第六章功能高分子

第六章功能高分子第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四一、概述內(nèi)容：與常規(guī)高分子材料相比，具有明顯不同的物理化學(xué)性質(zhì)及某些特殊功能（如導(dǎo)電性、光敏性。、催化性和生物活性等諸多功能）的高分子材料稱為高分子材料分類按其性質(zhì)、功能和用途反應(yīng)型功能高分子光敏高分子電磁功能高分子材料吸附型功能高分子材料膜型高分子材料各種功能高分子材料第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四1.2功能高分子材料的結(jié)構(gòu)與設(shè)計功能高分子之所以表現(xiàn)出特殊功能，主要與分子結(jié)構(gòu)中的兩個性質(zhì)有關(guān)：一、與特殊功能有關(guān)的官能團二、連接并承載官能團的聚合物骨架第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四官能團所起作用可歸納：官能團的性質(zhì)對材料的功能起主要作用官能團與聚合物骨架的協(xié)同作用聚合物骨本身具有官能團的作用官能團起輔助作用第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四功能高分子的設(shè)計思路和設(shè)計方法及制備方法：以小分子的官能團為設(shè)計基礎(chǔ)利用小分子與聚合物結(jié)構(gòu)或骨架的協(xié)同作用進行設(shè)計功能高分子材料的復(fù)合及現(xiàn)有功能的拓展第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四二、反應(yīng)型功能高分子材料簡化操作過程或工藝流程有利于回收與再生提高試劑的穩(wěn)定性和安全性提高選擇性減少或避免副反應(yīng)提供理想的鄰位效應(yīng)開拓固相合成反應(yīng)概念：由高分子試劑和高分子催化劑組成創(chuàng)新之處和主要特征：第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四2.1高分子化學(xué)反應(yīng)試劑氫醌類氧化/還原反應(yīng)硫醇類氧化/還原反應(yīng)吡啶類氧化/還原反應(yīng)二茂鐵類氧化/還原反應(yīng)酚噻嗪類氧化/還原反應(yīng)高分子氧化還原試劑：第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四2.2高分子催化劑離子交換樹脂催化劑高分子金屬絡(luò)合物催化劑高分子相轉(zhuǎn)移催化劑其他高分子催化劑第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四三、導(dǎo)電高分子材料定義：是一類兼具高分子特性及導(dǎo)電體特征的高分子材料根據(jù)電荷載流子分為：1.電子導(dǎo)電聚合物2.離子導(dǎo)電聚合物聚乙烯芳香單環(huán)雜環(huán)共聚物聚醚聚酯聚酰亞胺第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四3.1導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電機理3.1.1電子導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電機理3.1.2離子導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電機理第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四3.1.1電子導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電機理電子導(dǎo)電聚合物的載流子是電子或空穴，就導(dǎo)體而言，電子應(yīng)具有離域或移動的能力以聚乙炔為例，根據(jù)Peierls過渡理論分析:在聚乙炔線性共軛電子體系的鏈狀結(jié)構(gòu)中，每一結(jié)構(gòu)單元（CH）中的碳原子外層由4個電子，其中3個電子分別位于3個SP2雜化軌道，分別與一個氫原子和兩個相鄰的碳原子形成o鍵,剩余的一個P電子軌道與3個o軌道構(gòu)成的平面互相垂直，相鄰碳原子的P軌道互相平行，電子云相互重疊構(gòu)成共軛H鍵，因而具有導(dǎo)電能力第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四3.1.2離子導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電機理離子導(dǎo)電過程是在外加電場的作用下，由離子載流子定向移動來實現(xiàn)的第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四3.2導(dǎo)電高分子材料的制備電子導(dǎo)電高分子材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)是含有大的線性共軛結(jié)構(gòu)，其核心思想是制備具有共軛結(jié)構(gòu)的聚合物制備方法：1.化學(xué)聚合：首先合成溶解和加工性能較好的共軛聚合物前體，然后通過形成雙鍵的反應(yīng)生成共軛結(jié)構(gòu)2.電化學(xué)聚合：聚合反應(yīng)在電極表面進行，直接生成導(dǎo)電聚合膜第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四3.3導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用足夠的電導(dǎo)率及導(dǎo)電能力良好的穩(wěn)定性和力學(xué)強度易成型加工判斷是否有實用價值：電子導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用：電極材料電子變色顯示材料電極表面導(dǎo)電聚合物膜電子元器件離子導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用：用作電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)電化裝置第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四四、液晶高分子材料液晶是一種分子呈有序排列的流體。它與普通的液體不同，外觀呈各向同性液體的流動性，又保留晶體分子的遠程有序排列、具有晶體的雙折射等光學(xué)各向異性分類按晶體形成條件分溶致晶體熱致晶體按晶體形態(tài)分向列型晶相液晶近晶型晶相液晶膽甾醇型液晶基本結(jié)構(gòu)剛性：呈近似棒狀或片狀柔性：棒狀或片狀的剛性部分被柔性分子鏈連接組成液晶分子第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四4.2熱致高分子液晶晶體在加熱熔融過程中，高分子仍保留一定的有序排列的流體稱為熱致高分子液晶熱致側(cè)鏈高分子液晶熱致主鏈高分子液晶第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四4.3溶致高分子液晶當(dāng)溶解在溶液中的高分子液晶分子達到某一濃度時，分子以一定規(guī)律呈有序排列，具有部分晶體性質(zhì)的液晶稱為溶致高分子液晶當(dāng)主鏈位親油性結(jié)構(gòu)時，測鏈液晶分子的親油端基與主鏈連接，一種方法是將液晶單體親油端與乙烯基連接通過乙烯基聚合反應(yīng)形成高分子；另一種利用雙鍵單體通過加成接枝反應(yīng)得到側(cè)鏈高分子液晶合成溶致側(cè)鏈高分子液晶的合成：溶致主鏈高分子液晶的合成第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四4.4高分子液晶的應(yīng)用結(jié)構(gòu)材料功能材料制備高強度和高模量纖維以及薄膜制品防彈性能高強度的電線支撐線，拋錨繩，電纜等線索高分子膜材料和膠囊信息顯示材料、光學(xué)記錄材料、貯存材料等第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四五、高分子分離膜材料高分子分離膜是一種具有選擇性透過能力的二維材料評價分離膜的指標(biāo)：透過率和透過選擇性分類據(jù)被分離物質(zhì)的性質(zhì)氣體分離膜液體分離膜固體分離膜微生物分離膜據(jù)膜分離原理及被分離物質(zhì)的粒度大小反滲透膜滲析膜電滲析膜滲透蒸發(fā)膜超細濾膜超濾膜微濾膜據(jù)膜短面的宏觀物理形態(tài)對稱膜不對稱膜復(fù)合膜管式膜中空纖維膜平板膜第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四5.1膜的分離機理非多孔性物質(zhì)膜溶解擴散機理多孔膜的篩分擴散機理電透析膜的分離機理第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四5.2高分子分離膜的制備聚合物溶液的制備膜的成型方法纖維素脂類用溶劑聚酰胺類用溶劑聚砜類用溶劑乙烯基聚合物類用溶劑離子交換樹脂用溶劑密度膜的成型方法相轉(zhuǎn)變多孔分離膜的成型方法復(fù)合膜制備離子交換膜成型其他成型方法第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四5.3高分子分離膜的應(yīng)用氣體膜：制備高純氣體、分離工業(yè)合成氨中的氫氣調(diào)節(jié)環(huán)境氣氛對蔬菜、水果保鮮的二氧化碳其氣和硫化氫氣等透析膜：制藥業(yè)的脫鹽、冶金工業(yè)的廢酸的回收、紡織工業(yè)的NaOH回收等滲透與反滲透膜：滲透膜主要用于分離和提純，工業(yè)上利用反滲透法進行海水淡化處理離子交換膜：消除汞電極法造成的汞污染和隔板法產(chǎn)生的石棉污染等微濾膜：水的消毒與凈化、食品的除菌等超細濾膜：廣泛用于醫(yī)療及其他工業(yè)第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四六、感光性高分子在光照的作用下發(fā)生化學(xué)或物理變化、并表現(xiàn)出特殊性能的高分子統(tǒng)稱為感光性高分子按功能分：光致抗蝕劑高分子光敏劑光致變色高分子光導(dǎo)電高能分子第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四七、高吸水性樹脂高吸水性樹脂種類主要有天然高分子改性體系及合成樹脂體系高吸水性樹脂的形狀有粉末、膜及纖維狀等高吸水性樹脂種類主要有天然高分子改性體系及合成樹脂體系高吸水性樹脂又稱超級吸水高分子或超級吸水劑第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四7.1高吸水性樹脂的制備淀粉體系高吸水性樹脂的制備淀粉－丙稀腈接枝共聚淀粉－混合單體共聚淀粉或交聯(lián)淀粉－聚丙烯酸鈉接枝共聚淀粉羧甲基化反應(yīng)纖維素體系高吸水性樹脂的制備纖維素接枝共聚羧甲基化反應(yīng)高吸水性纖維素醚類制備合成樹脂類高吸水性樹脂的制備聚丙烯酸體系改性聚乙烯醇聚丙烯酸體系聚丙烯酰氨交聯(lián)非離子型聚合體系第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四7.2高吸水性樹脂的吸水機理與應(yīng)用高吸水性樹脂的吸水過程通過很弱的化學(xué)鍵進行的，吸水機理與相應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)有關(guān).大多數(shù)高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)屬于立體三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中分布許多離子基團，水分子進入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后形成氫鍵，從而能夠被牢固地吸附在網(wǎng)內(nèi)。由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有較好的彈性，所以具有較高的吸水能力。第二十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四應(yīng)用：