功能高分子3484

《科技写作与专业英语》课程论文题目: 功能高分子院(系):专业年级:姓名:学号:2012年06月11日功能高分子摘要本文简述了功能高分子的发展，合成途径以及所谓的高分子效应。

对该领域内所涉及的各类功能高分子的性质、合成、应用及发展前景等作了概要介绍。

内容包括具有分离功能的高分子、高分子试剂、高分子催化剂、光活性高分子、磁性高分子、能量转换及储能材料、生物医用材料、高分子药物、高分子液晶及一些其他功能高分子材料。

关键字功能高分子功能高分子材料的制备方法高分子效应功能高分子的特殊功能材料的开发利用推动着社会的进步，而社会的进步和发展又不断地对材料提出新的需求。

近二三十年来，通用高分子材料向大型工业化发展的同时，由于军工和高科技发展的需要，对一些高性能特种材料和功能材料提出了新课题，并且这方面的研究已取得了令人嘱目的成果。

功能高分子材料是指除了它本身具有的力学性能外还具有其他功能性质的高分子材料。

例如具有物质分离、转移、转化、光、电、磁、能量的储存转化以及供生物医用等特殊的性能。

从水中分离去除金属离子的离子交换树脂，就是最悠久的具有分离功能的高分子化合物。

无论是高性能的特种材料或是功能高分子材料，由于它们产量小而价值高，被统称之为精细高分子材料。

功能高分子材料的产量大约只有通用高分子材料产量的四分之一，而价值约为通用高分子材料的一百倍。

功能高分子是由高分子学科发展起来的新领域，它还与固体物理、电子学、光学、力学、生物医药学等许多学科有交叉，涉及的学科不仅广泛而且十分专门化，因此研究和开发应用的难度也较大。

研究的主要内容有∋具有分离功能的高分子、高分子试剂、高分子催化剂、光活性高分子、导电和超导高分子、生物医用高分子、高分子药物、液晶高分子、能进行能量转换和储存的高分子、及仿生、磁性、非线性光学高分子等等，内容十分丰富。

从功能高分子的来源看，可以是天然高分子，例如纤维素、甲壳质、淀粉、海藻等，或是通过分子设计合成的具有特定功能基的或一定结构的高分子。

按功能高分子材料组成来看，可分为“结构型”或“复合型”两类。

前者是指高分子化合物本身就具有某些功能基团或特定的结构，因而使它具有某些功能；而后者系指用高分子与一些填料、添加剂通过特殊的高分子加工工艺制备的功能性材料。

功能高分子材料的制备方法，通常有三条途径：（1）用具有功能基的单体进行聚合或缩聚制取。

此法在单体合成方面往往比较复杂，价格偏高；（2）利用现有的高分子或按设计合成的高分子骨架，进一步通过反应引入功能基。

此法原料来源充足、价廉，合成方法相对简单；（3）通过高分子加工工艺改变高分子的形态，如制成膜、中空纤维等，以期得到或提高其功能性。

应指出的是实际往往是三种手段联用以期简化工艺得到价廉的高功能性材料。

功能高分子的特殊功能，主要是由它的链结构、链上所带有的功能基的种类、数量、分布以及高分子的聚集态和形态所决定。

许多研究工作表明含有功能基的高分子与具有同样功能基的低分子单体模型化合物相比较，在化学性质和物理性质上有很大差异。

这种差异往往很突出，甚至表现出许多单体模型化合物所没有的特殊功能&这种差别可统称之为高分子效应。

高分子效应的表现是多方面的，归纳起来有以下五种：1.高分子的骨架支撑作用小分子聚合形成链状或网状结构高分子，像一个骨架，所有的功能基都连接其上，位置相对固定，表现出许多单体化合物所没有的特殊功能。

2.功能基的相互作用骨架上相邻功能基之间的相互作用将影响材料的性质，例如协同效应，即两个或更多的功能基同时络合一个金属离子，提高了络合物生成常数。

3.高稀释或高浓缩效应当功能基在高分子链上固定后，若它们相距较远好似对功能基起稀释作用，相距较近起浓缩作用。

例如作载体使用时，起催化作用的金属原子与功能基络合就提高催化活性，功能基相对靠近又起到浓缩作用，加快反应速度。

4.模板作用当功能高分子作为模板（母体聚合物）时可以使某些单体按一定顺序排列于模板上，聚合后再从模板上脱下来形成新的子体聚合物，其子体聚合物分子量的大小、序列结构等都受到母体聚合物的影响。

生物体内DNA分子的复制是模板作用最好的一例。

5.包结作用许多高分子包结化合物形成的结果可提高反应的选择性和活性[1]。

下面按功能分类对功能高分子作一概要介绍。

一、具有分离功能的高分子从较早的离子交换树脂的使用到近十几年膜分离技术的发展，使物质分离技术手段有了极大的改进，而这种改进主要就是使用了具有分离功能的高聚物。

1.离子交换树脂[2]通常是先用苯乙烯和少量的二乙烯苯悬浮聚合制成高分子小球，而后磺化引入磺酸基，得阳离子交换树脂，或经氯甲基化，再胺化可得阴离子交换树脂，用于硬水软化或去离子水的制造。

选取不同的单体和引入不同种类的功能基，或控制树脂的结构可以改进树脂的性能以适应不同的需要。

如果先制成交联的高分子膜再磺化或胺化，可得到离子交换膜，用于氯碱工业中作电解槽的隔膜，海水淡化的电渗析膜等，还可在食品、医药工业中使用，此外，离子交换膜还可用于还原铀、人工肾、离子选择性电极、燃料电池等方面。

2.螯合性树脂[1]它的高分子骨架结构与离子交换树脂类似，不同的是引进了不同的功能基，利用高分子链上不同功能基的“协同效应”，改变链的立体障碍、基体的疏水性、功能基形成的静电场等因素，从而控制在多种离子的水溶液中只选择络合某一种金属离子，这类树脂由于主体高分子和功能基的可选性很多，因此其络合选择的变化很多。

这种高分子金属络合物往往在热、光、磁及催化性能等方面具有特殊性质，因而除用于贵金属的富集、湿法冶金、废水处理外还有更广泛的应用前景。

3.吸附性树脂[1]它是一种不含极性功能基的交联的有机树脂，如苯乙烯—二乙烯苯聚合物小球。

这类树脂当改变溶剂极性或升温，极易脱吸、再生，重复使用。

广泛用于环境保护方面，如废水中有机物的处理、海洋石油污染的吸油剂等，医药工业中用于各种氨基酸、抗生素、蛋白质及多种酶的分离，还可作为色谱技术中作柱填料，分离分析旋光异构化合物，在医疗技术中作血液净化吸附剂等。

4.分离膜[3]利用天然的或合成的高分子膜，以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分溶液体系中溶质和溶剂进行分离、分级提纯或富集的方法统称为膜分离法。

膜原料可用纤维素酚类（如醋酸纤维素、硝酸纤维素等）、合成高分子（如聚酞胺、聚芳杂环、乙烯基系的聚合物等）制造，此外还有玻璃中空纤维或多孔金属膜。

60年代后，在微孔膜、反渗膜研制的基础上，又发展了超滤膜，可分离各种不同分子量的物质，新型不对称膜的研制成功使利用反渗法海水淡化进入实用阶段。

混合气体分离膜如“富氧膜”，“富氢膜”已得到实用，如载人宇航或潜艇工作环境中可把二氧化碳从氧中分离排除以保证人的呼吸。

70年代初引起人们注意的“渗透蒸发”膜分离技术在日本已用于乙醇一水的分离，这种方法还适用于含挥发性气体废水的处理，或医药、香料的分离或浓缩。

气态膜是由充斥于多孔的疏水性聚合物膜孔中的气体构成的，可使膜一侧的挥发性物质（H2S、NH3等）迅速透过气体膜与另一侧物质反应，从而去除水溶液中的挥发物达到分离目的。

近年来缓释膜的研究已成为人们关注的热点之一，它是以高分子膜作成的胶囊包覆药物，将它埋入体内或口服后，由于药物透过高分子膜的速度恒定，达到体内长时间恒定给药的目的。

5.絮凝剂许多水溶性高分子如聚乙烯醇、聚丙烯酞胺、聚丙烯酸等，在水溶液中可将悬浮物凝聚沉淀。

这类高分子可用于水的净化，也可用于环境保护等方面。

二、高分子试剂和在高分子载体上的有机合成[1，4]所谓高分子试剂通常是指将小分子化学试剂键合、络合或吸附于交联的高分子上，生成具有化学试剂反应性能的高分子，反应过程中这种高聚物作为化学试剂使用，反应后可用简易的过滤方法把高分子载体与产物分离，而载体可进一步回收再生，多次使用，这也是优于小分子试剂的方面(此外小分子试剂固定于高分子上可起到高分散或高浓缩的效应，能避免副反应的产生或加快反应速度(还可进行一些特殊的反应。

高分子骨架通过极性效应或空间阻碍等创造一定的微环境可使化学反应具有高度的选择性一些有毒、恶臭、易爆、怕水解或易挥发的试剂通过固载化可以提高安全性和稳定性。

目前属于这一类的高分子试剂有∋氧化还原树脂飞高分子氧化剂、高分子还原剂、高分子卤化剂、酞基化试剂、烷基化试剂、高分子Wittig和Ylid试剂、高分子缩合剂等。

由于氨基酸有两个功能基，因此在合成多肚的过程中给反应带来复杂性&使用固相法合成时以高分子小球为载体大大简化了合成的分离操作，现今这种方法已扩展到低聚核昔酸、寡糖的合成以及双功能基化合物的单保护，合成一些特殊化合物如箍扎化合物的合成。

此外还可用于不对称合成和外消旋体的拆分等。

这类固相载体亦可看成是高分子试剂。

此外在高分子模板聚合过程中，高分子模板亦可归属于特殊的高分子试剂。

三、高分子催化剂[1,5]高分子催化剂是一类具有催化化学反应功能的高分子化合物，天然高分子催化剂—酶是其中一类。

酶在生物体内可高效、高选择性地催化各种生化反应。

从生物组织内提出的酶已得到广泛的应用。

由于酶是水溶性的，而且易失活，为了便于将酶从产物中分离再重复使用，人们采用了固定化酶的方式。

所谓固定化酶是用物理方法如吸附、包埋或胶囊等方式固相化或用化学方法将酶在高分子等载体上固相化，不仅达到了易于分离的目的，还发现有提高稳定性的作用。

但在固相化过程中，酶的活性一般会有一定程度的下降。

实际上“固定化酶”是一类半天然半合成的高分子催化剂，使用过程无环境污染而且反应条件温和，因此，在生化工业中已得到大规模使用，并有广阔的发展前途。

另一类即属人工合成的高分子催化剂。

这类催化剂主要是一般的酸、碱催化剂及高分子金属络合物催化剂。

前者包括一些离子交换树酯，可用于催化一些缩合反应如酷化、酷水解反应，加成反应，分子重排反应等。

高分子金属络合物催化剂通常是把一些有催化活性的有机金属络合物均相催化剂固相化的结果，这类催化剂可保持均相催化剂的特点，同时又具有与反应物、产物易分离的优点。

可催化加氢反应、氧化反应、硅氢加成反应、醛化反应、拨基化反应、不对称合成反应、分解反应、烷烃异构化、二聚、齐聚、聚合反应等。

再一类是具有冠醚结构的高分子催化剂，它可与某些碱金属离子络合成为相转移催化剂，催化有机物与无机物之间的反应，提高反应速度和产率。

目前一些高分子催化剂已成为商品，用于有机合成工业。

四、光活性高分子[6]这类高分子系指在光的作用下发生化学的或其他变化的高分子，如发生光聚合、光分解、光致变色、光致导电等等。

由于在聚合物中引入了对光敏感的功能基，因而在光的作用下可发生变化。

光源可以是可见光、紫外光、X射线或激光等。

如带有肉桂酸基的聚合物在光照下会聚合交联，在电子工业中用作光刻胶。