高分子化学发展简史

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.9,高分子化学发展简史,主讲：陈上,巴西橡胶,全部以小分子化合物为基本原料，通过聚合反应来合成聚合物，是本世纪初才开始的,1909年，第一个合成聚合物酚醛树脂和塑料(电木)的工业化，满足了当时日益发展的电气工业和机器制造业对绝缘材料的需求，,二十年代，醇酸树脂和脲醛树脂也相继投产不过，在这期间合成聚合物只凭经验生产，很少有理论的指导,高分子材料工业的萌发，迫切需要科学理论的指导经过长期的学术争论，,1920,S，,德国化学家,H,Staudinger,提出了“链式大分子“的概念，从而进入了建立高分子科学的阶段,三十年代初，人们通过对烯类、双烯类化合物聚合反应的大量研究，从小分子自由基链式反应出发，建立了高分子的链式自由基聚合反应理论另一方面，缩聚反应理论也在同一时期，由美国化学家,W,H,Carothers,等人在研究聚酰胺和聚酯的合成反应基础上建立起来此后，美国化学家,P,J,Flory,在缩聚反应理论、高分子溶液的统计热力学和高分子构象的统计力学方面也作出了杰出的贡献。在理论指导下，开发了大批的合成聚合物,1950,S,德国化学家,KZieg1er,和意大利化学家,G,Natta,应用新型配位催化剂，在较低压力和温度下，制得了高密度聚乙烯和具有立体规整结构的聚丙烯,之后，美国化学家,M，,Szwarc,又开拓了活的高分子的新领域，使分子量的控制，嵌段和接枝共聚物的段长、枝长和序列的安排，以及星形、梳形和远螯(,telechelic,),等高分子的合成均成为现实，,在缩聚反应方面；建立了环化缩聚、脱氢缩聚等新的合成方法所有这些成就，表明聚合物合成有了新的突破，,因而进入六十年代以后，在聚烯烃、合成橡胶、工程塑料、耐热高分子等方面都有了全面的发展,七十年代起。不仅继续研究以力学特性为中心的高分子材料，而且还大力开展了具有特殊功能的高分子材料的研究，并在诸如光敏性高分子，高分子半导体、导体、光导体，高分子试剂和催化剂，高分子药物等方面取得了一定的进展,八十年代，信息技术、能源技术和生命科学已构成当前科学技术发展的三大领域，一场与之相适应的“新材料革命“已在蓬勃兴起高分子科学在加速对各种高强度、高功能的新材料开发方面也将起着极其重要的作用,Hermann,Staudinger,（,德国人）,:,把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系,1932,年，施陶丁格总结了自己的大分子理论，出版了划时代的巨著,高分子有机化合物,成为高分子科学诞生的标志,，,1953,年诺贝尔奖）,高分子领域的著名化学家,W.H.Wallace Hume,Carothers,(1896,1937),供职美国杜邦公司，美国科学院院士,建立缩聚反应理论,1939,年杜邦公司开始大量生产的聚己二酰己二胺（,nylon,66,）,高分子领域的著名化学家,Alan J.,Heeger,艾伦黑格,Alan G.,MacDiarmid,艾伦 马克迪尔米德,Hideki,Shirakawa,白川英树,对导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖）。,导电塑料已广泛地用于许多工业领域，如抗电磁辐射的计算机视保屏、能过滤太阳光的“智能”玻璃窗等。除此之外，导电聚合物还在发光二极管、太阳能电池、移动电话和微型电视显示装置等领域不断找到新的用武之地。,高分子领域的著名化学家,Karl Ziegler（,齐格勒）,Giulio Natta,（,纳塔,）,K.,齐格勒(德国人)，,G.,纳塔(意大利人)发现了利用新型催化剂进行乙烯、丙烯配位聚合的方法，并从事这方面的基础研究(1963年诺贝尔奖）,高分子领域的著名化学家,Paul J.,Flory,:,聚合,反应,原理、高分子物理性质与结构的关系（美国人，1974年诺贝尔奖）,从事高分子化学的理论、实验两方面的基础研究,高分子领域的著名化学家,特种以及功能高分子简介,高分子材料可用于制造火箭、导弹、超音速飞机、原子能设备、大规模集成电路以及轻型军事装备等所需要的各种零部件。,例1,高分子,烧蚀材料,宇宙飞船和人造卫星在重返地球时，飞行速度极快，与空气剧烈摩擦，其外壳温度高达5000度，在此温度下任何金属或合金都会熔化，怎么办？,科学家将碳纤维织成毯子，用酚醛树脂、环氧树脂浸后固化，然后在1500度碳化，2000度进行石墨化技术处理等，获得特殊功能的烧蚀材料。,高分子烧蚀材料覆盖在飞行器的外壳上，一旦遇到高温，它就能气化而吸收大量热能，从而有效地保护飞行器完好无损地返回地面，而每次的返回大约去掉1/3。,登月飞船外壳27-30层聚酰亚胺,超音速飞机涂聚酰亚胺在250-300工作2万小时,宇宙服、飞船电缆用聚酰亚胺,聚酰亚胺,（,polyimide),在美国每年约有23百万件人工器件或修复材料植入病人体内,人工心脏、心脏起博器、人工心脏瓣膜 （聚醚型聚氨酯预聚物和硅氧预聚物）,例2 高分子与人工器官,人工喉、食道、胆道、尿道（聚乙烯醇、硅橡胶）,人工尿道括约肌,人工血管,人工骨、肌肉腰、角膜 （聚四氟乙烯）,人工肺、肾、肝等 （聚丙烯）,人工骨,人工肾,用高分子材料制备以上这些生物医用材料是其它无机材料、金属材料所望尘莫及的人们十分重视人工脏器的研究，目前主要的问题是如何解决植人材料的抗凝血、排异的问题,人造皮肤（,甲壳素,）,例,3 高分子药物,高分子药物从化学结构上看可分为两大类：,一类是以高分子作为药物的载体，将具有药理活性的低分子化合物以共价键或离子键的形式接到该载体上。,另一类是高分子本身作为新型药物；,制成高分子化的青霉素，持续药效时间可延长3040倍,降低毒性与副作用，提高药理活性。,如具有较高抗癌活性的氟代尿嘧啶副作用大，若将它载于,甲基丙烯酸环氧丙酯(,I),上，既可保持其药理活性，又可抑制副作用，降低毒性。,聚2-甲基丙烯酸芳庚酚酮酯(1,I),具有抗病毒和抗癌作用，药理活性也大大提高。,高分子控制释放材料,PLA,由丙交酯（,LA）,及与其它单体，如乙交酯（,GA）,在催化剂的作用下聚合而成的高分子共聚物。由于其良好的生物降解性和生物相容性，可广泛应用与生物医学组织工程，如药物控制释放体系、生物体吸收缝合材料、骨科固定及组织修复材料等。该材料已被美国,FDA,批准可用于缓释药物载体和其他人体植入的装置。我公司研制开发的,PLGA，,主要应用于多肽、蛋白质药物的控制释放体系。多肽、蛋白质类药物经,PLGA,包埋，制成缓释微球注射剂，可有效拓宽给药途径，提高药物的生物利用率，减少给药次数和药量，减轻患者的痛苦，最大限度减少药物对全身特别是肝、肾的毒副作用。,特点：,1良好的生物相容性。与生物体有非常好的生物相容性，在体内不会引起任何排斥反应。2良好的生物降解性。在生物体内可以降解成乳酸、水和二氧化碳，参与体内的新陈代谢。3可控性。不同的多肽、蛋白质药物需要不同的释放速度，在体内的降解时间可以根据,LA,和,GA,的比例来调节，从而调节药物的释放速度。4无毒。是一种无毒的合成高分子材料，在体内不会引起任何毒性反应。,丙交酯及共聚物,例4,高分子膜,反渗透,Reveerse,Osmosis(RO)system,反渗透技术是一种利用高分子膜进行物质分离的过程，反渗透设备以反渗透膜组件为主体，辅以多级离心泵，高压管路控制阀，压力保护装置等组装而成，可有效地截留水中的溶解盐，小分子物质，胶体和微生物。用反渗透膜脱盐比一般离子交换和蒸馏法具有更高的效率和经济性，可应用于电厂锅炉补给水净化处理，海水淡化及其他浓缩分离过程,RO,组件及其装置,电渗析,电渗析是一种膜分离设备，是利用膜的选择透过性对水中的物质进行分离而达到除盐等预期目的的一种水处理设备。电渗析是在外加直流电场的作用下，利用阴离子交换膜（简称阴膜，它只允许阴离子通过而阻挡阳离子）和阳离子交换膜（简称阳膜，它只允许阳离子交换膜通过而阻挡阴离子）的选择透过性，使一部分离子透过离子交换膜迁移到另一部分水中去，从而使一部分水淡化而另一部分水浓缩。,海水淡化、苦咸水淡化、饮用水降氟：苦限水经过电渗析处理后可达到饮用水的标准。饮用纯净水的制取：配合预处理过滤、脱色设备及反渗透、超滤、消毒设备制取饮用纯净水。,锅炉用软化水、去离子水的制取：与离子交换相比，软化程度高、效果好，经电渗析处理后的水的硬度可低于进水的5%。对环境危害小。食品、制药用水的制取 电子工业用超纯水的制取 液体分离、浓缩、提纯、贵重物质的回收 废水处理：造纸、电镀等工艺废水的处理,小型电渗析设备,制 约 因 素,解 决 途 径,（1）延长使用寿命：减少废弃,（2）回收利用：低性能应用；降解,（3）自然降解：自然分解回归自然,：高分子制品废弃后对,环境的污染,高分子发展展望,1.高分子化学工业实现绿色化,2.发展可控聚合制备均匀高分子产物,3.开发功能和智能材料,作用和功能可随外界条件的变化而有意识的调节，修饰和修复,按照产品性能和加工的需要，控制不同分子量的分布、不同立构和不同的结晶度进行高水平分子设计，不仅可以大幅度的改进产品质量，而且能开发出更多的新功能材料。,