1、.,第三節(jié)功能高分子材料,第五章 進入合成高分子化合物的時代,.,時代周刊評出20世紀最偉大的100項發(fā)明，其中“尿不濕” 榜上有名,為什么“尿不濕” 能評為20世紀最偉大的100項發(fā)明呢?最初是為誰專門設(shè)計的呢？,.,美國在上世紀六十年代初，航天事業(yè)崛起，如何解決宇航員的排尿問題迫在眉睫，華人唐鑫源成為“尿不濕”的發(fā)明人，后來他被譽為美國“太空服之父”。,美國從1959起甄選的7位宇航員合影,太空服之父唐鑫源,.,“神舟”系列上天的航天員都使用了“尿不濕”,航天員專用“尿不濕”1克能吸收約1000克水 ，吸水性遠強于一般嬰兒使用的“尿不濕”,.,“尿不濕”是航天產(chǎn)品“下凡”的成功典范！現(xiàn)在不

2、僅是嬰幼兒使用，還有供特殊成人使用的，更有趣的是有些寵物也系上了“尿不濕”出門溜達，以保護公共衛(wèi)生。,資料顯示：1987年，英國一次性尿布銷售利潤達2億英鎊。設(shè)想一下我們中國這樣一個人口大國，利潤有多么驚人！,.,吸水前,吸水后,尿不濕吸水前后的變化,.,你了解“尿不濕”的材料嗎？它應(yīng)該有什么性能？,“尿不濕”起作用的物質(zhì)是一種功能高分子材料，具有很強的吸水能力。它所用的材料是高吸水性樹脂（常用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉 ）（課本P114）,.,1.定義：具有新型骨架結(jié)構(gòu)的高分子材料和在天然或合成高分子的主鏈或支鏈上引入某種功能的官能團，使其顯示出在光、電、磁、聲、熱、化學、生物、醫(yī)學等方面的特殊功

3、能的高分子。,一、功能高分子材料,.,(1).化學功能 離子交換樹脂、高分子試劑、高分子催化劑、分解性高分子等。 (2).物理功能 導電性高分子、高分子光電導體、高分子顯示材料、高分子光致變色材料等。 (3).復合功能 高分子功能膜、高分子吸附劑、高分子表面活性劑、高分子染料、高分子穩(wěn)定劑等。 (4).生物、醫(yī)用功能 抗血栓、控制藥物釋放和生物活性等 。,（按照功能來分類）,2.分類,.,高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)特征： a.分子中具有強親水性基團，如羥基、羧基，能夠與水分子形成氫鍵； b.樹脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)； c.聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度； d.聚合物具有較高的分子量。,二、常見功能高分子材料,1

4、、高吸水性樹脂,思考：如何以帶有強親水性原子團的化合物CH2=CHCOOH制得網(wǎng)狀聚丙烯酸鈉？,.,高吸水性樹脂加交聯(lián)劑的目的是變線型結(jié)構(gòu)為體型結(jié)構(gòu)，使其既有吸水性而又不溶于水，耐擠壓。,吸水前,吸水后,.,纖維素的結(jié)構(gòu)簡式,傳統(tǒng)吸水性的材料棉花為何有一定的吸水性？,發(fā)現(xiàn)其每個鏈節(jié)上都有OH，它是一種親水基,.,.,如無土栽培、改良土壤、改造沙漠等。,思考：強吸水能力的功能高分子材料除了用于 “尿不濕”，還有哪些用途？ P114,保水劑是一種吸水能力特強的功能高分子材料。無毒無害，反復吸水、釋水 “微型水庫”。同時，它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢釋放，增加肥效、藥效。高吸水性樹脂廣泛用于農(nóng)業(yè)、林

5、業(yè)、園藝、建筑等。,.,上世紀70年代發(fā)展起來的親水隱形眼鏡具有特點：吸收相當于自重80%水，才變得柔軟、透氣、舒適、戴時長,制備隱形眼鏡所用的原料主要是丙烯酸羥乙酯,（CH2=CHCOOCH2CH2OH）,.,郵票背膠,吸濕性強 粘貼力強 對人體無害,.,離子交換樹脂是帶有官能團(有交換離子的活性基團)、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、不溶性的高分子化合物。是最早工業(yè)化的功能高分子材料，通常是球形顆粒物。 經(jīng)過各種官能化的樹脂（聚苯乙烯），含有H+離子結(jié)構(gòu)，能交換各種陽離子的稱為陽離子交換樹脂，含有OH離子結(jié)構(gòu)能交換各種陰離子的稱為陰離子交換樹脂。 它們主要用于水的處理。離子交換膜還可以用于飲用水處理、海水淡

6、化、廢水處理、牛奶和醬油的脫鹽、酸的回收以及作為電解隔膜和電池隔膜。,2、離子交換樹脂,.,離子交換樹脂,.,酶屬于高分子催化劑。,3、高分子催化劑,人工合成的方法模擬酶，將金屬化合物結(jié)合在高分子配體上，開發(fā)高活性、高選擇性的高效催化劑，這種高分子催化劑稱為高分子金屬催化劑。,已有的研究工作表明，高分子金屬催化劑對加氫反應(yīng)、氧化反應(yīng)、硅氫加成反應(yīng)、羰基化反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、聚合反應(yīng)等具有很高的催化活性和選擇性，而且易與反應(yīng)物分離，可回收重復使用。,.,高分子分離膜的材料主要有醋酸纖維素、聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚等。醋酸纖維素膜透水量大，脫鹽率高，價格便宜，應(yīng)用普遍。海水淡化的原理是利用只允

7、許溶劑透過，不允許溶質(zhì)透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。,4、高分子分離膜,.,高分子分離膜的特點： 能夠有選擇地讓某些物質(zhì)通過，而把另外一些物質(zhì)分離掉。,高分子分離膜的應(yīng)用： 生活用水、工業(yè)廢水等廢液的處理；海水、苦咸水的淡化； 濃縮天然果汁、乳制品加工、釀酒各種能源的轉(zhuǎn)換,.,能從海水中分離出淡水的逆滲透膜已達到大規(guī)模使用的階段，它也是一種半透膜，只讓水分子通過，而使含鹽的低分子溶質(zhì)幾乎不能通過，施加一定的壓力后，就能使水加速擠出。采用不同結(jié)構(gòu)的逆滲透膜就可以獲得工業(yè)鍋爐水、飲料水、無菌水、去離子水、洗滌半導體的超純水等。在非洲一些缺水地區(qū)建立起不少海水淡化裝置。一種PEC1000的海水

8、淡化裝置對海水如加壓 4070公斤/平方厘米，就可以得到1620的淡水。建于沙特阿拉伯的基塔自來水廠，是世界上最大的海水淡化廠，日供應(yīng)淡水12000噸，主要使用醋酸纖維素分離膜裝置。,小資料：,.,分離膜具有神奇的魔術(shù)師般的本領(lǐng)，從下面的實驗中不難領(lǐng)會。將一瓶含酒精4.5的普通啤酒用水稀釋成兩瓶，然后倒入玻璃容器內(nèi)，只要將這種溶液通過薄薄的一層分離膜，就能夠在幾分鐘內(nèi)提取出酒精濃度達 93的乙醇。這種乙醇用一根火柴就能點燃。這個實驗中在分離膜的表面施加了高頻電場，促使乙醇溶解、擴散、和水分離，所耗電能僅為蒸餾法的十分之一。在過去要從液體中分離另一種液體，只能使用蒸餾法。,你知道嗎？,.,吸附性

9、高分子材料主要是指那些對某些特定離子或分子有選擇性親和作用的高分子材料。 吸附樹脂的吸附性不僅受到結(jié)構(gòu)和形態(tài)等內(nèi)在因素的影響，還與使用環(huán)境關(guān)系密切：溫度因素，樹脂周圍的介質(zhì)。 一般可分為吸水性高分子和吸油性高分子。,5、高分子吸附劑,.,6、導電高分子材料,具有半導體性質(zhì)的聚乙炔膜,科學視野,.,醫(yī)用高分子材料,具有優(yōu)異的 ，較少受到 ，可以滿足人工器官對材料的苛刻要求。 如：制作人體的皮膚、骨骼、眼、喉、心、肺、肝、腎等各種人工器官。如：人工心臟、人工關(guān)節(jié)、人造鼻等。等。,生物相容性,排斥,.,人造關(guān)節(jié),.,人工腎臟,.,人工膝關(guān)節(jié),.,一張柔軟的紙，白中透出微黃，這張不起眼的“白紙”就是填

10、補國內(nèi)空白的高科技“人造皮膚”。這種“人造皮膚”能幫助傷口盡快恢復。比如燒燙傷，把水泡的水放出，用藥清洗后，將“人造皮膚”敷貼在傷口上，很快“人造皮膚”就和人的身體長在一起，成了真的皮膚。,人造皮膚,人造血管,.,人造心臟,.,人造膝關(guān)節(jié),.,邁克爾-杰克遜-世界著名流行歌手,.,醫(yī)用高分子及用途,.,7、高分子傳感膜： 功能：把化學能轉(zhuǎn)換為電能 主要應(yīng)用：發(fā)電、開發(fā)新型電池 8、高分子熱電膜： 功能：把熱能轉(zhuǎn)換為電能 主要應(yīng)用：發(fā)電、開發(fā)新能源,.,隱形材料,.,B2飛機的整個機身，除主梁和發(fā)動機機艙使用的是欽復合材料外，其它部分均由碳纖維和石墨等復合材料構(gòu)成，不易反射雷達波。并且，這些不同

11、的復合材料部件不是靠鉚釘拼合，而是經(jīng)高壓壓鑄而成。另外，礬翼的前緣還全部包覆上了一層特制的吸波材料(RAM)。位于機翼前部、內(nèi)裝雷達掃瞄天線陣列的兩個方形突出部件，也采用了特殊的吸波材料。此外，B2A的整個機體都噴涂上了特制的吸波油漆，這在很大程度上降低了敵方探測雷達的回波。,.,1、定義：指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型材料。其中一種做為基體，另外材料做為增強劑。,2、性能：具有 等優(yōu)異性能，在綜合性能上超過了單一材料。,強度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕,3、應(yīng)用 宇宙航空工業(yè)、汽車工業(yè)、機械工業(yè)、體育用品等,三、復合材料,.,玻璃鋼,玻 璃 鋼 游 艇,玻璃鋼冷卻塔,玻璃鋼產(chǎn)品在化工、石油、建筑、體育、國防、航空航天工業(yè)包括神州五號載人飛船等高端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,.,復合材料玻璃鋼,.,.,.,碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導電，具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新型材料。 目前，人們還不能直接用碳或石墨來抽成碳纖維，只能采用一些含碳的有機纖維