《功能高分子緒論》課件

功能高分子緒論課程目標(biāo)掌握功能高分子材料的基本知識培養(yǎng)分析和解決高分子材料相關(guān)問題的能力了解功能高分子材料的最新研究進(jìn)展何為高分子高分子鏈由許多重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元連接而成，形成長鏈結(jié)構(gòu)。聚合物材料常見的高分子材料包括塑料、橡膠和纖維。天然高分子存在于自然界，如蛋白質(zhì)、核酸和淀粉。高分子的分類按結(jié)構(gòu)分類線性高分子、支化高分子、體型高分子、網(wǎng)狀高分子按來源分類天然高分子和合成高分子按組成分類均聚物、共聚物、加成聚合物、縮聚物、無機(jī)高分子按性能分類熱塑性高分子、熱固性高分子、彈性體、纖維、膜材料主要合成方法1加聚反應(yīng)通過單體之間的加成反應(yīng)生成高分子。2縮聚反應(yīng)單體通過脫去小分子（如水、醇等）而生成高分子。3開環(huán)聚合環(huán)狀單體通過開環(huán)反應(yīng)生成高分子鏈。4配位聚合在過渡金屬催化劑的作用下，單體配位在金屬中心，然后通過插入反應(yīng)生成高分子鏈。聚合反應(yīng)動力學(xué)1反應(yīng)速率聚合速率受單體濃度、引發(fā)劑濃度、溫度和壓力等因素影響.2反應(yīng)機(jī)理主要包括自由基聚合、離子聚合、配位聚合等類型.3動力學(xué)模型建立數(shù)學(xué)模型來描述聚合過程的速率、產(chǎn)物分布等.分子量與分布分子量是高分子材料的重要性能參數(shù)，它影響著材料的物理、化學(xué)性質(zhì)。結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系鏈結(jié)構(gòu)線性、支化、交聯(lián)等鏈結(jié)構(gòu)影響高分子材料的力學(xué)性能、熱性能、溶解性等。例如，線性聚合物一般具有較高的拉伸強(qiáng)度和較好的柔韌性，而支化聚合物則可能具有較低的拉伸強(qiáng)度但較高的抗沖擊性。化學(xué)結(jié)構(gòu)高分子鏈的化學(xué)組成和官能團(tuán)影響其化學(xué)性質(zhì)、熱穩(wěn)定性、生物相容性等。例如，含有極性基團(tuán)的聚合物一般具有較高的極性，更容易溶解在極性溶劑中，而含有非極性基團(tuán)的聚合物則更容易溶解在非極性溶劑中。超分子結(jié)構(gòu)高分子鏈之間的相互作用，如氫鍵、范德華力等，影響高分子材料的力學(xué)性能、熱性能、光學(xué)性能等。例如，氫鍵可以提高高分子材料的熔點、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和拉伸強(qiáng)度。高分子溶液性質(zhì)溶解度高分子溶解度取決于高分子鏈的結(jié)構(gòu)和溶劑的性質(zhì)。例如，極性高分子易溶于極性溶劑，非極性高分子易溶于非極性溶劑。粘度高分子溶液的粘度遠(yuǎn)高于相同濃度的低分子溶液。這是因為高分子鏈在溶液中纏繞在一起，增加了溶液的阻力。滲透壓滲透壓是高分子溶液中溶劑從低濃度溶液向高濃度溶液移動的趨勢。滲透壓的大小與高分子溶液的濃度和分子量有關(guān)。高分子固體結(jié)構(gòu)高分子固體結(jié)構(gòu)是決定其性能的重要因素之一。高分子固體結(jié)構(gòu)主要包括結(jié)晶性結(jié)構(gòu)和無定形結(jié)構(gòu)。結(jié)晶性高分子材料具有規(guī)則的結(jié)構(gòu)，而無定形高分子材料結(jié)構(gòu)不規(guī)則。結(jié)晶性結(jié)構(gòu)提高了高分子材料的強(qiáng)度、硬度和熔點，而無定形結(jié)構(gòu)提高了高分子材料的韌性和延展性。高分子固體結(jié)構(gòu)的研究對于開發(fā)新型高分子材料具有重要意義，例如通過調(diào)節(jié)高分子鏈的排列方式，可以控制材料的性能，如強(qiáng)度、韌性和耐熱性等。高分子相變與轉(zhuǎn)變1玻璃化轉(zhuǎn)變2熔融轉(zhuǎn)變3結(jié)晶轉(zhuǎn)變高分子機(jī)械性能強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等韌性材料斷裂前吸收能量的能力彈性材料在外力作用下發(fā)生形變后，去除外力能恢復(fù)原狀的能力高分子熱性能玻璃化轉(zhuǎn)變溫度非晶態(tài)高分子從玻璃態(tài)向橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度，標(biāo)志著材料由硬脆變?yōu)槿彳浀霓D(zhuǎn)變點。熔融溫度結(jié)晶態(tài)高分子從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度，標(biāo)志著材料由固體變?yōu)橐后w的轉(zhuǎn)變點。熱穩(wěn)定性高分子材料在高溫下保持性能不變的能力，反映了材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。高分子電學(xué)性能導(dǎo)電性高分子材料的導(dǎo)電性主要取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子鏈的排列方式以及雜質(zhì)的存在。介電性能高分子材料的介電性能是指在電場作用下儲存電荷的能力，表現(xiàn)為介電常數(shù)和介電損耗。電導(dǎo)率高分子材料的電導(dǎo)率是指在電場作用下電流通過材料的能力，它取決于材料的結(jié)構(gòu)和組成。靜電性能高分子材料的靜電性能是指材料在摩擦或接觸后積累靜電荷的能力，它與材料的表面性質(zhì)和電阻率有關(guān)。高分子光學(xué)性能折射率高分子材料的折射率決定了光線在材料中的傳播速度，影響著光線的彎曲程度。透光率透光率是指光線透過材料的比例，它決定了材料的透明度和不透明度。光散射光散射是指光線在材料中發(fā)生散射的現(xiàn)象，影響著材料的光學(xué)透明度和渾濁度。光吸收光吸收是指材料吸收光線的程度，決定著材料的顏色和光學(xué)特性。高分子材料表征核磁共振譜用于分析高分子結(jié)構(gòu)，如鏈長、鏈型、官能團(tuán)等。紅外光譜用于識別高分子中的官能團(tuán)和結(jié)構(gòu)。差示掃描量熱儀用于測量高分子材料的熱性能，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔點等。功能高分子概述功能高分子是指具有特殊功能的聚合物材料。它們通過其結(jié)構(gòu)和組成賦予了特殊的物理、化學(xué)或生物學(xué)特性。這些特性可以包括光學(xué)、電學(xué)、磁性、熱學(xué)、生物活性、自修復(fù)等，使其在各種領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用。光功能高分子光致變色光照射后發(fā)生顏色改變，可用于光致變色材料、光學(xué)存儲等領(lǐng)域。光導(dǎo)能導(dǎo)光，可用于光纖、光波導(dǎo)等領(lǐng)域。光降解光照射后降解，可用于生物降解材料、光刻等領(lǐng)域。電功能高分子導(dǎo)電性電功能高分子具有獨特的導(dǎo)電性，使其在電子器件領(lǐng)域具有巨大潛力。電致變色通過改變施加的電壓，電功能高分子可以改變其顏色或透明度。電活性電功能高分子可以響應(yīng)電場變化，改變其形狀、尺寸或其他性質(zhì)。磁功能高分子磁性在磁場中表現(xiàn)出磁性的高分子材料。分子結(jié)構(gòu)通過引入磁性基團(tuán)或磁性納米材料，賦予高分子磁性。應(yīng)用磁性分離、生物醫(yī)藥、數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域。生物功能高分子應(yīng)用領(lǐng)域生物功能高分子在醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。藥物載體生物傳感器生物降解材料特點生物功能高分子具有生物相容性、生物降解性和生物活性等特點。生物相容性生物降解性生物活性智能功能高分子響應(yīng)性對環(huán)境刺激（如溫度、pH、光、電場等）敏感，可實現(xiàn)可控的形狀、尺寸或性質(zhì)變化。自修復(fù)材料受損后可自行修復(fù)，延長使用壽命。記憶形狀可記憶其原始形狀，在特定條件下恢復(fù)原始形狀。高分子復(fù)合材料增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料通常是高強(qiáng)度、高模量、低密度材料，例如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等?；w材料基體材料通常是高分子材料，例如環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂等。復(fù)合材料的優(yōu)勢高強(qiáng)度、高模量、低密度、耐腐蝕性、耐高溫性、可設(shè)計性等。高分子膜及其應(yīng)用分離技術(shù)高分子膜可用于氣體分離、液體分離、生物分離等領(lǐng)域。傳感器高分子膜可用作傳感器材料，檢測氣體、液體或生物分子。生物醫(yī)學(xué)高分子膜在藥物控制釋放、組織工程、生物傳感器等方面應(yīng)用廣泛。高分子纖維及其應(yīng)用尼龍纖維耐磨性高，廣泛應(yīng)用于服裝、地毯、繩索等。滌綸纖維強(qiáng)度高、耐化學(xué)腐蝕，常用于服裝、工業(yè)用布、繩索等。腈綸纖維柔軟舒適、保暖性好，多用于服裝、毛線等。高分子涂料及其應(yīng)用保護(hù)高分子涂料可以有效保護(hù)物體表面免受腐蝕、磨損和紫外線照射的損傷。裝飾高分子涂料可以為物體表面提供多種顏色和紋理，滿足不同的審美需求。功能高分子涂料可以賦予物體表面特殊的功能，如防污、防水、防火等。高分子成型加工1擠出將熔融的塑料通過模具擠出，形成各種形狀的制品。2注塑將熔融的塑料注入模具，冷卻固化后得到制品。3吹塑將熔融的塑料吹入模具，形成中空的制品。高分子成型加工是將高分子材料制成各種形狀和尺寸的制品的過程。常用方法包括擠出、注塑、吹塑等。高分子回收與再利用機(jī)械回收將廢棄塑料進(jìn)行粉碎、清洗、熔融等機(jī)械處理，使其恢復(fù)為可再利用的原料?；瘜W(xué)回收利用化學(xué)方法將廢棄塑料分解為單體或低分子化合物，再重新合成新的塑料。生物降解利用微生物將廢棄塑料降解為無害物質(zhì)，最終實現(xiàn)資源化利用。高分子材料的環(huán)境友好性可回收利用性生物降解性可再生資源高分子材料的未來發(fā)展1可持續(xù)性生物降解性、可回收性、再生利用2智能化響應(yīng)環(huán)境變化，實現(xiàn)自修復(fù)、自感知功能3多功能化融合多種