精细及功能高分子-自己总结版(四川大学高分子学院)

版权归高分子07级好好的娃娃/千君一皓第1章绪论:1、功能高分子：与常规聚合物相比具有明显不同的物理化学性能，并具有某些特殊功能(如电学，光学，催化，生物相容性等)的聚合物。2、功能高分子的特点：a产量小、产值高、制造工艺复杂；b具有与常规聚合物明显不同的物理化学性能，并具有某些特殊功能；c既可以单独使用，也可以与其他材料复合制成结构件实现结构/功能一体化。3、特种高分子：指有特定性能，如耐高温、高强度、绝缘性等的高分子精细高分子：指产量小、产值高、制造工艺复杂的一类高分子（相对于通用高分子），而功能高分子是其中的一部分。4、区别：性能：指材料对外部作用或外部刺激(外力、热、光、电、磁等)的抵抗特性。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或其中任何一种变化而产生的输出特性。5、功能高分子应具有的功能：物理功能、化学功能、介于化学和物理之间的功能、生物或生理功能6、功能高分子材料的主要结构层次：a功能高分子的元素组成b功能高分子的官能团结构c功能高分子的链结构和分子结构d功能高分子的微观构象和聚集态e功能高分子材料的宏观结构7、常见高分子效应：物理效应、支撑作用、模板效应、邻位效应、包络作用和半透性，其他作用8、功能高分子中官能团所起的作用：a官能团对材料性质起决定作用b官能团与骨架的协同作用决定材料的性质c聚合物骨架本身有官能团的作用d官能团在材料中仅起辅助作用9、功能高分子不一定是具有功能官能团的高分子。第2章吸附分离功能高分子材料1、吸附：指液体或气体中的分子通过各种相互作用(如离子键、配位键、氢键或分子间作用力)结合在固体材料表面上。吸附选择性：固体物质对液体或气体中的不同组分的吸附性有差别，就叫吸附选择性。吸附性分离：利用吸附选择性可以分离复杂物质和进行产品提纯，这种利用吸附现象实现分离某些物质的方法就叫吸附性分离。2、吸附过程实际涉及分离和富集两方面。吸收与吸附区别在于吸收是指从原来的一相转移到另一相，并非富集于表面，而是进入到第二相中形成了“溶液”。3、吸附分离功能高分子材料（高分子吸附剂或高分子树脂）：利用高分子材料与被吸附物质1版权归高分子07级好好的娃娃/千君一皓之间的各种相互作用，使其发生暂时或永久性结合，从而发生各种功能的材料。4、影响吸附分离功能的因素：⑴内因①聚合物的化学组成a基本元素的影响b官能团的影响②聚合物链结构和超分子结构③树脂的宏观结构⑵外因①温度②周围介质的影响③pH值4、吸附分离功能高分子与无机吸附剂相比的优势：①通过分子设计，聚合物骨架内可以通过化学或物理反应引入不同结构与性能的基团进行改性，从而得到本体性能和表面性能均十分优异的各种用途的吸附剂；②通过调整制备工艺，可以制备各种规格的多孔性材料，使吸附剂面积大大增加；③具有一定交联的共聚物在溶剂中溶胀后，充分扩张的三维结构又为吸附的动力学过程提供便利条件；④强度高、寿命长、耐氧化、耐辐射、耐热、再生和回收。5、离子交换树脂：是指在聚合物骨架上含有离子交换基团，能够通过静电吸引力吸附反粒子，并通过竞争吸附使原被吸附的离子被其他离子所取代，从而使物质发生分离的功能高分子材料。6、离子交换树脂的功能：离子交换功能、催化功能、吸附功能、脱水功能、脱色功能7、阳离子交换树脂(能吸附阳离子):含-SO3H、-COOH、-PO2H2、-AsO3H2等阴离子交换树脂：分为强碱型（季铵盐）和弱碱型(伯胺、仲胺和叔胺)。8、螯合树脂：是一类能与金属离子形成多配位络合物的交联功能高分子材料。与离子交换树脂不同，螯合树脂在吸附溶液中的金属离子时，没有离子交换。9、高吸水性树脂:吸水能力特别强的高分子物质，其吸水量是自身的几十倍至几千倍。高吸水性树脂的结构：①分子中具有强亲水性基团：能与水分子形成氢键或其他化学键，如羧基、羟基、酰胺基等②聚合物为适度交联高分子：吸水后溶胀，水被包裹在网络内部，不易流失。③聚合物内部有较多的离子性官能团：吸水后离子基团能电离产生离子，形成指向内部的渗透压，以保证环境中水向树脂内部扩散。④聚合物有较高的分子量：分子量增加，溶解度下降，吸水后机械性能也增强，吸水性能也提高。影响高吸水性树脂的环境因素：①溶液pH值影响：通常pH在6~7时吸水能力昀强。②溶液盐影响：盐溶液使水向树脂内部的渗透压降低，是树脂吸水能力降低。2版权归高分子07级好好的娃娃/千君一皓③树脂水解度的影响：吸水率随水解度增加而增加，但是太大时吸水率反而下降。④树脂形态的影响⑤温度和压力的影响：温度压力变化对吸水率影响并不明显，因为树脂吸收液体主要是通过溶剂化作用来实现。高吸水性树脂的应用：①在农业上的应用②在工业上的应用③在医疗卫生中的应用④在日常生活中的应用第4章光功能高分子材料1、光功能高分子材料：在光的作用下能够产生某些特殊物理或化学性能变化的高分子材料。2、光物理和光化学基础：1）光吸收和光激发外层电子跃迁包括：光吸收是光功能高分子显示其功能的根本原因2）激发态的失活辐射跃迁（荧光或磷光的形式）无辐射跃迁（内转换或系间窜越）能量传递（只能单重态，三重态自己）电子转移化学反应（光裂解，光加成，光重排，光交联，光降解）3）光量子效率（描述荧光过程或磷光过程中光能的利用率）：物质分子每吸收单位光强度后，发出的荧光或磷光强度与入射光强度的比值4）激基缔合物：处在激发态的分子和同种处于基态的分子相互作用，生成的物质激基复合物：处在激发态的分子和另一种处于基态的分子相互作用，生成的物质3、光功能高分子的主要反应：光聚合反应、光交联反应、光降解反应和光异构化反应4、光固化材料：分为光固化涂料、光固化油墨、光固化黏合剂1）组成：光引发剂：引发聚合反应低聚物：是成膜物质，提供一定的粘度和分子量，并可产生交联反应，使固化完全。3版权归高分子07级好好的娃娃/千君一皓活性稀释剂（单体）：调节黏度，产生交联作用，提供固化速率其他成分：填料等2）光引发剂分为：自由基光引发剂、阳离子光引发剂和高分子光引发剂3）均裂型自由基光引发剂（NorrishI）：多是芳香烷基酮类化合物提氢型自由基光引发剂(NorrishII)：芳香酮结构为主均裂型自由基光引发剂：（机理）指引发剂分子吸收光能后跃迁至激发单线态，经系间蹿跃到激发三线态，在其激发单线态或三线态时分子结构呈不稳定状态，其中的弱键会发生均裂，产生初级活性自由基，从而引发单体进行聚合。多是芳香烷基酮类化合物。Eg.1苯偶姻及其衍生物2苯偶酰缩酮3苯乙酮衍生物4α—羟烷基苯酮6酰基膦氧化物提氢型自由基光引发剂：（机理）吸收光能，在激发态与助引发剂发生双分子作用，产生活性自由基。以芳香酮结构为主。Eg.二苯甲酮/叔胺光引发体系5、光致抗蚀剂（光刻胶）:能在光的照射下产生化学反应（交联或降解）或其他结构变化，使溶解性能发生显著变化，不溶解的树脂对底材具有抗化学腐蚀的作用。正性胶：光的照射使涂层发生光降解反应，导致溶解性提高，在显影时被洗去，暗区的光刻胶被保留下来。这种光致抗蚀剂叫做正性光致抗蚀剂负性胶：光的照射使涂层发生光交联反应，导致溶解性下降，在显影时被保留下来，暗区的光刻胶被洗去。这种光致抗蚀剂叫做负性光致抗蚀剂第5章电功能高分子材料1、电功能高分子：具有导电性或电活性或热电及压电性的高分子材料。2、电功能高分子与金属相比具有的优点：低密度、低价格、可加工性强。3、载流子：导体、半导体导电所需要的荷载电流的粒子。金属中载流子为电子，半导体中载流子为电子和空穴。4、导电高分子分类：1）复合型导电高分子（掺和型导电高分子材料）：以高分子材料为基体，加入导电物质，通过共混、层积、梯度或表面复合等方法，使其表面形成导电膜后整体形成导电体的材料。2）结构型（或本征型）导电高分子：根据载流子种类可以分为：电子型导电高分子、离子型导电高分子和氧化还原导电高分子。5、电子导电型高分子：载流子是聚合物中的自由电子和空穴。结构特征：具有大的线性共轭π电子体系，给载流子提供离域迁移的条件。掺杂目的：在聚合物空轨道中加入电子或从占有轨道中拉出电子，改变现有л电子能带的能级，出现能量居中的半充满能带，减小能带间的能量差，使自由电子和空穴迁移时的阻碍减小掺杂过程的实质：掺杂剂和高聚物之间发生电荷转移的过程，掺杂剂包括电子给体（n-掺杂剂）和电子受体（p-掺杂剂）。掺杂的机制：①电荷转移络合物机制：高分子链给出或接受电子，掺杂剂被还原或氧化，所形成的掺杂剂与高分子链形成络合物以保持电中性。4版权归高分子07级好好的娃娃/千君一皓②质子酸机制：高分子链与掺杂剂之间并无电子的迁移，而是掺杂剂的质子附加于主链的碳原子上，而质子所带的电荷在共轭链上延展开来。6、有机固体导电满足条件（机理）：具有易定向移动的载流子；具有可供载流子在分子间传递的通道。7、渗滤阀值：复合型导电高分子中，电导率随随着填料浓度的增加而增加，但是浓度增加到一定值是电导率发生突变，此时的填料浓度即是。8、离子导电型聚合物：以正负离子为载流子高分子离子导电机理：①非晶区扩散传导导电：在非晶区，离子同高分子链的极性基团结合，在电场作用下，随着高弹区中分子链段的热运动，阳离子与极性基团不断发生络合-解络合过程，从而实现阳离子的迁移。②自由体积导电：在温度高于聚合物Tg时的非晶相中,高分子的链段松驰运动可促进阳离子的迁移运动,随着链段松驰运动的构象变化,阳离子向三维空间进行扩散、迁移。对基质的要求：应含有一定给电子能力很强的原子或基团，能与阳离子形成配位键，对离子化合物有较强的溶剂化能力；而且，高分子链足够柔顺，玻璃化温度较低。常见聚合物名称及结构：聚环氧乙烷（PEO），聚丁二酸乙二酯（PES）,聚乙二醇亚胺（PE）。9、氧化还原型导电高分子：聚合物骨架上带有可进行可逆氧化还原反应的活性中心，导电能力是由于在可逆氧化还原反应中电子在分子间的转移产生的。10、复合导电高分子：导电机理：渗流理论；隧道效应理论；场致发射理论。第6章生物医用高分子材料1、生物医用材料：用于疾病的诊断、治疗、修复或替换生物组织、器官，增进或恢复其功能的材料。2、医用高分子的特殊要求：生物相容性、特定的物理机械性能和良好的灭菌性能。3、生物相容性包含两方面：宿主反应和材料反应。4、生物惰性医用高分子：材料在生理环境下呈现生物惰性，即生物体无不良刺激，同时自身理化性质也保持稳定，不变化、不老化、不降解、适合长期植入。主要用于体内长期植入（如人工骨、骨关节或人工心脏等），或与组织或体液有密切接触的外用医疗用品（如人工肾和人工肝等血液净化产品）。基本特点是：生物惰性和非生物降解性。几种主要的生物惰性材料：聚有机硅氧烷，聚氨酯，聚烯烃，聚酯，聚丙烯酸酯，聚醚5、生物降解高分子材料：在生理环境下，在完成医疗功能后可在一定时间内降解，并通过5版权归高分子07级好好的娃娃/千君一皓代谢被机体吸收或排除体外，植入时间相对较短。第七章液晶高分子材料1、液晶态：是一种兼有晶体和液体部分性质的过渡态中间相态，即液态晶体，通常它既有液体的流动性和连续性，又有晶体的各项异性，如光学、力学、介电、热导、电导、磁化的各项异性。液晶高分子：是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子，与其他高分子相比，它具有液晶相物质所特有的分子取向序和位置序，而与小分子液晶相比，它又有高分子化合物的特性。2、物质存在形式（除了固态，液态，气态）：液晶态，等离子态，超导态，中子态，无定形固态。3、液晶态：物质部分或全部丧失平移有序性而保持一定的取向有序性。液晶态与晶态区别：部分或全部丧失平移有序性液晶态与液态区别：保持一定的取向有序性4、液晶基原：液晶基元：由连接基团将刚性和棒状的结构连接起来形成的就是液晶基元。液晶高分子的分子结构特征：刚性部分多由芳香和脂肪型环状构成，柔性部分多由可以自由旋转的σ键连接起来的饱和键构成，刚性结构部分或位于聚合物的骨架上，或位于高分子骨架的侧链上。5、液晶高分子的分类：(1)、根据生成条件分为：溶致液晶：由溶剂破坏固态结晶晶格而形成的液晶。聚合物溶液达到一定浓度时，形成有序排列、产生各向异性形成的液晶。热致液晶：加热破坏固态