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1、高分子化学第十章本讲稿第一页，共三十九页 功能高分子功能高分子:具有特殊的物理或化学性能的高分子，如吸附性能、具有特殊的物理或化学性能的高分子，如吸附性能、反应性能、光性能、电性能、磁性能等。反应性能、光性能、电性能、磁性能等。10.1 10.1 吸附分离功能高分子吸附分离功能高分子吸附吸附是指液体或气体中的某些分子通过各种亲和作用结合于固体材料上。是指液体或气体中的某些分子通过各种亲和作用结合于固体材料上。应应用用：利利用用吸吸附附的的选选择择性性，可可实实现现复复杂杂物物质质体体系系的的分分离离与与各各种种成成分分的的富富集与纯化集与纯化；通过专一型吸附可实现对复杂体系中某种物质的；通过专
2、一型吸附可实现对复杂体系中某种物质的检测检测。吸附分离功能高分子：吸附分离功能高分子：对某些特定离子或分子具有选择性吸附作用的高分对某些特定离子或分子具有选择性吸附作用的高分子。子。本讲稿第二页，共三十九页 吸附分离功能高分子分类：吸附分离功能高分子分类：按其吸附机理可分为按其吸附机理可分为化学吸附化学吸附、物理吸附和亲和吸附物理吸附和亲和吸附高分子三大类；高分子三大类；按其形态可分为按其形态可分为无定形无定形、珠状珠状、纤维状纤维状；按其孔结构的不同，可分为按其孔结构的不同，可分为微孔型微孔型（凝胶型）、（凝胶型）、中孔型中孔型、大孔型大孔型、特大孔型特大孔型等。等。10.1.1 吸附分离功
3、能高分子骨架结构的合成吸附分离功能高分子骨架结构的合成 为了保证吸附树脂在使用时不被溶解，其骨架结构通常需有一定程度为了保证吸附树脂在使用时不被溶解，其骨架结构通常需有一定程度的交联，常常是由单乙烯基单体和多乙烯基交联单体共聚而成的交联结构的交联，常常是由单乙烯基单体和多乙烯基交联单体共聚而成的交联结构，可以有无定形、珠状和纤维状三种基本形态，其中珠状材料应用最为广，可以有无定形、珠状和纤维状三种基本形态，其中珠状材料应用最为广泛。泛。本讲稿第三页，共三十九页 成珠技术成珠技术:悬浮聚合悬浮聚合 50501500m 1500m 沉淀聚合沉淀聚合 微米级微米级 乳液聚合乳液聚合 0.050.05
4、0.7m 0.7m 其中以悬浮聚合的应用最为广泛。其中以悬浮聚合的应用最为广泛。悬悬浮浮聚聚合合所所得得的的交交联联聚聚合合物物小小球球为为凝凝胶胶型型，凝凝胶胶型型交交联联小小球球在在干干态态时时孔孔隙隙非非常常小小，只只有有在在添添加加良良溶溶剂剂后后才才会会重重构构一一定定的的孔孔隙隙。因因此此，凝凝胶胶型型交交联联小小球球常常常常必必须须在在良良溶溶剂剂中中使使用用。如如果果在在聚聚合合反反应应过过程程中中加加入入致致孔孔剂剂，则则可可得得到到大大孔孔型型交交联联小小球球，其其多多孔孔结结构构是是永永久久的的，在在气气相相和和不不良良溶溶剂剂中中也也可可使使用用，并并且且大大孔孔型型交
5、交联联小小球球比比凝凝胶胶型型交交联联小小球球吸吸附附能能力力更更强强，在在进进行行化化学学改改性性时时，更更容易获得高的功能基引入率。容易获得高的功能基引入率。本讲稿第四页，共三十九页 致孔技术致孔技术:惰性稀释剂致孔惰性稀释剂致孔 线形高分子致孔线形高分子致孔 10.1.2 化学吸附功能高分子化学吸附功能高分子 （1）离子交换树脂）离子交换树脂 离子交换树脂：通过离子键与各种阳离子或阴离子产生吸附作离子交换树脂：通过离子键与各种阳离子或阴离子产生吸附作用，对相应的离子进行离子交换。用，对相应的离子进行离子交换。本讲稿第五页，共三十九页 离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类:强酸型阳离子交换
6、树脂强酸型阳离子交换树脂 最具代表性的是聚苯乙烯磺酸树脂最具代表性的是聚苯乙烯磺酸树脂 弱酸型阳离子交换树脂弱酸型阳离子交换树脂 最具代表性的是聚（甲基）丙烯酸型最具代表性的是聚（甲基）丙烯酸型 的离子交换树脂的离子交换树脂 强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂 常用的是对聚苯乙烯交联小球先后经常用的是对聚苯乙烯交联小球先后经 氯甲基化和季铵化改性后得到氯甲基化和季铵化改性后得到 弱碱型阴离子交换树脂弱碱型阴离子交换树脂 其离子交换功能团为伯胺基、仲胺基其离子交换功能团为伯胺基、仲胺基 或叔胺基或叔胺基本讲稿第六页，共三十九页离子交换树脂的应用离子交换树脂的应用用用于于清清除除离离子子:如
7、如阳阳离离子子交交换换树树脂脂用用于于清清除除水水溶溶液液中中的的阳阳离离子子，阴阴离离子子交交换换树树脂脂用用于于清清除除水水溶溶液液中中的的阴阴离离子子，将将阳阳离离子子交交换换树树脂脂与与阴阴离离子子交交换换树树脂脂分分别别装装柱柱串串联联使使用用或或混混合合装装柱柱，可可消消除除水水中中的的阴阴离离子子和和阳阳离离子子，用用于于制备去离子水、废水处理等。制备去离子水、废水处理等。用用于于离离子子交交换换:利利用用其其离离子子交交换换的的可可逆逆性性，用用于于离离子子交交换换反反应应，最最成功的应用是离子交换色谱，可以用来分离由多种离子组成的混合物。成功的应用是离子交换色谱，可以用来分离
8、由多种离子组成的混合物。用于酸、碱催化反应用于酸、碱催化反应:如质子型的阳离子交换树脂可作为非常有如质子型的阳离子交换树脂可作为非常有效的高分子酸催化剂，氢氧根型阴离子交换树脂则是一种性能良好的效的高分子酸催化剂，氢氧根型阴离子交换树脂则是一种性能良好的高分子碱性催化剂。高分子碱性催化剂。本讲稿第七页，共三十九页 （2）高分子螯合树脂高分子螯合树脂 高分子螯合树脂的特征是在高分子骨架上连接有对金属离子具有配位功高分子螯合树脂的特征是在高分子骨架上连接有对金属离子具有配位功能的螯合基团，通过选择性螯合作用而实现对各种金属离子的浓缩和富集，能的螯合基团，通过选择性螯合作用而实现对各种金属离子的浓缩
9、和富集，可广泛地应用于分析检测、污染治理、环境保护和工业生产。可广泛地应用于分析检测、污染治理、环境保护和工业生产。如如-二酮螯合树脂二酮螯合树脂,可以由甲基丙烯酰丙酮的聚合反应而得，也可由聚乙可以由甲基丙烯酰丙酮的聚合反应而得，也可由聚乙烯醇与乙烯酮等反应而得：烯醇与乙烯酮等反应而得：本讲稿第八页，共三十九页 冠醚类螯合树脂中的冠醚结构可以在主链上，也可在侧基上，其中冠醚类螯合树脂中的冠醚结构可以在主链上，也可在侧基上，其中以侧链形式较多，如：以侧链形式较多，如：10.1.3 物理吸附功能高分子物理吸附功能高分子 物理吸附功能高分子主要是一些非离子吸附树脂，根据其极性大小物理吸附功能高分子主
10、要是一些非离子吸附树脂，根据其极性大小可分为非极性、中极性和强极性三类。可分为非极性、中极性和强极性三类。本讲稿第九页，共三十九页 非非极极性性吸吸附附树树脂脂主主要要是是交交联联聚聚苯苯乙乙烯烯大大孔孔树树脂脂，可可通通过过范范德德华华力力吸吸附附具具有有一一定定疏疏水水性性的的物物质质，可可用用于于水水溶溶液液或或空空气气中中有有机机成成分分的的吸吸附附和和富集。富集。中中极极性性吸吸附附树树脂脂主主要要是是交交联联聚聚丙丙烯烯酸酸酯酯类类及及其其与与苯苯乙乙烯烯的的共共聚聚物物。其其吸吸附附作作用用除除范范德德华华力力外外，氢氢键键也也起起一一定定的的作作用用，与与被被吸吸附附物物质质中
11、中的的疏疏水水基基团团和和亲亲水水基基团团都都有有一一定定的的作作用用，因因此此能能从从水水溶溶液液中中吸吸附附疏疏水水性性物物质质，也也能能从从有有机机溶溶液液中中吸吸附亲水性物质。附亲水性物质。聚聚丙丙烯烯酸酸酯酯类类吸吸附附树树脂脂通通过过化化学学改改性性引引入入强强极极性性基基团团成成为为强强极极性性吸吸附附树树脂脂，如如利利用用水水解解反反应应释释放放出出强强极极性性的的羧羧基基，其其吸吸附附作作用用主主要要通通过过氢氢键键和和偶偶极极作作用用进进行行。强强极极性性吸吸附附树树脂脂主主要要用用于于在在非非极极性性溶溶液液中中吸吸附附极极性性较较强强的的化化合合物物，对对被被吸吸附附化
12、化合合物物的的吸吸附附能能力力正正好好与与非非极极性性吸吸附附树树脂脂相相反反，即即被被吸吸附附化化合合物物的的极极性性越越弱弱，吸吸附附能能力越弱。力越弱。本讲稿第十页，共三十九页10.2 高分子试剂与高分子催化剂高分子试剂与高分子催化剂10.2.1概述概述 将将具具有有反反应应活活性性或或催催化化活活性性的的功功能能基基通通过过适适当当的的方方法法引引入入高高分分子子骨骨架架就可得到高分子试剂或高分子催化剂。就可得到高分子试剂或高分子催化剂。活性功能基的引入可有三种基本方法：活性功能基的引入可有三种基本方法：含功能基单体的聚合含功能基单体的聚合 对聚合物载体进行功能化改性对聚合物载体进行功
13、能化改性 前前两两种种方方法法的的结结合合，即即通通过过含含功功能能基基单单体体的的聚聚合合引引入入某某种种功功能能基基，再再通过化学改性将之转化为另一种功能基。通过化学改性将之转化为另一种功能基。10.2.2 10.2.2 高分子试剂与高分子催化剂的优越性高分子试剂与高分子催化剂的优越性 本讲稿第十一页，共三十九页 （1）具具有有更更高高的的稳稳定定性性和和安安全全性性：高高分分子子骨骨架架的的引引入入对对功功能能基基及及催催化化剂剂分分子子具具有有一一定定的的屏屏蔽蔽作作用用，可可大大大大提提高高其其稳稳定定性性；其其次次高高分分子子化化后后可可大大大减小试剂的挥发性，提高安全性；大减小试
14、剂的挥发性，提高安全性；（2）易回收、再生和重复使用，可降低成本和减少环境污染；）易回收、再生和重复使用，可降低成本和减少环境污染；（3）化化学学反反应应的的选选择择性性更更高高，利利用用高高分分子子载载体体的的空空间间立立体体效效应应，可实现立体选择合成及分离；可实现立体选择合成及分离；（4）后后处处理理较较简简单单，在在反反应应完完成成后后可可方方便便地地借借助助固固-液液分分离离方方法法将将高高分子试剂或高分子催化剂与反应体系中其他组分相互分离分子试剂或高分子催化剂与反应体系中其他组分相互分离 本讲稿第十二页，共三十九页 （5）可使用过量试剂使反应完全，同时不会使后处理变复杂；）可使用过
15、量试剂使反应完全，同时不会使后处理变复杂；（6）可应用于组合化学合成，实现化学反应的自动化，特别是在多肽、）可应用于组合化学合成，实现化学反应的自动化，特别是在多肽、多多核苷酸、多糖等的自动化合成工艺上具有重要意义。核苷酸、多糖等的自动化合成工艺上具有重要意义。10.2.3 高分子试剂高分子试剂 高分子氧化还原试剂高分子氧化还原试剂本讲稿第十三页，共三十九页高分子氧化剂高分子氧化剂高分子还原剂高分子还原剂 本讲稿第十四页，共三十九页高分子卤化试剂高分子卤化试剂 高分子亲核取代试剂高分子亲核取代试剂本讲稿第十五页，共三十九页10.2.4 高分子催化剂高分子催化剂 离子交换树脂催化剂离子交换树脂催
16、化剂 高分子负载高分子负载LewisLewis酸和超强酸酸和超强酸本讲稿第十六页，共三十九页 高分子相转移催化剂高分子相转移催化剂10.3 高分子分离功能膜高分子分离功能膜 当当膜膜处处在在某某两两相相之之间间时时，由由于于膜膜两两侧侧存存在在的的压压力力差差、浓浓度度差差以以及及电电位位差差等等，驱驱使使液液态态或或气气态态的的分分子子或或离离子子等等可可从从膜膜的的一一侧侧渗渗透透到到另另一一侧侧。在在渗渗透透过过程程中中，由由于于分分子子或或离离子子的的大大小小、形形状状、化化学学性性质质、所所荷荷电电荷荷等等不不同同，其其渗渗透透速速率率也也不不同同，即即膜膜对对渗渗透透物物具具有有选
17、选择择性性，因因此此可可利利用用膜膜的的这这种种渗渗透透选选择择性性来来分分离离不不同同的的化化合合物物，具有这种分离功能的高分子膜称具有这种分离功能的高分子膜称高分子分离功能膜高分子分离功能膜。本讲稿第十七页，共三十九页 渗渗透透物物在在膜膜中中的的渗渗透透速速率率称称为为膜膜的的渗渗透透性性，不不同同渗渗透透物物在在膜膜中中的的渗渗透透速速率不同称为膜的率不同称为膜的渗透选择性渗透选择性，是分离膜分离功能的基础。，是分离膜分离功能的基础。10.3.1 高分子分离功能膜分类高分子分离功能膜分类 按被分离物质的不同按被分离物质的不同：可分为：可分为气体分离膜气体分离膜、液体分离膜液体分离膜、固
18、体分离膜固体分离膜、离子分离膜离子分离膜和和微生物分离膜微生物分离膜等。等。按膜的孔径或被分离物的体积大小按膜的孔径或被分离物的体积大小：5000nm以上，以上，微粒过滤膜微粒过滤膜 1005000nm，微滤膜微滤膜，可用于分离血细胞、乳胶等，可用于分离血细胞、乳胶等 2100nm，超滤膜超滤膜，可用于分离白蛋白、胃蛋白酶等，可用于分离白蛋白、胃蛋白酶等 10，纳滤膜纳滤膜，可用于分离二价盐、游离酸和糖等，可用于分离二价盐、游离酸和糖等 ，反渗透膜反渗透膜（超细滤膜），可在分子水平上分离（超细滤膜），可在分子水平上分离NaCl等。等。本讲稿第十八页，共三十九页按膜的结构主要分为按膜的结构主要分
19、为：致密膜致密膜：一种刚性、紧密无孔的膜，可以由聚合物熔融挤出成膜或一种刚性、紧密无孔的膜，可以由聚合物熔融挤出成膜或由聚合物溶液浇铸成膜。由聚合物溶液浇铸成膜。多孔膜多孔膜：多孔膜是一种刚性膜，其中含有无规分布且相互连接的多孔结多孔膜是一种刚性膜，其中含有无规分布且相互连接的多孔结构。构。可由烧结法可由烧结法 、拉伸法、拉伸法 、径迹蚀刻、径迹蚀刻 等方法获得。等方法获得。10.3.2 高分子分离膜的分离机理高分子分离膜的分离机理 高分子分离膜主要有三种基本的分离机理：高分子分离膜主要有三种基本的分离机理：（1）筛分效应分离机理）筛分效应分离机理 多孔膜的分离机理是筛分机理，即在膜渗透过程中
20、，只有体积小于膜孔的分多孔膜的分离机理是筛分机理，即在膜渗透过程中，只有体积小于膜孔的分子能够由膜孔通过，并且体积较小的渗透物比体积较大的渗透物渗透速率更快。子能够由膜孔通过，并且体积较小的渗透物比体积较大的渗透物渗透速率更快。本讲稿第十九页，共三十九页（2 2）溶解扩散效应分离机理）溶解扩散效应分离机理 溶解溶解-扩散机理扩散机理：首先，渗透分子溶解在膜的表面，然后扩散穿过：首先，渗透分子溶解在膜的表面，然后扩散穿过分离膜，出现在膜的另一面。分离膜，出现在膜的另一面。其中溶解性取决于膜与渗透物的亲和性；而扩散性则取决于膜聚合物的其中溶解性取决于膜与渗透物的亲和性；而扩散性则取决于膜聚合物的化
21、学结构及其分子链运动。致密膜的一个重要性能是如果被分离物在膜中的化学结构及其分子链运动。致密膜的一个重要性能是如果被分离物在膜中的溶解性差别显著时，即使其分子大小相近也能有效地分离。溶解性差别显著时，即使其分子大小相近也能有效地分离。（3 3）电化学效应分离机理）电化学效应分离机理 在微孔分离膜上接枝离子基团便可得到离子交换分离膜，离子交换分在微孔分离膜上接枝离子基团便可得到离子交换分离膜，离子交换分离膜的分离机理除筛分效应外，主要是离膜的分离机理除筛分效应外，主要是电化学效应分离机理电化学效应分离机理:吸附分离膜上吸附分离膜上固定离子基团的反离子，而排斥固定离子基团的同离子。固定离子基团的反
22、离子，而排斥固定离子基团的同离子。本讲稿第二十页，共三十九页10.3.3 10.3.3 膜分离技术膜分离技术 （1 1）透析）透析 透析是最早建立的膜分离技术之一，其原理是溶质在浓度差的驱动下透析是最早建立的膜分离技术之一，其原理是溶质在浓度差的驱动下从浓度高的一侧通过分离膜渗透到浓度低的另一侧，通过下游侧的溶液流从浓度高的一侧通过分离膜渗透到浓度低的另一侧，通过下游侧的溶液流动完成分离过程。动完成分离过程。（2 2）电渗析）电渗析 电渗析是指在电场的作用下，离子通过离子选择性分离膜分别向与之对电渗析是指在电场的作用下，离子通过离子选择性分离膜分别向与之对应的电极迁移，使不同离子相互分离的过程
23、。应的电极迁移，使不同离子相互分离的过程。（3 3）全蒸发）全蒸发 全蒸发的基本原理是将待分离的混合物放于膜的一侧，其中高挥发性全蒸发的基本原理是将待分离的混合物放于膜的一侧，其中高挥发性的有机溶剂以蒸汽的形式渗透分离膜，在膜的另一侧收集。其驱动力是渗的有机溶剂以蒸汽的形式渗透分离膜，在膜的另一侧收集。其驱动力是渗透物蒸发所引起的蒸汽压差。透物蒸发所引起的蒸汽压差。本讲稿第二十一页，共三十九页 （4 4）微滤、超滤、纳滤和超细滤）微滤、超滤、纳滤和超细滤 微滤、超滤、纳滤和超细滤是以压力差为驱动力，促使被分离物从压力高的微滤、超滤、纳滤和超细滤是以压力差为驱动力，促使被分离物从压力高的一侧向压
24、力低的一侧移动，利用筛分原理除去溶液中悬浮的微粒或溶解的溶质为一侧向压力低的一侧移动，利用筛分原理除去溶液中悬浮的微粒或溶解的溶质为目的的连续膜分离过程。目的的连续膜分离过程。微滤可用于清除溶液中的微生物以及其他悬浮微粒微滤可用于清除溶液中的微生物以及其他悬浮微粒(0.1-10um)(0.1-10um)。重要应用重要应用:除菌除菌(饮用水处理等）、果汁澄清、溶液澄清、气体净化饮用水处理等）、果汁澄清、溶液澄清、气体净化等。等。超滤常用于清除液体中的胶体级微粒以及大分子溶质超滤常用于清除液体中的胶体级微粒以及大分子溶质(2-100nm,(2-100nm,分子量分子量1000 1000 1000,
25、000)1000,000)。主要应用主要应用：合成和生物来源的大分子溶液中溶质的分离、分子量分：合成和生物来源的大分子溶液中溶质的分离、分子量分布较宽的大分子溶液进行分级处理、胶体溶液的纯化、从食品工业废布较宽的大分子溶液进行分级处理、胶体溶液的纯化、从食品工业废弃的乳清中回收蛋白质等。弃的乳清中回收蛋白质等。本讲稿第二十二页，共三十九页 纳滤主要用来处理一些中等分子量溶质纳滤主要用来处理一些中等分子量溶质(0.5(0.5 5nm,5nm,分子量分子量1001001000)1000)。主要用于：主要用于：生活和生产用水的纯化和软化处理、化学工业中的催化剂回收、生活和生产用水的纯化和软化处理、化
26、学工业中的催化剂回收、药物的纯化与浓缩、活性多肽的回收与浓度、溶剂回收等。药物的纯化与浓缩、活性多肽的回收与浓度、溶剂回收等。超细滤（反渗透）是在高压下使被分离物从膜的高浓度一侧向低浓超细滤（反渗透）是在高压下使被分离物从膜的高浓度一侧向低浓度一侧渗透。度一侧渗透。主要应用：主要应用：于海水或苦咸水的脱盐、高硬水的软化、高纯水的制备等。于海水或苦咸水的脱盐、高硬水的软化、高纯水的制备等。10.4 10.4 生物医用高分子材料生物医用高分子材料10.4.1 10.4.1 生物医用高分子材料的范畴及其基本要求生物医用高分子材料的范畴及其基本要求 本讲稿第二十三页，共三十九页 生物医用材料：生物医用
27、材料：以医疗为目的、用于与组织接触以形成功能的无生命的材以医疗为目的、用于与组织接触以形成功能的无生命的材料。被广泛地用来取代和料。被广泛地用来取代和/或恢复那些受创伤或退化的组织或器官的功能，从而或恢复那些受创伤或退化的组织或器官的功能，从而提高病人的生活质量提高病人的生活质量 生物医用材料必须满足以下的基本要求：生物医用材料必须满足以下的基本要求：（1 1）与组织短期接触无急性毒性、无致敏作用、无致炎作用、无致癌作用）与组织短期接触无急性毒性、无致敏作用、无致炎作用、无致癌作用和其他不良反应和其他不良反应 （2 2）具有良好的耐腐蚀性能以及相应的生物力学性能和良好的加工性能。）具有良好的耐
28、腐蚀性能以及相应的生物力学性能和良好的加工性能。（3 3）对于体内使用的医用材料，除了必须满足以上的基本要求外，）对于体内使用的医用材料，除了必须满足以上的基本要求外，还必须具有良好的组织相容性、血液适应性和适宜的耐生物降解性。还必须具有良好的组织相容性、血液适应性和适宜的耐生物降解性。本讲稿第二十四页，共三十九页 适当的生物降解性可从两方面来看，对于一些长期植入人体内的适当的生物降解性可从两方面来看，对于一些长期植入人体内的医用高分子材料要求具有很好的耐生物降解性，不致因发生生物降解医用高分子材料要求具有很好的耐生物降解性，不致因发生生物降解而需定期更换；而有些高分子材料植入人体内后，只需在
29、一定时期内而需定期更换；而有些高分子材料植入人体内后，只需在一定时期内发挥作用，在完成其功能后必须从体内去除，如外科手术的缝合线、发挥作用，在完成其功能后必须从体内去除，如外科手术的缝合线、医用胶粘剂和接骨材料等。医用胶粘剂和接骨材料等。生物医用材料主要有金属材料、无机非金属材料（陶瓷材料）和生物医用材料主要有金属材料、无机非金属材料（陶瓷材料）和有机高分子材料。有机高分子材料。其中高分子材料在组成、性能和形状（固体形式、纤维形式、织物、膜和凝其中高分子材料在组成、性能和形状（固体形式、纤维形式、织物、膜和凝胶）上具有多变性，易于加工成复杂的形状和结构，并且易于与其他材料复合以胶）上具有多变性
30、，易于加工成复杂的形状和结构，并且易于与其他材料复合以克服单一材料的许多不足，因此聚合物材料在近年来的发展迅猛，几乎遍布了生克服单一材料的许多不足，因此聚合物材料在近年来的发展迅猛，几乎遍布了生物医学的各个领域。物医学的各个领域。用于生物医用材料的高分子有许多种，如聚乙烯、聚氨酯、聚四用于生物医用材料的高分子有许多种，如聚乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯、硅橡胶、聚砜、氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯、硅橡胶、聚砜、聚乳酸、聚羟基乙酸等。聚乳酸、聚羟基乙酸等。本讲稿第二十五页，共三十九页10.4.2 10.4.2 修复性医用高分子修复性医用高分子 人体
31、组织通常可分为人体组织通常可分为软组织软组织（如皮肤、血管、软骨、韧带等）和（如皮肤、血管、软骨、韧带等）和硬硬组织组织（如骨、牙等）两大类，相应地高分子医用材料在组织修复上的应（如骨、牙等）两大类，相应地高分子医用材料在组织修复上的应用也可分为软组织修复材料和硬组织修复材料。用也可分为软组织修复材料和硬组织修复材料。（1 1）软组织修复材料）软组织修复材料 可应用于软组织修复的高分子材料是一些生物惰性的生物相容性可应用于软组织修复的高分子材料是一些生物惰性的生物相容性高分子材料，常用的有聚对苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚丙烯、高分子材料，常用的有聚对苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚氨酯
32、和硅橡胶、异丁烯聚苯乙烯嵌段共聚物等。聚氨酯和硅橡胶、异丁烯聚苯乙烯嵌段共聚物等。填充材料填充材料 用来弥补一些容貌缺陷、萎缩或者发育不完全，使之符合审美要求的医用来弥补一些容貌缺陷、萎缩或者发育不完全，使之符合审美要求的医用材料。常用的高分子材料有硅橡胶、聚乙烯和聚四氟乙烯。用材料。常用的高分子材料有硅橡胶、聚乙烯和聚四氟乙烯。本讲稿第二十六页，共三十九页血管移植材料血管移植材料 必须具有血液相容性，不仅材料与血液的表面相互作用，而且其机必须具有血液相容性，不仅材料与血液的表面相互作用，而且其机械性能与疲劳性能也必须与主体血管相近。械性能与疲劳性能也必须与主体血管相近。聚酯布用于大直径人造血
33、管（聚酯布用于大直径人造血管（121238mm38mm），聚四氟乙烯用于中等直径），聚四氟乙烯用于中等直径（6-12mm6-12mm）血管。）血管。导液管导液管 用于插入人体深处输入液体（如养分、生理盐水、葡萄糖、药物、血用于插入人体深处输入液体（如养分、生理盐水、葡萄糖、药物、血液等）或通过血管插入心脏进行有关检查的导管。制造材料必须是血液相液等）或通过血管插入心脏进行有关检查的导管。制造材料必须是血液相容、不凝血、不感染的材料。容、不凝血、不感染的材料。PU PU 和和 SR SR 由于良好的挠曲性和易于加工成不同由于良好的挠曲性和易于加工成不同的大小和长度，是应用广泛的导液管材料。的大小
34、和长度，是应用广泛的导液管材料。本讲稿第二十七页，共三十九页伤口包扎材料伤口包扎材料 烧伤包敷材料烧伤包敷材料 一些生物降解性高分子如骨胶、壳多糖、一些生物降解性高分子如骨胶、壳多糖、PLAPLA等等 高分子绷带材料高分子绷带材料 纱布浸渍聚氨酯预聚体制成纱布浸渍聚氨酯预聚体制成 外科缝合线外科缝合线 聚乳酸及其共聚物聚乳酸及其共聚物 医用胶粘剂医用胶粘剂 -腈基丙烯酸丁酯单体腈基丙烯酸丁酯单体(2)(2)硬组织修复材料硬组织修复材料 骨固定材料骨固定材料 理想的骨固定材料是一些生物降解性高分子复合材料，随着骨折的愈合，理想的骨固定材料是一些生物降解性高分子复合材料，随着骨折的愈合，夹板材料也
35、逐渐地被人体分解吸收，在骨折愈合后，不需要象金属材料或非夹板材料也逐渐地被人体分解吸收，在骨折愈合后，不需要象金属材料或非再吸收性材料一样需要进行二次手术。再吸收性材料一样需要进行二次手术。本讲稿第二十八页，共三十九页人工骨人工骨 人工骨以置换病人体内无法愈合的伤骨，特别是关节。人工骨将人工骨以置换病人体内无法愈合的伤骨，特别是关节。人工骨将长久地留在人体内代替骨的功能，对材料的机械性能要求很高，用于长久地留在人体内代替骨的功能，对材料的机械性能要求很高，用于制备人工骨的主要是一些高分子复合材料，如陶瓷制备人工骨的主要是一些高分子复合材料，如陶瓷/超高分子量聚乙烯。超高分子量聚乙烯。骨水泥骨水
36、泥 人工骨等人造修补件与骨之间的连接常用骨水泥来固定。丙烯酸骨水人工骨等人造修补件与骨之间的连接常用骨水泥来固定。丙烯酸骨水泥使用最广泛，它是一种自聚合双组分粘结剂，其中的固体粉末组分的主泥使用最广泛，它是一种自聚合双组分粘结剂，其中的固体粉末组分的主要成分为甲基丙烯酸甲酯类聚合物、引发剂（如要成分为甲基丙烯酸甲酯类聚合物、引发剂（如BPOBPO），液体组分的主要成），液体组分的主要成分为甲基丙烯酸甲酯单体、少量的引发促进剂（如分为甲基丙烯酸甲酯单体、少量的引发促进剂（如N,NN,N-二甲基甲苯胺，与二甲基甲苯胺，与BPOBPO组成氧化还原引发体系）等组成。使用时将两组分混合均匀后，注入修补部
37、位原组成氧化还原引发体系）等组成。使用时将两组分混合均匀后，注入修补部位原位聚合固化，形成功能。位聚合固化，形成功能。本讲稿第二十九页，共三十九页牙科修复材料牙科修复材料 高分子材料可用于牙冠填充和制备假牙。丙烯酸酯树脂是较早使用的牙高分子材料可用于牙冠填充和制备假牙。丙烯酸酯树脂是较早使用的牙冠填充高分子材料，但其机械强度较差，使用寿命较短，因此现在多已被一冠填充高分子材料，但其机械强度较差，使用寿命较短，因此现在多已被一些牙科复合树脂所取代。牙科复合树脂主要组分包括基体树脂、填料、降粘些牙科复合树脂所取代。牙科复合树脂主要组分包括基体树脂、填料、降粘单体、引发剂和稳定剂。基体树脂主要有双酚
38、单体、引发剂和稳定剂。基体树脂主要有双酚A A与甲基丙烯酸缩水甘油酯的与甲基丙烯酸缩水甘油酯的反应产物或聚氨酯双甲基丙烯酸树脂；填料包括石英、钡玻璃和硅胶，常用反应产物或聚氨酯双甲基丙烯酸树脂；填料包括石英、钡玻璃和硅胶，常用的降粘单体是三甘醇双甲基丙烯酸酯，其作用是降低复合树脂粘度，以使树的降粘单体是三甘醇双甲基丙烯酸酯，其作用是降低复合树脂粘度，以使树脂能够完全填满牙洞；引发剂如脂能够完全填满牙洞；引发剂如BPOBPO或如安息香烷基醚。或如安息香烷基醚。（3 3）组织工程材料）组织工程材料 组织工程中的一个重要领域是以高分子材料作为支撑材料，在其组织工程中的一个重要领域是以高分子材料作为支
39、撑材料，在其上移植器官或组织的生长细胞，使之形成自然组织，用来修复、维持上移植器官或组织的生长细胞，使之形成自然组织，用来修复、维持或提高组织功能的一种外科替代疗法。或提高组织功能的一种外科替代疗法。本讲稿第三十页，共三十九页 组织工程支撑材料以多孔固体支撑材料应用最广泛。用于组织工程多孔固体组织工程支撑材料以多孔固体支撑材料应用最广泛。用于组织工程多孔固体支撑材料的高分子主要是一些线形脂肪族聚酯，包括有聚羟基乙酸（支撑材料的高分子主要是一些线形脂肪族聚酯，包括有聚羟基乙酸（PGA PGA）、）、聚乳酸（聚乳酸（PLA PLA）、羟基乙酸和乳酸的共聚物。）、羟基乙酸和乳酸的共聚物。10.4.3
40、 10.4.3 高分子药物高分子药物高分子材料在药物中的应用主要有三方面：高分子材料在药物中的应用主要有三方面：A A 高分子载体药物控制释放体系高分子载体药物控制释放体系B B 小分子药物高分子化小分子药物高分子化C C 高分子药物高分子药物 其中以高分子载体药物控制释放体系应用最为广泛。其中以高分子载体药物控制释放体系应用最为广泛。本讲稿第三十一页，共三十九页（1 1）高分子载体缓释药物）高分子载体缓释药物血血液液中中药药物物浓浓度度时间时间中毒浓度中毒浓度有效浓度有效浓度本讲稿第三十二页，共三十九页高分子载体缓释药物的药物释放机理有三种基本方式：高分子载体缓释药物的药物释放机理有三种基本
41、方式：（）通过可溶性高分子载体的缓慢溶解释放药物）通过可溶性高分子载体的缓慢溶解释放药物 所所用用的的可可溶溶性性高高分分子子载载体体通通常常是是一一些些水水溶溶性性的的高高分分子子。由由于于高高子子化化合合物物的的溶溶解解是是一一个个缓缓慢慢的的过过程程，因因此此将将药药物物与与高高分分子子载载体体混混合合均均匀匀后后制制成成片片剂或微粒，利用高分子载体溶解慢的特性，使药物缓慢释放。剂或微粒，利用高分子载体溶解慢的特性，使药物缓慢释放。（）通过高分子载体的生物降解释放药物）通过高分子载体的生物降解释放药物 其其药药物物的的释释放放速速度度取取决决于于载载体体的的生生物物降降解解速速度度，与与
42、均均聚聚物物相相比比，共共聚聚物物或或共共混混聚聚合合物物由由于于可可通通过过改改变变体体系系的的组组成成来来调调节节降降解解速速度度，进进而而控制药物释放速度，因而更有优势。控制药物释放速度，因而更有优势。（）在压力、温度、）在压力、温度、pHpH及酶的作用下通过高分子微胶囊的半透性膜缓及酶的作用下通过高分子微胶囊的半透性膜缓慢释放。慢释放。本讲稿第三十三页，共三十九页（2 2）高分子靶向药物高分子靶向药物 简单的高分子靶向药物是将药物用高分子载体包裹，利用高分子载体简单的高分子靶向药物是将药物用高分子载体包裹，利用高分子载体在不同环境下溶解性的不同，使之选择性地在目标部位溶解释放药物。在不
43、同环境下溶解性的不同，使之选择性地在目标部位溶解释放药物。例如胃液是酸性的（例如胃液是酸性的（pH 1-2pH 1-2），肠液是微碱性的），肠液是微碱性的(pH 7(pH 78)8)，若选用一，若选用一些含羧基的水凝胶作载体，在胃酸环境下，由于羧基之间的氢键作用，水凝胶的些含羧基的水凝胶作载体，在胃酸环境下，由于羧基之间的氢键作用，水凝胶的结构紧密，溶胀度小，其包裹的药物难释放；而在肠的微碱性环境下，羧基被离结构紧密，溶胀度小，其包裹的药物难释放；而在肠的微碱性环境下，羧基被离子化，水凝胶溶胀大，药物被释放，从而实现对肠的定向给药。子化，水凝胶溶胀大，药物被释放，从而实现对肠的定向给药。为改善
44、载体药物的释放性能，可在其高分子载体中引入一些特定生物降解性为改善载体药物的释放性能，可在其高分子载体中引入一些特定生物降解性的高分子。如用含淀粉的交联聚丙烯酸水凝胶作的载体，既具有酸性水凝胶的的高分子。如用含淀粉的交联聚丙烯酸水凝胶作的载体，既具有酸性水凝胶的pHpH响应特性，其中的淀粉组分又可在肠道生成的响应特性，其中的淀粉组分又可在肠道生成的-淀粉酶的作用下发生酶淀粉酶的作用下发生酶促降解，从而促进药物的释放。促降解，从而促进药物的释放。本讲稿第三十四页，共三十九页10.5 10.5 导电高分子导电高分子 广义上的导电高分子材料可分为两大类：广义上的导电高分子材料可分为两大类：一类是由绝
45、缘高分子与导电材料（如金属粉、炭黑等）共混而成一类是由绝缘高分子与导电材料（如金属粉、炭黑等）共混而成的复合型导电高分子材料，该类导电高分子材料的导电性能主要由其的复合型导电高分子材料，该类导电高分子材料的导电性能主要由其中的导电填料所决定，其中的高分子主要提供可加工性能。中的导电填料所决定，其中的高分子主要提供可加工性能。另一类是高分子本身的结构拥有可流动的载流子，即高分子本身具有导电性，另一类是高分子本身的结构拥有可流动的载流子，即高分子本身具有导电性，其导电性能主要取决于高分子本身的结构，常称为其导电性能主要取决于高分子本身的结构，常称为“本征导电高分子本征导电高分子”（intrinsi
46、cally conducting polymer,ICPintrinsically conducting polymer,ICP）或）或“合成金属合成金属”。本讲稿第三十五页，共三十九页 所有的导电高分子都是共轭高分子，其分子结构都是含有所有的导电高分子都是共轭高分子，其分子结构都是含有-共轭结构或共轭结构或同时含有同时含有-共轭和共轭和p p-共轭结构。典型的导电高分子有以下几类：共轭结构。典型的导电高分子有以下几类：本讲稿第三十六页，共三十九页 导电高分子的应用导电高分子的应用 导电高分子可以以掺杂的形式应用，也可以以不掺杂的形式应用。不掺杂导导电高分子可以以掺杂的形式应用，也可以以不掺杂
47、的形式应用。不掺杂导电高分子最重要应用之一是电致发光二极管。掺杂导电高分子的应用又可分为两电高分子最重要应用之一是电致发光二极管。掺杂导电高分子的应用又可分为两类，一类是作为有机导体制备导电薄膜、导电纤维、防静电涂料、透明电极和雷类，一类是作为有机导体制备导电薄膜、导电纤维、防静电涂料、透明电极和雷达吸收材料等；另一类的应用是利用聚合物在掺杂过程中物理性质的变化，如光达吸收材料等；另一类的应用是利用聚合物在掺杂过程中物理性质的变化，如光电仪、化学与电化学传感器（如电子鼻）等。电仪、化学与电化学传感器（如电子鼻）等。本讲稿第三十七页，共三十九页(1)(1)发光二极管发光二极管 共轭高分子可光致发
48、光和电致发光。其光致发光机理如下共轭高分子可光致发光和电致发光。其光致发光机理如下:。电子吸收光能被激发，从最高被占分子轨道（电子吸收光能被激发，从最高被占分子轨道（HOMOHOMO）跃迁到最低）跃迁到最低未占分子轨道（未占分子轨道（LUMOLUMO），产生单重态激子，单重态激子辐射衰减发出荧光），产生单重态激子，单重态激子辐射衰减发出荧光。共轭高分子的电致发光机理与之类似。共轭高分子的电致发光机理与之类似。本讲稿第三十八页，共三十九页电电致致发发光光高高分分子子材材料料与与相相应应的的无无机机材材料料相相比比，具具有有许许多多优优势势，如如易易制制造造加加工工（特特别别是是大大面面积积加加工工）、柔柔韧韧性性好好、工工作作电电压压低低、耐耐形形变变稳稳定定性性高高、发发光光颜颜色色易易调调节节、面面发发光光视视角角广广、主主动动发发光光响响应应快快等等。其其发发光光颜颜色色取取决决于于共轭高分子的能隙。共轭高分子的能隙。（2 2）导电聚合物导电性应用）导电聚合物导电性应用 透明导体透明导体 反复充放电的二次电池的电极材料反复充放电的二次电池的电极材料 聚合物电容器聚合物电容器 （3 3）电磁屏蔽与隐身）电磁屏蔽与隐身 （4 4）抗静电抗静电 本讲稿第三十九页，共三十九页