(完整版)功能高分子复习提纲

一、名词解释（5题，共15分）——功能高分子材料：一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。——功能与性能，性能：材料的功能从本质上来说是指向材料输入某种能量和信息，经过材料的储存、传输或转换等过程，再向外输出的一种特性；材料的性能是指材料对外部作用的表征与抵抗的特性。材料在具备功能的同时，必须具有一定的性能。——结构型功能高分子材料，指在大分子链中具有特定的功能基团的高分子材料，它们的功能性是由分子中所含的特定的功能基团来实现的。——复合型功能高分子材料：指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能（如导电、磁电）的其他材料以一定的方式复合而成的，它们的功能性是上高分子材料以外的添加组分得到的。——智能材料：是将普通材料的各种功能与信息系统有机地结合起来的融合型材料，它可以感知外部的刺激（传感功能），通过自我判断和自我结论（处理功能），实现自我指令和自我执行的功能（执行功能）；又称为灵巧材料（机敏材料）。——离子交换树脂：是一类带有可离子化基团的三维网状交联聚合物。它具有一般聚合物所没有的新功能——离子交换功能，本质上属于反应性聚合物。——高吸水性树脂，是由分子链上含有强亲水性基团(如羧基、磺酸基、酰胺基、羟基等)并有一定交联度的功能高分子材料。——高分子分离膜，是用人工或天然合成的高分子分离膜，可借助于化学位差（浓度差、压力差和电位差）的推动对双组份或多组份的溶质和溶剂进行分离、提纯和选择性透过等。——导电高分子：是指由具有共轭π键的高分子本身或经过“掺杂”后具有导电性的一类高分子材料。----结构型导电高分子：----复合型导电高分子：---载流子：——掺杂：这种因添加了电子受体或电子给体而提高电导率的方法称为“掺杂”---光功能高分子材料：也称感光性高分子，指在吸收了光能后，能在分子内或分子间产生化学、物理变化的一类功能高分子材料。这种变化发生后，材料将输出其特有的功能。——光致抗蚀材料：指高分子材料经过光照后，分子结构从线型可溶性转变为网状不可溶性，从而产生了对溶剂的抗蚀能力。(负片型)----光致诱蚀材料，与光致抗蚀材料正好相反，当高分子材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从而变为可溶性。（正片型）——光引发剂和光敏剂：都是在光聚合中起到促进引发聚合作用的化合物。二者不同在于，光引发剂吸收光能后跃迁到激发态，当激发态能量高于键断裂所需的能量时，断键产生自由基，而引发反应，属消耗性，光敏剂吸收光能后跃迁到激发态，然后发生分子内或分子间能量转移。将能量传递给另一个分子，产生初级自由基，光敏剂回到基态，属非消耗性。——生物降解高分子材料：指一类能够被微生物酶的作用分裂成较小聚合物产物的高分子材料。——生物降解：是指高分子的分子链在微生物酶作用下分裂成较小聚合物产物的过程。——生物相容性：是指生物材料在生物体内与周围环境的相互适应性，也可理解为宿主体与材料之间的相互作用程度。——生物吸收性高分子：在体内逐渐降解，其降解产物为机体吸收代谢的高分子材料。——生物惰性高分子：指在生物环境下呈现化学和物理惰性的高分子材料。——水凝胶：由液体和高分子网络组成，由于高分子网络与液体之间的亲和性，液体被高分子网络封闭在里面，并且像固体一样显示一定形状的材料。——智能型凝胶：高分子主链或侧链上通常存在着离子化基团、极性和疏水性基团，从而使之具有类似生物体的特性，当收到外界刺激(温度PH溶剂盐浓度化学物质等)，其结构，物理特性会产生敏感响应的一类凝胶材料。——形状记忆材料：是指对已经赋形的材料在一定的条件下（如加热、光照、改变酸碱度、磁场等）实施变形，将这种变形状态保存下来；当材料再进行加热、光照或者改变酸碱度等刺激的时候，聚合物又可以恢复到其原来的赋形状态。----高分子液晶：出现在从各向异性晶体过渡到各向同性液体之间的、兼有液体和晶体部分性质的过渡状态称为液晶态，处于液晶态的高分子称为高分子液晶。二、问答题（6题，共35分）1.功能高分子与通用高分子材料的区别是什么？答：通用型材料高分子，使用量大、应用面广。功能高分子侧重于研究性能特殊(物理、力学、化学、生物学、功能)、使用量小、附加价值高的一类材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料和范畴。简而言之，功能高分子与通用高分子本质上不同的是分子上往往带有特殊结构的官能团。2.功能高分子按照功能特性可以分为哪几类？答：按照功能特性可以分为：反应性高分子材料、光敏性高分子、电性能高分子材料、高分子分离材料、高分子吸附材料、高分子智能材料、医药用高分子材料、高性能工程材料。3.功能高分子材料的设计原理和制备策略有哪些？答：功能高分子材料的设计，就是赋予高分子材料特殊功能。设计的原理是通过化学、物理或者特殊的加工方法，按照材料的设计要求将某些带有特殊结构和功能基团的化合物高分子化，或者将这些小分子化合物与高分子骨架相结合，或者通过特殊的加工方法来精确地控制材料的聚集态结构及其宏观形态，从而实现预定的性能和功能。目前功能高分子材料的制备策略主要有以下四种类型：①功能性小分子的高分子化。从化学方法来看，包括：功能性小分子的聚合反应（共聚、均聚等）、将功能性小分子通过化学键引入到聚合物骨架中（聚合物为载体）。物理方法上，通过共混、吸附、包埋等作用将功能性小分子高分子化。②已有高分子材料的功能化。主要是通过小分子功能化合物与聚合物的共混和复合来实现③多功能材料的复合。将两种以上的功能高分子材料以某种方式结合，将形成新的功能材料，而且具有任何单一功能高分子均不具备的性能。或是在同一种功能材料中，甚至在同一个分子中引入两种以上的功能基团。以这种方法制备的聚合物，或者及多种功能于一身，或者两种功能起协同作用，产生出新的功能。④已有功能高分子的功能扩展，通过对材料进行各种表面处理以获得新功能，如“低温等离子处理”4.离子交换树脂在组成与结构上有哪些主要特征？离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网状交联聚合物。结构上，具有两个基本特点：①其骨架或载体是交联聚合物，因为在任何溶剂中都不能使其溶解，也不能使其熔融②聚合物上所带的功能基可以离子化。组成上，三维空间结构的网络骨架；骨架上连接的可离子化的功能基团；功能集团上吸附的可交换的离子。5.离子交换树脂的主要类型有哪些？⑴根据合成方式的不同，分为缩聚型和加聚型。⑵根据所带离子化基团的不同，分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和两性离子交换树脂。⑶根据树脂的物理结构，离子交换树脂可分为凝胶型、大孔型和载体型离子交换树脂。①凝胶型离子交换树脂在干态和溶胀态都是透明的，呈现出均相结构。树脂在溶胀状态下存在聚合物链间的凝胶孔，小分子可以在凝胶口内扩散。在干燥状态或油类中将丧失离子交换功能。凝胶型离子交换树脂的优点是体积交换容量大、生产工艺简单、成本低。而缺点是耐渗透压差、抗有机污染性差。②大孔型离子交换树脂内存在海绵状的多孔结构，可在非水体系中起离子交换和吸附作用。优点为耐渗透压强度高、抗有机污染性好。缺点是体积交换容量小。③载体型离子交换树脂是一种特殊用途的树脂，主要用作液相色谱的固定相。一般是将离子交换树脂包覆在硅胶球或玻璃珠等非活性材料的表面上制成。既可经受液相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。6.主要类型离子交换树脂的制备1、聚苯乙烯系离子交换树脂的合成：分两步⑴交联聚苯乙烯球粒的制备；⑵交联聚苯乙烯的功能基团化⑴交联聚苯乙烯球粒的制备：所用的单体为本乙烯和二乙烯基苯，在热引发剂的作用下在水相中进行悬浮聚合，反应是如下：⑵交联聚苯乙烯的功能基团化：①苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂：通过白球的磺化即可得到磺酸型强酸性阳离子交换树脂。常用的磺化剂有浓硫酸、氯磺酸和三氧化硫等。②苯乙烯系强碱性和弱碱性阴离子交换树脂：将白球进行氯甲基化，然后用不同的胺进行胺化，则可分别得到苯乙烯系强碱性和弱碱性阴离子交换树脂。——当氯甲基化树脂与叔胺进行反应→可得到季铵型强碱性阴离子交换树脂——当氯甲基化树脂与氨伯胺、仲胺反应→D.弱碱型阴离子交换树脂的制备：利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，可得弱碱型阴离子交换树脂。2.丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂的合成：首先丙烯酸甲酯与二乙烯基进行自由基悬浮共聚合，然后在强酸或强碱条件下使酯基水解，即可得丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂：2)大孔型离子交换树脂：凝胶型离子交换树脂基本相同，以苯乙烯骨架为主。与凝胶型树脂相比，大孔树脂制备中有两大明显的不同之处：二乙烯基苯含量大大增加（一般达85％以上），交联度较大；制备过程中加入致孔剂。7.阐述离子交换树脂的特性与功能及其主要应用。答：离子交换树脂最重要的功能化学性能，为保证其功能的正常发挥，还必须具有一些必要的物理化学性能，具体来说，分为2个方面来考虑。物理性能，外观上为珠状颗粒型；包含有足够的水分；同时兼有化学稳定性、热稳定性和力学稳定性。化学性能上，离子交换树脂最基本、最重要的性能——离子交换反应；合适的交换容量；一定的离子交换选择性。离子交换树脂应该具备5个方面功能：①离子交换树脂：离子交换树脂最主要的功能②吸附作用：具有从溶液中吸附非电解质的功能。尤其是大孔型离子交换树脂有很强的吸附功能③催化作用：离子交换树脂实际上是不溶不熔的多价酸、碱，故可催化某些化学反应④脱水作用：这是由于离子交换树脂的交换基团是强极性的，亲水性强，因此，干燥的离子交换树脂有很强的吸水作用。如利用离子交换树脂对各种有机溶剂进行脱水⑤脱色作用。色素大多数为阴离子物质或弱极性物质，可用离子交换树脂除去。特别是大孔型树脂具有强的脱色作用。与常用的活性碳相比较，离子交换树脂脱色剂的优点是：使用方便，且可以反复使用。离子交换树脂的应用广泛。主要的有：①水处理。包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备等②治金工业。应用于铀、针等超铀元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属的分离、提纯和回收方面③原子能工业。包括燃料的分离、提纯、精制和回收等④海洋资源利用。利用离子交换树脂，可从许多海洋生物（如海带）中提取碘、溴、镁等重要化工原料⑤环境保护。用于废水（电镀废水、造纸废水、矿治废水、生活污水、影片洗印废水等）、废弃的浓缩、处理、分离、回收及分析检测。⑥催化剂⑦在制药行业中的应用：用于可离子化药品的提纯，分离色素、盐等杂质。8.高吸水性树脂为什么能大量吸水并保水？答：高吸水性树脂具有特殊的结构，①物理结构：轻度交联的空间网络结构。②化学结构：高吸水性树脂主链和接枝侧链上含亲水性基团。吸水前，高分子网络是固态网络，未电离成离子对，当遇到水时，由于亲水性基团与水分子的水合作用，使水渗入到网络内部，使高分子电解质解离，从而产生网络内外的离子浓度差，即产生渗透压，水分子由于渗透压差而向网络内部迁移，从而在高分子网络内部形成纯溶剂区，高分子上解离出的可迁移离子如钠离子向纯溶剂区迁移，从而导致高分子链上带有负电荷，由于静电斥力使高分子网络扩张，故而能使大量水封存在高分子网络中。此即高吸水性树脂能大量吸水的原因。水分子进入高分子网络后，由于网格的弹性束缚，水分子的热运动受到限制，不易重新从网络中逸出，因此，具有良好的保水性。9.简述高吸水性树脂的主要性能及其应用。高吸水性树脂作为一种高分子材料，除具有一般高分子材料的性能外，同时还有其特殊的性能。①吸水能力，指树脂在溶液中溶胀和形成凝胶以吸收液体的能力②保水能力，指的是吸水后的凝胶能保持其水溶液不离析状态的能力③吸水状态的凝胶强度，因为高吸水性树脂有一定的交联密度，所以凝胶强度较高、不易破碎，一般吸水量较低时，显示的强度越大④热稳定性，在130℃以下，高吸水性树脂的吸水能力温度变化不是很大。⑤吸氨能力，高吸水性树脂一般为含羧基的阳离子聚合物，为提高吸水能力是大部分羧酸基团转变为羧酸盐基团，因水解不完全，残存的羧基（约30%）往往使树脂显示弱酸性，并可吸收氨类等弱碱性物质。