功能高分子材料讲义课件第四章PLED

例4：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A, 褐色翅的 基因位a，调查发现AA、Aa、aa的个体分别占 30%、60%、10% （1）那么A、a的基因频率是多少？ （也叫A配
子数，a配子数） （2）子代各种基因型频率是多少？ （3）子代各种基因频率是多少？ （1）A基因占60%，a基因占40%。
（2）子代基因型频率：AA占36%；Aa占48%； aa占16%。
AA、Aa、aa的个体分别占81%、18%、1%
自然选择导致适应
适应：生命的结构及功能、行为、生活方式使该生物适
合在一定环境条件下生存和延续，称为适应。
英19世纪曼彻斯特
英20世纪曼彻斯特
适应性进化——自然选择所造成的。
五、 异地的和同地的物种形成
物种形成的标志：生殖隔离
生殖隔离：不同物种之间的个体不能自 由交配或交配后不能产生可育的后代的 现象。
地理隔离属于异地还是同地物种形成？
物种的形成都需要地理隔离吗？ 三倍体无子西瓜培育过程
异地还是同地物种形成？
五、异地的和同地的物种形成
1、异地物种形成:地理隔离 2、同地物种形成:有性生殖
总结：
现代进化论 进化实质：基因频率的改变 原材料：突变与重组 决定方向：自然选择 变异是不定向的，选择是定向的
用有高吸水性的高分子材料制作的，可吸收自重几百 倍的水，但仍保持干爽。
成分：聚乙烯醇、聚丙烯酸盐交联可得。
［启示］ 食品保鲜、人造皮肤、防止土壤沙漠化。
问题2：
科技的发展推动医疗手段有了很大的 提高，现代医学主要采取哪些措施治 疗人体的器官病变和坏死？
［提问］ 作人工器官要考虑哪些问题？
人造器官对材料的要求
练习（判断正误 ）：
1.两个种群间的生殖隔离一旦形成，这两个种群就

• 离子电导和电子电导的区别：离子传导时，分子聚集 越密，载流子的转移通道越窄，电导率越低，电导率 的压力系数为负值；电子传导时，电子轨道的重叠加 大，电导率加大，压力系数为正值。 • 大多数聚合物中离子电导和电子电导同时存在，视外 界环境的不同，温度、压力、电场等外界条件中某一 种处于支配地位。
第四章 电功能高分子材料_概述
第四章 电功能高分子材料_概述
• • • • 结构型导电高分子材料主要有： ⑴共轭系高分子，如聚乙炔、线型聚苯、聚氮化硫 ⑵金属螯合物型高分子，如聚酞菁铜等； ⑶电荷转移型高分子络合物，如聚阳离子、TCNQ （Tetracyanoquinodimethamide，四氰代对二次甲基 苯醌）、金属络合聚合物等。 • 复合型导电高分子材料：如导电橡胶、导电塑料、导 电涂料、导电胶粘剂和导电性薄膜等。复合型导电高 分子材料由于制备方便，有较强的实用性。 • 超导体：导体在一定条件下处于无电阻状态。由于超 导态时没有电阻，电流流经导体时不发生热能损耗， 因此在电力远距离输送、制造超导磁体等高精尖技术 应用方面有重要的意义。
第四章 电功能高分子材料_复合型导电高分子材料
• 这种由隧道效应而产生的导电层可用一个电阻和一个 电容并联来等效。 • 导电高分子内部的结构有三种情况： • ⑴一部分导电颗粒完全连续地相互接触形成电流通路， 相当于电流流过一只电阻； • ⑵一部分导电颗粒不完全连续接触，其中不相互接触 的导电电容并联后再与电阻串联的情况； • ⑶一部分导电粒子完全不连续，导电颗粒间的聚合物 隔离层较厚，是电的绝缘层，相当于电容器的效应。
1－导电颗粒，2－导电颗 粒间隔离层 图4-2 复合型导电高分子 的导电机理模型
第四章 电功能高分子材料_概述
• 按照导电机理，导电高分子材料分为3类： • ⑴离子导电聚合物：载流子是能在聚合物分子间迁移 的正负离子的导电聚合物，其分子的亲水性好，柔性 好，在一定温度下有类似液体的特性，允许相对体积 较大的正负离子在聚合物中迁移。 • ⑵电子导电聚合物：载流子为自由电子，其结构特征 是分子内含有大量的共轭电子体系，为载流子-自由 电子的离域提供迁移的条件。 • ⑶氧化还原型导电聚合物：以氧化还原反应为电子转 移机理的氧化还原型导电聚合物。其导电能力是由于 在可逆氧化还原反应中电子在分子间的转移产生的。 该类导电聚合物的高分子骨架上必须带有可以进行可 逆氧化还原反应的活性中心。

1. 高分子催化剂 • 金属配位高分子
加氢催化剂 二茂钛
• 二茂钛容易自聚形成二聚体而降低活性，制成高 分子催化剂可克服该缺点
• 电解质高分子
聚乙烯基吡啶
硝基苯酯类化合物水解反应催化剂
• 固定化生物催化剂
➢固定化生物催化剂可 提高生物催化剂的稳定 性、寿命和比活性
2. 高分子试剂
聚－3－硝基－4羟基苯乙烯
3. 导电高分子材料的合成方法
（1）加成聚合
催化剂：Ti(OBu)4/AlEt3
（5）电化学聚合
• 反应机理属于氧化缩聚，单体将电子转给电极，自身
氧化偶联成聚合物。
• 聚合反应池与一般电解池结构结构相似，由工作电极、
对电极和参比电极构成。
• 电解液由单体、支持电解质和溶剂组成
（6）高分子官能团反应
• 食品加工 • 铀的提取、分离 • 药物的提取 • 作为催化剂及药物载体
电渗析海水淡化
电渗析原理示意图
电渗析膜
要求：具有高电导和高离子渗透性的离子交换膜
聚苯乙烯阴、阳离子交换膜
燃料电池
2.1.4 新发展的特殊功能的离子交换树脂
1.螯合树脂
2.氧化还原树脂
3.吸附树脂
• 多孔性
➢ 分类
• 非极性吸附树脂:电荷分布均匀在分子水平上不存在正负 电荷相对集中的极性基团树脂,DVB素质
•中极性吸附树脂:存在酯基一类的极性基团 •极性吸附树脂:具有酰胺,亚砜,腈基一类的基团 •强极性吸附树脂:含有极性最强的基团,吡啶基,氨基等
2.3、光敏高分子
➢ 在光照条件下，由于分子结构改变而引起物理或 化学变化的高分子
1. 感光树脂 2. 光致变色高分子 3. 光降解高分子 4. 光导高分子

COOCH2CH2OH [ CH2—C ]n
CH3
(2) CH2=C—CH3COOH＋HOCH2CH2OH 浓H2SO4
CH2=C—COOCCHH32CH2OH＋H2O
△
CH3
(3)CH2=CH2＋Br2 → CH2—CH2， Br Br
CH2—CH2＋2NaOH
H2O
△
CH2—CH2＋2NaBr
Br Br
OH OH
名师点睛：有机合成可作顺推法，可用逆推法， 更多的是据题目信息综合考虑。
断键后两半键闭合可得如下的单体：
故本题答案为D。 答案：D
复合材料
碳纤维强化塑料是一种新型的高强度复合材料， 其强度比钢铁材料大，而密度比铝小。制取碳纤维材料的一种 方法是将聚丙烯腈纤维在稀有气体氛围中进行高温处理而获得， 这种碳纤维的结构可表示如下：
(1)构成这种碳纤维的元素是________，其原子个数比为 ________。
(2)这种碳纤维能否导电？请说明理由。
解析：
碳纤维
链节
组成 C12H4N4
最简化 N(C):N(H):N(N)＝3:1:1
N原子中还 有未成键电子
外加电压
可定向移动导电
答案：(1)C、H、N 3：1：1 (2)能导电，因为碳纤维 中的氮原子还有未成键的电子，在外加电压作用下，可定向移 动而导电。
名师点睛：该题的难点是分析碳纤维的结构与分子组成， 而导电性要取决于分子结构中是否含有自由移动的电子。
功能高分子材料
一、功能高分子材料 1．分类 (1)新型_骨__架__结__构_的高分子材料。 (2)特殊功能高分子材料，即在合成高分子的主链或支链上 引起某种功能原子团，使其显示出某些方面的特殊功能。 2．研制类型 (1)由带_功__能__基___的单体合成高分子。 (2)先合成_高__分__子__主__链___，再在主链上引入功能基。

和微生物分离膜 6. 按膜的形成过程分类 沉积膜、相变形膜、溶剂注膜、烧结膜、动态成型膜 7. 按膜的结构和形态分类
密度膜、乳化膜、多孔膜
12
第一节 高分子分离膜概述
8
第一节 高分子分离膜概述
中国的膜分离
1958年，开始研究离子交换膜和电渗析膜。 1966年，开始反渗透膜的研究。 同时，其它类型分离膜的研究工作相续展开。 上世纪80年代，进入快速发展阶段（水淡化技术为 标志）。 至今，从事膜科学研究的科研机构几十家，成立国 家液体膜工程研究中心；从事膜分离设备和膜材料 生产的厂家超过百家。分离膜和膜技术被广泛应用。
表4-1 高分子膜材料的分类
类别
膜材料
举例
纤维素酯类
纤维素衍生物类 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等
聚砜类
聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等
聚酰(亚)胺类
聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等
非纤维素酯类 聚酯、烯烃类
涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等
含氟(硅)类
聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等
当不能经济地用常规分离方法得到较好分离效 果时，膜分离技术往往是首选考虑的手段。同时， 将膜分离技术和常规分离方法结合使用，可以获得 更好的经济效益。
4
第四章 高分子分离膜
膜分离过程不涉及物相的变化(渗透蒸发膜除 外)，常温下即可操作；由于避免了高温操作，所浓 缩和富集物质不容易发生性质变化，因此在膜分离 过程食品、医药等行业使用具有独特的优点；膜分 离装置简单、操作容易，对无机物、有机物及生物 制品均可适用，并且不产生二次污染。
5第四章 高分子分离膜
膜材料
通用膜
分离膜 光致发光薄膜
功能膜

断键后两半键闭合可得如下的单体：
故本题答案为D。 答案：D
点评：本题考查的是学生对于有机化学反应类型中加成 聚合反应的理解，以及通过逆向思维，确定高分子化合物单 体的能力，考查了思维的灵敏性。学生们看到有机高分子链 节中的C===C双键，可能会误以为它来自于1,3丁二烯，但 仔细分析链节上碳原子的个数以及题目中的条件，可知它是 由苯乙炔产生的。它考查了学生思维的灵活性。
答案：(1)B. F—CH—F C．CF2===CF2 Cl
功能高分子材料
一、功能高分子材料 1．分类 (1)新型_骨__架__结__构_的高分子材料。 (2)特殊功能高分子材料，即在合成高分子的主链或支链上 引起某种功能原子团，使其显示出某些方面的特殊功能。 2．研制类型 (1)由带_功__能__基___的单体合成高分子。 (2)先合成_高__分__子__主__链___，再在主链上引入功能基。
关键一点：
医用高分子材料应该满足：①无毒，且是化学惰性的； ②与人体组织和血液相容性好；③具有较高的机械性能；④ 容易制备、纯化、加工和消毒。
功能高分子材料 有4种有机物：
其中可用于合成结构简式如下式所示的高分子材料的正 确组合为( )
A．①③④ C．①②④
B．①②③ D．②③④
解析：根据碳的4个价键规则可作如下的断键处理(断键用 虚线表示)：
①心脏 ②皮肤 ③骨骼 ④肝 ⑤肾 ⑥眼 ⑦喉
A．仅①②③
B．仅①②⑥
C．仅②③⑥
D．全部
解析：随着医用高分子材料的发展，人类目前已经制成 ①心脏、②皮肤、③骨骼、④肝、⑤肾、⑥眼、⑦喉等各种 人工器官。
答案：D
复合材料
碳纤维强化塑料是一种新型的高强度复合材料， 其强度比钢铁材料大，而密度比铝小。制取碳纤维材料的一种 方法是将聚丙烯腈纤维在稀有气体氛围中进行高温处理而获得， 这种碳纤维的结构可表示如下：

导电高分子的特性： 既有普通聚合物的机械性能，又有金属
材料的导电性。 如导电橡胶既有普通橡胶的弹性，导电高分子（普通高分子混入导电填料）
结构型导电高分子
是指具有共轭π键，其本身或经过“掺杂”后具
有导电性的一类高分子材料。
Chapter8 Polymer
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。
如，输入光---输出电性能，即光电功能；
1、力学功能 （1）强化功能材料 如超高强材料、高结晶材料。 （2）弹性功能材料。
2、化学功能 （1）分离功能材料 如分离膜、离子交换 树脂等； （2）反应功能材料 如高分子催化剂、高 分子试剂等； （3）生物功能材料 如固定化酶、生物反 应器等。
（4）含甲亚胺结构 （5）聚联吡啶型（无色--绿色）
（6）含茚二酮结构
光致变色高分子的应用
窗玻璃、窗帘：调节室内光线； 护目镜：防止阳光、激光、电焊闪光伤害 军事上：伪装隐蔽、密写信息等。
六、医 用 高 分 子 材 料
1、高分子人造器官： 内脏器官—人造心脏、人造肾脏； 体外器官—人造骨骼、人造血管； 外部器官—假肢。
离子交换树脂的功能： 能与溶液中的阳离子或阴离子进行交换。
离子交换树脂的结构特征： 1、交联的聚合物， 2、功能基可离子化。
如：苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
SO3 Na
CH CH2
SO3 Na
1、在水处理中的应用 （1）水的软化 （2）水的脱盐 （3）废水处理
光照时发生氢原子转移的互变异构，使得结构发生了变化。 这种变化使得光化学反应前后物质对可见光不同光波的选择 性吸收有所改变，从而使材料发生变色现象。

2. 分类 功能高分子材料
新型骨架结构高分子材料
高分子分离膜
液晶高分子
特殊功能高分子材料导电高分子
医用高分子 高吸水性树脂
3. 高吸水性树脂
高吸水性树脂合成均① 在 的 ②聚它 支 对 以或带 们 链 淀两有的 ， 粉种高 以 、 强单分 提 纤 亲体子 高 维 水共链 它 素 性聚上 们 等 原得再 的 天 子到接 吸 然 团亲上 水 吸的水含 能 水化性力 材合强高料物亲聚进为水物行单性改体原．纤维分为天然纤维和化学纤维，化学纤维又分为人造纤 维和合成纤维。 2．人们将能源、信息工程和材料视为影响社会经济发展和 进步的三大支柱产业，材料是能源和信息发展的基础。 3．人们在探求某种新型高分子材料时，总要研究分子结构 与功能之间的关系。设计出具有特殊功能的高分子以及合成它 的路线和方法。
[判一判] 1.新型高分子材料和传统高分子材料有本质的区 别。 ( )
2．高吸水性树脂中含有亲水性原子团。 ( ) 3．将高吸水性树脂的线型结构连接成体型结构，是为了增 加其吸水性。 ( ) 4．玻璃钢是由高分子树脂和玻璃纤维经过复合工艺而制成 的，故属于复合材料。 ( )
答案：1.× 两者在组成元素、合成反应、结构上无本质 区别，只是在功能和性能上前者更优异。
知识点二 复合材料 1.含义 指_将__几__种__不__同__的__材__料__组合在一起制成的一种新型材料。其 中一种材料作为__基__体__，其他材料作为增__强__材__料__。高分子、金 属、陶瓷等都可作为基体，目前发展最快的是碳纤维作增强 剂。
2．性能 具有__强__度__高__、__质__量__轻__、__耐__高__温__、__耐__腐__蚀____等优异性能， 弥补了单一材料在性能上的缺陷。 3．应用 宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健 康等方面。

计算其四种平均分子量。 假设： 0.5
16
解:
Mni
niMi 14 015 016 03.715 0
ni
111
i
M w i m m iM ii 1 14 0 1 1 1 4 0 4 1 0 1 1 5 1 0 5 1 0 5 1 0 1 1 6 1 0 5 0 150 9 .1 150
第四章 聚合物的分子量及分子量分布
1
教学内容
第一节 聚合物分子量的统计意义 多分散性、 平均分子量种类 、多分散系数
第二节 聚合物分子量的测定方法 端基分析法、溶液依数性法、渗透压法、气相渗透法、黏度法
第三节 聚合物分子量分布的测定方法 分子量分布的研究方法、分子量分布的表示方法、分子量 分布的数据处理、GPC
W (n)
a
bc
M104
➢样品A纺丝性能：不好 ➢样品B纺丝性能：好一些 ➢样品C纺丝性能：最好，因为分子量15～20万占比例很大
5
第 一节 聚合物分子量的统计意义
6
4.1.1 聚合物分子量的多分散性（Polydispersity）
1, 聚合物分子量的特点:
✓分子量在103-107之间 ✓分子量不均一，具有多分散性 聚合物是由聚合度不等的同系物的混合物组成，所以聚合物的分 子量只有统计的意义 测定的分子量只是统计平均值，若要确切描述高聚物分子量，除 了给出统计平均值外，还应给出分子量分布
Can be Obtained from anionic polymerization 阴离子聚合
( = 1.03 ~ 1.05 近似为单分散)
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(2) 越大，说明分子量越分散 (3) 不同反应的产物
缩聚产物： ＝２ 自由基产物： ＝３～５ 有支化： ＝２５～３０ （ＰＥ）