功能高分子材料

功能高分子材料第一章绪论▲1、什么是功能高分子？什么是特种高分子？两者的区别和关系如何？（1）功能高分子：是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应输出的高分子材料。功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料。（2）特种高分子材料：是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料的范畴。（3）功能高分子属于特种高分子材料的范畴。特种高分子材料可细分为功能高分子和高性能高分子两类。▲2、功能和性能有什么区别？功能高分子和高性能高分子有什么不同？（1）性能：材料对外部作用的抵抗特性。（2）功能：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变化而产生输出的特性。（3）功能高分子：是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应输出的高分子材料。（4）高性能高分子：是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。（从实用的角度看，对功能材料来说，人们着眼于它们所具有的独特的功能；而对高性能材料，人们关心的是它与通用材料在性能上的差异。）3B、功能高分子材料的类型（1）力学功能材料：①强化功能材料，②弹性功能材料。（2）化学功能材料：①分离功能材料，②反应功能材料，③生物功能材料。（3）物理化学功能材料：①耐高温高分子，②电学功能材料，③光学功能材料，④能量转换功能材料。（4）生物化学功能材料：①人工脏器用材料，②高分子药物，③生物分解材料。这一分类，实际上包括了所有特种高分子材料。国内一般采用按其性质、功能或实际用途划分为8种类型。（1）反应性高分子材料，（2）光敏型高分子，（3）电性能高分子材料，（4）高分子分离材料，（5）高分子吸附材料，（6）高分子智能材料，（7）医药用高分子材料，（8）高性能工程材料。第二章功能高分子的制备方法▲1、什么是活性聚合？阴离子活性聚合的特征是什么？（1）活性聚合：是指引发速度远远大于增长速度，并且在特定条件下不存在链终止反应和链转移反应，亦即活性中心不会自己消失的反应。二氯乙基氯/乙酸乙酯引发（2）阴离子活性聚合的基本特点：①聚合反应速度极快；②单体对引发剂有强烈的选择性；③无链终止反应；④多种活性种共存；⑤相对分子质量分布很窄。▲2、通过哪些途径可实现阳离子活性聚合？哪些单体适合进行阳离子活性聚合？（1）途径①设计匹配性亲核反离子，如采用HI/I2引发体系引发烷基乙烯基醚进行阴离子活性聚合②适当的lewis酸碱配对引发，如采用二氯乙基铝/乙酸乙酯引发（2）目前，烷基乙烯基醚、异丁烯、苯乙烯及其衍生物、1,3—戊二烯、茚和α-蒎烯等都已经实现了阳离子活性聚合。▲3、为什么基团转移聚合也属于活性聚合范畴？基团转移聚合与阴离子型聚合一样，属“活性聚合”范畴。基团转移聚合是以不饱和酯、酮、酰胺和腈类等化合物为单体，以带有硅、锗、锡烷基等基团的化合物为引发剂，用阴离子型或路易士酸型化合物作催化剂，选用适当的有机物为溶剂，通过催化剂与引发剂之间的配位，激发硅、锗、锡等原子与单体羰基上的氧原子结合成共价键，单体中的双键与引发剂中的双键完成加成反应，硅、锗、锡烷基团移至末端形成“活性”化合物的过程。包括①链引发反应，②链增长反应，③链终止反应。▲4、自由基活性可控聚合有哪几类？阴离子活性聚合、阳离子可控聚合、基团转移聚合、原子转移自由基聚合、活性开环聚合、活性开环歧化聚合等▲5、什么是高分子的化学反应？他们与小分子的化学反应有什么异同点？影响高分子化学反应的因素有哪些？（1）高分子的化学反应：可以将天然和合成的通用高分子转变为具有新型结构与功能的聚合物的化学反应。（2）与小分子的化学反应的相同点：高分子可以进行与低分子同系物相同的化学反应。例如含羟基高分子的乙酰化反应和乙醇的乙酰化反应相同；聚乙烯的氯化反应和己烷的氯化反应类似。（3）与小分子的化学反应的不同点：①在低分子化学中，副反应仅使主产物产率降低。而在高分子反应中，副反应却在同一分子上发生，主产物和副产物无法分离，因此形成的产物实际上具有类似于共聚物的结构。（4）高分子的反应活性的影响因素：①聚集态结构因素：结晶和无定形聚集态结构、交联结构与线性结构、均相溶液与非均向溶液等结构因素均会对高分子的化学反应造成影响。②化学结构因素：a）几率效应：当高分子的化学反应涉及分子中相邻基团作无规成对反映时，某些基团由于反应几率的关系而不能参与反应，结果在高分子的分子链上留下孤立的单个基团，使转化程度受到限制。b）邻近结构效应：分子链上邻近结构的某些作用，如静电作用和位阻效应，均可使基团的反应能力降低或增加。6、有哪些制备特种与功能高分子的制备方法？各有什么优缺点？（1）功能高分子的制备方法主要有以下四种类型：①功能性小分子的高分子化；②已有高分子材料的功能化；③多功能材料的复合；④已有功能高分子的功能扩展。（2）制备方法各自的优缺点：①功能性小分子的高分子化：对功能性小分子进行高分子化反应，赋予其高分子的功能特点。包括：a）带有功能性基团的单体的聚合，b）带有功能性基团的小分子与高分子骨架的结合，c）功能性小分子通过聚合包埋与高分子材料结合。主要优点是可以使生成的功能高分子功能基分布均匀，聚合物结构可以通过聚合机理预先设计，产物的稳定性较好。缺点主要包括：a）在功能性小分子中需要引入可聚合基团，而这种引入常常需要复杂的合成反应；b）要求在反应中不破坏原有结构和功能；c）当需要引入的功能基稳定性不好时需要加以保护；d）有时引入功能基后对单体聚合的活性会有影响。②已有高分子材料的功能化：好处：可以利用廉价的商品化聚合物，并且通过对高分子材料的选择，使得到的功能高分子材料机械性能比较有保障。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，这一结合过程被称为功能高分子材料的多功能复合过程。④已有功能高分子的功能扩展：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也是制备新型功能聚合物的一种方法。以这种方法制备的聚合物，或者集多种功能于一身，或者两种功能起协同作用，产生出新的功能。第三章吸附分离功能高分子材料▲1、什么是离子交换树脂？离子交换树脂具有哪些功能？（1）离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化合物。（2）离子交换树脂最主要的功能是离子交换。此外，还具有吸附、催化、脱水、脱色、作载体等功能。▲2、离子交换树脂为什么可作为许多化学反应的催化剂？小分子酸和碱是许多有机化学反应和聚合反应的催化剂。离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，也可对许多化学反应起催化作用。（与低分子酸碱相比，离子交换树脂催化剂具有易于分离、不腐蚀设备、不污染环境、产品纯度高、后处理简单等优点。离子交换树脂用作化学反应催化剂，可大大提高催化效率，简化后处理操作，避免设备的腐蚀）▲3、何谓离子交换树脂的中毒？在离子交换树脂使用中，体积较大的离子扩散进入树脂内部。而在再生时，由于外疏内密的结构，较大离子会卡在分子间隙中，不易与可移动离子发生交换，最终失去交换功能，造成树脂“中毒”现象。▲4、什么是大孔型离子交换树脂？它们与普通离子交换树脂的区别何在？（1）大孔型离子交换树脂：是外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构的离子交换树脂。（2）大孔型离子交换树脂与普通的凝胶型离子交换树脂的区别：①大孔型离子交换树脂：外观不透明，表面粗糙，为非均相凝胶结构。凝胶型离子交换树脂：外观透明，表面光滑。具有均相高分子凝胶结构。②大孔型离子交换树脂：在树脂内部存在大量的毛细孔。无论树脂处于干态或湿态、收缩或溶胀时，这种毛细孔都不会消失。因此可在非水体系中起离子交换和吸附作用。凝胶型离子交换树脂：球粒内部没有大的毛细孔。有在干态和非水系统中不能使用的缺点。③大孔型离子交换树脂：孔径一般为几纳米至几百纳米，比表面积可达几百或几千m2/g，因此其吸附功能十分显著。凝胶型离子交换树脂：在水中会溶胀成凝胶状，并呈现大分子链的间隙孔。④大孔型离子交换树脂：吸附能力远远大于凝胶型树脂。不仅可以从极性溶剂中吸附弱极性或非极性的物质，而且可以从非极性溶剂中吸附弱极性的物质，也可对气体进行选择吸附。⑤大孔型离子交换树脂：不存在外疏内密的结构，从而克服了中毒现象。凝胶型离子交换树脂使用中会产生“中毒”现象。▲5、什么是螯合树脂？它们有哪些基本功能？（1）螯合树脂是对分离重金属、贵金属应运而生的树脂，分析化学中常利用络合物既有离子键又陪未见的特点来鉴定特定的金属离子，将这些络合以基团的形式连接到高分子链上，就得到螯合树脂。（2）具有特殊的选择分离功能①胺基羧酸类（EDTA类）：对特种贵金属有很好的选择分离性。②肟类：分离Ni。③8－羟基喹啉类：分离Cr2+，Ni2+，Zn2+。④聚乙烯基吡啶类：分离Cu2+，Ni2+，Zn2+。▲6、氧化还原树脂又称什么树脂？它们能与周围活性物质进行哪类化学反应？（1）氧化还原树脂也称电子交换树脂（指带有能与周围活性物质进行电子交换、发生氧化还原反应的一类树脂）。（2）能与周围活性物质进行电子交换、发生氧化还原反应。第四章高分子分离膜与膜分离技术▲1、典型的分离膜技术有哪些？典型的膜分离技术有：微孔过滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、渗析(D)、电渗析(ED)、液膜(LM)及渗透蒸发(PV)等。▲2、制备分离膜的高分子材料应具备哪些基本特性？目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。（1）纤维素酯类膜材料：易受微生物侵蚀，PH值适应范围较窄，不耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂（2）非纤维素酯类膜材料：基本特性：①分子链中含有亲水性的极性基团；②主链上应有苯环、杂环等刚性基团，使之有高的抗压密性和耐热性；③化学稳定性好；④具有可溶性。（常用于制备分离膜的合成高分子材料有聚砜、聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合物等）。▲3、微孔膜的特点是什么？使用中有何要求？（1）微孔膜是均匀的多孔薄膜，厚度在90～150μm左右，过滤粒径在0.025～10μm之间，操作压在0.01～0.2MPa。具有开放式的网格结构。开放式网格的孔径一般在0.1～1μm之间，可以让离子、分子等通过，但不能使微粒、胶体、细菌等通过。优点：①孔径均匀，过滤精度高。②孔隙大，流速快。③无吸附或少吸附。④无介质脱落。缺点：①颗粒容量较小，易被堵塞；②使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。（2）使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。另外，在保存时应防止微生物、水解、冷冻对膜的破坏和膜的收缩变形。4、简述几种主要分离膜的分离过程。膜分离过程的三种形式：9，电位差，7、8浓度差，1-6压力差（1）渗析式膜分离：渗析和电渗析。料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进入接受液中，从而被分离出去。（2）过滤式膜分离：超滤、微滤、反渗透和气体渗透。利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达到组分的分离。（3）液膜分离：液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。第五章导电高分子1、导电高分子类型有哪些?其导电的本质各是什么？（1）按照材料的结构与组成，可分为结构型（本征型）导电高分子和复合型导电高分子。（2）①结构型导电高分子本身具有“固有”的导电性，由聚合物结构提供导电载流子（包括电子、离子或空穴）。②复合型导电高分子是在本身不具备导电性的高分子材料中掺混入大量导电物质，如炭黑、金属粉、箔等，通过分散复合、层积复合、表面复合等方法构成的复合材料，从而具有导电性▲2、哪些类型的聚合物具有本征导电性？四类聚合物具有导电性：高分子电解质、共轭体系聚合物、电荷转移络合物和金属有机螯合物。（其中，高分子电解质是以离子传导为主，其余三类聚合物都是以电子传导为主）。▲3、共轭导电高分子的导电机理是什么？掺杂的作用是什么？1）具有本征导电性的共轭体系