第五章高分子功能膜材料
合集下载
第五章第二节第二课时功能高分子材料
为什么一种不可吸水一种可吸水？
亲水基团
线型结构
餐巾纸
保鲜膜
材料
主要成分
保鲜膜
聚乙烯
餐巾纸
纤维素
结构简式
无
OH
（C6H7O2） OH
OH
纤维素链
H
O H
O
H
O H 亲水基
HH
O
氢
键
H
O H
O
H
O
H
H
O
HH
O
O
H
官能团
H
因此，餐巾纸可吸水性，保鲜膜不可吸水。
—OH
n
亲水基团
对比：
种类
吸水性
保水性
传统吸水性材料
，易发生 加成 反应和
___
氧化 __反应。
提示 实验室中盛放 KMnO4溶液、浓HNO3、
液溴、汽油、苯、四氯化碳等有机试剂 的
试剂瓶的瓶塞不能用橡胶塞。
➢有无办法对橡胶进行改性，使它克服这些缺点？
P147
思考与讨论：在橡胶工业中，天然橡胶与合成橡胶一般都要经过
硫化工艺，将橡胶的线型结构转变为网状结构。在制备高吸水性
线型
网状
在合成高吸水性树脂中, 聚丙烯酸钠类具有吸水量大、吸水
速度快、价格便宜等优点而广受人们青睐。
高吸水性树脂
方法2：
用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合
丙烯酸钠
交联剂
网状聚丙烯酸钠高吸水性树脂
请写出丙烯酸钠合成聚丙烯酸钠高吸水性树脂反应方程式：
n CH2 CHCOONa
一定条件
CH2
CH
n
COONa
分子分离膜。鳌合高分子、高分子催
亲水基团
线型结构
餐巾纸
保鲜膜
材料
主要成分
保鲜膜
聚乙烯
餐巾纸
纤维素
结构简式
无
OH
（C6H7O2） OH
OH
纤维素链
H
O H
O
H
O H 亲水基
HH
O
氢
键
H
O H
O
H
O
H
H
O
HH
O
O
H
官能团
H
因此，餐巾纸可吸水性，保鲜膜不可吸水。
—OH
n
亲水基团
对比：
种类
吸水性
保水性
传统吸水性材料
，易发生 加成 反应和
___
氧化 __反应。
提示 实验室中盛放 KMnO4溶液、浓HNO3、
液溴、汽油、苯、四氯化碳等有机试剂 的
试剂瓶的瓶塞不能用橡胶塞。
➢有无办法对橡胶进行改性，使它克服这些缺点？
P147
思考与讨论：在橡胶工业中，天然橡胶与合成橡胶一般都要经过
硫化工艺，将橡胶的线型结构转变为网状结构。在制备高吸水性
线型
网状
在合成高吸水性树脂中, 聚丙烯酸钠类具有吸水量大、吸水
速度快、价格便宜等优点而广受人们青睐。
高吸水性树脂
方法2：
用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合
丙烯酸钠
交联剂
网状聚丙烯酸钠高吸水性树脂
请写出丙烯酸钠合成聚丙烯酸钠高吸水性树脂反应方程式：
n CH2 CHCOONa
一定条件
CH2
CH
n
COONa
分子分离膜。鳌合高分子、高分子催
功能高分子5
N C O NH SO2 HN N C O n
这种膜对0.5％NaCl溶液的分离率达90％～95％， 并有较高的透水速率。
（iii）芳香杂环类 ① 聚苯并咪唑类 如由美国Celanese公司研制的PBI膜即为此 种类型。这种膜材料可用以下路线合成：
H2N NH2 + H2N NH2 n O O C O C O
OH N C N H N H n N C + 2n + 2 n H2O
② 聚苯并咪唑酮类 这类膜的代表是日本帝人公司生产的PBLL膜， 其化学结构为：
目前，实用的有机高分子膜材料有： 纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材 料。从品种来说，已有成百种以上的膜被 制备出来，其中约40多种已被用于工业和 实验室中。以日本为例，纤维素酯类膜占 53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％， 其他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料 在膜材料中占主要地位。
自上世纪60年代中期以来，膜分离技 术真正实现了工业化。首先出现的分离膜 是超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜 （简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）。 以后又开发了许多其它类型的分离膜。 在此期间，除上述三大膜外，其他类 型的膜也获得很大的发展。80年代气体分 离膜的研制成功，使功能膜的地位又得到 了进—步提高。
第五章 高分子分离膜材料
第一节 第二节 第三节 第四节 概述 膜材料及膜的制备 膜的结构 典型的膜分离技术及应用领域
1.1 分离膜与膜分离技术的概念 分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质 的分隔两相或两部分的界面。膜的形式可以是固态 的，也可以是液态的。被膜分割的流体物质可以是 液态的，也可以是气态的。膜至少具有两个界面， 膜通过这两个界面与被分割的两侧流体接触并进行 传递。分离膜对流体可以是完全透过性的，也可以 是半透过性的，但不能是完全不透过性的。膜在生 产和研究中的使用技术被称为膜技术。
这种膜对0.5％NaCl溶液的分离率达90％～95％， 并有较高的透水速率。
（iii）芳香杂环类 ① 聚苯并咪唑类 如由美国Celanese公司研制的PBI膜即为此 种类型。这种膜材料可用以下路线合成：
H2N NH2 + H2N NH2 n O O C O C O
OH N C N H N H n N C + 2n + 2 n H2O
② 聚苯并咪唑酮类 这类膜的代表是日本帝人公司生产的PBLL膜， 其化学结构为：
目前，实用的有机高分子膜材料有： 纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材 料。从品种来说，已有成百种以上的膜被 制备出来，其中约40多种已被用于工业和 实验室中。以日本为例，纤维素酯类膜占 53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％， 其他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料 在膜材料中占主要地位。
自上世纪60年代中期以来，膜分离技 术真正实现了工业化。首先出现的分离膜 是超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜 （简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）。 以后又开发了许多其它类型的分离膜。 在此期间，除上述三大膜外，其他类 型的膜也获得很大的发展。80年代气体分 离膜的研制成功，使功能膜的地位又得到 了进—步提高。
第五章 高分子分离膜材料
第一节 第二节 第三节 第四节 概述 膜材料及膜的制备 膜的结构 典型的膜分离技术及应用领域
1.1 分离膜与膜分离技术的概念 分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质 的分隔两相或两部分的界面。膜的形式可以是固态 的，也可以是液态的。被膜分割的流体物质可以是 液态的，也可以是气态的。膜至少具有两个界面， 膜通过这两个界面与被分割的两侧流体接触并进行 传递。分离膜对流体可以是完全透过性的，也可以 是半透过性的，但不能是完全不透过性的。膜在生 产和研究中的使用技术被称为膜技术。
人教版选修5课件 第5章 第3节 功能高分子材料
感谢您下载包图网平台上提供的PPT作品，为了您和包图网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！包图网将对作品进 行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！
2019/9/2
1
感谢您下载包图网平台上提供的PPT作品，为了您和包图网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！包图网将对作品进 行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！
感谢您下载包图网平台上提供的PPT作品，为了您和包图网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！包图网将对作品进 行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！
2．性能：强度__高_iba_otu、.com 质量___轻__、耐高温、耐腐蚀，在综
合性能上超过了单一材料。
3．应用：宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、
料制成的薄膜。
②特点：能够让某些物质有选择地通过，而把另外一些物
质分离掉。
感谢您下载包图网平台上提供的PPT作品，为了您和包图网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！包图网将对作品进 行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！
③应用：物质分离。
(3)医用高分子材料
行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！
__两__个__双__键__的二烯化合物作为交联剂，让高聚物分子链间发生 交联，得到具有__网__状_结构的树脂。
②应用：可以在干旱地区用于农业、林业、植树造林时抗 旱保水、改良土壤、改造沙漠。
2019/9/2
3
(2)高分子分离膜
①组成：高分子分离膜是用具有特殊分离功能的高分子材
又有某些_特___殊__功__能_的高分子材料。
2019/9/2
1
感谢您下载包图网平台上提供的PPT作品，为了您和包图网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！包图网将对作品进 行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！
感谢您下载包图网平台上提供的PPT作品，为了您和包图网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！包图网将对作品进 行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！
2．性能：强度__高_iba_otu、.com 质量___轻__、耐高温、耐腐蚀，在综
合性能上超过了单一材料。
3．应用：宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、
料制成的薄膜。
②特点：能够让某些物质有选择地通过，而把另外一些物
质分离掉。
感谢您下载包图网平台上提供的PPT作品，为了您和包图网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！包图网将对作品进 行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！
③应用：物质分离。
(3)医用高分子材料
行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！
__两__个__双__键__的二烯化合物作为交联剂，让高聚物分子链间发生 交联，得到具有__网__状_结构的树脂。
②应用：可以在干旱地区用于农业、林业、植树造林时抗 旱保水、改良土壤、改造沙漠。
2019/9/2
3
(2)高分子分离膜
①组成：高分子分离膜是用具有特殊分离功能的高分子材
又有某些_特___殊__功__能_的高分子材料。
高分子功能膜材料
11/15/2018
三、导电聚合物的结构特点及导电机理
• 所谓导电聚合物是由一些具有共扼二键的聚合物 经化学或电化学掺杂后形成的、导电率可从绝缘 体延伸到导体范围的一类高分子材料。 • 导电聚合物是完全不同于由金属或碳粉末与聚合 物共混而制成的导电塑料,它除了具有聚合物结构 外,还含有由掺杂入的一价对阴离子一型掺杂或对 阳离子一型掺杂,所 以通常导电聚合物的结构分为 聚合物链和与链非键合的一价对阴离子或对阳离 子两部分组成。导电聚合物除了具有高分子本身 特性之外,还兼具了因掺杂而带来的半导体或导体 的特性。
◆ 一般通过溶液浇铸法制备平板或管状超滤膜，以 纺丝法制备中空纤维超滤膜。 ◆ L-S相转化法是一种较为简单的制膜方法, 其工艺简单,操作方便,且用途广泛,可用来制备 各种形态的膜.目前大多数的工业用膜的制备工艺
(1)称取一定量预先干燥的聚合物溶入DMF中,加入 一定量的添加剂,通过搅拌使聚合物及其添加剂充 分溶解,制成均匀的铸膜液。 ◆ (2)过滤铸膜液,去除未溶解的杂质。 ◆ (3)静置24 h以上,以使铸膜液完全脱泡。 ◆ (4)用刮刀将铸膜液匀速涂在洁净、干燥的制膜板 上,于空气中放置一定时间,以挥发部分溶剂,然后, 将制膜板置于水凝结浴中。 ◆ (5)将基膜在水凝结浴中浸泡一定时间后,取出基 膜进行系列表征。
11/15/2018
二、高分子功能膜分类
混合物分离膜 使用功能划分 药物释放缓释膜 分隔作用保护膜 气体分离膜 液体分离膜 根据被分离物质性质 固体分离膜 离子分离膜 微生物分离膜 被分离物质粒度大小 超细滤膜、超滤膜、微滤膜
熔融拉伸膜
高 分 子 功 能 膜
膜形成过程
根据膜性质
11/15/2018
被截留的溶质分子的分子尺寸。这是由于亲水性的多孔膜表面吸附有 活动性、相对较小的水分子层而使有效孔径相应变小，这种效应孔径 愈小愈显著。 表面荷电的多孔膜可以在表面吸附一层以上的对离子，因而荷点膜 的有效孔径比一般多孔膜更小。
高分子功能膜
2019/1/23
海水的淡化
2019/1/23
工 业 应 用 的 反 渗 透 装 置
2019/1/23
4.纳滤膜 纳滤膜是八十年代在反渗透复合膜基础上开 发出来的，是超低压反渗透技术的延续和发展分 支，早期被称作低压反渗透膜或松散反渗透膜。 目前，纳滤膜已从反渗透技术中分离出来，成 为独立的分离技术。
用于实施反渗透操作的膜为反渗透膜。反渗透膜
大部分为不对称膜，孔径小于0.5nm，可截留溶质 分子。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2019/1/23
制备反渗透膜的材料主要有醋酸纤维素、芳香族聚 酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚 芳醚酮、聚四氟乙烯等。 反渗透膜的分离机理至今尚有许多争论，主要有氢 键理论、选择吸附-毛细管流动理论、溶解扩散理论等。 反渗透膜技术应用领域 反渗透膜最早应用于苦咸水淡化。随着膜技术的发 展，反渗透技术已扩展到化工、电子及医药等领域。反 渗透过程主要是从水溶液中分离出水，分离过程无相变 化，不消耗化学药品，这些基本特征决定了它以下的应 用范围。
的材料，由于不同的制作工艺和控制条件，其能
差别很大。合理的、先进的制膜工艺是制造优性
能分离膜的重要保证。
目前，国内外的制膜方法很多，其中最实用的 是相转化法（流涎法和纺丝法）和复合膜化法。
2019/1/23
三、膜分离过程
浓度梯度驱动 分离膜过程 依所 用驱 动力 分为
气体、液体膜分离
透析
电场力驱动膜 分离过程
高分子功能膜材料
2019/1/23
主要内容
一 高分子功能膜材料概述
二 高分子功能膜的制备方法
三 高分子分离膜的分离机理与应用
2019/1/23
第五章第2节高分子材料第2课时 课件 2021-2022学年高二化学人教版（2019）选择性必修3
B.CH2==CH—COOH
C.CH3—CH(OH)—COOH D.H2N—CH2—COOH
随堂巩固
3.X是一种性能优异的高分子材料，其结构简式为
，
已被广泛应用于声、热、光的传感等方面，它是由HC≡CH、(CN)2、CH3COOH三种 单体通过适宜的反应形成的。由X的结构简式分析合成过程中发生反应的类型有
很难溶解，但往往有一定程 度的胀大
性能
具有热塑性，无固定熔点
具有热固性，受热不熔化
强度大、绝缘性好、有可塑 特性 强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好
性
常见 物质
聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶
酚醛树脂、硫化橡胶
小结
随堂巩固
1.手术缝合线、人造器官等人体用的功能高分子要求无毒且与人体有较好的相容性。
根据有关化合物的性质及生物学知识可知，下列高分子不宜用作手术缝合线或人造
②合成新的带有强亲水基团的高分子。
如CH2==CH—COONa —一交—定联—条—剂件→
聚丙烯酸钠(网状结构)
学习任务三：高吸水性树脂
3.性能： 不溶于水，也不溶于有机溶剂，与水接触后在很短的 时间内溶胀，可吸收其本身质量的数百倍甚至上千倍 的水，同时保水能力要强，还能耐一定的挤压作用。
《时代周刊》评出20世纪最伟 大的100项发明，其中“尿不 湿”榜上有名
器官材料的是 A.聚乳酸
B.聚氨酯
C
C.氯纶
D.聚乙烯醇
随堂巩固
2.用高分子塑料骨钉取代钛合金骨钉是医学上的一项新技术，这种塑料骨钉不仅具
有相当的强度，而且可在人体内水解，使骨科病人免遭拔钉的痛苦。合成这种塑料
骨钉的原料能与强碱溶液反应，也能在浓硫酸条件下形成环酯。则合成这种塑料骨
高分子功能膜材料 ppt课件
23
1.膜分离机制
1）过筛分散机制
利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率 差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有
超滤（孔径0.1~1um）、微滤(孔径1~100nm)、纳滤(孔径 0.5 ~5nm)等；
24
超滤
微滤
25
2）溶解分散机制（密度膜、反渗透膜） 反渗透（Reverse osmosis）
高分子功能膜材料
第五章高分子功能膜材料
2
研究内容
5.1高分子功能膜材料概述 5.2高分子功能膜的制备方法
5.3高分子分离膜的分离机理与应用
3
5.1高分子功能膜材料概述
膜分离技术发展简史
➢ 1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有 酒精的猪膀胱内 开创了膜渗透的研究。
➢ 1846年，Schonbem 硝酸纤维制备微滤膜 ➢ 1861年，施密特（A. Schmidt）微孔过滤膜
• 在膜的两边造成一个压力差，并使其大于渗透压，就会发 生溶剂倒流，使浓度较高的溶液进一步浓缩
• 选择吸附，溶解-扩散机理
26
27
28
3）选择性吸附机制 当膜材料对混合物中的部分物质有选择性吸附
时，吸附性高的成分将在表面富集，这样，该成分 通过膜的几率将增大。 对膜分离起作用的吸附作 用主要包括范德华力吸附和静电吸附。
聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等
其他
壳聚糖，聚电解质等
6
一、高分子功能膜的分类
2.按使用功能划分：分离膜、缓释膜和保护膜等。 3.按被分离物质性质划分：气体分离膜、液体分离膜、固 体分离膜、离子分离膜、微生物分离膜等。 4.按被分离物质的粒度大小分：反渗透膜、纳滤膜、超滤 膜、微滤膜。 5.按膜的形成过程划分：沉积膜、相变形成膜、熔融拉伸 膜、溶剂注膜、烧结膜、界面膜和动态形成膜。 6.按膜的结构与形态划分：密度膜、乳化膜和多孔膜。
1.膜分离机制
1）过筛分散机制
利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率 差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有
超滤（孔径0.1~1um）、微滤(孔径1~100nm)、纳滤(孔径 0.5 ~5nm)等；
24
超滤
微滤
25
2）溶解分散机制（密度膜、反渗透膜） 反渗透（Reverse osmosis）
高分子功能膜材料
第五章高分子功能膜材料
2
研究内容
5.1高分子功能膜材料概述 5.2高分子功能膜的制备方法
5.3高分子分离膜的分离机理与应用
3
5.1高分子功能膜材料概述
膜分离技术发展简史
➢ 1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有 酒精的猪膀胱内 开创了膜渗透的研究。
➢ 1846年，Schonbem 硝酸纤维制备微滤膜 ➢ 1861年，施密特（A. Schmidt）微孔过滤膜
• 在膜的两边造成一个压力差，并使其大于渗透压，就会发 生溶剂倒流，使浓度较高的溶液进一步浓缩
• 选择吸附，溶解-扩散机理
26
27
28
3）选择性吸附机制 当膜材料对混合物中的部分物质有选择性吸附
时，吸附性高的成分将在表面富集，这样，该成分 通过膜的几率将增大。 对膜分离起作用的吸附作 用主要包括范德华力吸附和静电吸附。
聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等
其他
壳聚糖，聚电解质等
6
一、高分子功能膜的分类
2.按使用功能划分：分离膜、缓释膜和保护膜等。 3.按被分离物质性质划分：气体分离膜、液体分离膜、固 体分离膜、离子分离膜、微生物分离膜等。 4.按被分离物质的粒度大小分：反渗透膜、纳滤膜、超滤 膜、微滤膜。 5.按膜的形成过程划分：沉积膜、相变形成膜、熔融拉伸 膜、溶剂注膜、烧结膜、界面膜和动态形成膜。 6.按膜的结构与形态划分：密度膜、乳化膜和多孔膜。
化学选修五第五章第三节功能高分子材料
第三节 功能高分子材料
了解功能高分子材料的结构特点和重要性能；掌握 合成功能高分子材料的原理。 通过对新型有机高分子材料结构和功能的介绍，激 发学生学习化学的兴趣，提高学生学习化学的积极性。
引入： 时代的划分常以材料为标志：石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代 、高分子时代。当今能源、材料、信息工程是影响社会经济发展和进步的三大支柱产业。其中材料是能源和信息发展的基础，而有机合成材料是材料工业的一个重要方面。
需要考虑的问题：高分子应具有怎样的主链？应带有怎样的功能原子团？ 直接由带功能原子团的单体合成高分子？还是先合成高分子主链，在主链上引入功能原子团？
基本合成思想： 直接合成具有新型骨架结构的高分子材料,在合成高分子的主链或支链上引入某种功能原子团，使其显示特殊功能。 合成功能高分子材料的路线方法
C
一、功能高分子材料简介
定义：既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子。 功能高分子材料的简单分类： 物理功能高分子材料 液晶高分子、高分子半导体等 化学功能高分子材料 高吸水性材料、高分子分离膜等 生物功能和医用高分子材料 高分子药物、人造器官等
这是具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜，它的特点是能让某些物质有选择地通过，而把另外一些物质分离掉。
3.高吸水性材料的合成
目的：吸水性强、保水性强、耐挤压
交联剂进行交联以得到网状结构
合成方法
①对天然吸水材料进行改性
②直接由带有强亲水性原子团 的化合物聚合得到
复合材料
定义：将两种或两种以上不同性能的材料组合起来，在性能上取长补短，就可以得到比单一材料性能优越的复合材料。 特点：在复合材料中，一种材料作为基体，另外一种材料作为增强剂，就好像人体中的肌肉和骨头一样，各有各的作用，结合在一起就产生某些特殊性能：例如玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)： 基 体 ＋ 增强剂 ＝ 复合材料 酚醛树脂 ＋ 玻璃纤维 ＝某种玻璃钢
了解功能高分子材料的结构特点和重要性能；掌握 合成功能高分子材料的原理。 通过对新型有机高分子材料结构和功能的介绍，激 发学生学习化学的兴趣，提高学生学习化学的积极性。
引入： 时代的划分常以材料为标志：石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代 、高分子时代。当今能源、材料、信息工程是影响社会经济发展和进步的三大支柱产业。其中材料是能源和信息发展的基础，而有机合成材料是材料工业的一个重要方面。
需要考虑的问题：高分子应具有怎样的主链？应带有怎样的功能原子团？ 直接由带功能原子团的单体合成高分子？还是先合成高分子主链，在主链上引入功能原子团？
基本合成思想： 直接合成具有新型骨架结构的高分子材料,在合成高分子的主链或支链上引入某种功能原子团，使其显示特殊功能。 合成功能高分子材料的路线方法
C
一、功能高分子材料简介
定义：既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子。 功能高分子材料的简单分类： 物理功能高分子材料 液晶高分子、高分子半导体等 化学功能高分子材料 高吸水性材料、高分子分离膜等 生物功能和医用高分子材料 高分子药物、人造器官等
这是具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜，它的特点是能让某些物质有选择地通过，而把另外一些物质分离掉。
3.高吸水性材料的合成
目的：吸水性强、保水性强、耐挤压
交联剂进行交联以得到网状结构
合成方法
①对天然吸水材料进行改性
②直接由带有强亲水性原子团 的化合物聚合得到
复合材料
定义：将两种或两种以上不同性能的材料组合起来，在性能上取长补短，就可以得到比单一材料性能优越的复合材料。 特点：在复合材料中，一种材料作为基体，另外一种材料作为增强剂，就好像人体中的肌肉和骨头一样，各有各的作用，结合在一起就产生某些特殊性能：例如玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)： 基 体 ＋ 增强剂 ＝ 复合材料 酚醛树脂 ＋ 玻璃纤维 ＝某种玻璃钢
5 功能高分子材料
photosensitive polymers 感光性高分子是指在吸收了光能量后，能在分子内 或分子间迅速产生光化学反应（如降解、交联、异 构化等）和相应的物理性质（如溶解度、颜色和导 电性等）变化的一类功能高分子材料。
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。
16
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
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。
16
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
功能高分子材料ppt课件
A. 丙烯酸钠是高吸水性树脂的主要成分 B. 高吸水性树脂成品是线型结构 C. 二氧化碳和环氧丙烷在催化剂作用下可生成一种可降解的塑料 D. 高分子制成的“人造金属”能够导电导热，所以有金属光泽
随堂练习
2. 下列关于功能高分子材料，说法不正确的是( C )
A. 生物高分子材料、隐身材料、液晶高分子材料等属于功能高分子材料 B. 高分子分离膜可用于海水淡化、分离工业废水、浓缩天然果汁等 C. 高分子药物和有机玻璃都属于功能高分子材料 D. 纤维素难溶于水的主要原因是其链间有多个氢键
聚丙烯纤维很难降解，根据其结构特点，你建议寻找哪类高分子材料替代 聚丙烯？ 聚丙烯纤维特点：无毒、疏水性的线型高分子材料； 可以用聚酯类线型性高分子材料代替，实现可降解；且聚乳酸比普通聚酯类相 比，既能降解，又可再生！
微生物降解材料 聚乳酸
聚乳酸是一种可生物降解的高分子材料，其结构简式如图，主要用于制造 可降解纤维、可降解塑料和医用材料。以淀粉为原料，先水解为葡萄糖，再在 乳酸菌的作用下将葡萄糖转变为乳酸，乳酸在催化剂作用下可聚合成聚乳酸。 聚乳酸材料废弃后，先水解成乳酸，乳酸在微生物和氧气的作用下可生成CO2 和H2O。请用化学方程式表示上述过程。
第五章 第二节 高分子材料
一、通用高分子材料 二、功能高分子材料
第五章 第二节 第二课时 功能高分子材料
一、高吸水性树脂 二、微生物降解材料
三、高分子分离膜
生活答疑
疫情期间曾“一罩难求”，有不法分子用纸张(天然纤维素)代替口罩材料， 你知道如何用简单的方法鉴别真假吗？
纤维素(多糖)
聚丙烯
➢ 加水鉴别吸水性：纸张有亲水基，能吸水；聚丙烯无亲水基，不吸水； ➢ 燃烧法鉴别：纸张燃烧后灰烬易碾碎；合成纤维燃烧时刺鼻呛味，燃烧后
随堂练习
2. 下列关于功能高分子材料，说法不正确的是( C )
A. 生物高分子材料、隐身材料、液晶高分子材料等属于功能高分子材料 B. 高分子分离膜可用于海水淡化、分离工业废水、浓缩天然果汁等 C. 高分子药物和有机玻璃都属于功能高分子材料 D. 纤维素难溶于水的主要原因是其链间有多个氢键
聚丙烯纤维很难降解，根据其结构特点，你建议寻找哪类高分子材料替代 聚丙烯？ 聚丙烯纤维特点：无毒、疏水性的线型高分子材料； 可以用聚酯类线型性高分子材料代替，实现可降解；且聚乳酸比普通聚酯类相 比，既能降解，又可再生！
微生物降解材料 聚乳酸
聚乳酸是一种可生物降解的高分子材料，其结构简式如图，主要用于制造 可降解纤维、可降解塑料和医用材料。以淀粉为原料，先水解为葡萄糖，再在 乳酸菌的作用下将葡萄糖转变为乳酸，乳酸在催化剂作用下可聚合成聚乳酸。 聚乳酸材料废弃后，先水解成乳酸，乳酸在微生物和氧气的作用下可生成CO2 和H2O。请用化学方程式表示上述过程。
第五章 第二节 高分子材料
一、通用高分子材料 二、功能高分子材料
第五章 第二节 第二课时 功能高分子材料
一、高吸水性树脂 二、微生物降解材料
三、高分子分离膜
生活答疑
疫情期间曾“一罩难求”，有不法分子用纸张(天然纤维素)代替口罩材料， 你知道如何用简单的方法鉴别真假吗？
纤维素(多糖)
聚丙烯
➢ 加水鉴别吸水性：纸张有亲水基，能吸水；聚丙烯无亲水基，不吸水； ➢ 燃烧法鉴别：纸张燃烧后灰烬易碾碎；合成纤维燃烧时刺鼻呛味，燃烧后
第五章高分子功能膜材料
嵌段和接枝聚合物，其溶解性能的变化类似于共混聚合物， 表现出参与共混的所有聚合物的溶解性质。但在许多情况 下显示出细微的两相性质。
31
总结：
共聚物的溶剂选择范围要比相应的均聚物共混体系要 宽，在同一溶剂中，嵌段聚合物的溶解度往往高于同 分子量的均聚物。
32
(5)离子型聚合物溶液的制备
离子型聚合物的溶解性能与所选溶剂的介电常 数和极性强弱有较大关系，比较容易溶解在 水中，或者加入某些无机盐的高介电常数有 机溶剂中。
宏观外型结构
管状膜 中空纤维
平面型分离膜
10
四、高分子功能膜的分类
微滤(Microfiltration MF)膜
主要应用于压力驱动分离过程，膜孔径的范围在0.1—10μm之 间，孔积率约70％左右，孔密度约为109个／cm2，操作压力在 69—207kPa之间。
在工业上用于含水溶液的消毒脱菌和脱除各种溶液中的悬浮微 粒，适用于浓度约为l0％的溶液处理。其分离机理为机械滤除， 透过选择性主要依据膜孔径的尺寸。
制备聚合物溶液，将聚合物溶解在溶解力强的溶 剂中，再加入一定量的非溶剂调节聚合物的饱和 度，制成的一相或者双分散相溶液；
高分子溶液注膜后，提高温度，低沸点的溶剂首 先挥发，留下非溶剂使聚合物溶解度下降，逐步 变成聚合物相连续的溶胶。
41
分离膜孔径和空隙率有关的因素
要求溶剂与非溶剂的沸点有一定差距，一般要求非溶 剂的沸点高于溶剂30℃左右。
分散化
弱
强
聚合物溶剂
22
(1)溶液的浓度
制膜过程中希望聚合物溶液浓度尽量大，但受到成型方 法、聚合物性质的影响。一般来讲，分离膜制备过程中 要求聚合物溶液的体积浓度都在50％以下。
例：
31
总结：
共聚物的溶剂选择范围要比相应的均聚物共混体系要 宽，在同一溶剂中，嵌段聚合物的溶解度往往高于同 分子量的均聚物。
32
(5)离子型聚合物溶液的制备
离子型聚合物的溶解性能与所选溶剂的介电常 数和极性强弱有较大关系，比较容易溶解在 水中，或者加入某些无机盐的高介电常数有 机溶剂中。
宏观外型结构
管状膜 中空纤维
平面型分离膜
10
四、高分子功能膜的分类
微滤(Microfiltration MF)膜
主要应用于压力驱动分离过程，膜孔径的范围在0.1—10μm之 间，孔积率约70％左右，孔密度约为109个／cm2，操作压力在 69—207kPa之间。
在工业上用于含水溶液的消毒脱菌和脱除各种溶液中的悬浮微 粒，适用于浓度约为l0％的溶液处理。其分离机理为机械滤除， 透过选择性主要依据膜孔径的尺寸。
制备聚合物溶液，将聚合物溶解在溶解力强的溶 剂中，再加入一定量的非溶剂调节聚合物的饱和 度，制成的一相或者双分散相溶液；
高分子溶液注膜后，提高温度，低沸点的溶剂首 先挥发，留下非溶剂使聚合物溶解度下降，逐步 变成聚合物相连续的溶胶。
41
分离膜孔径和空隙率有关的因素
要求溶剂与非溶剂的沸点有一定差距，一般要求非溶 剂的沸点高于溶剂30℃左右。
分散化
弱
强
聚合物溶剂
22
(1)溶液的浓度
制膜过程中希望聚合物溶液浓度尽量大，但受到成型方 法、聚合物性质的影响。一般来讲，分离膜制备过程中 要求聚合物溶液的体积浓度都在50％以下。
例：
秋高中化学-第五章-第节-功能高分子材料课件-新人教选修
剂
交 换 型 高 分 子
离电 子子 交交 换换 树树
生 物 医 药 高 分 子
高医 仿 分用 生 子高 高 药分 分
高 高高
分 分吸
子 子水
吸 膜性
附
树
剂
脂
4、几种功能高分子材料
（1）高吸水性树脂
合成方法：
a、对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在他们的高分 子链上再接上含强吸水性原子团 的支链。
（3）医用高分子材料
①性能：优异的生物相容性；很高的机械性 能。
②应用：制作人体的皮肤、骨骼、眼、喉 、心、肺、肝、肾等各种人工器官。
医用高分子材料，具有优异的生物相容性， 较少受到排斥，可以满足人工器官对材料的苛 刻要求，如：人工心脏、人工关节、人造鼻等 ，下面的图中给出了一些有关人工器官的图片 。
2.单击鼠标右键，选择“更改图片”，选
3. 在“替换为”下拉列表中选择替换字体。 4. 点击“替换”按钮，完成。
赠送精美图标
在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、化学、生物、医学等方面的特殊功能 。
3、功能高分子材料的品种和分类 功能高分子
光
导
敏
电
高
高
分
分
子
子
感 光光 光 致导高 高超 树 变电分 分导 脂 色高子 子高
高分半 导分 分子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 体子
体
高微
分 子
生 物
催降
化解
剂高
与分
试子
1、字体安装与设置
2、替换模板
如果您对PPT模板中的字体风格不满意，可进行批量替换，一次性更改各页面字体。 1. 在“开始”选项卡中，点击“替换”按钮右侧箭头，选择“替换字体”。（如下图）
高分子功能膜材料
For personal use only in study and research; not for commercial use第八章高分子功能膜材料膜是一种能够分隔两相界面，并以特定的形式限制和传递各种物质的二维材料，在自然界中随处可见。
天然存在的膜有生物膜，膜也可以人工制作，如高分子合成膜。
膜可以是均相的，也可以是非均相的；可以是对称的，也可以是非对称的；可以是固体的，也可以是液体的；可以是中性的，也可以是带电荷的。
膜的厚度可从几微米到几毫米不等。
随着科学的发展，越来越多的人工合成膜相继被开发出来，应用到各个行业中，起到分离和选择透过等重要作用。
高分子功能膜作为人工合成膜中的重要一员，在药物缓释、膜修饰电极、气体分离等领域表现出特殊的分离功能，并因其广阔的应用前景而受到极大的关注。
本章将主要讨论高分子功能膜的分离原理，并以主要的分离膜为代表，介绍其制备方法和应用。
8,1 概述8.1.1 高分子分离膜的分类高分子分离膜是具有分离功能，即具有特殊传质功能的高分子材料，又称为高分子功能膜。
其形态有固态，也有液态。
高分子分离膜的种类和功能繁多，不可能用单一的方法来明确分类，现有的分类既可以从被分离物质的角度分，也可以从膜的形状、材料等角度分，目前主要有以下几种分类方式。
8.1.1.1 按被分离物质性质分类根据被分离物质的性质可以将分离膜分为气体分离膜、液体分离膜、固体分离膜、离子分离膜和微生物分离膜等。
8.1.1.2按膜形态分类根据固态膜的形状，可分为平板膜(flat membrane)、管式膜(tubular membrane)、中空纤维膜(hollow fiber)、毛细管膜以及具有垂直于膜表面的圆柱形孔的核径蚀刻膜等。
液膜是液体高分子在液体和气体或液体和液体相界面之间形成的膜。
8.1.1.3按膜的材料分类从膜材料的来源来看，分离膜可以是天然的也可以是合成的，或者是天然物质改性或再生的。
不同的膜材料具有不同的成膜性能、化学稳定性、耐酸、耐碱、耐氧化剂和耐微生物侵蚀等，而且膜材料对被分离介质也具有一定的选择性。
选修五第五章第三节功能高分子材料
C、HCl
D、汽油
➢有无办法对橡胶进行改性，使它克服这些缺点？
CH2=C-CH=CH2 异戊二烯 CH3
合成橡胶
丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯共聚而 成的弹性体，请以丁二烯和苯乙烯为 原料写出合成丁苯橡胶的方程式
四、合成材料和环境保护
讨论： ➢合成高分子材料的应用与发展给环境带来哪些危害？ ➢为什么会造成环境污染？ ➢生活中常见到哪些处理废弃材料的方法？ ➢这些处理对环境有哪些破坏？
橡胶 硅橡胶
CH2=CH-CH=CH2 1,3-丁二烯
CH2=CH 苯乙烯
橡 胶 产 品
天然橡胶
➢天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯，根据天然橡胶的 结构特点，说说它的性质可能有哪些不足？
➢如：橡胶遇到下列物质各产生什么反应？
A、Br2水 B、KMnO4(H+) E、HNO3 F、O2 ➢橡胶的老化概念
世界上出现的第一 种合成纤维是 20 世 纪 30 年代美国杜邦 公司科研小组研制 出的尼龙 66 （Nylon，聚酰胺 66），它是由己二 酸和己二胺缩聚而 成的
尼龙
腈 纶
涤纶
纺纶 纤维 织成 的防 弹衣 腈纶
三、合成橡胶
橡
天然 橡胶
通用
丁苯橡胶 顺丁橡胶
胶 合成 橡胶 氯丁橡胶
橡胶 特种 聚硫橡胶
◆聚氯乙烯（PVC） 单体: CH2=CHCl
化学稳定性好，耐酸碱腐蚀，使用温度不宜超
过60℃，在低温下会变硬
分为：软质塑料和硬质塑料
◆聚苯乙烯 单体： CH2=CH
C6H5
聚甲基丙烯酸甲酯 （有机玻璃）
单体： CH2=C COOCH3
CH3
◆酚醛塑料 单体：
苯酚、甲醛
材料化学chapter5功能高分子材料
☺高分子骨架
a.聚合物骨架种类
1.线性聚合物 根据链的结构和链的柔性，聚合物可以成
为非晶态或者不同程度的结晶态。
Δ溶解性能较好，玻璃化温度一般较低，粘弹性比 较好，小分子和离子在其中容易扩散运动。
2.交联聚合物 在溶剂中不能充分溶解。不能形成分子型
溶液。
Δ在适当的溶剂中可以溶胀，其体积大大增加。
几种交联聚合物
（1）结构型导电高分子的导电类型 d. 金属有机螯合物高分子
(2)二茂铁型金属有机高 分子
二茂铁型金属有机高分子是 由二茂铁以各种形式引入高 分子链所形成。其本身的导 电性并不高(电导率在10-10 一10-14S/cm)。二茂铁型高 分子的电导率随氧化程度的 提高而迅速上升.
氧化程度对二茂铁型高分子的电导率的影响
介于物理和化学功能之间的高分子
高吸水性高分子、高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子功能 膜、高分子功能电极等
从制造和 结构的角 度分类
结构性功能 高分子材料
复合型功能 高分子材料
功能特性
分离材料和 化学功能高 分子材料
电磁功能高 分子材料
光功能高分 子材料
生物医药功能 高分子材料
功能高分子材料分类举例
（1）结构型导电高分子的导电类型
a. 离子导电性 高分子化合物(聚环氧乙烷PEO)碱金属盐的快离子导电
1973年，英国科学家赖持发现高分子化合物—聚环氧 乙烷具有与无机盐形成配合物的强烈倾向，如聚环氧 乙烷能够与碱金属盐Cs2S、NaI等形成具有离子导电 性的配合物，其电导率达到l0-4S/cm。
高分子固 体电解质
（1）结构型导电高分子的导电类型
a. 离子导电性
高分子电解质的离子导电
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
膜分离的特点
膜分离过程的主要特点是：
以具有选择透过性的膜作为分离的手段，实
现物质分子尺寸的分离和混合物组分的分离。 膜分离过程的推动力有： 压力差、浓度差、和电位差等
膜分离机制
过筛分离机制 （微滤膜和超滤膜） 溶解扩散机制 （密度膜、反渗透膜）
例如：果汁、酒的消毒与澄清
澄清果蔬汁加工工艺
超滤
膜材料的制备方法包括膜制备原料的合成、成膜工艺 和膜功能的形成三部分，其中原料的合成属于化学过 程．成膜工艺和膜功能属于物理过程或物理化学过程。
一、聚合物溶液的制备
聚合物溶液的定义是聚合物大分子被溶剂所溶解而均匀分散 在溶剂体系中构成的分子分散相，聚合物溶液的形成要求聚 合物分子与溶剂分子的作用要大于聚合物分子之间的作 用．即：聚合物十溶剂 聚合物溶液。 条件：聚合物—溶剂作用力＞聚合物—聚合物作用力。
2.膜分离过程的驱动力
浓度差驱动力（布朗热运动）（透析膜） 压力差驱动力（微滤、超滤、纳滤和反渗透膜） 电场驱动力（电透析和离子膜分离）
三、高分子功能膜的结构与性质的关系
（1）化学组成结构层次
其决定了分离膜对被分离材料的溶解性、材料的亲水性、 亲油性和化学稳定性等性质，将直接影响膜的透过性、溶 胀性、毛细作用等性质。
一、高分子功能膜的分类
1. 按膜的材料分类
膜材料的分类
类别 纤维素酯类 膜材料 纤维素衍生物类 聚砜类 聚酰(亚)胺类 非纤维素酯类 聚酯、烯烃类 举 例 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等 聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等 聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等 涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等
特点： 多孔膜，静压差为推动力，膜孔径在1~100nm之间， 孔积率约为60%左右，孔密度为1011个/cm2，操作压在 345~689KPa。其过滤粒径介于微滤和反渗透之间，可截留 多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于500的大分子及胶 体，形成浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。
应用：
用于脱除粒径更小的大体积溶质，包括胶体级的微 粒、大分子溶质和病毒等，适用于浓度更低的溶液分离。
7）液体膜（续）
支撑型液体膜图
乳化型液体膜图
8）复合分离膜
复合膜的研究是从1963年开始的，1968年开发了聚 砜多孔支撑膜，到目前为止，绝大多数复合膜都是以聚
砜支撑膜为基膜的。
复合膜，被人们誉为第三代膜：将超薄皮层经不
同方法附载在微孔支撑体上制成膜，并分别使超薄脱盐
层和多孔支撑层最佳化。
二、膜分离过程与机制
目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、
聚酰胺类及其他材料。从品种来说，已有成百种以上的膜被
制备出来，其中约40多种已被用于工业和实验室中。以日本为 例，纤维素酯类膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7 ％，其他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料在膜材料中占 主要地位。
5.2高分子功能膜的制备方法
（3）根据溶剂与溶质的化学性质，溶剂分子中有能够增强
与聚合物分子相互作用的结构因素时，有利于增强溶解能力、 这些结构因素包括：能够形成氢键的结构、能够形成络合物 配位键的结构和能够形成离子键的结构等。
2.常见膜制备溶剂体系
(1) 用于纤维素衍生物类材料的溶剂体系 (2) 用于聚酰胺类膜材料的溶剂体系 (3) 用于其他均聚聚合材料的溶剂体系 (4) 用于共聚高分子的溶剂体系
（2）高分子链段结构层次
对应于构成膜材料的聚合物的单体和链段结构类型。其对
聚合物的结晶性、溶解性、溶胀性等性质起主要作用，影 响膜的力学和热性质。
三、高分子功能膜的结构与性质的关系
（3）高分子立体构象结构结次
对应于聚合物的微观构象，如分子呈棒状、球状、片状、还 是呈螺旋形状，或者为无定型形状等。 微观构象与形成膜的 机械性能和选择性有密切关系。
散作用
6）电透析膜(electrodialysis membrance）
分离的驱动力为电场力，指在电场力的作用下，带电粒子会
倾向于透过分离膜的微孔向带相反电荷的电极运动。电透析 膜一般由离子交换树脂构成。
7）液体膜（liquid membrance)
是液态的膜材料构成的分离膜，包括乳化型液体 膜、支撑型 液体膜和动态形成液体膜。
四、高分子分离膜制备材料
用作分离膜的材料包括广泛的天然的和人工合成的有机高分子 材料和无机材料。 原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料均可用于制
备分离膜。但实际上，真正成为工业化膜的膜材料并不多。这
主要决定于膜的一些特定要求，如分离效率、分离速度等。此 外，也取决于膜的制备技术。
四、高分子分离膜制备材料
上述四种多孔膜分高特征可以用下图来形象化表示。
5）密度膜（dense membrance)（聚合物膜）
几乎不存在人为的微孔，膜中聚合物以半晶态或非晶态存在， 与其他常见聚合物结构类似，因此有时也称为聚合物膜。主 要用于混合气体分离，如合成氨工业中原料水煤气与产品氨 气的分离。其分离机理主要为气体在聚合物膜中的溶解和扩
应用：海水及苦咸水的淡化，果汁生产，氨基酸生产、 抗生素回收，催化剂分离回收等。
4）反渗透膜（Reverse Osmosis RO）
渗透与反渗透原理示意图
是压力驱动分离过程中分离颗粒粒径最小的一种分离方法， 膜孔径在0.1~10nm之间，孔积率约为50%以下，孔密度为 1012个/cm2，操作压力在0.69~5.5MPa。主要用于脱除溶液中 的溶质，如海水和苦咸水的淡化。
（4）聚集态结构和超分子结构
包括分子的排列方式和结晶度等内容，以及晶胞的尺寸大小、 膜的孔径和分布等。很显然这一结构层次直接与膜材料的使 用范围、透过性能、选择性等关系密切。
三、高分子功能膜的结构与性质的关系
（5）膜材料的宏观外型结构层次
管状膜 管状分离膜最大的特点是容易清洗。适用于分离液浓 度很高或者污物较多的场合。 中空纤维膜 这是由半透性材料通过特殊工艺制成的中空式纤 维，其外径在50~300µ m之间，壁厚约20µ m左右(依据外径不同有 所变化)，是微型化的管状膜，中空纤维的重要应用场合在血液透 析设备(采用大孔径中空纤维)和人工肾脏(外径＝250µ m壁厚＝ 10~1 2µ m)的制备方面。 平面型分离膜 这是分离膜中宏观结构最简单的一种。平面型 分离膜还可以进一步分成以下几个类别：无支撑膜(膜中仅包括分 离用膜材料本身)；增强型分离膜(膜中还包含用于加强机械强度 的纤维性材料)；支撑型分离膜(膜外加有起支撑增强作用的材料)。
(5) 用于离子型聚合物的溶剂体系
(6) 用于共混聚合物的溶剂体系
二、密度膜的制备（致密均质膜）
1.聚合物溶液注膜成型法
将膜材料用适当的溶剂溶解，制成均匀的铸膜液，将铸膜 液倾倒在玻璃板上(一般为经过严格选择的平整玻璃板)；用一 特制的刮刀使之铺展开成具有一定厚度的均匀薄层，然后移置 到特定环境中让溶剂完全挥发，最后形成一均匀薄膜。 聚合物和溶剂在使用前都要进行纯化处理。 一般来讲溶剂的溶解能力越强，减弱了聚合物与聚合物间 的作用力，不利于晶体生成，则生成的聚合物膜的结晶度越低， 渗透性等性能指标越好。
• 在膜的两边造成一个压力差，并使其大于渗透压，就会发 生溶剂倒流，使浓度较高的溶液进一步浓缩 • 选择吸附，溶解-扩散机理
Na+0.37nm
（0.2 nm）
3）选择性吸附机制
当膜材料对混合物中的部分物质有选择性吸附时，吸附性 高的成分将在表面富集，这样，该成分通过膜的几率将增 大。 对膜分离起作用的吸附作用主要包括范德华力吸附和 静电吸附。
膜分离技术发展简史
1935年，Teorell 离子交换膜用于海水浓缩制盐
1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各种比例 的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水-丙酮-溴化钠
为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正
的超过滤膜。 美国Amicon公司首先将这种膜商品化。
1）微滤膜（Microfiltration MF）
缺点： ① 颗粒容量较小，易被堵塞； ② 使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。
微孔过滤技术应用领域：
在工业上用于含水溶液的消毒脱菌和脱除各种溶液中的悬 浮微粒，适用于浓度10%的溶液处理。
2）超滤膜（Uicrofiltration UF）
含氟(硅)类
其他
聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等
壳聚糖，聚电解质等
一、高分子功能膜的分类
2.按使用功能划分：分离膜、缓释膜和保护膜等。 3.按被分离物质性质划分：气体分离膜、液体分离膜、固 体分离膜、离子分离膜、微生物分离膜等。 4.按被分离物质的粒度大小分：反渗透膜、纳滤膜、超滤 膜、微滤膜。 5.按膜的形成过程划分：沉积膜、相变形成膜、熔融拉伸 膜、溶剂注膜、烧结膜、界面膜和动态形成膜。 6.按膜的结构与形态划分：密度膜、乳化膜和多孔膜。
第五章高分子功能膜材料
研究内容
5.1高分子功能膜材料概述 5.2高分子功能膜的制备方法
5.3高分子分离膜的分离机理与应用
5.1高分子功能膜材料概述
膜分离技术发展简史
1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有 酒精的猪膀胱内 开创了膜渗透的研究。 1846年，Schonbem 硝酸纤维制备微滤膜 1861年，施密特（A. Schmidt）微孔过滤膜 用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤，在溶液侧施 加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、 蛋白质、胶体等微小粒子
一、聚合物溶液的制备
制备步骤：
根据溶剂与聚合物分子作用力大小不同，可以将溶剂分成 以下三类： (1) 溶剂分子与聚合物分子之间作用力大大超过聚合物分 子间作用力，溶剂有能力溶解聚合物成均一分子分散相， 该溶剂称为聚合物分散溶剂（或良溶剂），常作为主溶剂 使用； （2) 溶剂分子与聚合物分子之间的作用力与聚合物分子之 间作用力处在同一个数量级，这种溶剂一般仅能溶胀聚合 物，称为溶胀剂，在聚合物膜制备过程中常作为成孔剂使 用；
膜分离过程的主要特点是：
以具有选择透过性的膜作为分离的手段，实
现物质分子尺寸的分离和混合物组分的分离。 膜分离过程的推动力有： 压力差、浓度差、和电位差等
膜分离机制
过筛分离机制 （微滤膜和超滤膜） 溶解扩散机制 （密度膜、反渗透膜）
例如：果汁、酒的消毒与澄清
澄清果蔬汁加工工艺
超滤
膜材料的制备方法包括膜制备原料的合成、成膜工艺 和膜功能的形成三部分，其中原料的合成属于化学过 程．成膜工艺和膜功能属于物理过程或物理化学过程。
一、聚合物溶液的制备
聚合物溶液的定义是聚合物大分子被溶剂所溶解而均匀分散 在溶剂体系中构成的分子分散相，聚合物溶液的形成要求聚 合物分子与溶剂分子的作用要大于聚合物分子之间的作 用．即：聚合物十溶剂 聚合物溶液。 条件：聚合物—溶剂作用力＞聚合物—聚合物作用力。
2.膜分离过程的驱动力
浓度差驱动力（布朗热运动）（透析膜） 压力差驱动力（微滤、超滤、纳滤和反渗透膜） 电场驱动力（电透析和离子膜分离）
三、高分子功能膜的结构与性质的关系
（1）化学组成结构层次
其决定了分离膜对被分离材料的溶解性、材料的亲水性、 亲油性和化学稳定性等性质，将直接影响膜的透过性、溶 胀性、毛细作用等性质。
一、高分子功能膜的分类
1. 按膜的材料分类
膜材料的分类
类别 纤维素酯类 膜材料 纤维素衍生物类 聚砜类 聚酰(亚)胺类 非纤维素酯类 聚酯、烯烃类 举 例 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等 聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等 聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等 涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等
特点： 多孔膜，静压差为推动力，膜孔径在1~100nm之间， 孔积率约为60%左右，孔密度为1011个/cm2，操作压在 345~689KPa。其过滤粒径介于微滤和反渗透之间，可截留 多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于500的大分子及胶 体，形成浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。
应用：
用于脱除粒径更小的大体积溶质，包括胶体级的微 粒、大分子溶质和病毒等，适用于浓度更低的溶液分离。
7）液体膜（续）
支撑型液体膜图
乳化型液体膜图
8）复合分离膜
复合膜的研究是从1963年开始的，1968年开发了聚 砜多孔支撑膜，到目前为止，绝大多数复合膜都是以聚
砜支撑膜为基膜的。
复合膜，被人们誉为第三代膜：将超薄皮层经不
同方法附载在微孔支撑体上制成膜，并分别使超薄脱盐
层和多孔支撑层最佳化。
二、膜分离过程与机制
目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、
聚酰胺类及其他材料。从品种来说，已有成百种以上的膜被
制备出来，其中约40多种已被用于工业和实验室中。以日本为 例，纤维素酯类膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7 ％，其他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料在膜材料中占 主要地位。
5.2高分子功能膜的制备方法
（3）根据溶剂与溶质的化学性质，溶剂分子中有能够增强
与聚合物分子相互作用的结构因素时，有利于增强溶解能力、 这些结构因素包括：能够形成氢键的结构、能够形成络合物 配位键的结构和能够形成离子键的结构等。
2.常见膜制备溶剂体系
(1) 用于纤维素衍生物类材料的溶剂体系 (2) 用于聚酰胺类膜材料的溶剂体系 (3) 用于其他均聚聚合材料的溶剂体系 (4) 用于共聚高分子的溶剂体系
（2）高分子链段结构层次
对应于构成膜材料的聚合物的单体和链段结构类型。其对
聚合物的结晶性、溶解性、溶胀性等性质起主要作用，影 响膜的力学和热性质。
三、高分子功能膜的结构与性质的关系
（3）高分子立体构象结构结次
对应于聚合物的微观构象，如分子呈棒状、球状、片状、还 是呈螺旋形状，或者为无定型形状等。 微观构象与形成膜的 机械性能和选择性有密切关系。
散作用
6）电透析膜(electrodialysis membrance）
分离的驱动力为电场力，指在电场力的作用下，带电粒子会
倾向于透过分离膜的微孔向带相反电荷的电极运动。电透析 膜一般由离子交换树脂构成。
7）液体膜（liquid membrance)
是液态的膜材料构成的分离膜，包括乳化型液体 膜、支撑型 液体膜和动态形成液体膜。
四、高分子分离膜制备材料
用作分离膜的材料包括广泛的天然的和人工合成的有机高分子 材料和无机材料。 原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料均可用于制
备分离膜。但实际上，真正成为工业化膜的膜材料并不多。这
主要决定于膜的一些特定要求，如分离效率、分离速度等。此 外，也取决于膜的制备技术。
四、高分子分离膜制备材料
上述四种多孔膜分高特征可以用下图来形象化表示。
5）密度膜（dense membrance)（聚合物膜）
几乎不存在人为的微孔，膜中聚合物以半晶态或非晶态存在， 与其他常见聚合物结构类似，因此有时也称为聚合物膜。主 要用于混合气体分离，如合成氨工业中原料水煤气与产品氨 气的分离。其分离机理主要为气体在聚合物膜中的溶解和扩
应用：海水及苦咸水的淡化，果汁生产，氨基酸生产、 抗生素回收，催化剂分离回收等。
4）反渗透膜（Reverse Osmosis RO）
渗透与反渗透原理示意图
是压力驱动分离过程中分离颗粒粒径最小的一种分离方法， 膜孔径在0.1~10nm之间，孔积率约为50%以下，孔密度为 1012个/cm2，操作压力在0.69~5.5MPa。主要用于脱除溶液中 的溶质，如海水和苦咸水的淡化。
（4）聚集态结构和超分子结构
包括分子的排列方式和结晶度等内容，以及晶胞的尺寸大小、 膜的孔径和分布等。很显然这一结构层次直接与膜材料的使 用范围、透过性能、选择性等关系密切。
三、高分子功能膜的结构与性质的关系
（5）膜材料的宏观外型结构层次
管状膜 管状分离膜最大的特点是容易清洗。适用于分离液浓 度很高或者污物较多的场合。 中空纤维膜 这是由半透性材料通过特殊工艺制成的中空式纤 维，其外径在50~300µ m之间，壁厚约20µ m左右(依据外径不同有 所变化)，是微型化的管状膜，中空纤维的重要应用场合在血液透 析设备(采用大孔径中空纤维)和人工肾脏(外径＝250µ m壁厚＝ 10~1 2µ m)的制备方面。 平面型分离膜 这是分离膜中宏观结构最简单的一种。平面型 分离膜还可以进一步分成以下几个类别：无支撑膜(膜中仅包括分 离用膜材料本身)；增强型分离膜(膜中还包含用于加强机械强度 的纤维性材料)；支撑型分离膜(膜外加有起支撑增强作用的材料)。
(5) 用于离子型聚合物的溶剂体系
(6) 用于共混聚合物的溶剂体系
二、密度膜的制备（致密均质膜）
1.聚合物溶液注膜成型法
将膜材料用适当的溶剂溶解，制成均匀的铸膜液，将铸膜 液倾倒在玻璃板上(一般为经过严格选择的平整玻璃板)；用一 特制的刮刀使之铺展开成具有一定厚度的均匀薄层，然后移置 到特定环境中让溶剂完全挥发，最后形成一均匀薄膜。 聚合物和溶剂在使用前都要进行纯化处理。 一般来讲溶剂的溶解能力越强，减弱了聚合物与聚合物间 的作用力，不利于晶体生成，则生成的聚合物膜的结晶度越低， 渗透性等性能指标越好。
• 在膜的两边造成一个压力差，并使其大于渗透压，就会发 生溶剂倒流，使浓度较高的溶液进一步浓缩 • 选择吸附，溶解-扩散机理
Na+0.37nm
（0.2 nm）
3）选择性吸附机制
当膜材料对混合物中的部分物质有选择性吸附时，吸附性 高的成分将在表面富集，这样，该成分通过膜的几率将增 大。 对膜分离起作用的吸附作用主要包括范德华力吸附和 静电吸附。
膜分离技术发展简史
1935年，Teorell 离子交换膜用于海水浓缩制盐
1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各种比例 的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水-丙酮-溴化钠
为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正
的超过滤膜。 美国Amicon公司首先将这种膜商品化。
1）微滤膜（Microfiltration MF）
缺点： ① 颗粒容量较小，易被堵塞； ② 使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。
微孔过滤技术应用领域：
在工业上用于含水溶液的消毒脱菌和脱除各种溶液中的悬 浮微粒，适用于浓度10%的溶液处理。
2）超滤膜（Uicrofiltration UF）
含氟(硅)类
其他
聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等
壳聚糖，聚电解质等
一、高分子功能膜的分类
2.按使用功能划分：分离膜、缓释膜和保护膜等。 3.按被分离物质性质划分：气体分离膜、液体分离膜、固 体分离膜、离子分离膜、微生物分离膜等。 4.按被分离物质的粒度大小分：反渗透膜、纳滤膜、超滤 膜、微滤膜。 5.按膜的形成过程划分：沉积膜、相变形成膜、熔融拉伸 膜、溶剂注膜、烧结膜、界面膜和动态形成膜。 6.按膜的结构与形态划分：密度膜、乳化膜和多孔膜。
第五章高分子功能膜材料
研究内容
5.1高分子功能膜材料概述 5.2高分子功能膜的制备方法
5.3高分子分离膜的分离机理与应用
5.1高分子功能膜材料概述
膜分离技术发展简史
1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有 酒精的猪膀胱内 开创了膜渗透的研究。 1846年，Schonbem 硝酸纤维制备微滤膜 1861年，施密特（A. Schmidt）微孔过滤膜 用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤，在溶液侧施 加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、 蛋白质、胶体等微小粒子
一、聚合物溶液的制备
制备步骤：
根据溶剂与聚合物分子作用力大小不同，可以将溶剂分成 以下三类： (1) 溶剂分子与聚合物分子之间作用力大大超过聚合物分 子间作用力，溶剂有能力溶解聚合物成均一分子分散相， 该溶剂称为聚合物分散溶剂（或良溶剂），常作为主溶剂 使用； （2) 溶剂分子与聚合物分子之间的作用力与聚合物分子之 间作用力处在同一个数量级，这种溶剂一般仅能溶胀聚合 物，称为溶胀剂，在聚合物膜制备过程中常作为成孔剂使 用；