第六章 功能高分子材料

诞生-导电聚合物。
▪ 1、掺杂与导电
▪
研究发现纯净的（或无缺陷）的共轭结构高分子是
不导电的，只有当其共轭结构产生某种缺陷时，才表现
出导电性，掺杂是产生缺陷和激发的最常用化学方法。
▪ 掺杂是在共轭高分子上发生的电荷转移或氧化还原反 应。高分子链失去电子称为氧化掺杂或P-型掺杂，得到 电子称为还原或n-型掺杂。
▪
利用掺杂电子聚合物的导电性和半导电体性，可反射或吸
收电磁波；在电子仪器壳内壁和孔壁上形成导电高分子层，以实
现电子屏蔽；利用在掺杂前后导电性能的巨大变化，实现富豪层
从反射电磁波到透过电Hale Waihona Puke Baidu波的切换，达到隐身目的。
物质的吸附呈现高的选择性。
▪ 3、分子印模聚合物类仿生吸附剂的设计合成
▪ 4、含穴状功能基团的高分子吸附剂设计合成
▪
将具有穴状结构的主体分子固载于高分子载体上，利用
主体分子对客体分子的分子识别功能，实现对客体分子的选
择性吸附。从而达到异构体分离与对映体分离。
▪
▪ 二、应用
▪ 1、在天然产物分离纯化中的应用
颜色的光，称为电致发光。80年代以8-羟基喹啉铝为发光物质的
有机发光二极管（OLED）取得重大突破。90年代发现PPV的电
致发光特性后，出现了研究聚合物发光二极管（PLED）的热潮。
▪ 二、典型电子聚合物
▪ 1、聚乙炔（PA）
▪
是研究最早、最系统、也是迄今为止实测电导率最高的电子
聚合物。
▪
它的聚合方法有白川英树法、Naarman方法、Durham方法、
使共轭聚合物导电。
▪ 2、光致荧光与电致发光
▪
有机化合物与共轭聚合物都能在光作用下受激发出荧光。
但有机化合物的HOMO轨道与LUMO轨道能量相差较大，对应的
吸收光谱在紫外区域，而共轭聚合物的HOMO轨道与LUMO轨道
能量差小，吸收光谱能覆盖紫外到红外区域。
▪
在电极间施加一定电压后，电极间的聚合物薄膜发出一定
▪ 1）血液净化
▪ 2）（小分子物质吸附
▪ 3）药物吸附剂用于解毒
▪ 4）中分子吸附剂
▪ 5）大分子吸附剂
▪ 2、环保中的应用
▪ 1）分离气体
▪ 2）废水处理、废渣处理
导电高分子材料
▪ 一、共轭结构与导电聚合物
▪
1977年发现聚乙炔与I2、AsF5等反应之后变成导体，
电导率达100-1000S/cm，这个发现导致新的功能材料的
▪ 4、聚噻吩（PTh）
▪ 其聚合与掺杂与聚吡咯相似。与PPY一样不溶不熔，但某些 烷基取代物可溶特别是3-位取代或3，4-位双取代。6碳以上取 代可在极性溶剂中溶解甚至是熔化。但导电性显著降低。
▪ 5、聚对苯（PPP）
▪ 经AsF5掺杂后导电率达500s/cm。为解决其加工性问题，常 采用可溶性前体方法来解决。
和稀土催化法。
▪
目前报导掺杂PA电导率可达200000s/cm，与金属铜接近。
其主要问题是加工性能不好和稳定性较差限制了它的应用。
▪ 2、聚苯胺（PAn）
▪
聚苯胺的合成方法有化学法和电化学法。苯胺在酸性溶液中
同氧化剂反应或在电极上发生氧化都可获得聚苯胺。这里的酸可
以是无机酸（如HCl、H2SO4、HClO4）或有机酸（如羧酸、磺
Craft-Fridel反应进行后交联，可得大网均孔树脂。
▪ 4）乳液致孔
▪
以可聚合的单体为油相制备油包水乳液，在聚合时分散在油
相的水珠发挥致孔作用，近年还有采用水/油/水复乳技术。
▪ 5）无机微粒致孔技术
▪
将均一粒度的无机粒子分散在单体相中，聚合后再将无机粒
子溶解出，可得孔径规律的吸附树脂。如果粒子用量较多，可得
▪
电子受体掺杂剂如I2、AsF5等，电子给体掺杂剂如
Na、K等。
▪
覆盖在电极表面上的聚合物与电极间发生电荷转移的氧化还
原反应称为电化学掺杂。
▪
向共轭聚合物链上引入质子，聚合物链上电荷分布状态发生
改变，质子所带正电荷转移和分散到聚合物链上，相当于聚合物
链失去电子而发生氧化掺杂，称为质子酸掺杂。
▪
其它的物理掺杂如向聚合物中注入离子或进行光激发都可
贯孔吸附树脂。
▪ 二、吸附高分子材料的活性吸附点的设计与合成
▪ 1、免疫吸附剂的设计与合成
▪ 2、含肽、多糖侧链的仿生吸附剂的设计与合成
▪
酶、抗体及某些抗原为蛋白质，这些生物大分子在固定化
过程中或固定化后易失活，使成本因素或应用受到限制。将其活
性部位的肽段通过固相肽合成技术连接到高分子载体上，对目标
酸）等，在PH值=1-2时所得PAn导电性能最好。氧化剂常用过
硫酸铵。
▪
PAn用质子酸掺杂后获得导电率达100s/m。但PAn难熔、
难溶，不易加工，目前问题是解决其加工性能。
▪ 3、聚吡咯（PPY）
▪ 由吡咯很容易在酸性水溶液中电化学聚合得到。易聚合成 致密膜，导电性好（100s/cm），稳定性较PA好。
▪ PPY可用质子酸掺杂或氧化还原掺杂。所得聚合物有各种 实用功能。
▪ PPY难溶难熔，很难与其它聚合物共混，但用吸附聚合方法 可制成聚吡咯与其它高分子的复合物，如在绝缘薄膜上或纤维 表面上渗透吡咯单体后进行化学聚合，则形成与薄膜或纤维结 合牢固的PPY表层，具有好的导电性。或用十二烷基磺酸铁作 氧化剂聚合PPY，可溶于普通溶剂如氯仿中。
▪
▪ 6、聚苯亚乙烯（PPV）
▪ 该物质具有许多优势，如易掺杂、易加工、导电性好、颜色 浅、有电致发光特性。
▪ 三、电子聚合物的应用
▪ 1、聚合物二次电池
▪ 2、金属防腐蚀与防污
▪
PPY与PAn在各种金属上有防腐功能，由于PAn与金属间
的电化学反应，在金属表面形成致密透明氧化膜。
▪ 3、电磁屏蔽和隐身
第六章 功能高分子材料
▪ 2、吸附材料的成孔技术
▪ 1）惰性溶剂致孔
▪
在悬浮聚合体系的单体相中，加入不参与聚合反应、能与
单体相溶、沸点高于聚合温度的惰性溶剂，在聚合完成后，溶剂
保留在聚合物珠体内，通过蒸馏、溶剂提取、冷冻干燥等处理，
除去聚合物珠体内的惰性溶剂，得大孔聚合物珠体。
▪
良溶剂适于制备比表面积大、孔径相对较小的树脂。通过
调节溶剂比例，可以控制孔径结构的变化。
▪ 2）线性高分子致孔
▪
在悬浮聚合体系的单体相中，加入线性高分子，随着聚合
的进行，作为线性高分子溶剂的单体逐渐减少和消失，使线性高
分子卷曲成团，在聚合完成后，采用溶剂提取出线性高分子，得
孔径较大的聚合物珠体。
▪ 3）后交联成孔
▪
以线性聚苯乙烯或低交联聚苯乙烯珠体为原料，采用