通过高分子化方法制备功能高分子材料的缺点
1.功能小分子需要引入可聚合单体，过程需要复杂的合成反应； 2.要求反应中不能破坏原有分子结构和功能； 3.功能基稳定性不好时需要加以保护； 4.还需考虑功能基的引入对单体聚合活性的影响。
通过高分子化方法注意事项
1.引入高分子骨架后应有利于小分子原有功能的发挥，两者不 能相互影响，并能弥补其不足。
特殊活性的金属和无机非金属材料结合构成材料。如导热材料、导电材料。
3. 功能高分子材料的其他制备策略
（1）功能高分子的多功能复合
两种或以上的功能高分子材料以某种方式结合，产生新 的性质。
（2）在同一分子中引入多种功能基
在同一种功能材料中，甚至同一个分子中引入两种以上 的功能基团制备新型功能聚合物。
（2）功能高分子材料中聚合物骨架的作用 高分子效应 溶解度下降效应 高分子骨架的机械支撑作用 高分子骨架的模板效应 高分子骨架的稳定作用 高分子骨架在功能高分子材料中的其他作用
（3）聚合物骨架的种类和形态的影响
高分子骨架类型
饱和碳链型聚合物 (PP、PS、POM) 聚酯、聚酰胺骨架的聚合物 天然高分子 （多糖和肽链） 线性共轭结构的聚合物（聚吡咯、聚乙炔、聚苯） 梯形聚合物（聚芳香内酰胺）
2. 功能高分子材料的发展历程
特种与功能高分子材料是一门涉及范围广泛，与众 多学科相关的新兴边缘学科，涉及到有机化学、无机 化学、光学、电学、结构化学、生物化学、电子学、 甚至医学等众多学科，是目前国内外异常活跃的一个 研究领域。
虽然特种与功能高分子材料的发展可以追述到很久 以前，如光敏高分子材料和离子交换树脂都有很长的 历史。但是作为一门独立的完整的学科，功能高分子 是从20世纪80年代中后期开始发展的。
透过物质的 质量通量
物质的 扩散系数
第三节 功能高分子材料的制备策略
1. 功能型小分子材料的高分子化策略 2. 普通高分子材料的功能化策略 3. 功能高分子材料的其他制备策略
1. 功能型小分子材料的高分子化策略
小分子
材料化
（1）通过功能型可聚合单体的聚合法 通常是在一些功能性小分子中引入可聚合的基
• 最早的功能高分子可追述到1935年离子交换树脂 的发明。
• 20世纪50年代，美国人开发了感光高分子用于印 刷工业，后来又发展到电子工业和微电子工业。
• 1957年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性，打破了 多年来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。
• 1966年little提出了超导高分子模型，预计了高分 子材料超导和高温超导的可能性，随后在1975年 发现了聚氮化硫的超导性。
团，如乙烯基、吡咯基、羧基、羟基、氨基等， 然后通过均聚或共聚反应生成功能聚合物。
加成聚合
缩聚反应
双羟基取代单体
双氨基取代单体
双羧基取代单体
常用于合成功能性高分子的功能性小分子结构示意图
（2）聚合物包埋法
生成聚合物分子的束缚作用将功能型小分子包埋固 定来制备功能高分子材料。
特点：没有化学键连接，固化作用通过聚合物包络 作用来 完成。
1. 功能高分子材料的结构层次
（1）构成材料的元素组成 （2）材料分子中的官能团结构 （3） 聚合物的链段结构 （4）高分子的微观构象结构 （5） 材料的超分子结构和聚集态 （6）材料的宏观结构
2.功能高分子材料构效关系分析
（1）官能团的性含官能 团的种类和性质
官能团与聚合物骨架不能区分 • 官能团是聚合物的一部分，或者说聚合物本身起
着官能团的作用，如具有共轭结构的导电高分子 聚乙炔、芳香烃以及芳香杂环聚合物、高分子聚 电解质、主链型聚合物液晶等。
官能团在功能高分子材料中仅起辅助作用
以聚合物为完成功能过程的主体，官能团只起辅助效 应，利用引入官能团改善溶解性能、降低玻璃化温度、改 变润湿性和提高机械强度等，如在主链型液晶高分子的芳 香环上引入一定体积的取代基以降低液晶相温度。在高分 子膜材料中引入极性基团可以改变润
当官能团的性质对材料的功能起主要作用时， 高分子仅仅起支撑、分隔、固定和降低溶解度等 辅助作用。如高分子过氧酸，电活性聚合物中的 N，N－二取代联吡啶结构，侧链聚合物液晶中的 刚性侧链等。
功能高分子材料的性质取决于聚合物骨架与所 含官能团的协同作用。
官能团的作用需要通过与高分子的结合或者通 过高分子与其它官能团相互结合而发挥作用，如 固相合成用高分子试剂是比较有代表性的例子。
聚合物骨架的形态
线性聚合物 分支型聚合物 交联聚合物
微孔型或溶胶型，大孔树脂，米花状树，大网状聚合物 脂
3. 高分子材料与功能相关的其他性质
（1）聚合物的溶胀和溶解性质
聚合物溶解过程：溶剂的种类、聚合物的结晶度、 温度、聚合物骨架的组成与性质有关。
交联聚合物溶胀
表观密度
溶胀度
骨架密度
溶剂密度
（2）聚合物的多孔性
2.过程尽量不破坏小分子功能材料的作用部分； 3.功能小分子结构特征与选取的高分子骨架结构类型是否匹配。
2. 普通高分子材料的功能化策略
通过化学或物理方法对已有普通聚合物进行功 能化处理，赋予这些常见的高分子材料特定功能， 成为功能高分子材料。
优点：商品化、性能比较保障的聚合物通过改性得 到功能化处理。
3. 功能高分子材料的构效关系研究方法
（1）功能高分子的性能测定 （2）功能高分子作用机理研究
4. 功能高分子材料的应用研究
（1）作为新型替代材料 （2）作为全新功能材料
影响其功能发挥。 4.功能化聚合物其功能基的分布比较均匀。
特殊活性的金属和无机非金属材料结合构成材料。
溶液共混：向单体溶液中加入功能性化合物，在聚 合过程中完成与功能性小分子的复合；
熔融共混：聚合物处于熔融状态时与其它的功能性 化合物混合。
在这类功能性高分子材料中，聚合物与功能 性化合物之间不存在化学键合力，固化作用是通 过包络及分子间的作用力来实现的。
化学改性
物理共混
（1）高分子材料的化学改性功能化
聚苯乙烯的功能化
聚氯乙烯的功能化反应
聚乙烯醇的功能化反应
聚环氧氯丙烷的功能化反应
缩合型聚合物的功能化方法
（2）聚合物功能化的物理方法
通过小分子功能化合物与聚合物的共混与复合来实现。
1.物理方法简单、快速，不受场地和设备限制。 2.不受聚合物和功能小分子官能团反应活性限制。 3.功能性小分子没有与高分子骨架形成化学键，不
优点：方法简单，小分子的性质不受聚 合物 性质的影响。 例如：酶的固化。
缺点：包络过程中小分子功能化合物容易 逐步失去，特别是在溶胀条件下使 用将加快功能高分子的失活过程。
通过高分子化方法制备功能高分子材料的优点
1.生成的功能高分子功能基分布均匀； 2.聚合物结构可以通过小分子分析和聚合机理加以测定； 3.产物的稳定性较好。
（1）功能高分子的多功能复合
第四节 功能高分子材料的 研究内容和方法
1.制备方法研究
（1）单体制备方法研究
（2）高分子化方法研究
（3）聚合物的功能化、聚合物微观结构和宏观结 构成型
2.功能高分子材料的结构和组成方法研究 （1）功能高分子材料的化学成分分析 （2）功能高分子材料的化学结构分析 （3）功能高分子晶态结构分析 （4）功能高分子聚集态结构分析 （5）功能高分子材料的热性能分析 （6）功能高分子材料的宏观结构分析
P nr 2l
S 2nr l
聚合物中孔
聚合物的总表面积
占据总体积
P% (1 ap ) 100 %
聚合物的百分孔隙率
（3）聚合物的渗透性
q r 4p 8x
透过量
体积分数
毛细管曲折系数
P 2 8
渗透系数
透过物质的
局部浓度
dci
Q D i
i
dxi 扩散的垂直距离
吸附型高分子材料
• 高分子吸附性树脂、离子交换树脂、高分子螯合 剂、高分子絮凝剂、吸水性高吸水树脂
高分子液晶材料
生物活性高分子材料 • 生物相容性、生物可降解性、药物活性
高分子智能材料
高分子形状记忆材料、信息存储材料和光、电、磁、 pH、压力感应材料。
第二节 功能高分子材料的结构 与性能的关系
3. 功能高分子材料的分类
化学活性高分子材料
高分子试剂和高分子催化剂
光活性高分子材料 光稳定剂、光敏涂料、光刻胶、感光材料、非线性 光学材料、光导材料、光致变色材料
电活性高分子材料
导电聚合物、高分子电解质、高分子驻极体、高分 子介电材料、能量转换用聚合物、电致发光和电致 变色等材料。
膜型高分子材料 • 多孔分离膜、密度膜、超滤膜、微滤膜、纳滤膜
• 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 聚苯胺、聚吡咯等一系列导电高分子的问世。 这一切多反映了功能高分子日新月异的发展。
功能高分子材料
Functional Polymer Materials
第一章 功能高分子材料总论
第一节 功能高分子材料概述
1.功能高分子材料的研究内容
常规高分子材料
合成纤维 合成橡胶 塑料 涂料 高分子粘合剂
功能高分子材料是具有光、电、磁、生物活性、 吸水等特殊功能的聚合物材料。
与常规高分子材料相比，在原有性能的基 础上还具有化学反应活性、光敏性、导电性、 催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、 能量转换性、磁性等功能。