功能高分子具有以下特点:重量轻、易加工、原料来源广;涉及面广、技术密集、附加值高;开发难度大、周期长;专用性强、品种多、产量小、价格高;多学科交叉研究的产物,与光、电、医、生物学等联系密切。
功能高分子一般带有官能团,化学结构较为复杂,一般按照其功能来分类。根据功能高分子功能的不同,可分为化学功能、物理功能和生物医用功能三大类。化学功能高分子主要包括:具有分离功能的离子交换树脂、分离膜、高强水性树脂等;具有催化和试剂功能的高分子催化剂、固定化酶、高分子试剂等。物理功能高分子包括导电高分子、光致变色高分子、感光树脂、光降解高分子等。生物医用功能高分子包括人工器官、高分子药物、手术缝合线、齿科材料、美容材料等。
从制备和结构的角度,可分为结构型功能高分子和复合型功能高分子。例如本征型导电高分子,高分子本身就具有导电性;而掺杂型导电高分子一般是通过掺杂导电粉体获得导电性。
与通用高分子本质上不同的是,功能高分子的分子链上往往带有特殊结构的官能团,或高分子与其他功能材料进行了复合。功能高分子的制备途径包括:①功能单体通过聚合反应制备功能聚合物,例如丙烯酸经自由基聚合合成聚丙烯酸,可用作弱酸性离子交换树脂、高吸水性树脂等。②利用高分子的化学反应将功能基团引入聚合物骨架,例如苯乙烯-二乙烯基苯共聚物为母体制备的离子交换树脂。③利用高分子材料将功能性小分子包埋或胶囊化,例如以乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等聚合物为外壳材料的维生素C微胶囊,可达到延缓维生素C氧化变黄的效果,这种维生素C微胶囊进入人体后,两小时内可完全溶解释放。④通过特殊的加工(例如制膜、纺丝、表面处理等)赋予高分子的功能特性,例如高分子材料经薄膜化后,可制造各种分离膜、偏正光膜、滤光片、薄膜半导体、薄膜电池等。⑤基于不同材料或性能的复合实现功能化,例如将压磁性和磁阻性复合在一起,可以获得压阻性。
功能高分子材料是从20世纪60年代发展起来的。由于功能高分子具有轻、强、耐腐蚀、原料丰富、种类繁多、制备简便、易于分子设计等特点,其研究和发展十分迅速,已成为高分子学科的一个重要分支,正处于成长时期。