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內容簡介

本教材以結構與性能間的關係為主綫，係統介紹瞭各類功能高分子材料與生物醫用高分子材料的功能或特性原理、分類與製備方法、實際應用與展望等，展示近年來國內外這些領域的研究成果，引導讀者瞭解特種高分子材料的基本類型和功能原理，尤其是其結構設計思想，啓發創新思維。
全書共分七章，著重介紹化學功能、分離功能、光功能、電磁功能和緻動功能及生物醫用高分子材料共六大方麵，主要包括高分子化學反應試劑與高分子催化劑；分離樹脂與分離膜、高分子絮凝劑和高吸水性樹脂；光學塑料和塑料光縴、高分子非綫性光學材料、光刻膠、光緻變色高分子材料；高分子絕緣與導電材料、光導高分子材料、高分子壓電、熱電和鐵電材料、高分子磁性材料和高分子吸波材料；高分子緻動材料也叫人工肌肉和智能凝膠，包括能對各種物理或化學刺激做齣伸縮響應的高分子材料；生物醫用高分子材料則包括人工髒器、高分子修復材料、高分子藥物及藥用高分子材料等。
本書是高等院校功能高分子材料和生物醫用高分子材料課程教材，也適閤於其他學科學生課外閱讀，並可作為從事特種高分子科研與開發人員參考。

目錄

第一章緒論1
第一節特種高分子材料的定義與分類1
一、特種高分子材料的定義2
二、特種高分子材料的分類3
第二節特種高分子材料的設計與製備6
一、結構設計的主要途徑6
二、特種高分子的製備方法7
第三節特種高分子材料的發展前景10
一、發展動力10
二、發展趨勢11
思考題12

第二章化學功能高分子材料13
第一節高分子效應13
一、高分子參與反應的一般優點14
二、高分子效應15
第二節高分子試劑23
一、高分子試劑的種類23
二、高分子載體上的固相閤成31
三、影響因素38
第三節高分子催化劑39
一、高分子酸和高分子堿39
二、高分子金屬絡閤物催化劑41
三、固定化酶49
思考題52

第三章分離功能高分子材料54
第一節離子交換樹脂54
一、離子交換樹脂的分類和命名54
二、離子交換樹脂的製備57
三、離子交換功能原理及評價61
四、離子交換樹脂的其他功能64
五、離子交換樹脂的應用65
第二節其他分離樹脂66
一、螯閤樹脂66
二、拆分樹脂73
第三節高分子分離膜82
一、分離膜的分類84
二、膜分離過程與機理85
三、影響膜分離性能的因素92
四、膜材料及其製備93
第四節高吸水性樹脂98
一、分類與製備98
二、高吸水機製101
三、影響因素102
四、功能特性103
五、高吸水性樹脂的應用104
第五節高分子絮凝劑105
一、分類與製備106
二、絮凝機理108
三、影響絮凝效果的因素112
四、高分子絮凝劑的應用113
第六節高分子超疏水材料115
一、疏水性的錶徵115
二、天然超疏水材料的錶麵結構117
三、超疏水理論118
四、分類與製備121
五、超疏水材料的應用125
思考題129

第四章光功能高分子材料132
第一節光學塑料與光縴133
一、光學塑料133
二、光盤基材138
三、塑料光縴140
第二節有機非綫性光學材料147
一、非綫性光學現象147
二、有機非綫性光學材料147
三、聚閤物非綫性材料149
四、非綫性光學材料的應用151
五、聚閤物電光效應、光彈效應與光摺變效應153
第三節感光性高分子156
一、概述156
二、光化學反應基本原理158
三、感光高分子體係的基本要求161
四、感光高分子體係165
五、感光高分子的應用176
第四節光緻變色高分子177
一、光緻變色機理177
二、光緻變色功能膜製備方法184
三、影響光緻變色性能的因素185
四、光緻變色材料的應用185
思考題187

第五章電磁功能高分子材料189
第一節高分子絕緣材料190
一、高分子的介電特性190
二、高分子的絕緣特性193
三、應用特性195
四、高分子高溫絕緣材料197
第二節導電高分子材料199
一、復閤型導電高分子材料200
二、離子導電型高分子210
三、共軛型導電高分子215
四、高分子電荷轉移絡閤物221
五、金屬有機聚閤物223
六、電子導電型高分子的應用224
第三節電緻發光聚閤物225
一、發光原理226
二、電緻發光聚閤物類型227
三、器件設計與製備230
四、聚閤物發光電池231
第四節光電導高分子材料232
一、光電導高分子分類232
二、光電導機理233
三、光電導材料的應用236
第五節高分子壓電材料237
一、壓電性237
二、熱釋電性和鐵電性240
三、壓電高分子的類型242
四、壓電高分子的應用248
第六節高分子磁性材料250
一、結構型磁性材料250
二、復閤型磁性材料252
第七節高分子吸波材料253
一、概述254
二、高分子吸波材料與製備257
三、吸波體係的結構設計261
四、高分子吸波材料的發展方嚮262
思考題263

第六章高分子緻動材料265
第一節天然肌肉概述266
一、肌肉的組成與形貌266
二、天然肌肉的緻動機製267
三、評價指標268
第二節外在伸縮式人工肌肉270
一、氣動型人工肌肉270
二、液壓型人工肌肉273
第三節化學響應型人工肌肉274
一、離子交換型人工肌肉274
二、介質響應型人工肌肉276
三、分子識彆型人造肌肉277
第四節電子型人工肌肉的電場響應278
一、緻動機製278
二、電子型人工肌肉類型279
三、磁緻伸縮高分子材料281
第五節離子型人工肌肉的電場響應283
一、分類283
二、緻動機製287
三、製備289
四、影響因素290
第六節其他刺激響應型人工肌肉292
一、溫敏型人工肌肉292
二、光敏型人工肌肉294
三、形狀記憶高分子294
四、液晶彈性體296
第七節機器人運動機構設計298
一、微位移係統299
二、傳動履帶302
三、抓手302
四、驅動微泵303
五、微型執行器304
六、醫用304
七、人工肌肉的發展趨勢305
思考題306

第七章生物醫用高分子材料308
第一節概述310
一、分類310
二、生物醫用高分子材料的基本條件311
第二節人 工 血 液315
一、人工血漿315
二、人工血球315
第三節高分子人工髒器320
一、血液相容性321
二、人工心髒322
三、人工心髒瓣膜324
四、人工血管325
五、人工腎326
六、其他329
第四節整形與修復材料330
一、眼科材料330
二、齒科材料332
三、人工骨和人工關節334
四、人工肌腱與人工皮膚336
第五節其他醫用材料337
一、醫用黏結劑337
二、醫用縫閤綫和止血劑340
三、代石膏綳帶341
四、醫用診斷材料341
五、組織工程用支架343
六、其他344
第六節藥用高分子345
一、藥物載體345
二、靶嚮藥物載體346
三、藥物控製釋放348
四、高分子藥物352
五、高分子免疫佐劑353
思考題354

參考文獻356

精彩書摘

　　《特種高分子材料(劉引烽)》：
　　熱法則利用聚閤物溶液對溫度的敏感性，即隨著溫度的變化，體係可以從均一分散的溶液轉變成為相分離體係的特性。所用溶劑稱為高分子的潛溶劑，它對聚閤物的溶解存在一個臨界溫度，在此溫度之上，它是聚閤物的良溶劑，在此溫度以下，則是聚閤物的非溶劑。與前兩種方法不同的是，在常溫下，潛溶劑可以是液體，也可以是固體。這樣，在成膜後，需要用另一種溶劑將其萃取齣來。熱法主要應用於聚烯烴膜。由於熱法製備的膜其斷麵具有各嚮同性的微孔結構，因而特彆適用於控製釋放膜的製備。
　　緻孔劑也可用另一種聚閤物來充當。將用作緻孔劑的聚閤物與成膜聚閤物一起用適當的溶劑溶解，先鑄膜製成雙組分密度膜，然後將膜浸入另一種溶劑，它對緻孔聚閤物是良溶劑，而對成膜聚閤物是非溶劑。在此溶劑的作用下，密度膜中的可溶性聚閤物被溶解掉，留下多孔性分離膜。因而膜中孔隙大小及孔隙率與緻孔聚閤物的性質及用量有關。用這種方法製備的膜，其特徵是膜的內外結構一緻，錶麵沒有緻密層，孔徑分布較窄。
　　……

前言/序言

特種高分子材料包括常規高分子材料所不具備的特殊性能，是高分子材料領域的一個重要分支。
高分子材料通常具備基本力學性能和良好的加工性能。與其他材料相比，高分子材料在其Tg(或Tm)～Tf間，在受到不大的力的作用時即可發生很大的形變，並能以較快的速度迴復，錶現為明顯的高度彈性行為特徵，稱為高彈性；而在Tg(或Tm)以下，這種高彈性通常難以錶達，錶現齣硬質材料特徵，隻有在特定的溫度區間，在較大的應力下纔會屈服而錶現齣大的應變，這種應變在Tg(或Tm)以下是法迴復的，隻有當溫度升高到Tg(或Tm)以上時纔能迴復，稱為強迫高彈性；在Tg(或Tm)附近，這種大的應變是可以迴復的，但需要時間來逐漸迴復，錶現為明顯的黏彈性特徵。因此在力學性能方麵，高分子材料具有其他材料所不具備的高彈性和黏彈性。高分子材料可以錶現得很軟，也可以錶現得很硬；既可以很強，也可以很韌。一般高分子材料在具備基本力學性能的同時，還具有隔熱、絕緣特性，是熱、電的不良導體，且易於加工成型，可以滿足一般生産生活需要。
但是與其他材料相比，高分子材料的耐溫性、耐磨性等不盡如人意。為瞭應對極端條件，需要耐高溫或耐寒材料，需要有超強度、超耐磨材料；為瞭應對航空航天和各類導彈的需求，需要有耐燒蝕材料。顯然一般高分子材料難以勝任，一大批具有高性能的高分子材料應運而生。具有高強度、高模量和高耐熱特點的工程塑料在機械工業、國防科技、汽車等交通工具中都得到瞭廣泛的應用。
為瞭提高化學反應速率和選擇性，高分子試劑及仿照天然酶結構的高分子催化劑走上曆史舞颱；高分子固相閤成方法使生物活性蛋白的閤成周期大大縮短；模闆聚閤的方法使生物復製在實驗室進行成為可能。具有優良分離功能的生物膜是大分子，因此，高分子成為優良的分離材料，離子交換樹脂、螯閤樹脂為電子工業、原子能工業提供超淨水、富集有用的金屬離子；反滲透膜使海水淡化簡便易行；滲析膜為尿毒癥患者帶來福音；高吸水性樹脂使荒漠少水的地帶披上瞭綠裝；高分子絮凝劑使廢水處理簡便易行。為瞭實現信息的高速、高保密性傳遞，光縴材料發揮瞭重要的作用；有機非綫性光學材料因具有高的非綫性係數，從而使倍頻器件、光開關、光存儲器迅猛發展；與大規模集成電路相配套的光刻膠的不斷進步使芯片的集成度不斷飆升。導電高分子為新能源電極和電解質提供瞭新的材料選擇，電緻發光高分子使柔性顯示屏成為可能。這些功能高分子的發明展示瞭高分子材料的獨特魅力。
緩釋藥物和控製釋放的藥物使藥物有效成分在血液中維持正常濃度的時間大大延長，組織工程材料的齣現使損傷修復趨於完美，人工腎、人工心髒等人工髒器使尿毒癥病人和心髒衰竭患者有瞭重生的希望。這些生物醫用高分子材料的發展為人類生命健康和生活品質的提升提供瞭材料的保障。
這些正是特種高分子材料的貢獻。特種高分子材料主要包括三大類型：第一類是具有特殊功能的材料，如具有化學反應功能的高分子試劑和高分子催化劑，具有分離功能的各種分離樹脂和分離膜，具有光傳輸功能的光學塑料和光導縴維、通過光化學反應産生成像特性或顔色變化的光刻膠與光緻變色材料，具有電磁功能的導電高分子材料、電緻發光高分子材料、磁性高分子材料和吸波材料等，通過化學或光電響應産生機械力的傳動功能高分子材料等；第二類是生物醫用高分子材料，此類高分子材料首先必須滿足所用場閤的生物醫用基本要求，如毒、害、菌，有組織相容性或血液相容性等，同時還能滿足特定應用場閤的功能需要，如心髒瓣膜的單嚮輸送功能、人工心髒的耐疲勞性能、人工血液的溶氧功能、組織工程材料支架的乾細胞黏附與生長功能及可降解特性、高分子藥物的控製釋放功能及其殺菌治療功能等，是特殊的一類特種高分子材料；第三類是具有特彆優異性能的高分子材料，如特彆耐高溫和特彆耐低溫的高分子材料、超高模量或超高強度的高分子材料、超耐磨材料、自潤滑高分子材料、耐燒蝕高分子材料等。
本教材以具有特殊功能的功能高分子材料和具有特殊應用的生物醫用高分子材料為對象，以結構與性能間的關係為主綫，係統地介紹各類功能高分子材料與生物醫用高分子材料的功能或特性原理、分類與製備方法、實際應用與展望等，展示近年來國內外這些領域的研究成果，引導讀者瞭解特種高分子材料的基本類型，尤其是其結構設計思路，啓發心智。化學功能高分子材料側重於高分子化學反應試劑、高分子催化劑及其所錶現齣的特有的高分子效應，介紹高分子在固相閤成多肽等生命物質中所起的特殊作用及固定化酶在催化領域中的特殊意義；具有分離功能的各種高分子材料中，有些與化學反應有關，如離子交換樹脂、螯閤樹脂等，而還有很多則與其樹脂的化學結構、物理形態有關，如分離膜、拆分樹脂、高吸水性樹脂等，因而我們把分離特性單獨列為一章，它包括瞭各種具有分離特性的高分子樹脂和膜材料；物理功能以光功能與電磁功能為主。光功能材料主要介紹光學塑料和塑料光縴、高分子強光物理材料、感光樹脂、光緻變色高分子材料等；電磁功能材料主要介紹介電與導電高分子材料，光導高分子材料，高分子壓電、熱電和鐵電材料，磁性高分子材料和高分子吸波材料等；生物醫用高分子材料則主要介紹具有替代人體器官功能的人工髒器、人工血管與血液、與人體組織相容性好的高分子整形修復材料、在醫療過程中充任重要角色的各種高分子醫療用品，以及在藥物製劑、藥物控釋等方麵有廣泛應用的藥用高分子材料和具有藥理功能的高分子藥物等。
本書可作為高等院校開設特種高分子材料課程的教材，也可以用作功能高分子材料或生物醫用高分子材料課程教材，適閤於其他學科學生課外閱讀，也可以作為從事特種高分子科研與開發人員的參考用書。
鑒於當前特種高分子材料的發展非常迅速，新的功能特性不斷被開發，對結構與性能間的關係還在深入研究，原有的一些理論還在不斷地完善，新的理論還將齣現，因此，與之相應的特種高分子教材也不應是一成不變的。本書的內容僅能部分反映特種高分子發展的現有水平，尚不能全麵反映這一領域的現有成果，同時限於作者的水平，在內容的選取、編排和總結上，偏頗、疏漏與不當之處在所難免，希望得到廣大專傢、讀者的批評指正。
本教材在編寫過程中參考並引用瞭大量的書籍及文獻資料，在此，我要嚮這些書籍和文獻的作者錶示衷心的感謝。在試講過程中，得到瞭我校十多屆學生的熱情鼓勵，在此我也要嚮他們錶示衷心的感謝。最後，尤其要感謝華傢棟先生，在功能高分子科研和特種高分子教學中，他始終給予我親切的教誨和私的幫助。

編著者
2017年5月



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