功能高分子材料和智能高分子材料.共63页
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功能高分子05第5章智能高分子材料
哪些类型？
2、什么是形状记忆高分子材料？如何分类？举
例说明形状记忆高分子材料的应用。
3、什么是高分子凝胶？智能高分子凝胶的结构
有什么特点？
智能材料——对于外界环境的物理或化学刺 激，自身的某些物理、化学性质发生相应突变 的材料。 又称“机敏材料”。smart material
智能材料属于仿生材料。
智能金属材料 智能材料 智能无机非金属材料
智能高分子材料
智能高分子材料 intelligent polymer ——对于外界环境的物理或化学刺激，自身
的某些物理、化学性质发生相应突变的高分
子材料。
生物组织——天然高分子凝胶
如海参、肌肉组织
刺激响应性智能高分子凝胶——“软湿”材料
高分子凝胶 ——是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂
组成的体系。
可以溶胀，但不溶解。
水凝胶 绝大多数天然凝胶，许多合成凝胶
有机凝胶 化学凝胶
物理凝胶
智能型高分子凝胶的结构特点： ①三维高分子网络与溶剂组成的体系；
日本研制出形状记忆塑料——苯乙烯和丁二
烯共聚物。
当加热至60℃时，丁二烯部分开始软化，而
苯乙烯仍然保持坚硬，以此来保持形状记忆功
能。
热致形状记忆高分子的应用
——热收缩管
热收缩管主要用于仪器内线路集合、线路终
端的绝缘保护、通讯电缆的接头防水、钢管线
路接合处的防腐工程、异径管的连接。
热致形状记忆高分子的应用
葡萄糖响应高分子凝胶配合物形成的
胰岛素释放微囊
原理：PVA凝胶与硼酸聚合物可以产生可逆的键合形
成配合物，当葡萄糖分子渗入后，PVA凝胶与硼酸聚
合物间的键合被葡萄糖所取代，大分子间的键合解离，
2、什么是形状记忆高分子材料？如何分类？举
例说明形状记忆高分子材料的应用。
3、什么是高分子凝胶？智能高分子凝胶的结构
有什么特点？
智能材料——对于外界环境的物理或化学刺 激，自身的某些物理、化学性质发生相应突变 的材料。 又称“机敏材料”。smart material
智能材料属于仿生材料。
智能金属材料 智能材料 智能无机非金属材料
智能高分子材料
智能高分子材料 intelligent polymer ——对于外界环境的物理或化学刺激，自身
的某些物理、化学性质发生相应突变的高分
子材料。
生物组织——天然高分子凝胶
如海参、肌肉组织
刺激响应性智能高分子凝胶——“软湿”材料
高分子凝胶 ——是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂
组成的体系。
可以溶胀，但不溶解。
水凝胶 绝大多数天然凝胶，许多合成凝胶
有机凝胶 化学凝胶
物理凝胶
智能型高分子凝胶的结构特点： ①三维高分子网络与溶剂组成的体系；
日本研制出形状记忆塑料——苯乙烯和丁二
烯共聚物。
当加热至60℃时，丁二烯部分开始软化，而
苯乙烯仍然保持坚硬，以此来保持形状记忆功
能。
热致形状记忆高分子的应用
——热收缩管
热收缩管主要用于仪器内线路集合、线路终
端的绝缘保护、通讯电缆的接头防水、钢管线
路接合处的防腐工程、异径管的连接。
热致形状记忆高分子的应用
葡萄糖响应高分子凝胶配合物形成的
胰岛素释放微囊
原理：PVA凝胶与硼酸聚合物可以产生可逆的键合形
成配合物，当葡萄糖分子渗入后，PVA凝胶与硼酸聚
合物间的键合被葡萄糖所取代，大分子间的键合解离，
第9章 智能高分子材料ppt课件
2
美国麻省理工学院田中丰一教授早在1975年就发现，当 冷却聚丙烯酰胺凝胶时，凝胶可由透明逐渐变得混浊；加 热凝胶时，它又转为透明。这类可逆过程与聚合物网络的 体积相转变有关。他进一步将离子化的部分水解聚丙烯酰 胺凝胶置于水-丙酮溶液中，发现溶剂浓度或温度的微小变 化可使凝胶突然溶胀到原来尺寸的数倍或收缩成紧缩的物 质。田中丰一的这一发现开辟了一个新的研究领域——“灵 巧凝胶”或“智能凝胶”。
这类凝胶球的体积脉冲变化和心脏的 跳动颇为相似。用显微镜观察条状凝 胶(1 mm×1 mm×20 mm)可看到数十 微米尺度的振荡。历时约5 min的化学 振荡在凝胶内可诱发连续的化学波， 使凝胶长度方向上的颜色发生变化， 每次振荡形成的图案等速迁移6 mm。 人们期望将此系统用于微驱动元件、 微泵及与细胞循环或人生物律动同步 的系统。
该智能水凝胶以液状滴入眼后响应眼内的较高温度变得粘稠， 又由于具有对剪切的敏感性，当每次眨眼时又变成流体状，从 而在眼内完全铺展开，保持药物释放数小时。
21
9.4.3.2仿分泌颗粒体释放 分泌细胞含有由聚阴离子网络组成的亚微颗粒体，在水合
氢离子和弱碱性阳离子存在时收缩。作为许多颗粒体结合内源 介体(如组胺、5-羟色胺和蛋白酶)的渗透内存载体，该网络被 埋于脂质膜中。细胞颗粒体响应外界生物化学信号时可分泌此 类物质。
胆甾醇印迹聚合物
葡萄糖敏感P(MMA-g-PEG)凝胶作用机理 15
9.3.2.3振荡反应响应
日本学者开发了响应内源刺激的凝胶。他们将典型 的振荡反应——பைடு நூலகம்elousov-Zhabotinsky(Bz)反应催化 剂钌以三(2，2’-双吡啶) 钌(Ru(bpy)3 )的乙烯基取代 衍生物形式引入到温敏性聚异-丙基丙烯酰胺 (PNIPAAm )凝胶中制备了自振荡凝胶。
美国麻省理工学院田中丰一教授早在1975年就发现，当 冷却聚丙烯酰胺凝胶时，凝胶可由透明逐渐变得混浊；加 热凝胶时，它又转为透明。这类可逆过程与聚合物网络的 体积相转变有关。他进一步将离子化的部分水解聚丙烯酰 胺凝胶置于水-丙酮溶液中，发现溶剂浓度或温度的微小变 化可使凝胶突然溶胀到原来尺寸的数倍或收缩成紧缩的物 质。田中丰一的这一发现开辟了一个新的研究领域——“灵 巧凝胶”或“智能凝胶”。
这类凝胶球的体积脉冲变化和心脏的 跳动颇为相似。用显微镜观察条状凝 胶(1 mm×1 mm×20 mm)可看到数十 微米尺度的振荡。历时约5 min的化学 振荡在凝胶内可诱发连续的化学波， 使凝胶长度方向上的颜色发生变化， 每次振荡形成的图案等速迁移6 mm。 人们期望将此系统用于微驱动元件、 微泵及与细胞循环或人生物律动同步 的系统。
该智能水凝胶以液状滴入眼后响应眼内的较高温度变得粘稠， 又由于具有对剪切的敏感性，当每次眨眼时又变成流体状，从 而在眼内完全铺展开，保持药物释放数小时。
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9.4.3.2仿分泌颗粒体释放 分泌细胞含有由聚阴离子网络组成的亚微颗粒体，在水合
氢离子和弱碱性阳离子存在时收缩。作为许多颗粒体结合内源 介体(如组胺、5-羟色胺和蛋白酶)的渗透内存载体，该网络被 埋于脂质膜中。细胞颗粒体响应外界生物化学信号时可分泌此 类物质。
胆甾醇印迹聚合物
葡萄糖敏感P(MMA-g-PEG)凝胶作用机理 15
9.3.2.3振荡反应响应
日本学者开发了响应内源刺激的凝胶。他们将典型 的振荡反应——பைடு நூலகம்elousov-Zhabotinsky(Bz)反应催化 剂钌以三(2，2’-双吡啶) 钌(Ru(bpy)3 )的乙烯基取代 衍生物形式引入到温敏性聚异-丙基丙烯酰胺 (PNIPAAm )凝胶中制备了自振荡凝胶。
功能高分子材料课件第七章光敏高分子材料
lg Tlg IIolc (7-4)
15.02.2021
材料
15
其中，ε称为摩尔消光系数。它是吸收光的物 质的特征常数，也是光学的重要特征值，仅与化合 物的性质和光的波长有关。
一个概念： 发色团：在分子结构中能够吸收紫外和可见光的基团
15.02.2021
材料
16
3 光化学定律 光化学第一定律（Gtotthus-Draper定律）： 只有被吸收的光才能有效地引起化学反应。
分子的活化有两种途径，一是分子中的电子受 光照后能级发生变化而活化，二是分子被另一光活 化的分子传递来的能量而活化，即分子间的能量传 递。下面我们讨论这两种光活化过程。
15.02.2021
材料
19
5 分子的电子结构 按量子化学理论解释，分子轨道是由构成分子
的原子价壳层的原子轨道线性组合而成。换言之， 当两个原子结合形成一个分子时，参与成键的两个 电子并不是定域在自己的原子轨道上，而是跨越在 两个原子周围的整个轨道(分子轨道)上的。
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材料
30
能
σ*
π*
量
π
π π*
n σ*
n π* n
σ
电子跃迁相对能量
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材料
31
表7-3 n →π*和π →π*跃迁性质比较
性质 最大吸收波长
消光系数
取代基效应
吸收光谱图形 单线态寿命 三线态寿命
n →π* 270～350nm（长）
＜100 给电子基团使吸收波长向紫
是指在吸收了光能后，能在分子内或分子间产生
化学、物理变化的一类功能高分子材料。而且这
种变化发生后，材料将输出其特有的功能。从广
功能高分子材料课件全解
【解析】 本题是化学与生物的综合，要充 分利用题给信息,结合学过的知识进行思考, 问题会迎刃而解。 (1)根据反应前后元素化合价的变化可推知 氧化剂为乳酸，还原剂为铁。 (2)聚乳酸本身对人体无毒，在体内可以水解 成乳酸，最后降解成二氧化碳和水，通过人 体的呼吸和排泄系统而被自动排出体外，故
不需要二次开刀拆线，使其作为人体内部器 官的手术缝合线具有独一无二的优越性。 (3)淀粉通过植物的光合作用由二氧化碳和水 合成，再经微生物发酵生成乳酸。因乳酸的 生成来自天然，用乳酸合成的高分子材料又 可以最终降解成为二氧化碳和水，回归自然, 故利用乳酸合成高分子材料，利于环保。
【思路点拨】 解答本题要注意以下三点： (1)知道复合材料的定义及包含的物质。 (2)掌握复合材料的性能。 (3)塑料的分类及包含的物质种类。
【解析】 钢筋混凝土就是一种常见的复合 材料，故A错；聚氯乙烯是线型结构，具有 热塑性，故B错；锦纶丝属于合成纤维，燃 烧时不具有天然蛋白质的烧焦毛发的臭味， 且灰烬不易破碎，故C错。 【答案】 D
3.高吸水性树脂 (1)合成方法 ① 对 __淀__粉__、__纤__维__素___ 等 天 然 吸 水 材 料 进 行 改性，在它们的高分子链上再接上含_强__亲___ __水__性__原__子__团____的支链，以提高它们的吸水 能力。 ②以带有__强__亲__水__性__原__子__团__的化合物为单体, 均聚或两种单体共聚得到亲水性高聚物。
知能演练轻松闯关
本部分内容讲解结束
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Thank You ! 不尽之处，恳请指正！
(1)乳酸可以与精制铁粉制备一种药物，反应 式为：2CH3CH(OH)COOH＋Fe―→ [CH3CH(OH)COO]2Fe＋H2↑ 在该反应中，氧化剂是________，还原剂是 ________，产物乳酸亚铁可以治疗的疾病是 ________。
9-功能高分子与智能材料
二.高分子催化剂
特点：温和的反应条件、高活性、高选择性 高分子效应：作为催化活性中心的金属原子在链上 的高分散或高浓缩效应、取代基提供的静电场、高 分子的高级结构、高活性取代基的存在。 分类： 分类： 天然高分子催化剂：酶 合成高分子催化剂：高分子酸碱催化剂、高分子金 属络合物催化剂、高分子相转移催化剂、高分子胶 体保护的金属簇催化剂。 半天然高分子催化剂：固定化酶
•逐步共聚合： 参加反应的两个或两个以上带有功能基的单体， 通过功能基的之间的相互作用而进行反应，析出 低分子物 2、强酸型阳离子交换树脂 •聚合型： 苯乙烯与二乙烯基苯：悬浮聚合、磺化 •缩合型： 硫酸磺化苯酚后，再与甲醛发生缩合反应
3、弱酸型阳离子交换树脂 •聚合型：丙烯酸酯单体与交联剂二乙烯基苯引发 聚合后，水解得到含羧基的弱酸型阳离子交换树脂。 •缩合型：羧基取代的苯酚与甲醛缩合可得到含羧 基的弱酸型阳离子交换树脂。 •其他方法：用高分子骨架通过简单的有机化学反 应来制备弱酸型阳离子交换树脂；如苯乙烯与二乙 烯基苯共聚物。
2、纤维素类 • 纤维素也可作为接枝共聚体的骨架高分子。 • 接枝单体：丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸。 • 纤维素类高吸水性树脂合成原理：自由基聚合 • 用途：高吸水性织物等 3、合成树脂类 1）聚丙烯酸类树脂 代表产品：丙烯酸甲酯与乙酸乙烯共聚后的皂化产物 • 特点：高吸水状态下有很高的强度、较好的耐热、耐 光性能、优良的保水性能。 2）其他合成树脂 聚丙烯腈系树脂、聚乙烯醇系树脂、据环氧乙烷系树脂
• 根据交换基团的种类、作用来分类： 强酸型阳离子交换树脂：-SO3H 弱酸型阳离子交换树脂: -COOH, -PO3H2, -OH, -SeO3H,-AsO3H2 强碱型阴离子交换树脂: ≡N+X-, ≡ P+X-, ≡ S+X弱碱型阴离子交换树脂:-CONH(CH2)3N(CH3)2, -CH2NCH3(C2H5OH)2 两性离子交换树脂:-SO3H+N+(CH3)3X-
功能高分子材料课件第七章光敏高分子材料
2019/9/18
材料
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能 量
2019/9/18
A
成键轨道
=
2
A
-
B
B
=
1
A
+
B
A A-B
B
（孤立原子）（分子） （孤立原子）
轨道能量和形状示意图
材料
( * ) 2
( ) 1
2 (* ) 1 ( )
20
下面仅举甲醛分子的例子来说明各种化学键。 O
HC H
第七章 光敏高分子材料
2019/9/18
材料
1
7.1 概述
光敏性高分子（photosensitive polymer,
light-sensitive polymer）又称感光性高分子，
是指在吸收了光能后，能在分子内或分子间产生
化学、物理变化的一类功能高分子材料。而且这
种变化发生后，材料将输出其特有的功能。从广
2019/9/18
材料
7
感光性高分子作为功能高分子材料的一个重要分支， 自从1954年由美国柯达公司的Minsk等人开发的聚乙烯 醇肉桂酸酯成功应用于印刷制版以后，在理论研究和推 广应用方面都取得了很大的进展，应用领域已从电子、 印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化 和农业等方面。
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移动 宽
＞10-6s（长） 10-3s（短）
π →π* 180nm（短）
＞1000 给电子基团使吸收波长向红移
动 窄 10-7～10-9s（短） 10-1~10s（长）
2019/9/18
材料
31
根据这些性质上的差别，可帮助我们推测化学 反应的机理。例如，甲醛分子的模式结构图为：
功能高分子材料.ppt2
或小分子通过共价键、配位键或离子键结合到 高分子载体上形成的固体催化剂
• 作用是降低化学反应的活化能加快反应速度
• 主要有四类：
• （1）离子交换树脂
• 即高分子酸碱催化剂，在化学反应中取代小分 子酸碱进行应用 8
• （2）高分子金属催化剂 • 高分子负载催化剂：将具有催化作用的金属物质
以物理方式固定到高分子链上得到的高分子金属催 化剂
化学、高分子物理、生物化学、合成材料工艺
学、病理学、药理学、解剖学和临床医学等多
方面的知识，还涉及许多工程学问题，如各种
医疗器械的设计、制造等。上述学科的相互交 融、相互渗透，促使医用高分子材料的品种越 来越丰富，性能越来越完善，功能越来越齐全。
14
• 对医用高分子材料的基本要求
医用高分子材料是一类特殊用途的材料。 它们在使用过程中，常需与生物肌体、血液、 体液等接触，有些还须长期植入体内。由于 医用高分子与人们的健康密切相关，因此对 进入临床使用阶段的医用高分子材料具有严 格的要求，要求有十分优良的特性。归纳起 来，一个具备了以下七个方面性能的材料， 可以考虑用作医用材料。
人工脏器的高分子材料应具有优良的成型性能。否 则，即使各项性能都满足医用高分子的要求，却无 法加工成所需的形状，则仍然是无法应用的。 此外还要防止在医用高分子材料生产、加工工 程中引入对人体有害的物质。应严格控制原料的纯 度。加工助剂必须符合医用标准。生产环境应当具
有适宜的洁净级别，符合国家有关标准。
23
医用高分子材料的分类
• 1）按照生物医学用途分类
• 硬组织相容性高分子材料 • 软组织相容性高分子材料
• 血液相容性高分子材料
• 高分子药物
24
• 2）按照性能分类
• 作用是降低化学反应的活化能加快反应速度
• 主要有四类：
• （1）离子交换树脂
• 即高分子酸碱催化剂，在化学反应中取代小分 子酸碱进行应用 8
• （2）高分子金属催化剂 • 高分子负载催化剂：将具有催化作用的金属物质
以物理方式固定到高分子链上得到的高分子金属催 化剂
化学、高分子物理、生物化学、合成材料工艺
学、病理学、药理学、解剖学和临床医学等多
方面的知识，还涉及许多工程学问题，如各种
医疗器械的设计、制造等。上述学科的相互交 融、相互渗透，促使医用高分子材料的品种越 来越丰富，性能越来越完善，功能越来越齐全。
14
• 对医用高分子材料的基本要求
医用高分子材料是一类特殊用途的材料。 它们在使用过程中，常需与生物肌体、血液、 体液等接触，有些还须长期植入体内。由于 医用高分子与人们的健康密切相关，因此对 进入临床使用阶段的医用高分子材料具有严 格的要求，要求有十分优良的特性。归纳起 来，一个具备了以下七个方面性能的材料， 可以考虑用作医用材料。
人工脏器的高分子材料应具有优良的成型性能。否 则，即使各项性能都满足医用高分子的要求，却无 法加工成所需的形状，则仍然是无法应用的。 此外还要防止在医用高分子材料生产、加工工 程中引入对人体有害的物质。应严格控制原料的纯 度。加工助剂必须符合医用标准。生产环境应当具
有适宜的洁净级别，符合国家有关标准。
23
医用高分子材料的分类
• 1）按照生物医学用途分类
• 硬组织相容性高分子材料 • 软组织相容性高分子材料
• 血液相容性高分子材料
• 高分子药物
24
• 2）按照性能分类
《功能高分子材料》PPT课件
特种高分子材料
有机氟材料，耐热性高分子，各 种功能高分子
＞1000 100～1000
20～80
1 1～2 2～4
1～20
10～100
* 价格比以通用高分子为1计。 精选课件ppt
21
2. 科学技术发展的需求
80～90年代，科学技术有了迅速发展。能 源、信息、电子和生命科学等领域的发展，对 高分子材料提出了新的要求。即要求高分子材 料具有迄今还不曾有过的高性能和高功能，甚 至要求既具有高功能亦具有高性能的高分子材 料。
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。
精选课件ppt
10
从实用的角度看，对功能材料来说，人们 着眼于它们所具有的独特的功能；而对高性 能材料，人们关心的是它与通用材料在性能 上的差异。
特种高分子和功能高分子是目前高 分子学科中发展最快、研究最活跃的 新领域。
29
1993年，俄罗斯科学家报道了在经过长期氧化的
聚丙烯体系中发现了室温超导体，这是迄今为止唯
一报道的超导性有机高分子。
20世纪80年代，高分子传感器、人工脏器、高分
子分离膜等技术得到快速发展。
1991年发现了尼龙11的铁电性，1994年塑料柔性
太阳能电池在美国阿尔贡实验室研制成功，1997年
发现聚乙炔经过掺杂具有金属导电性，导致了聚苯
新的聚合方法：阳离子活性聚合、基团转移聚合、 活性自由基聚合、等离子聚合等等；
新结构的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共
聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合
物、含C60聚合物等等。
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6
基本概念
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功能高分子材料和智能高分子材料.
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
ห้องสมุดไป่ตู้
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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ห้องสมุดไป่ตู้
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹