特种高分子材料(刘引烽)_刘引烽_9787122306500

　　本教材以结构与性能间的关系为主线，系统介绍了各类功能高分子材料与生物医用高分子材料的功能或特性原理、分类与制备方法、实际应用与展望等，展示近年来国内外这些领域的研究成果，引导读者了解特种高分子材料的基本类型和功能原理，尤其是其结构设计思想，启发创新思维。
　　全书共分七章，着重介绍化学功能、分离功能、光功能、电磁功能和致动功能及生物医用高分子材料共六大方面，主要包括高分子化学反应试剂与高分子催化剂；分离树脂与分离膜、高分子絮凝剂和高吸水性树脂；光学塑料和塑料光纤、高分子非线性光学材料、光刻胶、光致变色高分子材料；高分子绝缘与导电材料、光导高分子材料、高分子压电、热电和铁电材料、高分子磁性材料和高分子吸波材料；高分子致动材料也叫人工肌肉和智能凝胶，包括能对各种物理或化学刺激做出伸缩响应的高分子材料；生物医用高分子材料则包括人工脏器、高分子修复材料、高分子药物及药用高分子材料等。
　　本书是高等院校功能高分子材料和生物医用高分子材料课程教材，也适合于其他学科学生课外阅读，并可作为从事特种高分子科研与开发人员参考。

　　特种高分子材料包括常规高分子材料所不具备的特殊性能，是高分子材料领域的一个重要分支。
　　高分子材料通常具备基本力学性能和良好的加工性能。与其他材料相比，高分子材料在其Tg(或Tm)～Tf间，在受到不大的力的作用时即可发生很大的形变，并能以较快的速度回复，表现为明显的高度弹性行为特征，称为高弹性；而在Tg(或Tm)以下，这种高弹性通常难以表达，表现出硬质材料特征，只有在特定的温度区间，在较大的应力下才会屈服而表现出大的应变，这种应变在Tg(或Tm)以下是法回复的，只有当温度升高到Tg(或Tm)以上时才能回复，称为强迫高弹性；在Tg(或Tm)附近，这种大的应变是可以回复的，但需要时间来逐渐回复，表现为明显的黏弹性特征。因此在力学性能方面，高分子材料具有其他材料所不具备的高弹性和黏弹性。高分子材料可以表现得很软，也可以表现得很硬；既可以很强，也可以很韧。一般高分子材料在具备基本力学性能的同时，还具有隔热、绝缘特性，是热、电的不良导体，且易于加工成型，可以满足一般生产生活需要。
　　但是与其他材料相比，高分子材料的耐温性、耐磨性等不尽如人意。为了应对极端条件，需要耐高温或耐寒材料，需要有超强度、超耐磨材料；为了应对航空航天和各类导弹的需求，需要有耐烧蚀材料。显然一般高分子材料难以胜任，一大批具有高性能的高分子材料应运而生。具有高强度、高模量和高耐热特点的工程塑料在机械工业、国防科技、汽车等交通工具中都得到了广泛的应用。
　　为了提高化学反应速率和选择性，高分子试剂及仿照天然酶结构的高分子催化剂走上历史舞台；高分子固相合成方法使生物活性蛋白的合成周期大大缩短；模板聚合的方法使生物复制在实验室进行成为可能。具有优良分离功能的生物膜是大分子，因此，高分子成为优良的分离材料，离子交换树脂、螯合树脂为电子工业、原子能工业提供超净水、富集有用的金属离子；反渗透膜使海水淡化简便易行；渗析膜为尿毒症患者带来福音；高吸水性树脂使荒漠少水的地带披上了绿装；高分子絮凝剂使废水处理简便易行。为了实现信息的高速、高保密性传递，光纤材料发挥了重要的作用；有机非线性光学材料因具有高的非线性系数，从而使倍频器件、光开关、光存储器迅猛发展；与大规模集成电路相配套的光刻胶的不断进步使芯片的集成度不断飙升。导电高分子为新能源电极和电解质提供了新的材料选择，电致发光高分子使柔性显示屏成为可能。这些功能高分子的发明展示了高分子材料的独特魅力。
　　缓释药物和控制释放的药物使药物有效成分在血液中维持正常浓度的时间大大延长，组织工程材料的出现使损伤修复趋于完美，人工肾、人工心脏等人工脏器使尿毒症病人和心脏衰竭患者有了重生的希望。这些生物医用高分子材料的发展为人类生命健康和生活品质的提升提供了材料的保障。
　　这些正是特种高分子材料的贡献。特种高分子材料主要包括三大类型：第一类是具有特殊功能的材料，如具有化学反应功能的高分子试剂和高分子催化剂，具有分离功能的各种分离树脂和分离膜，具有光传输功能的光学塑料和光导纤维、通过光化学反应产生成像特性或颜色变化的光刻胶与光致变色材料，具有电磁功能的导电高分子材料、电致发光高分子材料、磁性高分子材料和吸波材料等，通过化学或光电响应产生机械力的传动功能高分子材料等；第二类是生物医用高分子材料，此类高分子材料首先必须满足所用场合的生物医用基本要求，如毒、害、菌，有组织相容性或血液相容性等，同时还能满足特定应用场合的功能需要，如心脏瓣膜的单向输送功能、人工心脏的耐疲劳性能、人工血液的溶氧功能、组织工程材料支架的干细胞黏附与生长功能及可降解特性、高分子药物的控制释放功能及其杀菌治疗功能等，是特殊的一类特种高分子材料；第三类是具有特别优异性能的高分子材料，如特别耐高温和特别耐低温的高分子材料、超高模量或超高强度的高分子材料、超耐磨材料、自润滑高分子材料、耐烧蚀高分子材料等。
　　本教材以具有特殊功能的功能高分子材料和具有特殊应用的生物医用高分子材料为对象，以结构与性能间的关系为主线，系统地介绍各类功能高分子材料与生物医用高分子材料的功能或特性原理、分类与制备方法、实际应用与展望等，展示近年来国内外这些领域的研究成果，引导读者了解特种高分子材料的基本类型，尤其是其结构设计思路，启发心智。化学功能高分子材料侧重于高分子化学反应试剂、高分子催化剂及其所表现出的特有的高分子效应，介绍高分子在固相合成多肽等生命物质中所起的特殊作用及固定化酶在催化领域中的特殊意义；具有分离功能的各种高分子材料中，有些与化学反应有关，如离子交换树脂、螯合树脂等，而还有很多则与其树脂的化学结构、物理形态有关，如分离膜、拆分树脂、高吸水性树脂等，因而我们把分离特性单独列为一章，它包括了各种具有分离特性的高分子树脂和膜材料；物理功能以光功能与电磁功能为主。光功能材料主要介绍光学塑料和塑料光纤、高分子强光物理材料、感光树脂、光致变色高分子材料等；电磁功能材料主要介绍介电与导电高分子材料，光导高分子材料，高分子压电、热电和铁电材料，磁性高分子材料和高分子吸波材料等；生物医用高分子材料则主要介绍具有替代人体器官功能的人工脏器、人工血管与血液、与人体组织相容性好的高分子整形修复材料、在医疗过程中充任重要角色的各种高分子医疗用品，以及在药物制剂、药物控释等方面有广泛应用的药用高分子材料和具有药理功能的高分子药物等。
　　本书可作为高等院校开设特种高分子材料课程的教材，也可以用作功能高分子材料或生物医用高分子材料课程教材，适合于其他学科学生课外阅读，也可以作为从事特种高分子科研与开发人员的参考用书。
　　鉴于当前特种高分子材料的发展非常迅速，新的功能特性不断被开发，对结构与性能间的关系还在深入研究，原有的一些理论还在不断地完善，新的理论还将出现，因此，与之相应的特种高分子教材也不应是一成不变的。本书的内容仅能部分反映特种高分子发展的现有水平，尚不能全面反映这一领域的现有成果，同时限于作者的水平，在内容的选取、编排和总结上，偏颇、疏漏与不当之处在所难免，希望得到广大专家、读者的批评指正。
　　本教材在编写过程中参考并引用了大量的书籍及文献资料，在此，我要向这些书籍和文献的作者表示衷心的感谢。在试讲过程中，得到了我校十多届学生的热情鼓励，在此我也要向他们表示衷心的感谢。最后，尤其要感谢华家栋先生，在功能高分子科研和特种高分子教学中，他始终给予我亲切的教诲和私的帮助。
　　编著者
　　2017年5月

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