第六章功能高分子

第六章功能高分子第1页，共30页，2023年，2月20日，星期三一、概述内容：与常规高分子材料相比，具有明显不同的物理化学性质及某些特殊功能（如导电性、光敏性。、催化性和生物活性等诸多功能）的高分子材料称为高分子材料分类按其性质、功能和用途反应型功能高分子光敏高分子电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种功能高分子材料第2页，共30页，2023年，2月20日，星期三1.2功能高分子材料的结构与设计功能高分子之所以表现出特殊功能，主要与分子结构中的两个性质有关：一、与特殊功能有关的官能团二、连接并承载官能团的聚合物骨架第3页，共30页，2023年，2月20日，星期三官能团所起作用可归纳：官能团的性质对材料的功能起主要作用官能团与聚合物骨架的协同作用聚合物骨本身具有官能团的作用官能团起辅助作用第4页，共30页，2023年，2月20日，星期三功能高分子的设计思路和设计方法及制备方法：以小分子的官能团为设计基础利用小分子与聚合物结构或骨架的协同作用进行设计功能高分子材料的复合及现有功能的拓展第5页，共30页，2023年，2月20日，星期三二、反应型功能高分子材料简化操作过程或工艺流程有利于回收与再生提高试剂的稳定性和安全性提高选择性减少或避免副反应提供理想的邻位效应开拓固相合成反应概念：由高分子试剂和高分子催化剂组成创新之处和主要特征：第6页，共30页，2023年，2月20日，星期三2.1高分子化学反应试剂氢醌类氧化/还原反应硫醇类氧化/还原反应吡啶类氧化/还原反应二茂铁类氧化/还原反应酚噻嗪类氧化/还原反应高分子氧化还原试剂：第7页，共30页，2023年，2月20日，星期三2.2高分子催化剂离子交换树脂催化剂高分子金属络合物催化剂高分子相转移催化剂其他高分子催化剂第8页，共30页，2023年，2月20日，星期三三、导电高分子材料定义：是一类兼具高分子特性及导电体特征的高分子材料根据电荷载流子分为：1.电子导电聚合物2.离子导电聚合物聚乙烯芳香单环杂环共聚物聚醚聚酯聚酰亚胺第9页，共30页，2023年，2月20日，星期三3.1导电高分子的导电机理3.1.1电子导电高分子的导电机理3.1.2离子导电聚合物的导电机理第10页，共30页，2023年，2月20日，星期三3.1.1电子导电高分子的导电机理电子导电聚合物的载流子是电子或空穴，就导体而言，电子应具有离域或移动的能力以聚乙炔为例，根据Peierls过渡理论分析:在聚乙炔线性共轭电子体系的链状结构中，每一结构单元（CH）中的碳原子外层由4个电子，其中3个电子分别位于3个SP2杂化轨道，分别与一个氢原子和两个相邻的碳原子形成o键,剩余的一个P电子轨道与3个o轨道构成的平面互相垂直，相邻碳原子的P轨道互相平行，电子云相互重叠构成共轭H键，因而具有导电能力第11页，共30页，2023年，2月20日，星期三3.1.2离子导电聚合物的导电机理离子导电过程是在外加电场的作用下，由离子载流子定向移动来实现的第12页，共30页，2023年，2月20日，星期三3.2导电高分子材料的制备电子导电高分子材料的化学结构是含有大的线性共轭结构，其核心思想是制备具有共轭结构的聚合物制备方法：1.化学聚合：首先合成溶解和加工性能较好的共轭聚合物前体，然后通过形成双键的反应生成共轭结构2.电化学聚合：聚合反应在电极表面进行，直接生成导电聚合膜第13页，共30页，2023年，2月20日，星期三3.3导电高分子材料的应用足够的电导率及导电能力良好的稳定性和力学强度易成型加工判断是否有实用价值：电子导电高分子材料的应用：电极材料电子变色显示材料电极表面导电聚合物膜电子元器件离子导电高分子材料的应用：用作电解质代替液态电解质电化装置第14页，共30页，2023年，2月20日，星期三四、液晶高分子材料液晶是一种分子呈有序排列的流体。它与普通的液体不同，外观呈各向同性液体的流动性，又保留晶体分子的远程有序排列、具有晶体的双折射等光学各向异性分类按晶体形成条件分溶致晶体热致晶体按晶体形态分向列型晶相液晶近晶型晶相液晶胆甾醇型液晶基本结构刚性：呈近似棒状或片状柔性：棒状或片状的刚性部分被柔性分子链连接组成液晶分子第15页，共30页，2023年，2月20日，星期三4.2热致高分子液晶晶体在加热熔融过程中，高分子仍保留一定的有序排列的流体称为热致高分子液晶热致侧链高分子液晶热致主链高分子液晶第16页，共30页，2023年，2月20日，星期三4.3溶致高分子液晶当溶解在溶液中的高分子液晶分子达到某一浓度时，分子以一定规律呈有序排列，具有部分晶体性质的液晶称为溶致高分子液晶当主链位亲油性结构时，测链液晶分子的亲油端基与主链连接，一种方法是将液晶单体亲油端与乙烯基连接通过乙烯基聚合反应形成高分子；另一种利用双键单体通过加成接枝反应得到侧链高分子液晶合成溶致侧链高分子液晶的合成：溶致主链高分子液晶的合成第17页，共30页，2023年，2月20日，星期三4.4高分子液晶的应用结构材料功能材料制备高强度和高模量纤维以及薄膜制品防弹性能高强度的电线支撑线，抛锚绳，电缆等线索高分子膜材料和胶囊信息显示材料、光学记录材料、贮存材料等第18页，共30页，2023年，2月20日，星期三五、高分子分离膜材料高分子分离膜是一种具有选择性透过能力的二维材料评价分离膜的指标：透过率和透过选择性分类据被分离物质的性质气体分离膜液体分离膜固体分离膜微生物分离膜据膜分离原理及被分离物质的粒度大小反渗透膜渗析膜电渗析膜渗透蒸发膜超细滤膜超滤膜微滤膜据膜短面的宏观物理形态对称膜不对称膜复合膜管式膜中空纤维膜平板膜第19页，共30页，2023年，2月20日，星期三5.1膜的分离机理非多孔性物质膜溶解扩散机理多孔膜的筛分扩散机理电透析膜的分离机理第20页，共30页，2023年，2月20日，星期三5.2高分子分离膜的制备聚合物溶液的制备膜的成型方法纤维素脂类用溶剂聚酰胺类用溶剂聚砜类用溶剂乙烯基聚合物类用溶剂离子交换树脂用溶剂密度膜的成型方法相转变多孔分离膜的成型方法复合膜制备离子交换膜成型其他成型方法第21页，共30页，2023年，2月20日，星期三5.3高分子分离膜的应用气体膜：制备高纯气体、分离工业合成氨中的氢气调节环境气氛对蔬菜、水果保鲜的二氧化碳其气和硫化氢气等透析膜：制药业的脱盐、冶金工业的废酸的回收、纺织工业的NaOH回收等渗透与反渗透膜：渗透膜主要用于分离和提纯，工业上利用反渗透法进行海水淡化处理离子交换膜：消除汞电极法造成的汞污染和隔板法产生的石棉污染等微滤膜：水的消毒与净化、食品的除菌等超细滤膜：广泛用于医疗及其他工业第22页，共30页，2023年，2月20日，星期三第23页，共30页，2023年，2月20日，星期三第24页，共30页，2023年，2月20日，星期三六、感光性高分子在光照的作用下发生化学或物理变化、并表现出特殊性能的高分子统称为感光性高分子按功能分：光致抗蚀剂高分子光敏剂光致变色高分子光导电高能分子第25页，共30页，2023年，2月20日，星期三七、高吸水性树脂高吸水性树脂种类主要有天然高分子改性体系及合成树脂体系高吸水性树脂的形状有粉末、膜及纤维状等高吸水性树脂种类主要有天然高分子改性体系及合成树脂体系高吸水性树脂又称超级吸水高分子或超级吸水剂第26页，共30页，2023年，2月20日，星期三7.1高吸水性树脂的制备淀粉体系高吸水性树脂的制备淀粉－丙稀腈接枝共聚淀粉－混合单体共聚淀粉或交联淀粉－聚丙烯酸钠接枝共聚淀粉羧甲基化反应纤维素体系高吸水性树脂的制备纤维素接枝共聚羧甲基化反应高吸水性纤维素醚类制备合成树脂类高吸水性树脂的制备聚丙烯酸体系改性聚乙烯醇聚丙烯酸体系聚丙烯酰氨交联非离子型聚合体系第27页，共30页，2023年，2月20日，星期三7.2高吸水性树脂的吸水机理与应用高吸水性树脂的吸水过程通过很弱的化学键进行的，吸水机理与相应的分子结构有关.大多数高吸水性树脂的结构属于立体三维网状结构.在网状结构中分布许多离子基团，水分子进入网状结构后形成氢键，从而能够被牢固地吸附在网内。由于网状结构具有较好的弹性，所以具有较高的吸水能力。第28页，共30页，2023年，2月20日，星期三应用：