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内容简介

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。

目录

第一章绪论1
第一节特种高分子材料的定义与分类1
一、特种高分子材料的定义2
二、特种高分子材料的分类3
第二节特种高分子材料的设计与制备6
一、结构设计的主要途径6
二、特种高分子的制备方法7
第三节特种高分子材料的发展前景10
一、发展动力10
二、发展趋势11
思考题12

第二章化学功能高分子材料13
第一节高分子效应13
一、高分子参与反应的一般优点14
二、高分子效应15
第二节高分子试剂23
一、高分子试剂的种类23
二、高分子载体上的固相合成31
三、影响因素38
第三节高分子催化剂39
一、高分子酸和高分子碱39
二、高分子金属络合物催化剂41
三、固定化酶49
思考题52

第三章分离功能高分子材料54
第一节离子交换树脂54
一、离子交换树脂的分类和命名54
二、离子交换树脂的制备57
三、离子交换功能原理及评价61
四、离子交换树脂的其他功能64
五、离子交换树脂的应用65
第二节其他分离树脂66
一、螯合树脂66
二、拆分树脂73
第三节高分子分离膜82
一、分离膜的分类84
二、膜分离过程与机理85
三、影响膜分离性能的因素92
四、膜材料及其制备93
第四节高吸水性树脂98
一、分类与制备98
二、高吸水机制101
三、影响因素102
四、功能特性103
五、高吸水性树脂的应用104
第五节高分子絮凝剂105
一、分类与制备106
二、絮凝机理108
三、影响絮凝效果的因素112
四、高分子絮凝剂的应用113
第六节高分子超疏水材料115
一、疏水性的表征115
二、天然超疏水材料的表面结构117
三、超疏水理论118
四、分类与制备121
五、超疏水材料的应用125
思考题129

第四章光功能高分子材料132
第一节光学塑料与光纤133
一、光学塑料133
二、光盘基材138
三、塑料光纤140
第二节有机非线性光学材料147
一、非线性光学现象147
二、有机非线性光学材料147
三、聚合物非线性材料149
四、非线性光学材料的应用151
五、聚合物电光效应、光弹效应与光折变效应153
第三节感光性高分子156
一、概述156
二、光化学反应基本原理158
三、感光高分子体系的基本要求161
四、感光高分子体系165
五、感光高分子的应用176
第四节光致变色高分子177
一、光致变色机理177
二、光致变色功能膜制备方法184
三、影响光致变色性能的因素185
四、光致变色材料的应用185
思考题187

第五章电磁功能高分子材料189
第一节高分子绝缘材料190
一、高分子的介电特性190
二、高分子的绝缘特性193
三、应用特性195
四、高分子高温绝缘材料197
第二节导电高分子材料199
一、复合型导电高分子材料200
二、离子导电型高分子210
三、共轭型导电高分子215
四、高分子电荷转移络合物221
五、金属有机聚合物223
六、电子导电型高分子的应用224
第三节电致发光聚合物225
一、发光原理226
二、电致发光聚合物类型227
三、器件设计与制备230
四、聚合物发光电池231
第四节光电导高分子材料232
一、光电导高分子分类232
二、光电导机理233
三、光电导材料的应用236
第五节高分子压电材料237
一、压电性237
二、热释电性和铁电性240
三、压电高分子的类型242
四、压电高分子的应用248
第六节高分子磁性材料250
一、结构型磁性材料250
二、复合型磁性材料252
第七节高分子吸波材料253
一、概述254
二、高分子吸波材料与制备257
三、吸波体系的结构设计261
四、高分子吸波材料的发展方向262
思考题263

第六章高分子致动材料265
第一节天然肌肉概述266
一、肌肉的组成与形貌266
二、天然肌肉的致动机制267
三、评价指标268
第二节外在伸缩式人工肌肉270
一、气动型人工肌肉270
二、液压型人工肌肉273
第三节化学响应型人工肌肉274
一、离子交换型人工肌肉274
二、介质响应型人工肌肉276
三、分子识别型人造肌肉277
第四节电子型人工肌肉的电场响应278
一、致动机制278
二、电子型人工肌肉类型279
三、磁致伸缩高分子材料281
第五节离子型人工肌肉的电场响应283
一、分类283
二、致动机制287
三、制备289
四、影响因素290
第六节其他刺激响应型人工肌肉292
一、温敏型人工肌肉292
二、光敏型人工肌肉294
三、形状记忆高分子294
四、液晶弹性体296
第七节机器人运动机构设计298
一、微位移系统299
二、传动履带302
三、抓手302
四、驱动微泵303
五、微型执行器304
六、医用304
七、人工肌肉的发展趋势305
思考题306

第七章生物医用高分子材料308
第一节概述310
一、分类310
二、生物医用高分子材料的基本条件311
第二节人 工 血 液315
一、人工血浆315
二、人工血球315
第三节高分子人工脏器320
一、血液相容性321
二、人工心脏322
三、人工心脏瓣膜324
四、人工血管325
五、人工肾326
六、其他329
第四节整形与修复材料330
一、眼科材料330
二、齿科材料332
三、人工骨和人工关节334
四、人工肌腱与人工皮肤336
第五节其他医用材料337
一、医用黏结剂337
二、医用缝合线和止血剂340
三、代石膏绷带341
四、医用诊断材料341
五、组织工程用支架343
六、其他344
第六节药用高分子345
一、药物载体345
二、靶向药物载体346
三、药物控制释放348
四、高分子药物352
五、高分子免疫佐剂353
思考题354

参考文献356

精彩书摘

　　《特种高分子材料(刘引烽)》：
　　热法则利用聚合物溶液对温度的敏感性，即随着温度的变化，体系可以从均一分散的溶液转变成为相分离体系的特性。所用溶剂称为高分子的潜溶剂，它对聚合物的溶解存在一个临界温度，在此温度之上，它是聚合物的良溶剂，在此温度以下，则是聚合物的非溶剂。与前两种方法不同的是，在常温下，潜溶剂可以是液体，也可以是固体。这样，在成膜后，需要用另一种溶剂将其萃取出来。热法主要应用于聚烯烃膜。由于热法制备的膜其断面具有各向同性的微孔结构，因而特别适用于控制释放膜的制备。
　　致孔剂也可用另一种聚合物来充当。将用作致孔剂的聚合物与成膜聚合物一起用适当的溶剂溶解，先铸膜制成双组分密度膜，然后将膜浸入另一种溶剂，它对致孔聚合物是良溶剂，而对成膜聚合物是非溶剂。在此溶剂的作用下，密度膜中的可溶性聚合物被溶解掉，留下多孔性分离膜。因而膜中孔隙大小及孔隙率与致孔聚合物的性质及用量有关。用这种方法制备的膜，其特征是膜的内外结构一致，表面没有致密层，孔径分布较窄。
　　……

前言/序言

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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