精細化工新材料與新技術課件

第七章精細化工新材料與新技術精細化學品概論功能高分子的概念：功能高分子材料，簡稱功能高分子（FunctionalPolymer），是指那些可用于工業(yè)和技術中的具有物理和化學功能如光、電、磁、聲、熱等特性的高分子材料。例如感光高分子、導電高分子、光電轉換高分子、醫(yī)用高分子、高分子催化劑等。7.1功能高分子材料及其分類

（1）反應性高分子材料包括高分子試劑、高分子催化劑、高分子染料，特別是高分子固相合成試劑和固定化酶試劑等。（2）光敏性高分子材料包括各種光穩(wěn)定劑、光刻膠、感光材料、非線性光學材料、光導電材料及光致變色材料等。（3）電性能高分子材料包括導電聚合物、能量轉換型聚合物、電致發(fā)光和電致變色材料及其它電敏感性材料。（4）高分子分離材料包括各種分離膜、緩釋膜和其它半透明膜材料、離子交換樹脂、高分子絮凝劑、高分子螯合劑等。7.1功能高分子材料及其分類功能高分子的分類：按其性質、功能或實際用途劃分7.2感光性高分子（PhotosensitivePolymer）7.2.1概述感光性高分子是指吸收了光能后能在分子內或分子間產生化學、物理變化的一類功能高分子材料。這種變化發(fā)生后，材料將輸出其特有的功能。目前開發(fā)比較成熟、有實用價值的光致抗蝕材料和光致誘蝕材料，產品包括光刻膠、光固化粘合劑、感光油墨、感光涂料等。7.2感光性高分子（PhotosensitivePolymer）所謂光致抗蝕材料，是指高分子材料經光照輻射后，分子結構從線型可溶性的轉變?yōu)轶w型不可溶的，從而產生了對溶劑的抗蝕能力。而光致誘蝕材料正相反，當高分子材料受光照輻射后，感光部分發(fā)生光分解反應，從而變成可溶性。目前廣泛使用的預涂感光版，簡稱PS版式（PresensitizedPlate），就是將感光材料樹脂預先涂在親水性的基材（如陽極氧化鋁板）上制成的。曬印時，樹脂若發(fā)生光交聯反應，則溶劑顯像時未曝光的樹脂被溶解，感光部分的樹脂保留了下來，這種PS版稱為負片型；而曬印時發(fā)生光分解反應，則溶劑將曝光分解部分的樹脂溶解，這種PS版稱為正片型。7.2感光性高分子（PhotosensitivePolymer）7.2.2具有感光基團的高分子及其合成方法在有機化學中，許多基團具有光學活性，其中以肉桂?；顬橹?，此外，重氮基、疊氮基都可引入高分子形成感光性高分子。(1)聚乙烯醇肉桂酸酯及其類似高分子：肉桂酸在光照下，雙鍵能夠發(fā)生2+2環(huán)合反應，反應式如下：7.2感光性高分子（PhotosensitivePolymer）聚乙烯醇肉桂酸酯在光照下側基可發(fā)生二聚反應，形成環(huán)丁烷基而交聯:7.2感光性高分子（PhotosensitivePolymer）聚乙烯醇的肉桂酸-二元酸混合酯，分子鏈中的肉桂?；x予了感光性，羧基則提供堿可溶性，從而可用堿水顯影。7.2感光性高分子（PhotosensitivePolymer）丙烯酸系肉桂酸類感光性高分子：7.2感光性高分子（PhotosensitivePolymer）(2)聚乙烯芐叉苯乙酮：可通過以下合成路線制備：7.2感光性高分子（PhotosensitivePolymer）(3)含α-苯基馬來酰亞胺基的感光性高分子：7.2感光性高分子（PhotosensitivePolymer）可通過以下合成路線制備：7.3導電高分子（ConductingPolymer）7.3.1導電高分子的特性：

（1）室溫電導率范圍大：導電高分子室溫電導率可在絕緣體-半導體-金屬態(tài)范圍內（10-9S/cm~105S/cm）變化。

（2）摻雜/脫摻雜的過程完全可逆：導電高分子不僅可以摻雜，而且還可以脫摻雜，這是導電高分子獨特的性能之一。導電高分子可成為二次電池的理想電極材料，從而可能實現全塑固體電池。又是目前快速切換的隱身技術的首選材料。還可以利用這一特性制造選擇性高、靈敏度高和重復性好的氣體或生物傳感器。

（3）氧化/還原過程完全可逆：導電高分子的摻雜實質是氧化/還原反應，而且氧化/還原反應是完全可逆的。在摻雜/脫摻雜的過程中伴隨著完全可逆的顏色變化。因此，導電高分子這一特性可能實現電致變色或光致變色。這不僅在信息存儲、顯示上有應用前景，而且也可用于軍事目標的偽裝和隱身技術上。7.3導電高分子（ConductingPolymer）7.3.2導電高分子的類型按照材料的結構與組成，可將導電高分子分成兩大類。一類是結構型（或稱本征型）導電高分子，另一類是復合型導電高分子。（1）結構型導電高分子結構型（或稱本征型）導電高分子本身具有“固有”的導電性，由聚合物結構提供導電載流子（電子、離子或空穴）。這類聚合物經摻雜后，電導率可大幅度提高，其中有些甚至可達到金屬的水平。迄今為止，國內外對結構型導電高分子研究較為深入的品種有聚乙炔、聚對苯硫醚、聚對苯撐、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ（7,7,10,10-四氰二次甲基苯醌）傳荷絡合聚合物等。7.3導電高分子（ConductingPolymer）（2）復合型導電高分子復合型導電高分子是在不具備導電性的高分子材料中摻雜混入大量導電物質，如炭黑、金屬粉、箔等，通過分散復合、層積復合、表面復合等方法構成的復合材料，其中以分散復合最為常用。目前所選擇的高分子材料主要有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、聚酰亞胺、有機硅樹脂等。丁基橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、天然橡膠等也常用作導電橡膠的基質。常用的導電填料有：金、銀、銅、鎳、鈀、鉬、鋁、鈷等金屬粉，鍍銀二氧化硅粉，鍍銀玻璃微珠，炭黑、石墨，碳化鎢、碳化鎳等。復合型導電高分子材料制作方便，有較強的實用性，用作導電橡膠、導電涂料、導電粘合劑、電磁波屏蔽材料和抗靜電材料，在許多領域發(fā)揮著重要作用。7.3導電高分子（ConductingPolymer）聚乙烯基咔唑（PVK），其結構式如下：7.4生物醫(yī)用高分子（BiomedicalPolymer）7.4.1

醫(yī)用高分子的分類按材料的來源不同，醫(yī)用高分子分為：（1）天然醫(yī)用高分子材料，如膠原、明膠、絲蛋白、角質蛋白、纖維素、甲殼素及其衍生物等。（2）人工合成醫(yī)用高分子材料，如聚氨酯、硅橡膠、聚酯等。7.4生物醫(yī)用高分子（BiomedicalPolymer）7.4.2對醫(yī)用高分子材料的基本要求（1）在化學上是惰性的，不會因為與體液接觸而發(fā)生反應。（2）對人體組織不會引起炎癥或異物反應。（3）不會致癌。（4）具有良好的血液相容性，不會在材料表面凝血。（5）長期植入體內，不會減小機械強度。（6）能經受必要的清潔消毒措施而不產生變形。（7）易于加工成需要的復雜形狀。7.4生物醫(yī)用高分子（BiomedicalPolymer）人工合成高分子是在分子結構中引入易被微生物或酶分解的基團而制備的生物可降解材料，大多數引入的是酯基、酰胺基結構。現在研究開發(fā)較多的生物降解高分子材料有脂肪族聚酯類、聚乙烯醇、聚酰胺、聚胺酯及聚氨基酸等。其中產量最大、用途最廣的是脂肪族聚酯類，如聚乳酸、聚羥基丁酸、聚羥基戊酸以及它們的共聚物等。主要集中在藥物控制緩釋系統(tǒng)和組織工程材料方面的應用。7.5

高分子分離膜(polymericmembraneforseparation)與膜分離技術（membraneseparationtechnology）（1）膜的分類：隨著新型功能膜的開發(fā)，日本著名高分子學者清水剛夫將膜按功能分為：分離功能膜（包括氣體分離膜、液體分離膜、離子交換膜、化學功能膜）；能量轉化功能膜（包括濃差能量轉化膜、光能轉化膜、機械能轉化膜、電能轉化膜、導電膜）；生物功能膜（包括探感膜、生物反應器、醫(yī)用膜）等。7.6

新型催化劑及其在精細化工中的應用1.固體超強酸催化劑：用于酯化、酰化、烯烴多聚、烯烴與醇加成等。2.雜多酸催化劑：烷烴、烯烴、炔烴、醇、酚、醚、胺、醛和酮的氧化及還原反應。3.相轉移催化劑(PTC)：酯化反應、醚化反應、合成醛、醛酐縮合反應、氰化反應、烷基化、?；⑼榛趸?、酚的氧化環(huán)化等。4.不對稱合成用催化劑：合成手性化合物，主要用于藥物。7.7

生物工程及其在精細化工中的應用生物工程也稱作生物技術，是當今迅速發(fā)展的一個高技術領域，它是應用生物學、化學和工程學的基本原理，利用生物體（包括微生物、動物細胞和植物細胞）或其組成部分（細胞器和酶），生產有用物質或為人類進行某種服務的一門科學技術。生物工程主要包括下述五個分支：①基因工程；②細胞工程；③酶工程；④微生物工程（發(fā)酵工程）；⑤生物化學工程。7.7

生物工程及其在精細化工中的應用生物催化在精細化工中的應用實例由DL-氨基己內酰胺生產L-賴氨酸的過程如下：7.7

生物工程及其在精細化工中的應用采用青霉素酰化酶的基因工程菌合