导电高分子的问世。等一系列导电高分子的问世。这这一切多反映了功能高分子日新月异的发展。一切多反映了功能高分子日新月异的发展。53 其其中从中从2020世纪世纪5050年代发展起来的年代发展起来的光敏高分子光敏高分子化化学，在光聚合、光交联、光降解、荧光以及光导机学，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破，特别在过去理的研究方面都取得了重大突破，特别在过去2020多多年中有了飞快发展，并在工业上得到广泛应用。比年中有了飞快发展，并在工业上得到

40、广泛应用。比如如光敏涂料、光致抗蚀剂、光稳定剂、光可降解材光敏涂料、光致抗蚀剂、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料、光刻胶、感光性树脂、以及光致发光和光致变色高分子材料色高分子材料都已经工业都已经工业化。化。近近年来年来高分子非高分子非线性光线性光学材料学材料也取得了突也取得了突破的破的进进展。展。54 反应型高分子反应型高分子是在有机合成和生物化学领域的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重要成果，已经开发出众多新型高分子试剂和高分高分子试剂和高分子催化剂子催化剂应用到科研和生产过程中，在提高合成反应用到科研和生产过程中，在提高合成反应的选

41、择性、简化工艺过程以及化工过程的绿色化应的选择性、简化工艺过程以及化工过程的绿色化方面做出了贡献。更重要的是由此发展而来的固相方面做出了贡献。更重要的是由此发展而来的固相合成方法和固定化酶技术开创了有机合成机械化、合成方法和固定化酶技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了关键性作用。研究方面起到了关键性作用。55 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合物，导电聚合物，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。此外的出现。此外超导、电超导、电致发光、电致变色聚合物致发光

42、、电致变色聚合物也是近年来的重要研究成也是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研制成功，有望成为新一代显示器日本和美国公司研制成功，有望成为新一代显示器件。此外众多化学传感器和分子电子器件的发明也件。此外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。得益于电活性聚合物和修饰电极技术的发展。56 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

43、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1818万万吨吨/日纯日纯水设备的能力。水设备的能力。57 医医药药用用功功能能高高分分子子是是目目前前发发展展非非常常迅迅速速的的一一个个领领域域，高高分分子子药药物物、高高分分子子人人工工组组织织器器官官、高高分分子子医医用用材材料料在在定定向向给给药药、器器官官替替代代、整整形形

44、外外科科和和拓展治疗范围方面做出了相当大的贡献。拓展治疗范围方面做出了相当大的贡献。58 2020世世纪纪8080年年代代以以来来，中中国国在在功功能能高高分分子子材材料料的的研研究究开开发发和和产产业业化化方方面面也也取取得得了了显显著著的的成成绩绩。在在合合成成二二茂茂铁铁磁磁性性高高分分子子的的合合成成和和应应用用研研究究、新新型型分分离离与与吸吸附附树树脂脂研研究究等等方方面面作作出出有有国国际际影影响响的的创新性成果。创新性成果。为为了了满满足足2121世世纪纪国国民民经经济济各各领领域域的的新新技技术术发发展展需需求求，功功能能高高分分子子正正在在向向高高功功能能化化、多多功功能能

45、化化、智能化和实用化智能化和实用化方面发展。方面发展。59三、发展方向三、发展方向1、聚合物纳米复合材料和分子自组装、聚合物纳米复合材料和分子自组装纳米材料纳米材料（尺寸为（尺寸为1100nm）是介于宏观物体）是介于宏观物体 与微观分子之间的介观系统，它所具有的体积与微观分子之间的介观系统，它所具有的体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应使它在力学、电学、磁学、热学和化学道效应使它在力学、电学、磁学、热学和化学活性等方面具有奇特的性能和功能。活性等方面具有奇特的性能和功能。分子自组装分子自组装是指在平衡条件下分子间通过非共是指在平衡条件下分子

46、间通过非共价的相互作用（即氢键、静电力和配价键）自价的相互作用（即氢键、静电力和配价键）自发缔合形成稳定结构的超分子聚集体的过程。发缔合形成稳定结构的超分子聚集体的过程。602、智能型高分子材料、智能型高分子材料 智智能能材材料料是是指指能能够够感感知知环环境境变变化化，自自我我判判断断和和作作出出反反应应，改改变变自自身身结结构构与与功功能能再再自自动动执执行的材料。行的材料。感感知知、信信息息处处理理和和执执行行三三个个功功能能是是智智能能材材料必须具备的基本功能。料必须具备的基本功能。目目前前研研究究很很活活跃跃的的智智能能高高分分子子是是高高分分子子凝凝胶。胶。3、降解高分子材料、降解高分子材料 完完全全生生物物降降解解性性塑塑料料，按按制制备备方方法法可可分分为为微生物合成型、化学合成型和天然高分子型。微生物合成型、化学合成型和天然高分子型。61