功能高分子

一、绪论1.名词解释：性能、功能、功能高分子、高性能高分子、特种高分子材料、分子自组装性能：材料对外部作用的抵抗特性。

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而产生输出的特性。

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。

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。

特种高分子材料：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。

分子自组装：是指在平衡条件下分子间通过非共价的相互作用(即氢键、静电力和配位键)自发缔合形成稳定结构的超分子聚集体的过程。

2.通用高分子材料根据其性质和用途可分为哪五个大类a.反应性高分子材料，包括高分子试剂、高分子催化剂和高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。

b. 光敏型高分子,包括各种光稳定剂、光刻胶，感光材料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材料等。

c. 电性能高分子材料,包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料以及其他电敏感性材料等。

d. 高分子分离材料,包括各种分离膜、缓释膜和其他半透性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂等。

e. 高分子吸附材料,包括高分子吸附性树脂、高吸水性高分子、高吸油性高分子等。

f.高分子智能材料,包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、pH、压力感应材料等。

f.医药用高分子材料,包括医用高分子材料、药用高分子材料和医药用辅助材料等。

g高性能工程材料,如高分子液晶材料，耐高温高分子材料、高强高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纤维材料、生物降解高分子等。

3.功能和性能有什么区别?（不确定）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。

4.特种高分子主要有哪些类型?举出您身边的几种特种和功能高分子的例子。

特种高分子：高强度、耐高温、耐辐射、高频绝缘、半导体等。

5.有哪些制备特种与功能高分子的方法?他们各有什么优点和缺点?（不全面）通过化学或者物理的方法，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，从而实现预定的性能和功能。

a.功能性小分子的高分子化, 许多功能高分子材料是从相应的功能小分子化合物发展而来的. 方法：1.聚合反应，如共聚、均聚等；2.将功能性小分子化合物通过化学键连接的化学方法与聚合物骨架连接，将高分子化合物作为载体；3.物理方法，如共混、吸附、包埋等作用将功能性小分子高分子化。

b.带有功能性基团的小分子与高分子骨架的结合，利用化学反应将活性功能基引入聚合物骨架，改变聚合物的物理化学性质，赋予其新的功能。

c.功能性小分子通过聚合包埋与高分子材料结合，该方法是利用生成高分子的束缚作用将功能性小分子以某种形式包埋固定在高分子材料中来制备功能高分子材料。

d.功能高分子材料的多功能复合。

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。

e.在同一分子中引入多种功能基，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。

特点：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。

二、高吸水性树脂1.高吸水性树脂也称为超强吸水高分子材料、高吸水性聚合物，是一种具有优异吸水能力和保水能力的新型功能高分子材料。

是一种含有强亲水性基团并通常具有一定交联度的高分子材料。

根据原料来源、亲水基团引入方法、交联方法、产品形状等的不同，高吸水性树脂可有多种分类方法。

按原料来源分类，淀粉类，纤维素类，合成聚合物类。

2.淀粉类高吸水性树脂优点：原料来源丰富，产品吸水倍率较高，通常都在千倍以上。

缺点：吸水后凝胶强度低，长期保水性差，在使用中易受细菌等微生物分解而失去吸水、保水作用。

糊化淀粉与有机单体的接枝共聚接枝方法：铈盐法、锰盐法和辐射法。

利用硝酸铈铵引发淀粉与丙烯腈的接枝共聚制备高吸水性凝胶是研究的最早和最多的一种方法。

3.纤维素类高吸水性树脂a.纤维素与一氯醋酸反应引入羧甲基后，用交联剂交联而成的产物。

b.纤维素与亲水性单体接枝共聚产物。

优点：原料来源丰富。

缺点：吸水倍率较低。

也易受细菌分解失去吸水、保水能力。

4．合成聚合物类合成高吸水性树脂目前主要有聚丙烯酸盐系和聚乙烯醇系两大系列。

5.高吸水性树脂的结构从化学结构看：主链或侧链上含有亲水性基团，如-ＳＯ3Ｈ、-ＣＯＯＨ、-ＣＯＮＨ2、-ＯＨ等吸水能力：-ＳＯ3Ｈ>-ＣＯＯＨ>-ＣＯＮＨ2>-ＯＨ从物理结构看：低交联度的三维网络。

网络骨架可以是淀粉、纤维素等天然高分子，也可以是合成树脂(如聚丙烯酸类）。

6.高吸水性树脂的吸水机理当水与高聚物表面接触时，有三种相互作用:一是水分子与高分子中电负性强的氧原子间的氢键作用；二是水分子与疏水基团间的相互作用；三是水分子与亲水基团间的相互作用。

高吸水树脂的结构骨架可以是淀粉、纤维素以及合成树脂在其主链或侧链上含有亲水性基团，如羧基、酰氨基、羟基、磺酸基等，其骨架多是以轻度交联的形式存在。

高吸水性树脂中的网状结构对吸水性有很大的影响.高吸水性树脂在结构上是轻度交联的空间网络结构，它是由化学交联和树脂分子链间的相互缠绕所形成的物理交联构成的，可以看成是高分子电解质组成的离子网络，其中存在着可移动的离子对。

当遇到水时，由于亲水基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。

此外，树脂中亲水性基团的存在也是必不可少的条件，亲水性基团吸附水分子，并促使水分子向网状结构内部的渗透。

7.高吸水性树脂的基本特性A.高吸水性作为高吸水性树脂，高的吸水能力是其最重要的特征之一。

考察和表征高吸水性树脂吸水性的指标通常有两个，—是吸水率，二是吸水速度。

(1).吸水率吸水率是表征树脂吸水性的最常用指标。

指一定条件下所吸收的水分。

物理意义为每克树脂吸收的水的重量。

单位为g水/g树脂。

影响树脂吸水率的因素：影响树脂吸水率有很多因素，除了产品本身的化学组成、亲水性、电荷密度、外界条件及产品形状之外，还与产品的交联度、水解度和被吸液体的性质等有关。

a.交联度对吸水性的影响未经交联前，一般是水溶性的，不具备吸水性或吸水性很低，因此通常需要进行交联。

交联密度过高对吸水性并无好处。

一方面，网格太小而影响水分子的渗透，另一方面，橡胶弹性的作用增大，也不利于水分子向网格内的渗透，因此造成吸水能力的降低。

b.水解度对吸水率的影响高吸水性树脂的吸水率一般随水解度的增加而增加。

但当水解度高于一定数值后，吸水率反而下降。

因为随着水解度的增加，亲水性基团的数目固然增加，但交联部分也将发生水解而断裂，使树脂的网格受到破坏，从而影响吸水性。

c.被吸液的pH值与盐分对吸水率的影响（被吸液性质的影响）高吸水性树脂是高分子电解质，水中盐类物质的存在和pH值的变化都会显著影响树脂的吸水能力。

因为酸、碱、盐的存在一方面影响亲水的羧酸盐基团的解离，另—方面由于盐效应而使原来在水中应扩张的网格收缩，与水分子的亲和力降低，因此吸水率降低。

所谓吸收能力：指树脂在溶液中溶胀和形成凝胶以吸收和保持液体的能力(即保水率)，它可用饱和吸水量来表示一是高吸水性树脂从接触表面吸人水分发生溶胀的能力(吸水率)二是使被吸收的水分呈凝胶状并失去流动性的凝结能力(即凝胶力)。

(2).吸水速率a. 高吸水性树脂的吸水速度受化学组成、交联度等因素影响。

b. 吸水速度也受其形状所影响。

表面积越大，吸水速度也越快。

为提高树脂吸水速率，可将其制成薄膜状、多孔状、鳞片状等，而与水接触后易聚集成团的粉末状树脂的吸水速度相对较慢。

c. 与棉花、海绵等吸水材料比，高吸水性树脂的吸水速率较慢。

一般在数分钟内吸水量达到最大。

B．保水性高吸水性树脂的吸水能力是由化学作用和物理作用共同贡献的。

即利用分子中大量的羧基、羟基和酰氧基团与水分子之间的强烈范德华力吸收水分子，并由网状结构的橡胶弹性作用将水分子牢固地束缚在网格中。

一旦吸足水后，即形成溶胀的凝胶体。

这种凝胶体的保水能力很强，即使在加压下也不易挤出来。

C．吸水状态下的凝胶强度高吸水性树脂的凝胶强度用受压后凝胶的破碎程度来衡量。

因树脂具有一定的交联度，因而其凝胶有一定的强度。

D．无毒性经动物口服实验，无死亡、无异常表现，对皮肤和黏膜无刺激、无过敏反应。

E．吸氨性高吸水性树脂一般为含羧酸基的阴离子高分子，为提高吸水能力，必须进行皂化，使大部分羧酸基团转变为羧酸盐基团。

残存的羧基（约30％左右）使树脂呈现一定的弱酸性。

这种弱酸性使得它们对氨那样的碱性物质有强烈的吸收作用。

F．增黏性粒状高吸水性树脂吸水后得到的水凝胶为粒状凝胶的集合体，如水分过量，粒状凝胶在水中呈悬浮状态。

但在水分未过量时，可获得比使用普通水溶性高分子系列增黏剂更高的黏度。

化妆品中利用增黏性。

H.与其他树脂的混合物高吸水性树脂可与其他树脂混合，应用领域大大拓展.水膨胀性PVC共混料、密封填料、水膨润性，防雾性等新性能，制成功能性吸水树脂。

8.高吸水性树脂的应用a.日常生活和卫生用品(1).高吸水树脂制作的日常卫生用品有婴儿一次性尿布、宇航员尿巾、妇女卫生用品、餐巾、绷带、手术床衬垫等。

(2)高吸水树脂用作公共厕所、车站、码头等人流量大的公共场所和家庭等的芳香除臭剂，有其独特的效果。

(3)利用高吸水树脂的增稠性，可用于化妆品、洗涤剂、水性涂料等的增稠剂。

(4)高吸水树脂作为无土栽培的基材，在家庭养花和插花应用越来越普遍。

b.农业应用(1) 将高吸水树脂加入土壤中，可改善土壤的结构，增加透气、透水和保水性能，避免肥料的流失。

有利于植物根系的生长发育。

(2) 高吸水性树脂用作苗木移植保水剂，可大大降低苗木死亡率。

c.工业应用(1) 利用高吸水性树脂的增稠性和润滑性，将其混入水泥浆或灰浆，可改善运输状况，提高土建工程的效率。

(2) 将高吸水树脂与塑料或橡胶混合制成密封材料，此材料一遇到水就急速膨胀，因此具有很好的密封性。

(3) 利用高吸水性树脂的吸水性大，同时几乎不吸收油和非极性溶剂的性质，可将高吸水性树脂用作工业脱水剂(化工和油田开发助剂)。

d.医疗卫生材料(1) 将聚乙烯醇系高吸水性树脂水凝胶用于人工骨关节的滑动部位以代替软骨。

(2) 高吸水性树脂成功的用作人造皮肤。

e.食品工业应用包装材料、保鲜材料、脱水剂、食品增量剂等。