功能高分子材料高分子催化剂

1.功能高分子概述功能高分子材料是指那些具有独特物理特性（如光，电，磁灯）或化学特性（如反应，催化等）或生物特性（治疗，相容，生物降解等）的新型高分子材料主要研究目标和内容：新的制备方法研究，物理化学性能表征，结构与性能的关系研究，应用开发研究。

2高分子化学试剂与普通试剂相比优缺点优点:（1）简化操作过程。

高分子化的高分子反应试剂和催化剂在反应体系中仅能溶胀，不能溶解，这样有利于使其与小分子的原料和产物分离（2）有利于贵重试剂和催化剂的回收和再生（3）可以提高试剂的稳定性和安全性（4）所谓的固相合成工艺可以提高化学反应的机械化和自动化度（5）提高化学反应的选择性（6）可以提供在均相反应条件下难以达到的反应环境缺点：1增加试剂生产的成本2降低化学反应速度氧化还原型高分子试剂：含醌式结构的高分子试剂，含硫醇结构的高分子试剂，含吡啶结构的高分子试剂，含二茂铁结构高分子试剂，含多核杂环芳烃结构高分子试剂高分子氧化试剂：高分子过氧酸，高分子硒试剂高分子还原试剂：高分子锡还原剂，高分子磺酰肼反应试剂高分子卤化试剂：二卤化磷型，Ｎ－卤化酰亚胺型，三价碘型高分子酸碱催化剂的特点：1、网状结构2、难溶（水、酸、碱、有机溶剂）3、稳（热、机械、化学）4、含活性基团（-SO3 H、-COOH）提供-H或者-OH基团催化反应。

3反应型高分子应用特点反应型功能高分子材料是指具有化学活性，并且应用在化学反应过程中的功能高分子材料，包括高分子试剂和高分子催化剂。

应用特点：具有不溶性，多孔性，高选择性和化学稳定性，大大改进了化学反应的工艺过程，且可回收再用。

4复合型导电高分子材料定义：复合型导电高分子是在本身不具备导电性的高分子材料中掺混入大量导电物质，如炭黑、金属粉等，通过分散复合等方法构成的复合材料。

结构：分散复合结构，层状复合结构，表面复合结构，梯度复合结构构成：高分子基体材料（连续相和粘结体作用），导电填充材料，助剂导电原理：渗流理论，隧道导电理论，PTC效应（热膨胀说，晶区破坏说）应用：复合型导电塑料，复合型导电橡胶，复合型导电涂料，导电粘合剂。

一、高分子化学试剂和高分子催化剂有哪些优点？高分子试剂与高分子催化剂的优越性（1）简化操作，后处理较简单：在反应完成后可方便地借助固-液分离方法将高分子试剂或高分子催化剂与反应体系中其他组分相互分离。

（2）易回收、再生和重复使用:可降低成本和减少环境污染。

（3）可以提高试剂的稳定性和安全性:（4）可应用于组合化学合成，实现化学反应的自动化:（5）化学反应的选择性更高:利用高分子载体的空间立体效应，可实现立体选择合成及分离。

(6) 可以提供在均相反应条件下难以达到的反应环境；高分子化学试剂：参与化学反应并消耗掉自身将低分子的底物、试剂负载到不可溶的高分子上进行有机化学反应与常规的有机合成方法相比具有相当的优越性高分子催化剂：活化能低，引发速率快，即活性大，可以在室温或更低的温度下引发聚合；引发效率相对较低。

（反应前后不发生化学变化）高分子负载催化剂由于其特殊的大分子结构，表现出小分子催化剂无法比拟的特点。

以催化功能为主、协同功能作用为辅同时进行的一个催化过程。

二、功能高分子材料的制备策略有哪些？试举例说明。

1、功能小分子材料的高分子化有两种途径：（1）功能型可聚合单体的聚合法：首先合成可聚合的功能型单体, 然后进行均聚或共聚反应生成功能聚合物。

（2）聚合物包埋法2、已有高分子材料的功能化，化学改性主要是利用接枝反应在聚合物骨架上引入活性功能基, 从而改变聚合物的物理化学性质, 赋予其新的功能。

（1）聚合物功能化的化学改性法（2）聚合物功能化的物理共混法3、多功能材料的复合以及已有功能高分子材料的功能扩展。

将两种以上功能高分子材料的复合, 在功能高分子材料中引入第二种功能基和扩展已有功能高分子材料功能的过程, 叫功能高分子材料的多功能复合与功能扩展。

（1）功能高分子材料的多功能复合。

如：单向导电聚合物的制备: 带有可逆氧化还原基团的导电聚合物, 其导电方式没有方向性。

如果将带有不同氧化还原电位的两种聚合物复合在一起, 放在两电极之间, 即呈现出单向导电性。

可编辑修改精选全文完整版《功能高分子材料》课程教学大纲课程代码：050342004课程英文名称：Functional Polymer Materials课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0适用专业：高分子材料与工程大纲编写（修订）时间：2017. 06一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标功能高分子材料是高分子材料与工程专业选修的一门获得功能性高分子材料的应用及特性知识的专业课。

它主要介绍不同种功能高分子材料的基本知识、分子结构特点及其应用，以使学生提高高分子材料应用水平和解决实际问题的能力。

通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1.熟悉功能高分子的结构特点、作用机理；2.熟悉功能高分子材料的分子结构设计方法；3.熟悉功能高分子材料的发展状况为从事功能高分子的研究和应用打下基本的知识基础。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：熟悉功能高分子的结构特点、作用机理和应用。

2.基本能力：具有根据需要选择功能高分子的基本能力和设计功能高分子结构的初步能力。

3.基本技能：功能高分子性能及功能的评价。

（三）实施说明1.教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本知识的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力。

讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。

2.教学手段：本课程在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。

3.可以结合当前研究热点及自己的研究安排授课的具体内容，但授课内容必须是功能高分子材料知识。

（四）对先修课的要求本课程应在《高分子物理学》、《高分子化学》和《高分子合成工艺学》结束后开设。

（五）对习题课、实验环节的要求1.本课程对习题课和实践环节无要求。

2.作业题内容以基本知识和生产工艺为主，作业要能起到巩固知识，提高分析问题、解决问题能力。

功能高分子功能高分子，英文名functional polymers。

在合成或天然高分子原有力学性能的基础上，再赋予传统使用性能以外的各种特定功能（如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等）而制得的一类高分子。

一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团，其功能性的显示往往十分复杂，不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构，还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等，后者对生物活性功能的显示更为重要。

背景功能高分子材料从20世纪50年代才初露端倪，到70年代方成为高分子学科的一个分支，目前正处于成长时期。

功能高分子材料从功能上大致可分为四类：第一类是化学功能，包括离子交换、催化、光聚合、光分解、光降解等；第二类是物理功能，包括导电、热电、压电、超导、磁化、光弹性等；第三类是介于化学、物理之间的功能，包括吸附、膜分离、高吸水、表面活性等；第四类是生理功能，包括生理组织适应性，血液适应性等。

下面列举几种日常生活中可能遇到的功能高分子材料制品。

光敏高分子经光照吸收光能后在结构上发生化学变化或物理变化的高分子。

又称光敏树脂。

它广泛用于印刷版、光刻胶，光敏油墨、光敏油漆等方面。

有的高分子吸收不同波长的光后能使结构发生可逆的变化而引起吸收光谱的变化，这类高分子称光致变色高分子。

电学功能高分子有些共轭双键体系的高分子如聚乙炔等，具有半导体性质，称为高分子半导体，如在电子非定域化的分子间分子轨道相互作用很强，则由于载流子的生成和转移容易进行，会表现出很强的电学性能，这称为导电高分子；光照后能产生光生伏打效应的，称为光导高分子（聚乙烯咔唑／三硝基芴酮）；聚偏氟乙烯及其共聚物在热及压力作用下能产生热电及压电效应的，称为热电及压电高分子。

催化功能高分子酶是天然高分子催化剂，模仿天然酶、参照酶的活性中心，并与高分子效应结合而合成的高活性、高选择性催化剂叫模拟酶，如高分子催化剂及高分子金属催化剂；为克服酶的水溶性缺点，将酶用高分子限定在一定空间内，称固定化酶。

第三节功能高分子材料一、新型有机高分子材料与传统的三大合成材料有本质上的差别吗？功能高分子材料的品种与分类有哪些？1．新型有机高分子材料与传统的三大合成材料的区别与联系新型有机高分子材料与传统的三大合成材料在本质上并没有区别，它们只是相对而言。

从组成元素看，都是由C、H、O、N、S等元素构成；从合成反应看，都是由单体经加聚或缩聚反应形成；从结构看，也就是分两种结构：线型结构、体型结构。

它们的重要区别在于功能与性能上，与传统材料相比，新型有机高分子材料的性能更优异，往往具备传统材料所没有的特殊性能，可用于许多特殊领域。

2．功能高分子材料的品种与分类特别提醒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。

类型1 高分子材料的分类例1下列材料中，属于功能高分子材料的是()①高分子膜②生物高分子材料③光敏高分子材料④导电高分子材料⑤离子交换树脂⑥液晶高分子材料A．①②③B．③④⑤C．②④⑤⑥D．①②③④⑤⑥答案 D解析根据功能高分子的分类即可顺利解答。

类型2 功能高分子材料的结构与性能例2随着医用高分子材料的发展，人们已可用人工器官代替不能治愈的病变器官。

目前已经制成的人工器官有()①皮肤②肝③肺④肾⑤骨骼⑥眼A．①②③B．②③④C．①⑤D．全部答案 D解析医用高分子材料的应用十分广泛，利用其特殊结构和特殊性质，可以制备与人体器官功能相同的人工器官。

医用高分子材料必须满足的条件：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。

类型3 复合材料的结构与性能例3 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。

据报道，每架波音767飞机使用了1吨碳纤维材料，而一种新型的波音757飞机使用了9吨以上的碳纤维。

制取碳纤维的一种方法是将聚丙烯腈纤维在稀有气体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__________。

功能高分子的定义性能：材料对外部作用的抵抗特性。

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。

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响应的高分子材料。

4.4.1 功能高分子概述功能高分子的分类反应型高分子材料 导电高分子材料高分子功能膜材料 医用高分子材料……4.4.1 功能高分子概述功能高分子的特点用量小、品种多专一性强可设计性强4.4.1 功能高分子概述功能高分子的合成策略功能性小分子单体聚合高分子材料的功能化改性多功能材料的复合4.4.1 功能高分子概述功能性小分子单体的高分子化CH 2CHOCH 2OCCH 3CH 3OCH 2CH CH 2O+ CH 2CH COOHCH 2CHOHCH 2OCCH 3CH 3O CH 2CH CH 2OCH 2CH COO例：将含有环氧基团的低分子量双酚A 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。

4.4.1 功能高分子概述C H C H []RC H C H []C H C H []C H C H []C H C H []C H C H []C H C H[]O HC H C H O O C H CO O HO C O R O C O R O P O H O H OC H C H OOC HR已有高分子材料的功能化4.4.1 功能高分子概述PS功能高分子的合成新方法离子型活性聚合阴离子活性聚合阳离子活性聚合活性离子型开环聚合基团转移聚合(GTP)活性自由基聚合引发－转移－终止法(iniferter法)TEMPO引发体系可逆加成－断裂链转移自由基聚合（RAFT）原子转移自由基聚合(ATRP)4.4.1 功能高分子概述N O高分子试剂CH CHCH OCH ClCH CHClKHCO CH CHCHOH O , HCH CHCOOHO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。

1. 功能高分子: 功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。

2. 高分子效应:功能高分子在参与化学反应时所表现出来的与小分子性能差别的特殊效应。

3. 高分子试剂：由起骨架作用的聚合物与起化学反应作用的化合物或活性基团相结合，吸取双方优点而发展起来的一类化学试剂。

4. 固相合成：使用不溶性高聚物为载体，通过其活性基团将反应物之一固定在高分子载体上，使有机合成在固相上进行的方法。

5. 相转移催化剂：用于反应物从一相向另外一相的转移，使实体与底物发生化学反应的试剂。

6. 光导高分子：指那些在受光照射前本身电导率不高，但是在光子激发下可以产生某种载流子，并且在外电场作用下可以传输载流子，从而可以大大提高其电导率的材料。

7.派尔斯相变：派尔斯相变是一种由晶格畸变引起的导体一一半导体(或绝缘体)转变.8. 热致型液晶：指由单一化合物或由少数化合物的均匀混合物形成的液晶。

通常在一定温度范围内才显现液晶相的物质。

9. 正性光刻胶：曝光部分发生光化学反应溶于显影液，而未曝光部分不溶于显影液，仍留在衬底上，将与掩膜上相同的图形复制到衬底上。

10. 超晶格：固溶体发生有序化转变后不同种原子在晶格中呈有秩序排列的晶体结构。

物两大类。

15. 组织工程：是指利用生物活性物质，通过体外培养或构建的方法，再造或者修复器官及组织的技术16. 高分子胶束：利用两亲性高分子材料的亲、疏水链段的相互作用形成的核-壳结构。

二、简答题1. 功能高分子有哪些结构层次？1）功能高分子的元素组成。

2）功能高分子材料的官能团组成。

3）功能高分子链结构的分子结构。

4）功能高分子的微观构象和聚集状态。

5）功能高分子的宏观构象。

2. 与小分子反应试剂相比，高分子试剂有那些优点？1）是产物分离纯化过程简化。

2）提高反应的专一性。

3）提高反应选择性。

4）利于合成反应的自动化。

3. 高分子固相合成中对载体有和要求？1）在体系中不溶解。

2）高比表面积或一定溶胀性。