跨世纪的高分子科学 unctional Polymers and New Technology 何天白胡汉杰主编 功能高分子 与新技术 M 化学工业出版社
序 中国的高分子科学已经走过了近50年的发展历程。早在20世纪50年代，中国高分子 科学的先驱者们带领着屈指可数的几个研究小组，走上了高分子科学的创业之路。在他们的 辛勤努力下，中国的高分子科学在密切结合国民经济发展中迅速成长壮大。不少研究成果有 力地支持了国民经济的发展和国防建设；一批有为的年轻高分子学者迅速成长；高分子科学 的研究内容也在和其他学科的相互交叉、相互渗透下不断深人改拓展。时至今日，中国的高 分子科学已成为包括高分子化学、高分子物理、高分子工程三个分支学科，研究队伍达万余 人的一个最有活力的化学研究分支领域。它的研究触角已伸展到众多基础学科领域和众多国 民经济的重要领域，在国家发展中扮演着重要的角色。值此世纪之交之际，国家自然科学基 金委员会化学部在王夔院士：的倡议和部署下，由高分子学科主任胡汉杰出而组织国内在第一 线从事高分子科研工作的优秀中青年研究人员共同撰写《跨世纪的高分子科学》丛书，实为 我国高分子学术界的一件大事，相信本丛书的出版一定会对我国高分子科学的进一步发展起 到促进作用。 国家自然科学基金委员会本着总结过去、探讨未来的思路，期望为社会提供一套既反映 我国高分子科学发展的全貌，又能体现未来发展端倪的高分子科学丛书，以便为今后高分子 科学的发展提供借鉴。主要参与本书组织、编撰工作的周其凤、杨玉良、瞿金平、何天白等 同志是我国高分子学术界的新一代杰出学者，国家自然科学基金委员会也希望在丛书的编撰 工作中为他们提供一个提高自己对高分子不同分支学科掌握能力的机会，以期他们在今后我 国高分子科学的发展中更好地发挥中坚作用。 《跨世纪的高分子科学》丛书共有4个分册，即《高分子化学》、《高分子物理》、《聚合 物成型原理及技术》和《功能高分子与新技术》。整套丛书的内容以高分子科学基础研究的 发展为线索，总结了学科基础研究派生出来的对国家发展产生了重要作用的新技术、新材料 方面的成果，从而展现了我国高分子科学形成、发展的历程及在国家发展中的作用。丛书的 内容包括了高分子化学、高分子物理、高分子工程、功能高分子及高分子新材料等高分子科 学的主要分支领域，为我国高分子学术界、高分子产业界以及其他想了解高分子科学的专业 人员，提供了可供参考的丰富素材。 我国的高分子科学水平和国外先进水平相比还有差距，高分子科学在我国经济建设中的 重要作用还未充分发挥出来。我们期望，在未来的新世纪里，我国的高分子科学工作者尤其 是青年学者，不负历史赋予的重任，努力工作，继续开拓，为我国高分子科学事业的发展创 出更辉煌的成就。 中国化学会高分子学科委员会主任 中国科学院院士 2000年5月 于北良
前 言 自50年代初我国开展高分子研究工作以来，经过近50年的发展，一支庞大的高分子科 研队伍已经形成，其研究内容涉及到高分了化学、高分子物理、高分子工程及各种高分子新 材料。高分子的研究.工作不仅促进了化学领城研究工作的深化和延伸，也促进和推动了高分 子产业及各项高新技术的形成和发展，高分子科学已成为对我国国民经济建设有推动作用的 重要学科。值此世纪之交之际，国家自然科学基金委员会为了总结我国高分子科学0年来 的成就，引导我国未来高分子科学的更好发展，特组织国内一些工作在科研第一线的学者共 同编撰《跨世纪的高分子科学》丛书，系统介绍我国高分子科学研究的主要领域及发展趋 势。这对促进我国高分子科学发展具有重要意义。 在本丛书《功能高分子与新技术》分册中，介绍了医用高分子、电子聚合物、磁性高分 子，吸附与分离高分子材料、液晶高分子、高分子电磁流变体系、智能高分子凝胶、高分子 分离膜等内容：还介绍了几种有新技术背景的新材料，如杜仲胶材料、二氧化碳树脂、天然 漆漆酚钛耐腐蚀涂料、可生物降解材料、插层聚合纳米材料、土建用高分子材料、有机硅高 分子材料、杂环高分子材料和聚酰亚胺新材料等。读者从中既能了解到我国功能高分子研究 的概貌，又可从中看到一些高新技术的前景。 我国功能高分子与新材料研究，注意了新型高分子化合物的设计、合成及应用。今后还 要继续深人开展高分子结构与性能的关系以及功能原理的研究，以期把工作进行得更深入。 也希望更加主动地学习其他有关学科领域的知识，增加知识积累与相互借鉴，从而开拓新的 思路和研究方法。 功能高分子研究还应更加注意与外界发展相适应、，从而开发更多功能性材料及实现高分 子材料的智能化。这些都将给我国高分子科学工作者、尤其是青年科学工作者提出新课题和 新挑战，也赋予他们新的机遇去实现高分子研究的新突破。相信这本书的面世一定能促进我 国高分子科学的发展，也能为我国高分子产业及有关新技术的发展提供有力的学科支持 南开大学教授 中国科学院院士 烟和林 2000年5月 于天津
5飞， 内容提要 《跨世纪的高分子科学》丛书以高分子科学基础学科的发展为线索，总结了 50年来我国高分子科学发展的成果和经验，反映了我国高分子学科的发展脉 络，现状及未来。本丛书包括《高分子化学》、《高分子物理》、《聚合物成型原理及 技术》、《功能高分子与新技术》4个分册，其内容基本覆盖了现代高分子科学的 研究领域，反映出高分子科学学科的全貌。 功能高分子是-·类性能特殊，使用量小、附加值高的精细高分子材料。《功 能高分子与新技术》分册全面介绍了我国在功能高分子基础研究和应用研究方 面的成果，并腰望了未来高分了功能材料的纳米化、智能化，及功能高分子研究 必然与生命科学、电子学、各种工程学等多学科交叉发展的趋势。本书涉及医用 功能材料（医疗材料，药物缓释材料），电子聚合物（导电、发光、非线性光学材 料)，磁性功能高分子，液晶高分子，电磁流变液体系，高分子催化剂，功能分离 膜，吸附与分离功能树脂，智能髙分子凝胶，柑变储能材料，以及由功能高分子研 究派生出来的新材料，新技术等内容。 本书可作为从华商分子科研和教学的专业人贞，研究生，高分子产业部门的 工程技术人员以及对高分了科学感兴趣的其他域专业人员的专业参考用书， :31 度13
目 录 第1章中国高分子科学的发展概况与趋势…】 1.1历史的回顾…小…1 1.2中国高分子科学研究的概况……3 1.2.1一般情况 …3 1.2.2学科概况… 1.2.3学科特点… …4 1.2.4日前存在的问题… …5 1.3中国高分子化学的研究 6 1.4中国高分子物理的研究…… …7 1.5中国高分子工程的研究… P 1.6中国功能高分子与新材料的研究… 9 1.7高分子科学发展趋势与展望…11 参考文献… 12 第2章吸附分离功能高分子材料的合成与应用… 13 2.1吸附分离功能高分子材料的分类…13 2.1.1按材料化学结构分类…13 2.1.2按吸附机理分类…15 2.1.3按材料形态和孔结构分类… 16 2.2吸附分离功能高分子材料的合成技术…16 2.2.1吸附分离功能高分子材料合成中的成球技术…16 2.2.2吸附分离功能高分子材料合成中的成孔技术…23 2.2.3吸附分离功能高分子材料活性位点的设计与合成…26 2.2.4复合吸附分离材料的制备… 32 2.25吸附分离功能高分子材料的表征新技术……32 23吸附分离功能高分子材料的应用…33 2.3.1吸附分离功能高分子材料在天然产物分离纯化中的应用 *…34 2.3.2吸附分离功能高分子材料在血液净化治疗中的应用…39 2.3.3吸附分离功能高分子材料在环境保护领城中的应用…42 2.3.4吸附分离功能高分子材料在组合化学中的新应用…43 2.4吸附分离功能高分子材料发展展望…… 46 参考文献……… 47 第3章高分子分离膜…… 51 3.1膜分离原理… 3.1,1多孔膜的分离机理… 51 3.1.2致密膜的分离机理… 51
3.2分离膜的制备方法…52 3.2.】多孔膜的制备… 52 3.2.2致密膜的制备… 53 3.2.3复合膜的制备…………… 44444小，， 53 3.3膜分离过程… 53 3.3.】透析和电渗析…… 53 3.3.2微滤、超滤和纳滤 54 3.3.3逆滲透 56 3.3.4气体分离… 56 3.3.5渗透汽化… 57 3.3.6蒸气渗凌… 58 3.3.7亲和膜… 58 3.4膜过程和其他化工分离过程的联用… 58 3.4.1濮落取… 58 3.4.2膜蒸馏…… 59 3.4.3膜反应器… 59 3.4.4酶膜反应器… 59 3,5膜分离过程的应用… 59 3.5,1水资源再利用… 59 3.5.2环境保护… *………59 3.5.3微电子工业… 60 3.5.4化学工业… 60 3.5.5食品工业及医药工业… 60 3.5.6生物工程… 60 3,6高分子分离膜科学与技术展望 60 3.6.1分离膜材料… 60 3.6.2膜分离过程 61 3.6.3膜分离过程的进一步节能技术 61 36.4其他… 61 参考文献… 61 第4章电子聚合物及相关新技术… 63 4.1共轭结构与电子璨合物…… 63 4.1.1掺杂与导电… 63 4,1.2光致荧光与电致发光… 66 4,1.3π电子与能带理论… 69 4.2典型电子聚合物…… 70 4.2.1聚乙炔(PA)… 70 4.2.2聚苯胺(PAn)… 4 71 4.2.3聚吡咯(PPy）… 74 4.2.4聚塞吩(PTh) …75
4.2.5聚对苯(PPP) 4…………76 4.2.6聚苯亚乙烯(PPV）… 76 43电子聚合物应用举例…… 77 4,3.1聚合物二次电池… 77 4,3.2金属防腐和防污… 78 4.3.3电磁屏蔽和隐身… 79 4.3.4抗静电… 79 4.3.5导电高分子电容器… 80 4.3.6发光二极管…… 81 4.3.7发光电化学池… 83 4.4小结和展望… 84 参考文献 84 第5章磁性高分子及其应用 86 5.1磁性高分子的设计准则… 86 5.2纯有机磁性高分子的合成… 87 5.3金属有机络合型磁性高分子… 88 5,3.】桥联型金属有机络合物磁性高分子… 88 5.3.2 Schiff碱型金属有机络合磁性高分子 89 54常温稳定的二茂铁型金属有机磁性高分子…… 90 5.5实用性二茂金属磁性高分子… 90 5.6磁性高分子的应用… 91 5.6.1OPM移动通讯天线 91 5.6.2OPM高频、微波电子器件 92 5.7展望……… 93 参考文献… 94 第6章医用高分子材料及其发展前景 95 6.1抗凝血材料…… 95 6.2可生物降解材料… 97 6.2.1脂肪族聚酯 97 6.2.2聚乳酸及其共聚物 99 6.2.3聚己内酯及其共聚物 99 6.3在生物医学领域的应用… 100 6.3.1药物控制释放体系… 100 6.3.2骨内固定装置… 101 6.3.3组织修复… 102 6.3.4外科雏合线… 102 6.4高分子材料在组织工程学中的应用 102 参考文献… 105 第7章智能凝胶研究及新技术…… 107 7.1智能凝胶…107
7.1,1疑胶的体积相转变… 107 7.1.2溶胀与刺激响应… 110 7.1.3凝胶溶胀动力学… 112 7,1,4凝胶中水的作用……… 117 7.2智能凝胶相关技术… 120 7.2.1智能药物释放体系…… 120 7.2.2人工肌肉… 120 7.2,3刺激响应分离膜… 121 7.2.4凝胶光橱…… 121 7.2.5智能凝胶与生物技术… 121 7.3智能凝胶展望… 122 7.3.1灵巧疑胶表面… 122 7.3.2软湿有机技术开发… 123 7.3.3智能减胶与组织工程… 123 7.4结束语… 124 参考文献… 124 第8章高分子催化剂研究… 128 8.1引言… 128 8.2高分子催化剂的结构形式…… 129 8.2.1接技型高分子催化剂…129 8,2.2离子交换树脂或吸附树脂作配体的催化剂… 131 8.2.3负栽型高分子催化剂… 132 8.2.4天然高分子配体催化剂…135 8.2.5均聚物及共聚物配体金属催化剂…… 135 8.2.6高分子炭化材料为载体的催化剂… 141 8.3高分子催化剂的活性金属… 142 8.3.1单金属高分子催化剂… 142 8.3.2双金属高分子催化剂 143 8.3.3稀土金属高分子催化剂… 146 8.4结束语…… 147 参考文献… 147 第9章天然杜仲橡-塑新材料 150 9.1资源简介 150 9.2性能 151 9.2.1一般性能… 151 9.2.2力学性能… 151 9.2.3受热形态及加工性… …152 9.2.4电性能… 152 9.2.5耐溶剂性及化学稳定性…*…152 93杜仲胶硫化过程临界转变及三阶段特性… 152
9.31杜仲胶链结构的三大特性…152 9.3.2硫化过程的临界转变… 153 9.3.3阶段性转变控制因素的竞争性原理及两种网络模型…154 9.3.4疏化过程三阶役…155 9.4社仲胶材料工程学…*……155 9.5橡塑统一材料谐及社仲胶等材料元的过渡特性… 155 9.6杜仲胶材料工程学指导下的新材料开发 156 9.6.1热塑性材料… 156 9.6.2热弹性材料 …*156 9.6.3橡胶型材料… …156 9.6.4与聚乙烯共混 156 9.7以杜仲胶为中心的杜仲资源综合利用开发 156 参考文献… 157 第10章二氧化碳树脂新材料… 158 10.1二氧化碳的活化… 158 10.1.1二氧化碳配位化学… 158 10.1.2二氧化碳聚合催化剂… 159 10.2二氧化碳树脂合成化学… 159 10.2.1二氧化碳参与的缩聚反应… 159 10.2.2二氧化碳与杂环化合物加成共聚… 160 10,2.3二氧化碳与烯、炔加成共聚… 160 10.2.4三元加成共聚…161 10.2.5二氧化碳与环氧化物的调节共聚合… …**…162 10.2.6二氧化碳反应体系的相平衡及二氟化碳共聚动力学… 162 10.3二氧化碳树脂性质表征和改良… …166 10.3.1光谱性质… 166 10.3.2热性质… 167 10.3.3溶液性质… 167 10.3.4馆体黏度 168 10.3.5与其他高荥物的相容性… *44*+168 10.4二氧化碳树脂新材料的应用… …169 10.4.1聚碳酸酯聚氨酯材料和不饱和聚碳酸酯材料… 169 10.4.2生物降解材料…170 10.4.3隔氧材料… 171 10.4.4夹层玻璃胶黏剂、热熔胶和陶瓷合金材料烧皓黏合剂、铸遭材料、171 10.4.5表面活性剂和无机填料表面处理剂… 171 10.4.6脆性材料的增塑、增韧剂和加工助剂…172 10.4.7橡胶弹性体补强剂…172 10.4.8固体电解质、稳定的水分散体、液晶和其他…174 10.5展望………………………]74
参考文献… …175 第11章高分子固-固相转变材料…………178 11.1相转变材料(PCM) 11.1.1PCM的热力学特性… 178 11.1.2P℃M的类型… …179 11.1.3用作热能贮存和温度调控的PCM… 180 11.1.4P(M的研究开发和存在问题…上81 11.2新型高分子同-固相转变材料… 183 11.2.1聚乙二醇/纤维素共混物的熔融态固体化… 184 11.2,2聚乙二醇/纤维素共混物的相转变行为…… 185 11.2.3聚乙二醇/纤维素共混物的结晶状态…185 11.2,4聚乙二醇/纤维素共混物固-固相转变的实质… 187 11.2.5聚乙二醇/纤维素共混物中分子间相互作用… 187 11.2.6聚乙二醇/纤维素新型国-固相转变材料及存在问题… 189 11.3高分子固-固相转变材料的应用… 190 参考文献…… 191 第12章生漆改性研究及漆酚钛防腐涂料…… 192 12.1生漆改性研究核况… 192 I2.2漆酚金属高聚物的合成、结构及性能… 193 12.3漆酚钛螯合高聚物防腐蚀涂料…… 198 12.3.1漆酚软整合高聚物防腐蚀涂料的性能… 199 12.3.2应用情况…… 201 参考文献… 205 第13章环境中可生物降解新材料… 206 13.1可生物降解新材料发展背景… 206 13.2可生物降解材料分类及开发现状… 206 13.2.】可生物降解材料分类… 206 13.2.2我国生物降解新材料的开发现状… 208 13.3淀粉系列生物降解塑料…… 208 13.3,1填充型淀粉塑料… 208 13.3.2双降解型淀粉塑料 209 13.3.3全淀粉热塑性塑料… 210 13.4化学与生物合成的生物降解新材料… 211 13.4.1脂防族聚酯的化学与生物合成方法 211 13.4.2脂肪族聚酯的结构和性能… 213 13.4.3应用… 215 13.5展望… 215 参考文献 217 第14章纳米插层材料 220 14.1引言… …220