功能高分子思考题与答案

第一章绪论

1.什么是功能高分子？

带有特殊功能基团并具有功能性的聚合物就是功能高分子。

一般认为：其具有普通高分子的结构性质，同时具有一定的功能，主要指具有物质、能量和信息的贮存、传递、转化等作用的高分子。

一次功能：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属同种形式，材料只能起到能量传送部件的作用，这种功能称为一次功能。（如导电、导热）

二次功能：当向材料输入的能量和输出的能量是不同形式时，材料起能量转换部件的作用，这种功能称为二次功能。

高分子的功能：（1）化学功能－离子交换、催化、氧化还原（2）物理功能－导电、热电、压电、磁记录。（3）生物功能－医用高分子

2.功能高分子的主要种类？（1）离子交换树脂（2）高分子吸水材料（3）高分子功能膜（4）液晶高分子（5）导电高分子6）医用高分子（7）感光高分子（8）其他功能高分子（智能高分子磁性高分子高分子催化剂树形高分子超疏水材料）

1.离子交换树脂是由交联结构的高分子骨架与能离解的基团两组分构成的不溶性、多孔的、高分子电解质。

• 功能：能在液相中与带相同电荷的离子进行交换，此交换反应可逆的，即可用适当的电解质冲洗，使树脂恢复到原有状态（再生），可反复使用。

3.合成功能高分子的一般方法？

通过化学或者物理的方法将功能基与高分子骨架相结合，实现预定功能。

①. 分子合成化学方法：分子结构设计、官能团设计、引入感光功能集团则赋予了材料感光性。措施：共聚、接枝、嵌段共聚、交联、官能团的引入、模板聚合等

②. 特殊加工物理方法：把高分子加工成极薄的膜，把高分子纤维化，如人造羊毛（介绍其主体结构）有些功能高分子极难加工，如光缆、导电、聚丙烯

③. 复合手段：如将高分子中掺入银粉得到导电高分子。复合两种或几种高分子：纤维复合、层叠复合、细粒复合、互穿网络等方法，可得新功能。(1、功能性小分子的高分子材料化2、高分子材料的功能化) 聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET)----涤纶丙烯腈-丙烯酸酯共聚物----腈纶聚己二酰己二胺纤维(PA66)----锦纶66 聚乙烯醇缩甲醛----维纶聚丙烯纤维(PP)----丙纶聚胺酯弹性纤维(PU)----氨纶聚间苯二甲酰间苯二胺纤

维----芳纶1313 聚氯乙烯纤维(PVC)----氯纶

第二章 离子交换树脂

1. 什么是离子交换树脂？ 离子交换树脂是由交联结构的高分子骨架与能离解的基团两个基本组分所构成的不溶性、多孔的、固体高分子电解质。 2什么是交换容量？ 交换容量是表示树脂交换能力大小的量，常以每克干树脂能交换的离子毫克当量数表示。

2. 离子交换树脂的类型 （一）根据离解的基团的性质，可分为：

①阳离子交换树脂 〈1〉强酸性（聚苯乙烯系）， 交换基：磺酸 －SO 3H 〈2〉中酸性（聚苯乙烯系） 交换基：—P=O(OH)2 〈3〉弱酸性（甲基丙烯酸系） 交换基：羧基—COOH 或酚基—OH ②阴离子交换树脂 《1》强碱性（聚苯乙烯系）交换基： 季胺 叔胺

弱碱性（聚苯乙烯系）交换基：氨基—NH 2 （二）根据高分子基体（即骨架）分：苯乙烯体系树脂；丙烯酸—甲基丙烯酸酯体系树脂；苯酚—间苯二胺体系树脂；环氧氯丙烷体系树脂 （三）特殊的离子交换树脂 按性能分:螯合树脂；两性离子交换树脂；耐热性离子交换树脂；氧化还原树脂

① 写出聚苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂的合成路线

+DVB CH 2CH CH 2CH CH 2CH CH 2CH H 2SO 4H Cl SO 3SO 3CH 2CH

CH 2CH

CH 2CH CH 2CH CH 2CH SO 3SO 3H H

② 说明离子交换树脂的离子交换机理。

机理：化学吸附

历程①溶液内离子扩散至树脂表面②由表面扩散到树脂内部③离子交换④被交换的离子从树脂内部扩散至表面⑤被交换的离子再扩散至溶液中

机械强度是由高分子骨架的化学结构和交联度、骨架空间结构、颗粒粒度和形状决定的

③ 说明离子交换树脂的用途。

⑴水处理 ：是离子交换树脂应用最广泛的一个领域，如硬水软化，无离子水生产⑵铀的提取和贵金属的分离回收⑶医药、食品等有机化合物分离与提纯①用弱酸性阳离子交换树脂提取生物碱等，②用强碱性阴离子交换树脂回收黄金工业生产废水中的氰化物。⑷用作催化剂几乎所有普通无机酸、碱催化反应均可用阳、阴树脂催化剂来代替

树脂催化的优点（一）树脂催化剂与一般液体酸、碱催化剂相比主要有以下优点：（1）选择性好，副反应低，收率高；（2）无腐蚀性，设备损失小，没有待处理的废酸碱液，环境污染很小，这对环保有着重要意义；（3）产物与催化剂易分离，便于实现连续化生产，工艺简单。（二）和一般固体酸、固体碱催化剂相比优点有：a:反应条件温和；b:催化剂的孔结构易合成控制，反应界面大。 缺点是：耐热性（限120℃以下使用）比无机催化剂低许多，酸碱强度比一般的液体强酸、碱要小，所以反应的活性要低于后者。 1.采用强酸性阳离子交换树脂催化剂合成乙酸己酯，催化活性高，反应时间短，反应条件温和。 2.强酸性阳离子交换树脂性质稳定，价廉易得，易于保存，使用方便。 3.酯化反应液不需碱洗、水洗等工序，后处理工艺简单，大大减少了废液排放，不污染环境。 4.催化剂留在反应器内可直接回用，是一种高效、经济、环保型的酯化反应催化剂。

第三章

高吸水材料的结构

高分子骨架：适度交联的网状结构 吸水官能团: -COONa -SO3Na -CONH2 -CH2-NH2 -CH2-OH -C≡N --CH2—O —CH2---

R SO 3-H +Na +Cl -R SO 3-Na +H +Cl -

++

吸水原理阶段1 较慢。通过毛细管作用吸水。

阶段2通过氢键与树脂的亲水基团作用, 亲水基团离解, 离子之间的静电斥力使树脂的网络扩张。网络内外产生渗透压, 水份进一步渗入，起决定性作用。

阶段3随着吸水量的增大,网络内外的渗透压趋向于零; 而网络扩张的同时,其弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡。

吸水能力保水能力抗盐能力稳定性

（1）生理卫生用品卫生巾、婴儿一次性尿布、宇航员尿巾、餐巾、手帕、绷带、脱脂棉、手术衬垫等。

（2）农业、林业方面农业：土壤保墒、种子发芽、播种保苗、种子营养器、改造沙漠；林业：育苗、植树、造林、无土栽培、贵重树木的移栽、运输、可提高成活率。

（3）（3）工业：化妆品的增稠剂、石油工业中的堵漏剂、水泥制品养护剂。

（4）（4）医学方面：吸水绑带、病床垫。

高吸水树脂的制备方法

（1）天然高分子的改性物（2）烯类单体的共聚物

2.解释离子交换树脂与超高吸水性高分子的结构、性能的异同点，它们的本质区别是什么?

相同点：结构上都是交联结构，都有两部分组成即骨架和功能集团；不同点：离子交换树脂的骨架为刚性的，基团为强电解质，吸水树脂的高分子骨架为柔性的，基团有SO3Na等与水作用产生的。本质：1.分子骨架柔性不同2.交联度不同离子交换树脂交联度很高，小球刚性很强，吸水树脂的交联度很小。

3.说明吸水树脂的吸水机理。①微孔吸附作用、渗透压作用共同使水向吸水剂结构内扩散，吸水剂网状结构扩张，②H-键、离子电荷作用使水变成：（1）靠H-键或离子电荷作用的水（2）亲水基周围的极化水层（3）微孔中的水（4）颗粒间隙和大孔的水

4.评价吸水树脂性能的指标有哪些？①吸水能力：以每克吸水剂能吸收水的克数表示，②保水能力---吸水后再失水情况③抗盐能力：是指吸水剂能力受水中含离子种类和数量的影响④稳定性是指生物降解性：在土壤保墒方面，高分子吸水剂不易发霉，不易被细菌破坏，寿命长⑸无毒性：⑹吸氨能力：⑺增粘性高吸水性材料可分为二类：（1）天然高分子的改性物（2）烯类单体的共聚物