第五章功能高分子-感光性
《功能高分子材料》知识清单
《功能高分子材料》知识清单一、什么是功能高分子材料功能高分子材料是指那些具有特定的功能作用，如电学、光学、磁学、生物学等性能，且这些性能显著超出了传统高分子材料范畴的一类高分子材料。
它们不仅具备高分子材料的基本特性，如重量轻、耐腐蚀、易加工等，还因其特殊的功能而在众多领域发挥着关键作用。
二、常见的功能高分子材料及其特点1、导电高分子材料导电高分子材料通常具有共轭结构，能通过掺杂等方式提高其电导率。
常见的如聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等。
它们在电子器件、防静电材料、电磁屏蔽等方面有着广泛的应用。
这类材料的特点是电导率可调控，能在一定范围内根据需求进行改变。
2、高分子分离膜具有选择性透过功能，能让某些物质通过而阻止其他物质。
例如反渗透膜、超滤膜等。
其特点是分离效率高、能耗低、操作简便。
在海水淡化、污水处理、食品加工等领域大显身手。
3、高分子吸附剂对特定的物质有较强的吸附能力，如离子交换树脂。
它可以有效地去除溶液中的离子或分子。
特点是吸附容量大、选择性好、可再生使用。
常用于废水处理、药物分离等。
4、生物医用高分子材料这类材料与生物体相容性好，包括人工器官材料（如心脏起搏器的外壳）、药物载体等。
其突出特点是无毒、无刺激性，能在体内稳定存在并发挥作用。
5、感光高分子材料在光的作用下能发生化学或物理变化，如光刻胶。
常用于印刷制版、集成电路制造等。
具有感光度高、分辨率好等特点。
三、功能高分子材料的制备方法1、分子设计从分子水平上设计具有特定功能基团和结构的高分子。
这需要对高分子的化学结构和性能之间的关系有深入的理解。
2、共聚与共混通过共聚将不同性能的单体结合在一起，或者通过共混将不同的高分子材料混合，以获得具有综合性能的功能高分子。
3、接枝与交联在高分子主链上接枝特定的功能侧链，或者通过交联提高高分子的性能和稳定性。
4、掺杂对某些高分子进行掺杂，改变其电子结构和导电性能。
四、功能高分子材料的性能测试1、电学性能测试包括电导率、介电常数、击穿电压等的测定，以评估其导电和绝缘性能。
感光高分子材料介绍
一、定义
吸收了光能后，能在分子内或分子间产生化学、 物理变化的一类功能高分子材料。
如： 光导电材料、光电转换材料、光能储存材料、 光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料。
光化学过程：材料吸收光能后可能发生光化学反
应，从而改变材料的分子结构
光物理过程：材料吸收光能后也可能发生光物理
光 聚 合 性 单 体 + 高 分 子 化 合 物
单 独 光 聚 合 物
其 他 带 感 光 基 的 高 分 子
光 降 解 性 高 分 子
带 重 氮 基 和 叠 氮 基 的 高 分 子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
聚 乙 烯 醇 肉 桂 酸 酯 及 类 似 聚 合 物
其 他 的 感 光 性 化 合 物 + 高 分 子
重 氮 和 叠 氮 基 化 合 物 + 高 分 子
（2）芳香族重氮化合物 ＋ 高分子 有自由基和离子两种形式：
R R N2+ Xhv -N2 R +
+X
(Ⅰ)
+ X-
(Ⅱ)
已实用的芳香族重氮化合物： 双重氮盐 十 聚乙烯醇感光树脂
R ClN2 R N2Cl R R +2N2+2Cl
CH2
CH OH
n
+ Cl
CH2
CH O
n + HCl
R CH2 CH O + n + HCl
变化，改变材料的外观或物理性质。
凡是能够有效吸收特定波长的光辐射，进而发 生光化学或光物理过程，并表现出明显特殊有 用性质的高分子材料都可称为光敏高分子材料。
二、感光性高分子的分类
1、根据光反应的类型 光交联型，光聚合型，光分解型等。 2、根据感光基团的种类 重氮型，叠氮型，肉桂酰型，丙烯酸酯型等。 3、根据物理变化 光致不溶型，光致溶化型，光降解型，光导 电型，光致变色型等。
功能高分子的分类及用途
（2）按物理功能分为导电性高分子，高介电性高分 子，高分子光电导体等 用途：以导电高分子材料为例 该材料兼有高分子材料的易加工性和金属的 导电性，与金属相比，导电高分子材料具有加工 性好，工艺简单，耐腐蚀，电阻率可调范围大， 价格低等优点。应用主要有：电磁波屏蔽，微波 吸收材料，隐身材料等。
（3）按复合功能分为高分子吸附剂，高分子絮凝剂， 高分子表面活性剂，高分子染料，高分子稳定剂 等 用途：以高分子吸附剂为例 ①吸水性高分子吸附剂具有吸水速度快的特点 ②吸油性高分子吸附剂少则可吸自重的几倍，多则 近百倍的吸油量，吸油速度快且保油能力强，在 工业的废液处理以及环境保护方面具有广泛的用 途。
功能高分子的分类及用途
靖江市斜桥中学 季鋆
一.何为功能高分子？
定义:具有传递、转换或储存物质、能量和信 息作用的高分子及其复合材料。 特点：具有化学反应活性、光敏性、导电性、 催化性、生物相容性、药理性等
二.功能高分子的分类
（1）按化学功能可分为离子交换树脂，螯合树脂， 感光性树脂，氧化还原树脂，高分子试剂等 用途：以离子交换膜为例 含有H+结构，能交换各种阳离子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ叫阳离子 交换膜，含OH-能交换各种阴离子的称为阴离子交 换膜。它们主要用于水的处理，海水淡化，废水 处理，作电解隔膜和电池隔膜。
31图5—3甲醛分子的分子轨道、...
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第五章 感光性高分子
在光化学反应中，光是以光量子为单位被吸收 的。一个光量子的能量由下式表示：
E h h c
（5—2）
其中，h为普朗克常数（6.62×10-34 J·s）。 在光化学中有用的量是每摩尔分子所吸收的能
量。假设每个分子只吸收一个光量子，则每摩尔分 子吸收的能量称为一个爱因斯坦（Einstein），实 用单位为千焦尔（kJ）或电子伏特（eV）。
键的键能。由表中数据可见，λ=200～800nm的紫
外光和可见光的能量足以使大部分化学键断裂。
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第五章 感光性高分子
表5—1 各种波长的能量
光线名称 微波 红外线 可见光
波长 /nm 106～107 103～106
800
能量 /kJ 10-1～10-2 10-1～102
147
光线名称 紫外线
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第五章 感光性高分子
通常，如果参与成键的电子有2n个，就有2n个 分子轨道(n个成键轨道和n个反键轨道)。在光化学 反应中，人们感兴趣的分子轨道有五种类型：非键 电子的n轨道；π键电子的π轨道；σ键电子的σ 轨道；反键的π*反键轨道和反键σ*轨道。单键的 成键轨道是σ轨道，双键的成键轨道除了一个σ轨 道外，还有一个能级较高的π轨道。O、N等原子 周围的孤电子轨道是n轨道。
O－O N－N C－S C－N
138.9 160.7 259.4 291.6
C－Cl C－C C－O N－H
328.4 347C
413.4 436.0 462.8 607
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第五章 感光性高分子
2.2 光的吸收 发生光化学反应必然涉及到光的吸收。光的吸
功能高分子重点
吸水量可达自重的500倍到l 000倍，最高可达 5300倍。根据弗洛利公式，吸水能力与树脂组成、 交联度有关，此外还与外部溶液的性质有关． ▪ (二)保水性 ▪ 高吸水性树脂与普通的纸、棉吸水不同，后者加 压几乎可以完全把水挤出，而前者加压失水不多。 这是因为吸水性树脂一旦吸水就彭胀为凝胶状， 高分子网链被扩展而具有一定的弹性，因此，在 加压下也不易挤出水来，但吸水性树脂可与环境 水份保持平衡．
▪ 阴离于絮凝剂主要有聚丙烯酰胺和它的部 份水解产物或是丙烯酰胺与丙烯酸的共聚 物，此外，还有聚苯乙烯磺酸钠等。
▪ 阳离子絮凝剂。阳离于絮凝剂一般是在侧 基或支链上带有正电荷的阳离子聚电解质
▪ 如高分子量聚丙烯酰胺的改性产物
▪ 非离子絮凝剂。这类絮凝剂主要有聚丙烯 酰胺、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯等。
1、高分子化学反应的特点
相同点： 一般低分子化学反应包括氧化、还原、取代、 加成、消去、酯化、水解、氢化、卤化、 硝化、磺化、环化和配位等，也适用于高 分子．
高分子化学反应的特点
不同点： (l)高分子链含有大量具有反应能力的功能基，当 进行化学反应时，并非所有的基团都参与反应， 故不易分离出单一结构的产物． (2)高分子与化学试剂反应，如属非均相反应，则 试剂在高分子相内的扩散速度对反应的程度影 响很大． (3)由于高分子链很长，在物理或化学的因素作用 下，容易发生降解或异构化，甚至交联．
高分子絮凝剂的特点
▪ 一般低分子无机盐类混凝剂)是通过电荷中和 作用使胶粒碰撞而聚集沉降的。就应用的宏 观效果看，与无机混凝剂相比．高分子絮凝 剂的主要特点是用量少、效果好、适用范围 宽、所形成的絮体大、沉降快、污泥量少且 易于脱水处理
功能高分子材料知识点
第一章1、什么是功能高分子材料？与普通高分子材料的区别、什么是功能高分子材料？与普通高分子材料的区别? 功能高分子材料是指那些具有独特物理特性（如光，电，磁灯）或化学特性（如反应，催化等）或生物特性（治疗，相容，生物降解等）的新型高分子材料。
区别：区别：常规高分子材料由于其分子量巨大，分子内缺少活性官能团，通常表现为难以形成完整晶体，难溶于常规溶剂，没有明显熔点，不导电，并呈现化学惰性等共同特性。
功能高分子材料带有特殊物理化学性质和功能，其性能和特征都大大超出了常规高分子。
第二章1、高分子试剂与普通试剂相比的优缺点。
、高分子试剂与普通试剂相比的优缺点。
优点：a) 简化操作过程。
b) 有利于贵重试剂和催化剂的回收和再生。
c) 可提高实际的稳定性和安全性。
d) 所谓的固相合成工艺可以提高化学反应的机械化和自动化程度。
e) 提高化学反应的选择性。
f) 可以提供在均相反应条件下难以达到的反应环境。
缺点：a) 增加实试剂生产的成本。
b) 降低化学反应速度。
2、常用试剂的辨认（种类、判断官能团）、常用试剂的辨认（种类、判断官能团）。
高分子氧化剂（高分子过氧酸）：稳定性好，贮存、运输、使用方便高分子还原剂（高分子锡还原试剂）：稳定性好、无气味、低毒性、还原某些羰基化合物、选择性还原二醛中的一个、定量的将卤代烃中的卤素转变为氢优点：选择性高，可再生。
3、常用的氧化还原试剂，卤代试剂，酰基化试剂分别有哪些、常用的氧化还原试剂，卤代试剂，酰基化试剂分别有哪些？常用的氧化还原试剂：醌型，硫醇型，吡啶型二茂铁型，多核芳香杂环型。
卤代试剂：二卤化磷型，N-卤代酰亚胺型，三价碘型。
酰基化试剂（分别使氨基，羧基和羟基生成酰胺，酸酐和酯类化合物）：高分子活性酯和高分子酸酐。
4、高分子氧化还原试剂——特点：能够在不同情况下表现出不同的反应活性。
——特点、高分子氧化还原试剂——特点：高分子氧化还原试剂具有可逆的氧化还原特性醌型硫醇型吡啶型二茂铁型多核芳香杂环型第三章1、复合型导电高分子材料的定义、构成，与本征型的区别。
新课标高中化学人教版选择性必修123册化学天地〖功能高分子〗
功能高分子功能高分子是在合成或天然高分子原有性能的基础上，再赋予其传统性能以外的各种特定功能（如化学活性，选择性分离性能，光、电、磁特性，导电性，电致发光，催化活性，生物相容性，生物降解性，液晶性等）而制得的高分子。
功能高分子是在202170年代发展起来的新领域，其研究范围很广，近年来取得了很大进展，是高分子科学最为活跃的研究领域之一。
（1）结构特点功能高分子一般在主链或侧链上具有显示某种功能的基团，其功能性的显示往往是复杂的、协同的。
不仅决定于高分子链的化学结构，包括结构单元的顺序、相对分子质量及其分布等，还决定于高分子链的构象和聚集时的高级结构等，后者对于生物活性功能的显示更为重要。
功能高分子的特殊功能，主要由它的链结构，链上的功能基的种类、数量和分布，以及高分子的聚集态所决定。
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，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，功能高分子甚至表现出许多单体模型化合物所没有的特殊功能。
这种差异可统称为高分子效应。
高分子效应的表现是多方面的，归纳起来有以下5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的高分子像一个骨架，所有的功能基都连在骨架上，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，如产生协同效应，使两个或更多的功能基同时与一个金属离子配位，提高了配合物的生成常数。
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，相当于对功能基起稀释作用，相距较近则起浓缩作用。
例如，高分子作载体使用时，起催化作用的金属原子与功能基配位就能提高催化活性，功能基相对靠近又起到浓缩作用，能提高反应速率。
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离，形成新的子体聚合物。
其子体聚合物相对分子质量的大小、序列结构等都受到母体聚合物的影响。
感光高分子
以发射磷光的方式放出能
量，而回复到基态。
添加各种有效的光引 发剂或光增感剂
• 1823年发现用沥青涂料制作的照相布景在强光的长期照射下，产生了交联现 象。 • 1903年，才首次运用光固化原理，将不饱和酸类和不饱和酮类涂料制成图像 来刻饰标牌。
史
感光性高分子发展简
• 1940年开始，用感光性高分子制成的光刻已经大量应用于印刷电路工业。
一些带有感光基团的单体
感光性高分子功能及应用
感光高分子功能性质
感光高分子具有制作照相图像、制作固化膜、降解老化、 催化及其他反应、固相表面改性等功能。 照相功能：感光性高分子是主要的光致抗蚀剂和印刷制版
的感光材料，它属于非银盐感光材料。（与传统制版工业相比，
用光刻胶制版，具有速度快、重量轻、图案清晰等优点。）
吸收光的过程可能是借助于其他感光 性低分子物（光敏剂），当光敏剂吸收 光能后再引发高分子物的化学变化。
感光作用机理
•分子具有三种能量：即转动能、振动能、电子能。在末吸收外界能量时，它处于基态(D)，分子中的
电子处于成键轨道，配对自旋。分子一旦吸收了光的能量，振动能、转动能虽有增大，但以电子的激发能 量增加为最大。 分子受光照激发后，可能发生如下反应：（D*属于激发态分子）
感光化 合物+高 分子型 重氮和 叠氮基 化合物 + 高分子 重铬 酸盐 + 高分 子
重要的感光性高分子
高分子化合物+增感剂：
重络酸盐+亲水性高分子 重络酸盐导致高分子化合物光固化。
芳香族叠氮化合物+高分子 叠氮基具光学活性，能直接吸收光而分 解为亚氮化合物和氮。
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2
3
芳香族重氮化合物+高分子 有自由基和离子两种形式。
功能高分子
功能高分子功能高分子，英文名functional polymers。
在合成或天然高分子原有力学性能的基础上，再赋予传统使用性能以外的各种特定功能（如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等）而制得的一类高分子。
一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团，其功能性的显示往往十分复杂，不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构，还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等，后者对生物活性功能的显示更为重要。
背景功能高分子材料从20世纪50年代才初露端倪，到70年代方成为高分子学科的一个分支，目前正处于成长时期。
功能高分子材料从功能上大致可分为四类：第一类是化学功能，包括离子交换、催化、光聚合、光分解、光降解等；第二类是物理功能，包括导电、热电、压电、超导、磁化、光弹性等；第三类是介于化学、物理之间的功能，包括吸附、膜分离、高吸水、表面活性等；第四类是生理功能，包括生理组织适应性，血液适应性等。
下面列举几种日常生活中可能遇到的功能高分子材料制品。
光敏高分子经光照吸收光能后在结构上发生化学变化或物理变化的高分子。
又称光敏树脂。
它广泛用于印刷版、光刻胶，光敏油墨、光敏油漆等方面。
有的高分子吸收不同波长的光后能使结构发生可逆的变化而引起吸收光谱的变化，这类高分子称光致变色高分子。
电学功能高分子有些共轭双键体系的高分子如聚乙炔等，具有半导体性质，称为高分子半导体，如在电子非定域化的分子间分子轨道相互作用很强，则由于载流子的生成和转移容易进行，会表现出很强的电学性能，这称为导电高分子；光照后能产生光生伏打效应的，称为光导高分子（聚乙烯咔唑／三硝基芴酮）；聚偏氟乙烯及其共聚物在热及压力作用下能产生热电及压电效应的，称为热电及压电高分子。
催化功能高分子酶是天然高分子催化剂，模仿天然酶、参照酶的活性中心，并与高分子效应结合而合成的高活性、高选择性催化剂叫模拟酶，如高分子催化剂及高分子金属催化剂；为克服酶的水溶性缺点，将酶用高分子限定在一定空间内，称固定化酶。
5 功能高分子材料
光交联型高分子
感光高分子材料 光分解型高分子
光致变色高分子
1．光交联型高分子
在光照下，分子链间能发生交联偶合反应的感光性高分子。
同时由于液晶分子的取向特性，纤维可以在较 低的拉伸倍率下获得较高的取向度，避免纤维在 高拉伸倍率下，产生内应力和损伤纤维，从而可 以获得高强度、高模量、综合性能好的纤维。
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聚对苯二甲酰对苯二胺纤维不同纺丝方法 的力学性能对照 纺丝方法
纺丝液浓度（%） 纺丝液温度（oC） 纺丝液光学性质 纤维拉伸强度（克/袋） 断裂伸长率（%） 初始模量（克/袋）
弱碱性阴离子交换
大孔离子交换树脂
大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同的骨架结 构，在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再引 入化学功能基团，便可得到大孔离子交换树脂
优点：
通过在合成时加入惰性致孔剂，克服了普通凝胶 树脂由于溶胀现象，产生的“暂时孔”现象，从 而强化了离子交换的功能； 减少了凝胶树脂在离子交换过程中的“有机污染 ”现象（大分子不易洗脱）； 可以通过致孔剂选择调整孔径大小、树脂的比表 面积，以适应不同的分离要求。
离子交换树脂的应用——蛋白提纯
• 树脂预处理
• 离子交换吸附 • 洗脱
离子交换树脂的应用——水处理
工业用水里存在钙、镁、 两价和三价的铁离子，易使 管道和锅炉结垢。用聚苯乙 烯磺酸型离子交换树脂可以 对水进行软化处理 用于原子能、半导体、电 子工业、高温高压锅炉的水， 要求高质量的无离子水。采 用离子交换树脂混合床法可 使水去离子化
具有化学功能的高分子材料
(a)主链导入型 C C C
(b)侧链导入型
(c)混合型
C C ＋C
图 3－1 感光高分子的组成
一、感光材料的功能基础 ――光化学反应
对有机化合物的光化学反应进行的大量研究， 是从五十年代到六十年代开始的，其后便迅速
发展起来，现在对于许多有机化合物的详细反
应机理已经搞清，并达到了系统化。开展光功
为考察对光功能材料进行分子设计的指导原则， 现举出在光化学反应和化合物的结构以及物性 等方面，材料是如何显示出功能的一个具体实 例进行探讨。图（3－3）所示的偶氮苯的顺反 式结构异构化，是有机光化学的基本反应实例， 包括多种衍生物在内，对这些光化学机理，人 们正进行仔细地研究。 有关这种光反应的化学和物理变化的主要内容， 可举出以下几种：
（4）以偶氮苯为交联剂合成的聚丙烯酸 乙酯 , 制成膜后用紫外光照射则收缩； 相反如用可见光照射，则能看到伸长。
这是一种光化学反应。因此，这种化合
物可能会成为今后将光能直接转换成机 械能的材料。
（5）将偶氮苯导入高分子主链，在溶液 中用紫外光照射，可将此高聚物异构化 为顺式结构，溶液的粘度减少 60 ～ 70 ％。 根据受光感应所引起的粘度变化，可考
光聚合性单体中混入低聚物，从而引起光聚合
的物质。除感光树脂之外，安息香还应用于光
固化性油墨和涂料等。
4）异构化反应
所谓异构化反应，是指组成反应物和生成物的 原子不变，而只生成结构不同的物质（结构异 构体）的反应。由光或热的作用引起的异构化 反应，其逆反应也有很多实例。特别是利用可 逆的光异构化反应，可以设计出各种光功能性 材料。首先考虑的是光敏材料。所谓光致变色 现象（photochromism）,是经光照射而发生的 一种可逆的变色现象。
功能高分子
一绪论1 功能高分子的基本概念（1）功能高分子：在天然或合成高分子的主链或支链上引入某种功能的官能团，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、医学等方面的特殊功能的高分子。
（2）功能高分子材料学：以功能高分子材料为研究对象，探讨其结构组成、制备方法、功能特性的科学。
研究功能高分子材料的功能基团、分子组成和材料结构与性能之间的联系（3）高分子的发展方向：通用高分子的高性能化和高分子的多功能化2功能高分子的分类按其性质、功能或实际用途反应性高分子材料；光敏型高分子；电性能高分子材料；高分子分离材料；高分子吸附材料；高分子智能材料；医药用高分子材料；高性能工程材料。
二化学功能高分子材料1 高分子试剂和固相合成（1）高分子试剂①高分子试剂研究的主要内容：通过功能基化的方法把有机合成反应中的试剂、反应底物键合到聚合物上，然后用这种聚合物承载的试剂或反应底物进行合成反应。
②高分子试剂制备方法：通过小分子化学试剂的功能化方法制备，经过高分子化的化学反应试剂，保持原有试剂性能外，还具有一些其他功能。
③与相应小分子试剂相比，高分子试剂的特点：易于分离回收，操作过程简便；稳定性和安全性好，毒臭燃爆性降低；可利用高分子效应，提高反应选择性；可利用高分子效应，控制反应微环境；由于骨架的空阻，反应活性往往降低；由于制备复杂，试剂成本往往增加；耐热性差，不利于高温反应。
④主要包括：氧化-还原树脂；高分子氧化剂；高分子还原剂；高分子传递性试剂；其它：高分子缩合剂、高分子农药/药物等。
(2)高分子载体上的固相合成概念：高分子载体上的固相合成：采用不溶于反应体系的低交联度高分子材料作为载体，将反应试剂通过与高分子上活性基的反应固定于其上。
反应过程中中间产物始终与载体相连，从而使有机合成在固相上进行。
反应完成后再将产物从载体上脱下。
特点：分离纯化步骤简化；反应总产率高；合成方法可程序化、自动化进行；可进行分子设计，合成有特定序列的高分子。
功能高分子材料-4(感光)
N + N2
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（a）水溶性芳香族双叠氮类感光高分子
N3
CH CH
N3
SO3Na
SO3Na
4, 4'-二叠氮芪 -2, 2'- 二磺酸钠
N3 NaO3S
N3
SO3Na
1, 5-二叠氮萘 -3, 7-二磺酸钠
它们可与水溶性高分子或亲水性高分子配合组 成感光高分子。常用的高分子有聚乙烯醇、聚乙烯 吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、乙烯醇—马 来酸酐共聚物、乙烯醇—丙烯酰胺共聚物、聚乙烯 醇缩丁醛、聚醋酸乙烯酯等。
是真正的感光性高分子。因为在这些材料中，高分 子本身不具备光学活性，而是由小分子的感光化合 物在光照下形成活性种，引起高分子化合物的交 联。在本节中将介绍真正意义上的感光高分子，在 这类高分子中，感光基团直接连接在高分于主链 上，在光作用下激发成活性基团，从而进一步形成 交联结构的聚合物。
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（1）感光基团的种类
O CH CH C
O
或
C CH CH
+N
CH CH
CO C N
CO CH
N3 ,
SO3N3
N2+
300~400
250~400
视R而定 200～400 260～470 300～400
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（2）具有感光基团的高分子的合成方法 通过高分子反应在聚合物主链上接上感光基团 通过带有感光基团的单体进行聚合反应而成
2
所谓光致抗蚀，是指高分子材料经过光照后， 分子结构从线型可溶性转变为网状不可溶性，从而 产生了对溶剂的抗蚀能力。而光致诱蚀正相反，当 高分子材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反 应，从而变为可溶性。
5 功能高分子
充的情形相类似。但由于纤维状填料的接触几率更大,因
此在填充量很少的情况下便可获得较高的导电率。
结构型导电高分子是指高分子材料本身或经少量掺 杂后具有导电性的高分子物质,一般由电子高度离域的共
轭聚合物经过适当电子给体或受体掺杂后制得。
离子型导电高分子通常又叫高分子固体电解质，其导电
时的载流子主要是离子。 电子型导电高分子指的是以共轭高分子为主体的导电高
p型掺杂是由于导电高分子的部分氧化，即： x 聚合物 (聚合物+y)x + (xy)en型掺杂则是由于导电高分子的部分还原，即： x聚合物+ (xy)e- (聚合物-y)x 上述过程可通过电化学或化学方法完成。为了维持 电中性，p型掺杂和n型掺杂都必须提供一个对离子，如 (聚合物+y)x + （xy）A- (聚合物+y)A-yx (聚合物-y)x + （xy）M+ M+y(聚合物-y) x
3.复合功能
高分子、高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子 表面活性剂、高分子染料、高分子稳定剂、高分 子相溶剂、高分子功能膜和高分子功能电极等 4.生物、医用功能
抗血栓、控制药物释放和生物活性等
从制造和结构的角度考虑： 结构型功能高分子 复合型功能高分子
按照功能特性通常可分成以下几类：
（1）分离材料和化学功能材料 （2）电磁功能高分子材料 （3）光功能高分子材料 （4）生物医用高分子材料
隐身材料
所谓隐身材料是指能够减少军事目标的雷达特征、
红外特征、光电特征及目视特征的材料的总称。由于雷 达是军事目标侦查的主要手段,所以雷达波吸收材料的研 制是关键。自从导电聚合物的出现,其作为新型的雷达波 吸收材料成为研究的热点。美国、日本、法国、印度及 中国相继开展了导电聚合物雷达波吸收材料的研制,尤其 是美国空军投资开发的高聚物雷达波吸收材料，为隐身 战斗机和侦察机制造“灵巧蒙皮”的设想和计划奠定了 基础，进一步刺激了导电聚合物雷达隐身技术的发展。
《功能高分子 》课件
VS
详细描述
功能高分子材料具有良好的光电性能和化 学稳定性，可用于制造太阳能电池和燃料 电池。同时，一些功能高分子材料还可作 为锂电池的电极材料，提高电池的能量密 度和安全性。
04 功能高分子材料的未来发 展
新材料开发
高性能化
通过改进合成方法、引入新型功 能基团等方式，提高功能高分子 的性能，如强度、耐热性、耐腐 蚀性等。
功能高分子材料
指在分子水平上设计并合成的高分子 材料，具有特定功能和性能，以满足 各种应用需求。
分类
01
02
03
按功能分类
导电高分子、光敏高分子 、磁性高分子、吸附分离 高分子等。
按合成方法分类
加聚型、缩聚型、共聚型 等。
按应用领域分类
电子、能源、环保、生物 医药等。
常见功能高分子材料
导电高分子材料
环保领域
总结词
功能高分子材料在环保领域的应用包括水处理、空气净化、 土壤修复等。
详细描述
功能高分子材料具有吸附、分离、富集等功能，可用于水处 理和空气净化。同时，一些功能高分子材料还可用于土壤修 复，帮助去除重金属和有害物质。
新能源领域
总结词
功能高分子材料在新能源领域的应用包 括太阳能电池、燃料电池、锂电池等。
能源环保
利用功能高分子材料的特殊性质，开发高效能电 池、太阳能电池、环境治理材料等，推动清洁能 源和环保产业的发展。
智能制造
利用功能高分子材料的传感和响应特性，开发智 能传感器、驱动器等关键部件，推动智能制造和 工业自动化的发展。
绿色可持续发展
可降解性
开发可生物降解的功能高分子材料，降低对环境的污染和资源消 耗。
智能化
利用传感器、响应性高分子等技 术，开发具有自适应、自修复、 自感知等功能的智能高分子材料 。
光功能高分子材料(知识学习)
光功能高分子材料光功能高分子材料是指能够对光进行传输、吸收、储存、转换的一类高分子材料。
这类高分子材料主要包括感光性树脂、光致变色材料、光降解材料及光导纤维。
感光性树脂是在光的作用下能迅速发生光化学反应 ,引起物理和化学变化的高分子。
这类树脂在吸收光能量后使分子内或分子间产生化学的或结构的变化。
吸收光的过程可由具有感光基团的高分子本身来完成 ,也可由加入感光材料中的感光性化合物(光敏剂)吸收光能后引发光化学反应来完成。
感光性树脂在印刷布线、孔板制造、集成电路和电子器件加工、精密机械加工及复印、照相等方面的应用愈来愈广泛。
含有光色基团的化合物受一定波长的光照射时发生颜色变化 ,而在另一波长的光或热的作用下又恢复到原来的颜色 ,这种可逆的变色现象称为光色互变或光致变色。
已经知道 ,硫代缩胺基脲衍生物与汞(Hg)能生成有色络合物 ,是化学分析上应用的灵敏显色剂。
在聚丙烯酸类高分子侧链上引入这种硫代缩胺基脲汞的基团 ,则在光照时由于发生了氢原子转移的互变异构 ,发生变色现象。
迄今为止 ,光致变色高分子的应用开发工作尚处在起步阶段 ,但其应用前景是十分诱人的。
光致变色材料在全息记录介质、计算机记忆元件、信号显示系统、感光材料等方面有广泛的应用。
例如 ,可作为窗玻璃或窗帘的涂层 ,从而调节室内光线;可作为护目镜从而防止阳光、激光以及电焊闪光等的伤害;在军事上 ,可作为伪装隐蔽色或密写信息材料;还可作为高密度信息存储的可逆存储介质等。
我国已把光致变色材料列入 863 高科技计划 ,国内一些单位已相继开展这方面的工作并已取得可喜的成果。
为了解决高分子废弃物所造成的公害 ,研究了用时稳定 ,不用时在阳光暴晒下能发生降解的光降解高分子。
要实现这种光降解 ,一是直接合成能被光降解的高分子;另一种方法是加入能促进降解的试剂。
在聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中加入 0105 %的光降解剂(如乙醛基水杨酸的铁、锰、铜盐) ,约经100h ,这些聚合物就发生降解。
功能高分子材料知识点
第一章1.什么是材料的功能，什么是材料的性能，举例说明。
第1页材料的功能，从本质上来说是向材料输入某种能量和信息，经过材料的储存、传输或转换等过程，再向外输出的一种特性。
如化学性、导电性、磁性、光敏性、生物活性等。
材料的性能是指材料对外部作用的表征与抵抗的特性，如对外里的抵抗表现为强度、模量，对热的抵抗表现为耐热性，对光、电、化学药品的抵抗表现为材料的耐光性、绝缘性、耐化学药品性等。
2.功能高分子材料的制备方法以及各自的特点。
第4页方法：（1）功能性小分子的高分子化，高分子化学反应引入预期的功能基团。
功能性小分子的高分子化主要优点在于可以使生成的功能高分子功能基团分布均匀，生成的聚合物结构可以通过小分子分析和聚合机理加以预测，产物的稳定性高，但这种方法需在功能性小分子中引入可聚单体，从而使反应较为复杂，同时在反应中反应条件对功能基团会产生一定的影响，需对功能集团加以保护，使材料的成本增加。
例如，高吸水性树脂可以通过将亲水性基团的丙烯酸钠进行自由基聚合实现。
利用高分子化学反应制备功能高分子的主要优点在于合成或天然高分子骨架是现成的，可选择的高分子母体多，来源广，价格低廉。
但是在进行高分子化学反应时，反应不可能100%完成，尤其是在多不得高分子化学反应中，制的的产物中含有未反应的官能团，即功能集团较少，功能基团在分子链上的分布也不均匀。
例如聚苯乙烯、尼龙、淀粉都可以作为高分子母体。
（2）通过特殊加工赋予高分子的功能特性。
许多聚合物通过特定的加工方法和加工工艺，可以较精确地控制其聚集状态结构及宏观状态，从而使之体现出一定的功能性。
例如，许多塑料可以经过适当的制膜工艺，制成具有分离功能的多孔膜和致密膜。
（3）通过普通聚合物与功能材料的复合，制成复合型功能高分子材料。
这种制备方法简便快速，不受场地和设备限制，不受聚合物和功能性化合物官能团反应活性的影响，适用范围宽，功能基团的分布较均匀。
但其共混体不稳定，在使用条件下（如溶胀、成膜等）功能聚合物易由于功能小分子的流失而逐步失去活性，如固定化酶。
光功能高分子材料文稿演示
第五章 光功能高分子材料_概述
• 三．光化学定律和量子效率
• 光化学第一定律：只有被分子吸收的光才能有效地 引起化学反应。
• 光化学第二定律：一个分子只有在吸收了一个光量 子之后，才能发生光化学反应。
• பைடு நூலகம்子效率Φ可定义为：
光化学过程中起反应 分的 子数
吸收的光量子数
• 光化学反应的量子效率：光化学过程的速度与吸收 光的速度的比值
• 4）高分子荧光剂和高分子夜光剂：荧光或磷光量子 效率较高的聚合物，具有光致发光功能，可用于各种 分析仪器和显示器件的制备
• 5）光能转换聚合物：能够吸收太阳光，并具有能将 太阳能转化成化学能或者电能的装置，称为光能转换 装置，其中起能量转换作用的聚合物称为光能转换聚 合物。可用于制造聚合物型光电池和太阳能水解装置
• 三线态：记为T，当一个分子束通过强磁场时，若分子 中有两个自旋方向相同的电子，在磁场中会分解成三种 不同的态 ，此时分子处于三线态
第五章 光功能高分子材料_概述
• 单线态：如果分子中两个电子自旋方向相反，则磁场 不分解分子束，如基态，记为S
• 有机化合物分子在基态时，电子都自旋相反，所以均 处于单线态，只是在被激发后的激发态才有单线态和 三线态之分。
超极化性质，具有明显二阶或三阶非线性光学性质的 高分子材料，具有光倍频、电折射控制、光频率调制 等性质，是光电子工业的重要材料 • 10）高分子光力学材料：光作用下材料分子结构的变 化引起材料外形尺寸变化，从而发生光控制机械运动
第五章 光功能高分子材料_概述
• 材料的光学特性：
• 光的传播方式：在光的能量损失很小或频率变化不 大的情况下，光在介质中发生传播方向上的偏转或 速度上的减缓现象，如光折射、散射、双折射和旋 光等。取决于化学结构与材料的形态。
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生光化学反应。利用这一特性，在配制感光液时，
加入氨水使之成碱性，可长期保存，不会反应。成 膜时，氨挥发而使体系变为酸性，光化学反应能正 常进行。
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第五章 感光性高分子
（2）芳香族重氮化合物 ＋ 高分子 芳香族重氮化合物在光照作用下发生光分 解反应，产物有自由基和离子两种形式：
R R N2+ Xhv -N2 R + + X(Ⅱ) +X (Ⅰ)
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第五章 感光性高分子
该聚合物受光照形成丁烷环而交联。
CH2
CH
n CH hv CH CH2 OCO CH n CH2 CH n CH CH CH2 OCO CH n
OCOCH + CH
OCOCH CH
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第五章 感光性高分子
下面的例子都是将具有感光基团的化合物与高
分子反应制得感光性高分子的。
第五章 感光性高分子
1 概述 感光性高分子是指在吸收了光能后，能在分子 内或分子间产生化学、物理变化的一类功能高分子 材料。而且这种变化发生后，材料将输出其特有的 功能。从广义上讲，按其输出功能，感光性高分子 包括光导电材料、光电转换材料、光能储存材料、 光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。
1
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第五章 感光性高分子
2 感光性高分子材料 2.1 感光性高分子的分类 （1）根据光反应的类型分类 光交联型，光聚合型，光氧化还原型，光二 聚型，光分解型等。 （2）根据感光基团的种类分类 重氮型，叠氮型，肉桂酰型，丙烯酸酯型等。 （3）根据物理变化分类 光致不溶型，光致溶化型，光降解型，光导 电型，光致变色型等。
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第五章 感光性高分子
上述反应中，（I）是光分解反应，而（II）
是热分解反应。两者的比例取决于取代基的效应。
取代基的吸电子能力越大，则（I） 越容易发生。 但从感光高分子的实用角度看，无论反应（I） 还
是反应（II）均可引起光固化作用，因此，并不需
要加以区别。
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第五章 感光性高分子
例如下面是一种已实用的芳香族重氮化合物：
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CH
CH
第五章 感光性高分子
续表6-2
肉桂叉乙酰基
O
C O
CH
CH
CH
CH
300~400
O CH CH C
苄叉苯乙酮基
或
O C CH CH
250~400
苯乙烯基吡啶基 α-苯基马来酰亚胺 基
+
N
CH
CH
视R而定 200～400
SO3N3
CO N CO
N3 ,
C CH
叠氮基
重氮基
260～470
300～400
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第五章 感光性高分子
（1）感光基团的种类
在有机化学中，许多基团具有光学活性，其中以肉桂酰基最为 著名。此外，重氮基、叠氮基都可引入高分子形成感光性高分子。 一些有代表性的感光基团列于表6—2中。 表6—2 重要的感光基团
基团名称
烯基 肉桂酰基
O C O
结构式
C C
吸收波长 /nm
＜200 300
(Cr2O2＝)、酸性铬酸离子 (HCrO4－)以及铬酸离子
(CrO4＝)等形式存在。其中只有 HCrO4－是光致活 化的。它吸收250nm，350nm和440nm附近的光而 激发。因此，使用的高分子化合物必须是供氢体， 否则不可能形成HCrO4－。
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第五章 感光性高分子
当pH＞8时，HCrO4－不存在，则体系不会发
其 他 的 感 光 性 化 合 物 + 高 分 子
重 氮 和 叠 氮 基 化 合 物 + 高 分 子
重 铬 酸 盐 + 高 分 子
图5—1 感光性高分子分类
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第五章 感光性高分子
3.2 重要的感光性高分子
3.2.1 高分子化合物＋增感剂 这类感光性高分子是由高分子化合物与增感剂 混合而成。它们的组分除了高分子化合物和增感剂 外，还包括溶剂和添加剂（如增塑剂和颜料等）。 增感剂可分为两大类：无机增感剂和有机增感 剂。代表性的无机增感剂是重铬酸盐类；有机增感 剂则主要有芳香族重氮化合物，芳香族叠氮化合物 和有机卤化物等，下面分别介绍。
4,4'-二（4'-叠氮苄叉）环己酮
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第五章 感光性高分子
将这些叠氮化合物与天然橡胶、合成橡胶或将它们环 化的环化橡胶配合，即可得到性能优良的感光性高分子。 其光固化反应主要是亚氮化合物向双键的加成。
CH2 CH + N3 CH CH2 O CH CH CH N3 + CH CH2 CH2 hv -2N2
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第五章 感光性高分子
对双叠氮化合物的研究证明，其光分解并非是 吸收一次光而产生两个亚氮化合物的，而是两个叠 氮基团分步激发的。
N3
R
N3
hv
N3
R
N
hv
N
R
N
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第五章 感光性高分子
芳香族叠氮化合物品种繁多，通过与各种高 分子组合，已经研制出一大批芳香族叠氮类感光 高分子。按其使用形式来看，可分成两大类。 （a）水溶性芳香族双叠氮类感光高分子 例如如下的典型例子。
hv
HN 3
HN
N2
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第五章 感光性高分子
同样，烷基叠氮化合物和芳基叠氮化合物都可 直接吸收光而分解为中间态的亚氮化合物与氮。
RN3
hv
RN
+ N2
N3
hv
N
+ N2
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第五章 感光性高分子
烷基叠氮化合物中的烷基是孤立存在的，吸收 光波后，两者能量不连续，因此需吸收较短的波长 才能激发（300nm以下），而芳香族叠氮化合物在 300nm以上有大的吸收，这认为是被芳香环所吸收 的能量转移至叠氮基的缘故。换言之，芳香族叠氮 化合物中的芳香环和叠氮基在能量上是连续的。因 此，在用于感光高分子时，都采用芳香族叠氮化合 物。此外，一元叠氮化合物在感光高分子应用中用 处不大，有用的是二元叠氮化合物。
+ Cr + H2 ［Ⅲ］
第五章 感光性高分子
然后，三价铬与具有酮结构的PVA配位形成交联固化 结构，完成第二阶段反应。
C O C O CH2 + Cr[III] O C
CH2
C O
CH2
Cr[III] O CH2 C CH2
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第五章 感光性高分子
在重铬酸盐水溶液中，Cr[VI]能以重铬酸离子
CH CHCOC1 OCOCH 酚醛树脂 CH2 CH n
CH3 环氧树脂 C CH3 聚甲基丙烯 酸羟乙酯 CH2 CH3 C
n
O
CH2
CH
CH2
O CH
n
+
OCOCH
COO 苯乙烯 CH2 CH
CH2CH2
OCO
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第五章 感光性高分子
感光性粘合剂、油墨、涂料是近年来发展较快 的精细化工产品。与普通粘合剂、油墨和涂料等相 比，前者具有固化速度快、涂膜强度高、不易剥 落、印迹清晰等特点，适合于大规模快速生产。尤 其对用其他方法难以操作的场合，感光性粘合剂、 油墨和涂料更有其独特的优点。例如牙齿修补粘合 剂，用光固化方法操作，既安全又卫生，而且快速 便捷，深受患者与医务工作者欢迎。
光聚合型
带感光基团的聚合物
感光化合物 + 高分子型
感 电 子 束 和 X 射 线 的 高 分 子
光 聚 合 性 单 体 + 高 分 子 化 合 物
单 独 光 聚 合 物
其 他 带 感 光 基 的 高 分 子
光 降 解 性 高 分 子
带 重 氮 基 和 叠 氮 基 的 高 分 子
聚 乙 烯 醇 肉 桂 酸 酯 及 类 似 聚 合 物
双重氮盐 十 聚乙烯醇感光树脂 这种感光树脂在光照射下其重氮盐分解成自由 基，分解出的自由基残基从聚乙烯醇上的羟基夺氢 形成聚乙烯醇自由基。最后自由基偶合，形成在溶 剂中不溶的交联结构。 该光固化过程中，实际上常伴随有热反应。
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第五章 感光性高分子
其反应过程如下：
R ClN2 R N2Cl R R +2N2+2Cl
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N2+
第五章 感光性高分子
（2）具有感光基团的高分子的合成方法
这类本身带有感光基团的感光性高分子有两
种合成方法。一种是通过高分子反应在聚合物主 链上接上感光基团，另一种是通过带有感光基团 的单体进行聚合反应而成。用这两种方法制备感 光性高分子各有其优缺点。下面分别介绍。
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第五章 感光性高分子
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第五章 感光性高分子
N3 CH SO3Na CH SO3Na N3 N3 NaO3S N3
SO3Na
4, 4'-二叠氮芪 -2, 2'- 二磺酸钠
1, 5-二叠氮萘 -3, 7-二磺酸钠
它们可与水溶性高分子或亲水性高分子配合组 成感光高分子。常用的高分子有聚乙烯醇、聚乙烯 吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、乙烯醇—马 来酸酐共聚物、乙烯醇—丙烯酰胺共聚物、聚乙烯 醇缩丁醛、聚醋酸乙烯酯等。
第五章 感光性高分子
其中开发比较成熟并有实用价值的感光性高分
子材料主要是指光致抗蚀材料和光致诱蚀材料，产 品包括光刻胶、光固化粘合剂、感光油墨、感光涂 料等。
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第五章 感光性高分子
所谓光致抗蚀，是指高分子材料经过光照后，分子结 构从线型可溶性转变为网状不可溶性，从而产生了对 溶剂的抗蚀能力。而光致诱蚀正相反，当高分子材料 受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从而变为 可溶性。
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第五章 感光性高分子
（b）溶剂型芳香族双叠氮类感光高分子