第七章 功能高分子材料

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第二节 功能高分子的制备方法
N, N－二甲基联吡啶是一种小分子氧化还原物 质，其在不同氧化还原态时具有不同颜色，经常作 为显色剂在溶液中使用。经过高分子化后，可将其 修饰固化到电极表面，便可以成为固体显色剂和新 型电显材料。
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第二节 功能高分子的制备方法
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，但也有 排泄快的缺点。利用青霉素结构中的羧基、氨基与 高分子反应，可得到疗效长的高分子青霉素。例如 将青霉素与乙烯醇－乙烯胺共聚物以酰胺键相结 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的30～40倍。
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第二节 功能高分子的制备方法
（3）功能性小分子通过聚合包埋与高分子材料结合 该方法是利用生成高分子的束缚作用将功能性
小分子以某种形式包埋固定在高分子材料中来制备 功能高分子材料。有两种基本方法。
a）在聚合反应之前，向单体溶液中加入小分子 功能化合物，在聚合过程中小分子被生成的聚合物 所包埋
用这种方法得到的功能高分子材料，聚合物骨 架与小分子功能化合物之间没有化学键连接，固化 作用通过聚合物的包络作用来完成。
通过在功能性小分子中引入可聚合基团得到单体， 然后进行均聚或共聚反应生成功能聚合物；也可在 含有可聚合基团的单体中引入功能性基团得到功能 性单体。这些可聚合功能性单体中的可聚合基团一 般为双键、羟基、羧基、氨基、环氧基、酰氯基、 吡咯基、噻吩基等基团。
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第二节 功能高分子的制备方法
丙烯酸分子中带有双键，同时又带有活性羧基。 经过自由基均聚或共聚，即可形成聚丙烯酸及其共 聚物，可以作为弱酸性离子交换树脂、高吸水性树 脂等应用。这是带有功能性基团的单体聚合制备功 能高分子的简单例子。
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第二节 功能高分子的制备方法
2.2.1 功能性小分子的高分子化 许多功能高分子材料是从相应的功能小分子化
合物发展而来的，这些已知功能的小分子化合物一 般已经具备了我们所需要的部分主要功能，但是从 实际使用角度来讲，可能还存在许多不足，无法满 足使用要求。对这些功能性小分子进行高分子化反 应，赋予其高分子的功能特点，即有可能开发出新 的功能高分子材料。
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第二节 功能高分子的制备方法
将含有环氧基团的低分子量双酚A型环氧树脂 与丙烯酸反应，得到含双键的环氧丙烯酸酯，这种 单体在制备功能性粘合剂方面有广泛的应用。
O CH2 CH CH2 O
CH3 C CH3
O O CH2 CH CH2
+ CH2 CH COOH
O
OH
CH2 CH CO CH2 CH CH2 O
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第二节 功能高分子的制备方法
功能高分子材料的制备是通过化学或者物理的 方法按照材料的设计要求将功能基与高分子骨架相 结合，从而实现预定功能的。
从上一世纪50年代起，活性聚合等一大批高分 子合成新方法的出现，为高分子的分子结构设计提 供了强有力的手段，功能高分子的制备越来越 “随 心所欲”。
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第一节 绪论
4. 生物化学功能材料 1) 人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等； 2) 高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子
药物、高分子农药等； 3) 生物分解材料，如可降解性高分子材料等。
这一分类，实际上包括了所有特种高 分子材料。
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第一节 绪论
国内一般采用按其性质、功能或实际用途划分 特种和功能高分子材料的划分普遍采用的方法，具 体可划分为8种类型。 1. 反应性高分子材料，包括高分子试剂、高分子催 化剂和高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和 固定化酶试剂等。 2. 光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻胶，感 光材料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材 料等。
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第二节 功能高分子的制备方法
除了聚苯乙烯外，聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚环 氧氯丙烷 、聚酰胺、聚苯醚以及一些无机聚合物等 都是常用的高分子骨架。
如硅胶和玻璃珠表面存在大量的硅羟基，这些 羟基可以通过与三氯硅烷等试剂反应，直接引入功 能基。这类经过功能化的无机聚合物可作为高分子 吸附剂，用于各种色谱分析的固定相、高分子试剂 和催化剂使用。无机高分子载体的优点在于机械强 度高，可以耐受较高压力。
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第一节 绪论
2. 化学功能材料 1) 分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分 子络合物等； 2) 反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂； 3) 生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。
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第一节 绪论
3. 物理化学功能材料 1) 耐高温高分子，高分子液晶等； 2) 电学功能材料，如导电性高分子、超导高分子， 感电子性高分子等； 3) 光学功能材料，如感光高分子、导光性高分子， 光敏性高分子等； 4) 能量转换功能材料，如压电性高分子、热电性高 分子等。
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第一节 绪论
功能：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生 质和量的变化而产生输出的特性。例如，材料在受 到外部光的输入时，材料可以输出电性能，称为材 料的光电功能；材料在受到多种介质作用时，能有 选择地分离出其中某些介质，称为材料的选择分离 性。此外，如压电性、药物缓释放性等，都属于功 能的范畴。
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第一节 绪论
3. 电性能高分子材料，包括导电聚合物、能量转换 型聚合物、电致发光和电致变色材料以及其他电敏 感性材料等。 4. 高分子分离材料，包括各种分离膜、缓释膜和其 他半透性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、 高分子絮凝剂等。
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第一节 绪论
5. 高分子吸附材料，包括高分子吸附性树脂、高吸 水性高分子、高吸油性高分子等。 6. 高分子智能材料，包括高分子记忆材料、信息存 储材料和光、磁、pH、压力感应材料等。 7. 医药用高分子材料，包括医用高分子材料、药用 高分子材料和医药用辅助材料等。 8. 高性能工程材料，如高分子液晶材料，耐高温高 分子材料、高强高模量高分子材料、阻燃性高分子 材料和功能纤维材料、生物降解高分子等。
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第二节 功能高分子的制备方法
功能性小分子的高分子化可利用聚合反应，如 共聚、均聚等；也可将功能性小分子化合物通过化 学键连接的化学方法与聚合物骨架连接，将高分子 化合物作为载体；甚至可通过物理方法，如共混、 吸附、包埋等作用将功能性小分子高分子化。
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第二节 功能高分子的制备方法
（1） 带有功能性基团的单体的聚合 这种制备方法主要包括下述两个步骤：首先是
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第二节 功能高分子的制备方法
这种方法制备的功能高分子类似于用共混方法 制备的高分子材料，但是均匀性更好。此方法的优 点是方法简便，功能小分子的性质不受聚合物性质 的影响，因此特别适宜酶等对环境敏感材料的固 化。缺点是在使用过程中包络的小分子功能化合物 容易逐步失去，特别是在溶胀条件下使用，将加快 固化酶的失活过程。
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第二节 功能高分子的制备方法
目前常见的品种包括聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚 乙烯醇、聚（甲基）丙烯酸酯及其共聚物、聚丙烯 酰胺、聚环氧氯丙烷及其共聚物、聚乙烯亚胺、纤 维素等，其中使用最多的是聚苯乙烯。
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，如磺化、氯甲基化、卤化、 硝化、锂化、烷基化、羧基化、氨基化等等。
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第一节 绪论
因此： 功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或
物理的方法做出相应的高分子材料。 高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的
高分子材料。
它们都属于特种高分子材料的范畴。
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第一节 绪论
特种高分子是相对于通用高分子而言的。 通用高分子材料：应用面广量大，价格较低。 根据其性质和用途可分为五个大类：化学纤维、塑 料、橡胶、油漆涂料、粘合剂。 特种高分子材料：带有特殊物理、力学、化学 性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超 出了原有通用高分子材料的范畴。
第七章 功能高分子材料
概述 功能高分子材料的制备 吸附分离功能高分子材料 高分子分离膜和膜分离技术 导电高分子 感光高分子 高吸水性树脂
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第一节 概述
1.1 基本概念 功能高分子与高性能高分子 性能：材料对外部作用的抵抗特性。例如，
对外力的抵抗表现为材料的强度、模量等； 对热的抵抗表现为耐热性；对光、电、化 学药品的抵抗，则表现为材料的耐光性、 绝缘性、防腐蚀性等。
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第二节 功能高分子的制备方法
2.1 概述
特种与功能高分子材料的特点在于他们特殊的 “性能”和“功能”，因此在制备这些高分子材料
的时 候，分子设计成为十分关键的研究内容。
设计一种能满足一定需要的功能高分子材料是 高分子化学研究的一项主要目标。具有良好性质与 功能的高分子材料的制备成功与否，在很大程度上 取决于设计方法和制备路线的制定。
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第二节 功能高分子的制备方法
b）以微胶囊的形式将功能性小分子包埋在高 分子材料中
微胶囊是一种以高分子为外壳，功能性小分子 为核的高分子材料，可通过界面聚合法、原位聚合 法、水（油）中相分离法、溶液中干燥法等多种方 法制备。
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第二节 功能高分子的制备方法
高分子微胶囊在高分子药物、固定化酶的制备 方面有独到的优势。
CH3 C CH3
O O CH2 CH CH2
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第二节 功能高分子的制备方法
除了单纯的连锁聚合和逐步聚合之外，采用多 种单体进行共聚反应制备功能高分子也是一种常见 的方法。特别是当需要控制聚合物中功能基团的分 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。
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第二节 功能高分子的制备方法
几个例子： 小分子过氧酸是常用的强氧化剂，在有机合成
中是重要的试剂。但是，这种小分子过氧酸的主要 缺点在于稳定性不好，容易发生爆炸和失效，不便 于储存。反应后产生的羧酸也不容易除掉，经常影 响产品的纯度。将其引入高分子骨架后形成的高分 子过氧酸，挥发性和溶解性下降，稳定性提高。