物理功能高分子材料

物理功能高分子材料第一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三目錄3-1絕緣高分子材料3-2導(dǎo)電高分子材料3-3高分子光學(xué)材料和光活性材料3-4高吸水樹(shù)脂3-5液晶高分子材料第二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三功能高分子材料

功能高分子材料一般指具有傳遞、轉(zhuǎn)換或貯存物質(zhì)、能量和信息作用的高分子及其復(fù)合材料，或具體地指在原有力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，還具有化學(xué)反應(yīng)活性、光敏性、導(dǎo)電性、催化性、生物相容性、藥理性、選擇分離性、能量轉(zhuǎn)換性、磁性等功能的高分子及其復(fù)合材料。

功能高分子材料是上世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的新興領(lǐng)域，是高分子材料滲透到電子、生物、能源等領(lǐng)域后開(kāi)發(fā)涌現(xiàn)出的新材料。近年來(lái)，功能高分子材料的年增長(zhǎng)率一般都在10％以上，其中高分子分離膜和生物醫(yī)用高分子的增長(zhǎng)率高達(dá)50％。第三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三功能高分子材料分類(lèi)

按照功能來(lái)分類(lèi)1化學(xué)功能離子交換樹(shù)脂、螯合樹(shù)脂、感光性樹(shù)脂、氧化還原樹(shù)脂、高分子試劑、高分子催化劑、高分子增感劑、分解性高分子等.

2.物理功能

導(dǎo)電性高分子（包括電子型導(dǎo)電高分子、高分子固態(tài)離子導(dǎo)體、高分子半導(dǎo)體）、高介電性高分子（包括高分子駐極體、高分子壓電體）、高分子光電導(dǎo)體、高分子光生伏打材料、高分子顯示材料、高分子光致變色材料等.

3.復(fù)合功能高分子吸附劑、高分子絮凝劑、高分子表面活性劑、高分子染料、高分子穩(wěn)定劑、高分子相溶劑、高分子功能膜和高分子功能電極等.

4.生物、醫(yī)用功能抗血栓、控制藥物釋放和生物活性等.

第四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三絕緣、導(dǎo)電高分子基礎(chǔ)電介質(zhì)在交變電場(chǎng)中由于消耗一部分電能，使介質(zhì)本身發(fā)熱，這種現(xiàn)象就是介電損耗?。分子極性大小是介電常數(shù)?大小的主要決定因素。衡量介質(zhì)在外電場(chǎng)中極化程度的一個(gè)宏觀物理量。導(dǎo)電載流子?：電子、空穴；正、負(fù)離子電子導(dǎo)電離子導(dǎo)電第五頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三飽和的非極性高聚物有最好的電絕緣性?

PE的電阻率：1018Ω·m極性高聚物的電絕緣性次之1012~

1015Ω·m原因：強(qiáng)極性基團(tuán)可能本征解離為本征導(dǎo)電離子，另其介電常數(shù)也較高共軛高聚物是高分子半導(dǎo)體材料原因：П電子的去定域化和高遷移率第六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三3-1絕緣高分子材料1、絕緣高分子的性能：P84-851）介電性能（電阻率、電擊穿強(qiáng)度、介電損耗）2）機(jī)械性能（抗張、抗彎曲、抗沖擊）3）熱穩(wěn)定性能（耐熱等級(jí)）4）化學(xué)穩(wěn)定性能（耐水、有機(jī)溶劑、酸堿、輻射）2、絕緣高分子材料的使用形態(tài)：P85第七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三聚酰亞胺絕緣材料聚酰亞胺是分子結(jié)構(gòu)含有酰亞胺基鏈節(jié)的芳雜環(huán)高分子化合物，英文名Polyimide(簡(jiǎn)稱PI)PI是目前工程塑料中耐熱性最好的品種之一，有的品種可長(zhǎng)期承受290℃高溫短時(shí)間承受490℃的高溫力學(xué)性能、耐疲勞性能、難燃性、尺寸穩(wěn)定性、電性能都好，成型收縮率小，耐油、一般酸和有機(jī)溶劑，不耐堿，有優(yōu)良的耐摩擦，磨耗性能

PI在電子電器方面均有應(yīng)用，電子工業(yè)上做印刷線路板、絕緣材料、耐熱性電纜、接線柱、插座第八頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三聚酰亞胺絕緣材料結(jié)構(gòu)及制備聚酰亞胺的基本結(jié)構(gòu)P85均苯型聚酰亞胺：制備P85

-87、性能P88熱性能優(yōu)秀，成型加工困難，對(duì)水和堿敏感醚酐型聚酰亞胺：制備P89

-90、性能P90有明顯的熔點(diǎn)，可進(jìn)行熔融加工，但其熱穩(wěn)定性不及均苯型聚酰亞胺聚酰胺-酰亞胺：分子鏈中耐熱的酰亞胺環(huán)，又引入了柔韌的酰胺鍵，故具有較好的耐熱性、柔韌性、耐磨性和加工性能。合成路線P91

-92聚酯-酰亞胺P92

-93與聚酰胺-酰亞胺相比，耐熱性略低，但彈性有所提高第九頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三聚芳酰胺絕緣材料聚間苯二甲酰間苯二胺的合成P102Tg：260-270℃，可紡性哌嗪芳環(huán)尼龍的合成P103有一定化學(xué)穩(wěn)定性，耐輻射，無(wú)儲(chǔ)存期限制第十頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三3-2導(dǎo)電高分子材料

載流子？---電荷移動(dòng)的載體按物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)，可充當(dāng)載流子的粒子?電子、離子金屬導(dǎo)電---電子導(dǎo)電；電解質(zhì)導(dǎo)電---離子導(dǎo)電使大分子導(dǎo)電的主要途徑及導(dǎo)電機(jī)理高度離域結(jié)構(gòu)（共軛結(jié)構(gòu)）高分子—但大分子之間的電荷轉(zhuǎn)移任需加入低分子導(dǎo)體（石墨、金屬粉末等）實(shí)現(xiàn)復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料第十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是以有機(jī)高分子材料為基體，加入一定數(shù)量的導(dǎo)電物質(zhì)(如炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉、金屬纖維、金屬氧化物等)組合而成。該類(lèi)材料兼有高分子材料的易加工特性和金屬的導(dǎo)電性。與金屬相比較,導(dǎo)電性復(fù)合材料具有加工性好、工藝簡(jiǎn)單、耐腐蝕、電阻率可調(diào)范圍大、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。第十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三與金屬和半導(dǎo)體相比較，導(dǎo)電高分子的電學(xué)性能具有如下特點(diǎn)：（1）通過(guò)控制摻雜度，導(dǎo)電高分子的室溫電導(dǎo)率可在絕緣體-半導(dǎo)體-金屬態(tài)范圍內(nèi)變化。目前最高的室溫電導(dǎo)率可達(dá)105S/cm，它可與銅的電導(dǎo)率相比，而重量?jī)H為銅的1/12；（2）導(dǎo)電高分子可拉伸取向。沿拉伸方向電導(dǎo)率隨拉伸度而增加，而垂直拉伸方向的電導(dǎo)率基本不變，呈現(xiàn)強(qiáng)的電導(dǎo)各向異性；（3）盡管導(dǎo)電高分子的室溫電導(dǎo)率可達(dá)金屬態(tài)，但它的電導(dǎo)率-溫度依賴性不呈現(xiàn)金屬特性，而服從半導(dǎo)體特性；（4）導(dǎo)電高分子的載流子既不同于金屬的自由電子，也不同于半導(dǎo)體的電子或空穴，而是用孤子、極化子和雙極化子概念描述。應(yīng)用主要有電磁波屏蔽、電子元件(二極管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等)、微波吸收材料、隱身材料等。第十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三3-3高分子光學(xué)材料和光活性材料光學(xué)性能透光性透明性：透過(guò)率透明絕熱性聚合物可透過(guò)可見(jiàn)光，但反射/吸收長(zhǎng)波（紅外）射線的的特性折射率折射定律：相對(duì)折射率n2=？光的全反射光密介質(zhì)、光疏介質(zhì)

光學(xué)材料PMMA的制備P114第十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三光活性感光性分子內(nèi)或分子間產(chǎn)生化學(xué)、物理變化---復(fù)印光輸入的信息（光成像功能）光照強(qiáng)度不同材料結(jié)構(gòu)密度不同，溶解性能差異溶解洗滌，精致成像高分子材料吸收光能第十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三光致變色光致導(dǎo)電性主鏈為共軛鍵或側(cè)基帶大π電子系結(jié)構(gòu)物質(zhì)發(fā)生可逆結(jié)構(gòu)變化（光致異構(gòu)現(xiàn)象）顏色變化高分子材料吸收光能對(duì)可見(jiàn)光的吸收波長(zhǎng)也變化第十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三感光性高分子

概述感光性高分子是指在吸收了光能后，能在分子內(nèi)或分子間產(chǎn)生化學(xué)、物理變化的一類(lèi)功能高分子材料。而且這種變化發(fā)生后，材料將輸出其特有的功能。在光作用下能迅速發(fā)生化學(xué)和物理變化的高分子，或者通過(guò)高分子或小分子上光敏基團(tuán)所引起的光化學(xué)反應(yīng)（如聚合、二聚、異構(gòu)化和光解等）和相應(yīng)的物理性質(zhì)（如溶解度、顏色和導(dǎo)電性等）變化而獲得的高分子材料。photosensitivepolymers第十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三從廣義上講，按其輸出功能，感光性高分子包括光導(dǎo)電材料、光電轉(zhuǎn)換材料、光能儲(chǔ)存材料、光記錄材料、光致變色材料和光致抗蝕材料等。第十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三

光敏高分子按高分子合成目的不同，可分為：在側(cè)鏈或主鏈上含有光敏官能團(tuán)的高分子。由二元或多元光敏官能團(tuán)構(gòu)成的交聯(lián)劑。在高效光引發(fā)劑存在下單體或預(yù)聚體發(fā)生聚合和交聯(lián)而生成的高分子。

第十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三按應(yīng)用技術(shù)不同可分為：成像體系①主要用于光加工工藝、非銀鹽照相、復(fù)制、信息記錄和顯示等方面；光致抗蝕劑是很重要的一類(lèi)，又稱光刻膠，大量用于印刷制版和電子工業(yè)的光刻技術(shù)中。第二十頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三②非圖像體系，大量用于光固化涂層、印刷油墨、粘合劑和醫(yī)用材料等方面。

尤其前兩類(lèi)，由于它們不需用溶劑、無(wú)污染以及固化速率快等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展很快，它們主要由樹(shù)脂或預(yù)聚體、交聯(lián)單體（一般為雙或多官能丙烯酸酯類(lèi)）、光引發(fā)劑和顏料或染料組成。③其他功能性光敏高分子。

可根據(jù)不同用途，通過(guò)引入相應(yīng)功能的光敏官能團(tuán)而制得，如利用吲哚啉苯并螺吡喃的光異構(gòu)反應(yīng)，制備光致變色高分子等。第二十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三

光刻膠是微電子技術(shù)中細(xì)微圖形加工的關(guān)鍵材料之一。特別是近年來(lái)大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，更是大大促進(jìn)了光刻膠的研究和應(yīng)用。印刷工業(yè)是光刻膠應(yīng)用的另一重要領(lǐng)域。1954年首先研究成功的聚乙烯醇肉桂酸酯就是首先用于印刷技術(shù)，以后才用于電子工業(yè)的。與傳統(tǒng)的制版工業(yè)相比，用光刻膠制版，具有速度快、重量輕、圖案清晰等優(yōu)點(diǎn)。尤其是與計(jì)算機(jī)配合后，更使印刷工業(yè)向自動(dòng)化、高速化方向發(fā)展。第二十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三感光性粘合劑、油墨、涂料是近年來(lái)發(fā)展較快的精細(xì)化工產(chǎn)品。與普通粘合劑、油墨和涂料等相比，前者具有固化速度快、涂膜強(qiáng)度高、不易剝落、印跡清晰等特點(diǎn)，適合于大規(guī)?？焖偕a(chǎn)。尤其對(duì)用其他方法難以操作的場(chǎng)合，感光性粘合劑、油墨和涂料更有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。例如牙齒修補(bǔ)粘合劑，用光固化方法操作，既安全又衛(wèi)生，而且快速便捷，深受患者與醫(yī)務(wù)工作者歡迎。第二十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三感光性高分子作為功能高分子材料的一個(gè)重要分支，自從1954年由美國(guó)柯達(dá)公司的Minsk等人開(kāi)發(fā)的聚乙烯醇肉桂酸酯成功應(yīng)用于印刷制版以后，在理論研究和推廣應(yīng)用方面都取得了很大的進(jìn)展，應(yīng)用領(lǐng)域已從電子、印刷、精細(xì)化工等領(lǐng)域擴(kuò)大到塑料、纖維、醫(yī)療、生化和農(nóng)業(yè)等方面。第二十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三感光樹(shù)脂1、負(fù)片型與正片型感光樹(shù)脂負(fù)片型感光樹(shù)脂高分子材料經(jīng)過(guò)光照后，曝光部分分子結(jié)構(gòu)從線型可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀不可溶性，從而產(chǎn)生了對(duì)溶劑的抗蝕能力。未曝光部分溶解成負(fù)像正片型感光樹(shù)脂高分子材料受光照輻射后，感光部分發(fā)生光分解反應(yīng)，從而變?yōu)榭扇苄?。未曝光部分突出成正像第二十五?yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三具有光二聚或光聚合功能側(cè)基的感光樹(shù)脂P116聚乙烯醇肉桂酸酯聚乙烯氧乙撐肉桂酸酯聚乙烯醇肉桂叉醋酸酯聚乙烯苯酚肉桂酸酯該類(lèi)樹(shù)脂屬于負(fù)片型感光樹(shù)脂，在光照下側(cè)基的雙鍵開(kāi)鍵聚合曝光度？第二十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三聚乙烯醇肉桂酸酯在光照下側(cè)基可發(fā)生光二聚反應(yīng)，形成環(huán)丁烷基而交聯(lián)，其結(jié)構(gòu)如下圖表示。第二十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三具有雙感光聚合基團(tuán)的單體與其它單體的復(fù)配物P119N，N’-甲撐雙丙烯酰胺N，N’-二丙烯酰-間苯二胺雙丙烯酸乙二醇酯第二十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三光分解樹(shù)脂P119帶鄰位重氮萘醌側(cè)基的聚合物甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯-甲基異丙烯基酮共聚物增感劑P117使聚合物對(duì)光線特征吸收由紫外光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)第二十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三光致變色高分子材料結(jié)構(gòu)改變其對(duì)可見(jiàn)光的吸收也發(fā)生變化----發(fā)生顏色變化停止光照---恢復(fù)原來(lái)的結(jié)構(gòu)帶有光色基團(tuán)的高分子材料吸收光能恢復(fù)原來(lái)的顏色第三十頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三3-4高吸水樹(shù)脂高吸水樹(shù)脂(SuperAbsorbentPolymer，SAP)是一種新型功能高分子材料。它具有吸收比自身重幾百到幾千倍水的高吸水功能，并且保水性能優(yōu)良，一旦吸水膨脹成為水凝膠時(shí)，即使加壓也很難把水分離出來(lái)。高吸水樹(shù)脂是一類(lèi)含有親水基團(tuán)和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的大分子，最早由Fanta等采用淀粉接枝聚丙烯腈再經(jīng)皂化制得。第三十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三按原料劃分，有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纖維素系(羧甲基化、接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等)幾大類(lèi)。其中聚丙烯酸系高吸水樹(shù)脂較淀粉系及纖維素系相比，具有生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、吸水能力強(qiáng)、產(chǎn)品保質(zhì)期長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前世界高吸水樹(shù)脂生產(chǎn)中，聚丙烯酸系占到80%。

第三十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三高吸水性樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)特征：

a.分子中具有強(qiáng)親水性基團(tuán)，如羥基、羧基，能夠與水分子形成氫鍵；

b.樹(shù)脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)；

c.聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度；

d.聚合物具有較高的分子量第三十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三機(jī)理導(dǎo)論高吸水樹(shù)脂一般為含有親水基團(tuán)和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子電解質(zhì)。吸水前，高分子鏈相互靠攏纏在一起，彼此交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到整體上的緊固。與水接觸時(shí)，水分子通過(guò)毛細(xì)作用及擴(kuò)散作用滲透到樹(shù)脂中，鏈上的電離基團(tuán)在水中電離。由于鏈上同離子之間的靜電斥力而使高分子鏈伸展溶脹。由于電中性要求，反離子不能遷移到樹(shù)脂外部，樹(shù)脂內(nèi)外部溶液間的離子濃度差形成反滲透壓。水在反滲透壓的作用下進(jìn)一步進(jìn)入樹(shù)脂中，形成水凝膠。同時(shí)，樹(shù)脂本身的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及氫鍵作用，又限制了凝膠的無(wú)限膨脹。當(dāng)水中含有少量鹽類(lèi)時(shí)，反滲透壓降低，同時(shí)由于反離子的屏蔽作用，使高分子鏈?zhǔn)湛s，導(dǎo)致樹(shù)脂的吸水能力大大下降。通常，高吸水樹(shù)脂在0.9%NaCl溶液中的吸水能力只有在去離子水中的1/10左右。第三十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三高吸水樹(shù)脂的吸水和保水是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面。在一定溫度和壓力下，高吸水樹(shù)脂能自發(fā)地吸水，水進(jìn)入樹(shù)脂中，使整個(gè)體系的自由焓降低，直到平衡。若水從樹(shù)脂中逸出，使自由焓升高，則不利于體系的穩(wěn)定。差熱分析表明，高吸水樹(shù)脂吸收的水在150℃以上仍有50%封閉在凝膠網(wǎng)絡(luò)中。因此，常溫下即使施加壓力，水也不會(huì)從高吸水樹(shù)脂中逸出，這是由高吸水樹(shù)脂的熱力學(xué)性質(zhì)決定的。第三十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三高吸水聚合物是上世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的。1961年美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究所首次將淀粉接枝于丙烯腈，制成一種超過(guò)傳統(tǒng)吸水材料的HSPAN淀粉丙烯腈接枝共聚物。1978年日本三洋化成株式會(huì)社率先將高吸水聚合物用于一次性尿布，從此引起了世界各國(guó)科學(xué)工作者的高度重視。上世紀(jì)70年代末，美國(guó)UCC公司提出用放射線處理交聯(lián)各種氧化烯烴聚合物，合成了非離子型高吸水聚合物，其吸水能力達(dá)到2000倍，從而打開(kāi)了合成非離子型高吸水聚合物的大門(mén)。1983年，日本三洋化成又采用丙烯酸鉀在甲基二丙烯酰胺等二烯化合物存在下，進(jìn)行聚合制取高吸水聚合物。之后，該公司又連續(xù)制成了各種改性聚丙烯酸和聚丙烯酰胺組合的高吸水聚合物體系。上世紀(jì)末，各國(guó)科學(xué)家又相繼進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使高吸水聚合物在世界各國(guó)迅速發(fā)展。目前，已形成日本觸媒、三洋化成和德國(guó)Stockhausen公司三大生產(chǎn)集團(tuán)三足鼎立態(tài)勢(shì)，它們控制著當(dāng)今世界70％的市場(chǎng)，彼此之間又以技術(shù)合作方式進(jìn)行國(guó)際性聯(lián)合經(jīng)營(yíng)，壟斷世界所有國(guó)家的高吸水聚合物銷(xiāo)售權(quán)。第三十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三高吸水聚合物用途廣泛，應(yīng)用前景非常廣闊。目前其主要用途仍然是衛(wèi)生用品，約占市場(chǎng)總量的70％左右。由于聚丙烯酸鈉高吸水樹(shù)脂吸水能力很大，并具有優(yōu)異的保水性能，所以作為土壤保水劑在農(nóng)業(yè)、林業(yè)方面應(yīng)用范圍很廣。如果在土壤中加入少量的高吸水性聚丙烯酸鈉，就能提高某些豆類(lèi)的發(fā)芽率和豆苗的抗旱能力，使土壤的透氣性能增強(qiáng)。另外，由于高吸水樹(shù)脂的親水性及優(yōu)良的防霧性和抗結(jié)露性能，所以又可作為新的包裝材料。利用高吸水聚合物獨(dú)特性能制成的包裝薄膜可有效地保持食品鮮度。在化妝品中加入少量的高吸水聚合物，還可使其乳液粘度增大，是一種理想的增稠劑。利用高吸水聚合物只吸水不吸油或有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，在工業(yè)上又可作為脫水劑。第三十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三由于高吸水聚合物具有無(wú)毒、對(duì)人體無(wú)刺激性、無(wú)副反應(yīng)、