功能高分子材料（贾润萍）

本书系统总结了目前功能高分子材料的研究现状、发展方向、研究进展和未来发展方向。主要论述在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料品种。如已发展较为成熟的吸附性高分子、液晶高分子、导电高分子、高分子表面活性剂等，对它们的研究和发展方向以及成果做了一定的介绍，同时对于一些新的功能高分子材料，如形状记忆高分子、智能型凝胶等智能型功能高分子也有所涉及。在阐述这些材料时，着重强调基本概念、基本原理，阐明了功能高分子材料的结构、组成与功能性之间的关系，同时对功能高分子材料的发展也做了扼要的介绍。

本书适用于材料科学与工程、化学工程、香料专业的本科生和研究生，也可供相关专业人员参考学习。

 

第1章  绪论/001

1.1　功能高分子材料的定义 002

1.2　功能高分子材料的分类 002

1.3　功能高分子材料的发展 003

1.3.1电功能高分子材料 005

1.3.2高分子功能膜材料 005

1.3.3液晶高分子材料 005

1.3.4医用功能高分子材料 006

1.3.5环境降解高分子材料 006

1.3.6吸附分离功能高分子材料 006

1.4　功能高分子材料结构特征 007

1.4.1主链型 007

1.4.2侧链型 007

1.4.3接合型 007

1.5　高分子功能化原则 007

1.5.1有效性 007

1.5.2安全性 007

1.6　功能高分子材料的合成与制备 008

1.6.1功能高分子材料的合成 008

1.6.2功能高分子材料的制备 010

1.7　功能高分子材料的发展前景 012

参考文献 012

第2章  导电高分子材料/014

2.1　概述 014

2.1.1导电高分子的基本概念 014

2.1.2材料导电性的表征 015

2.2　典型的导电高分子 016

2.2.1聚乙炔 016

2.2.2聚苯胺 018

2.2.3聚苯硫醚 020

2.2.4热解聚丙烯腈 020

2.2.5聚萘 021

2.2.6聚吡咯 022

2.2.7聚噻吩 023

2.3　复合型导电高分子 024

2.3.1复合型导电材料导电机理 025

2.3.2金属填充型导电高分子材料 027

2.3.3炭黑填充型导电聚合物 029

2.3.4石墨填充型导电聚合物 030

2.3.5碳纳米管填充型导电聚合物 031

2.3.6抗静电剂填充型导电高分子材料 031

2.4　结构型导电高分子材料 032

2.4.1共轭高聚物 032

2.4.2电荷转移型聚合物 034

2.4.3金属有机聚合物 036

2.4.4高分子电解质 036

2.5　其他导电高分子材料 037

2.5.1电致发光高聚物 037

2.5.2超导电高分子 038

2.5.3高分子压电材料 039

2.5.4高分子热电材料 041

2.6　导电高分子的应用 042

2.6.1微孔沉积和薄膜技术 042

2.6.2气体和生物传感器 043

2.6.3电致变色显示器件 043

2.6.4人造肌肉 043

2.6.5导电液晶材料 044

参考文献 044

第3章  液晶高分子材料/048

3.1　液晶高分子概述 049

3.2　高分子液晶的分类 050

3.2.1按液晶分子形态分类 050

3.2.2按液晶的形成条件分类 052

3.2.3按液晶基体的分布分类 053

3.3　高分子液晶的合成与表征 061

3.3.1高分子液晶的合成 061

3.3.2液晶高分子表征方法 067

3.4　液晶高分子材料的特性及其应用 071

3.4.1光致形变液晶高分子的微量液体操控技术 071

3.4.2高分子液晶在高强度高模量材料方面的应用 072

3.4.3高分子液晶在信息存储方面的应用 072

3.4.4分子复合材料 073

3.4.5图像显示 074

3.4.6生物医用液晶高分子材料 075

3.4.7液晶复合凝胶的应用 076

3.4.8液晶聚合物共混合金的应用 077

3.4.9液晶在生物传感器中的应用 077

参考文献 079

第4章  吸附性高分子材料/081

4.1　概述 081

4.2　离子交换树脂和吸附树脂 082

4.2.1离子交换树脂的结构 082

4.2.2吸附树脂结构 082

4.2.3离子交换树脂的分类和命名 082

4.2.4吸附树脂的分类和命名 084

4.3　离子交换树脂和吸附树脂的工作原理 085

4.3.1离子交换树脂交换原理 085

4.3.2吸附树脂吸附原理 086

4.4　影响离子交换和吸附作用的因素 086

4.4.1离子交换树脂的选择性 086

4.4.2吸附树脂影响因素 087

4.5　离子交换树脂和吸附树脂合成方法及应用 087

4.5.1离子交换树脂合成方法 087

4.5.2离子交换树脂的应用 088

4.5.3吸附树脂合成方法 089

4.5.4吸附树脂的应用 089

4.6　高分子分离膜 091

4.6.1高分子分离膜的概述及其发展史 091

4.6.2功能膜的分类 092

4.7　膜材料及膜的制备 094

4.7.1膜材料 094

4.7.2分离膜制备工艺 097

4.8　膜的结构与形态 100

4.8.1膜的形态 100

4.8.2膜的结晶态 101

4.8.3膜的分子态结构 101

4.9　分离膜技术及其应用领域 101

4.9.1微孔膜(MF) 101

4.9.2超滤膜(UF) 102

4.9.3反渗透膜(RO) 104

4.9.4纳滤膜(NF) 106

4.9.5渗析膜(D) 106

4.9.6电渗析膜(ED) 107

4.9.7渗透蒸发膜(PV) 108

4.9.8气体分离膜 111

参考文献 115

第5章  高分子表面活性剂/118

5.1　概述 118

5.2　高分子表面活性剂的特性与分类 119

5.2.1高分子表面活性剂的特性 119

5.2.2高分子表面活性剂的分类 120

5.3　天然高分子表面活性剂及其改性 122

5.3.1淀粉基表面活性剂 123

5.3.2纤维素类表面活性剂 126

5.3.3壳聚糖类表面活性剂 127

5.4　合成高分子表面活性剂 129

5.4.1阴离子型高分子表面活性剂 131

5.4.2阳离子型高分子表面活性剂 132

5.4.3非离子型高分子表面活性剂 132

5.4.4接枝型高分子表面活性剂 133

5.4.5嵌段型高分子表面活性剂 136

5.5　特种高分子表面活性剂 138

5.5.1含硅高分子表面活性剂 138

5.5.2含氟高分子表面活性剂 141

5.6　高分子表面活性剂的应用 144

5.6.1在造纸工业中的应用 144

5.6.2在石油工业中的应用 145

5.6.3在废水处理中的应用 146

5.6.4在合成橡胶、合成树脂工业中的应用 147

5.6.5在无机材料工业中的应用 147

5.6.6在日用化学品工业中的应用 147

5.6.7在纺织印染工业中的应用 148

5.6.8其他 148

参考文献 148

第6章  光敏高分子/152

6.1　概述 152

6.1.1光敏高分子基本概念 152

6.1.2高分子光物理和光化学原理 152

6.1.3高分子光化学反应类型 154

6.1.4光敏高分子的分类 156

6.2　光敏涂料和光敏胶 156

6.2.1光敏涂料的组成 156

6.2.2光敏涂料的固化 158

6.2.3光致抗蚀剂 158

6.2.4常见的光敏涂料 160

6.2.5光敏胶 161

6.3　高分子光稳定剂 161

6.3.1光降解与光氧化过程 162

6.3.2高分子光稳定剂的种类与应用 165

6.4　光致变色高聚物 168

6.4.1光致变色高聚物原理 168

6.4.2光致变色高分子材料的制备 168

6.4.3主要的光致变色高分子 169

6.4.4光致变色高分子中的光力学现象 170

6.5　光导电高分子材料 171

6.5.1光导电机理与结构的关系 171

6.5.2光导电聚合物的结构类型 171

6.5.3光导电聚合物的应用 172

6.6　高分子非线性光学材料 173

6.6.1非线性光学性质及相关的理论概念 173

6.6.2高分子非线性光学材料的结构与制备 174

6.7　高分子荧光材料 175

6.7.1概述 175

6.7.2荧光高分子材料的类型和应用 176

6.7.3前景 179

6.8　与光能转换有关的高分子材料 179

6.8.1功能聚合物在太阳能水分解反应中的应用 179

6.8.2利用光照射下分子发生互变异构储存太阳能 180

6.8.3功能聚合物在有机太阳能电池制备方面的应用 180

6.9　感光性高分子材料 182

6.9.1感光性高分子的分类 182

6.9.2感光性高分子 182

6.9.3光聚合型感光性高分子 184

参考文献 184

第7章  医用高分子材料/187

7.1　医用高分子概述 187

7.1.1医用高分子发展历程 187

7.1.2对医用高分子的基本要求 188

7.1.3医用高分子种类 190

7.1.4天然医用高分子 192

7.1.5人工合成医用高分子 194

7.2　医用高分子材料与生物相容性 195

7.2.1高分子材料的组织相容性 195

7.2.2高分子材料的血液相容性 196

7.2.3生物吸收高分子材料 198

7.2.4生物惰性高分子材料 201

7.2.5生物活性高分子材料 204

7.3　医用高分子在医学领域的应用 206

7.3.1可生物降解材料的应用 206

7.3.2非生物降解材料的应用 207

7.3.3医用硅橡胶材料的应用 207

7.3.4甲壳素的应用 208

7.3.5PVC的应用 208

7.3.6聚氨酯材料的应用 208

7.3.7人工器官 209

7.3.8医用塑料 209

7.3.9药用高分子材料 210

7.4　医用高分子未来发展方向 211

7.4.13D打印技术在医学领域中的应用 212

7.4.2医用高分子载体材料 213

7.4.3无痛医用高分子微针贴片 213

7.4.4新型生物可降解高分子 214

7.4.5形状记忆医用高分子 214

参考文献 215

第8章  化妆品用功能高分子/218

8.1　化妆品中常用的天然高分子 218

8.1.1动物性成分类 218

8.1.2植物性成分类 220

8.2　半合成高分子化合物 226

8.2.1纤维素及其衍生物 226

8.2.2甲壳素 227

8.3　合成高分子化合物 229

8.3.1乙烯类 229

8.3.2丙烯酸衍生物和甲基丙烯酸衍生物类 231

8.4　高分子在肤用化妆品中的应用 234

8.4.1洁肤用化妆品 234

8.4.2护肤用化妆品 239

8.4.3润肤用化妆品 244

8.4.4营养和治疗用化妆品 248

8.4.5毛发用化妆品 251

8.4.6美白作用及皮肤美白剂 252

8.5　香精、香料的缓释作用 255

8.5.1微乳液 255

8.5.2脂质体 256

8.5.3纳能托 256

8.5.4传递体 256

8.5.5葡糖微球 257

8.5.6微胶囊 257

参考文献 262

第9章  智能高分子/264

9.1　智能材料概述 264

9.2　智能高分子的分类 264

9.3　智能高分子凝胶 266

9.3.1智能高分子凝胶分类 267

9.3.2智能高分子凝胶的应用 272

9.4　智能纤维与纺织品 275

9.4.1智能纤维的主要类型 275

9.4.2智能纤维的发展趋势 277

9.5　形态记忆高分子 278

9.5.1高分子材料的形状记忆原理 279

9.5.2形状记忆高分子的分类 279

9.5.3形状记忆高分子的发展历程 282

9.5.4主要的形状记忆高分子 283

9.5.5形状记忆高分子材料的应用 288

9.6　智能高分子膜 290

9.6.1智能高分子膜分类 291

9.6.2智能高分子膜的应用 294

9.7　智能高分子复合材料 295

9.7.1智能复合材料的构成及设计 295

9.7.2智能复合材料的分类 296

9.7.3智能复合材料的应用 298

9.8　其他智能型高分子 299

9.8.1智能型液晶高聚物 299

9.8.2智能高聚物微球 300

9.8.3生物工程用智能型高分子 300

参考文献 301

 

功能高分子材料是高分子材料科学的一个重要分支。大分子通过结合特定的功能基团，或与具有特定功能的其他材料进行复合，或者二者兼而有之，形成具有特殊功能的高分子。功能高分子材料是在传统高分子材料的基础上，随着科学技术日新月异的发展而产生的适应时代潮流的新一代高分子材料，是与其他学科交叉非常紧密、发展为迅速的一个领域。

鉴于功能高分子材料种类及其应用的快速发展，编者根据本专业的特点及多年讲授功能高分子材料课程的教学经验和教改实践以及科研经验，查阅大量近期相关的资料编写而成的。本书根据高分子材料与工程、复合材料等专业的特点，主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料品种，内容详略得当，重点突出，主要介绍了发展较为成熟的导电高分子、液晶高分子、吸附性高分子、高分子表面活性剂、光敏高分子、医用高分子和智能高分子，除此之外，结合学科特色也论述了化妆品用高分子材料，包括化妆品合成用功能高分子和香料香精缓释技术用功能高分子，对它们的研究和发展及成果做了一定的介绍。本书在阐明这些材料的物类、构成、制法和应用领域等基本概念的同时，着重强调了材料的设计思路、结构和组成与功能性之间的关系，同时对功能高分子材料的发展也做了扼要的介绍。

本书在编写的过程中，参考了国内出版的一些同类教材、资料，在此对原作者表示衷心的感谢。上海市教委、上海应用技术大学对本书的编写和出版给予了大力支持和帮助，编者在此也表示深深的感谢。

本书可作为高等学校高分子材料及复合材料等相关专业本科生和研究生的教学用书，也可供从事功能高分子材料生产和研究的科技人员学习参考。

本书由贾润萍、徐小威担任主编，惠资、黄志雄、赵呈、王大洋、刘新参与本书编写工作。由于功能高分子材料正处在快速发展阶段，以及研究内容涉及很多跨学科的知识，同时限于编者的学识水平，加之时间仓促，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请广大读者及同行专家批评指正。

编者

2021.4

上海应用技术大学