功能高分子材料(罗祥林 主编)思考题

功能高分子思考题第一章绪论1．什么是功能高分子或功能高分子材料？功能高分子的特点有哪些？与常规的聚合物相比具有明显不同的物理化学性能，并且具有某些特殊功能（如化学活性、光敏性、导电性等）的聚合物大分子都属于功能高分子材料。

特点：a.产量小、产值高、制造工艺复杂；b.具有与常规聚合物明显不同的物理化学性能，并具有某些特殊功能；c.既可以单独使用，也可以与其他材料复合制作成结构件，实现结构/功能一体化。

2．试述功能高分子、特种高分子、精细高分子之间的区别和联系。

特种高分子：具有高强度、耐冲击、耐高温、特优电绝缘性能或兼而有之的一类高分子。

精细高分子：包括高分子化的精细化学品，和有特殊性能的功能高分子材料。

3．功能高分子材料应具有哪些功能？物理功能（导电、超塑性、磁记录等）、化学功能（离子交换、催化、氧化还原等）、介于化学和物理之间的功能（吸附、膜分离、表面活性等）、生物或生理功能（组织适应性、血液适应性、非吸附性等）。

4．按照功能划分功能高分子材料可以分哪些类别？物理功能高分子材料、化学功能高分子材料、生物功能和医用高分子材料、其他功能高分子材料。

5．按照性质和功能划分，功能高分子材料可以分为哪些类型？反应型高分子、光敏型高分子、电活性高分子、膜型高分子材料、吸附型高分子、高性能功能材料、高分子智能材料、医用高分子、其他功能高分子。

6．功能高分子材料的主要结构层次有哪些？元素组成、官能团结构、链结构和分子结构、微观构象和聚集态、宏观结构。

7．在功能高分子中官能团所起的作用有哪些？（1）官能团的性质对材料的功能性起主要作用；（2）官能团与聚合物骨架的协同作用决定了功能高分子的功能性；（3）聚合物骨架本身具有官能团的作用；（4）官能团对功能高分子的功能起辅助作用。

8．在功能高分子中常见高分子效应有哪几种？物理效应、支撑作用、模板效应、邻位效应、包络作用和半透性、其他效应。

9．举一例说明从已知结构和功能的化合物设计功能的高分子。

（选一种）西瓜含水量极高的原因是西瓜中有一种纤维素，仿照西瓜纤维素的构造可以设计超吸水性树脂，它能够吸收超越自身重量数百倍到数千倍的水分；竹子在其表皮组织有密集的纤维束，在内部这样的结构却很稀少，这样形成了一种高强度材料。

10．化学方法制备功能高分子时制备功能可聚合单体应该注意什么？可聚合基团的选择要根据在高分子化过程中使用的聚会方法，功能性小分子的结构特点、生成功能聚合物的使用条件和所需要的性能要求等多种因素综合考虑。

需考虑可聚合基团与功能化基团之间不要相互干扰，必要时对敏感基团加以保护。

11．对通用高分子材料的功能化可以采用哪些途径来实现？a.化学功能化：利用接枝反应在主链上引入活性功能基，从而改变聚合物的物理化学性质，赋予其新的功能；b.物理方法：通过小分子功能化合物与聚合物的共混和复合来实现；c.功能高分子材料的多功能复合；d.在同一种分子中引入多种功能基。

第二章吸附分离功能高分子（本章无标准答案）1.什么是吸附选择性和吸附性分离？什么是吸附分离功能高分子材料？固体物质对液体或气体中的不同组分的吸附性有差别。

即具有吸附选择性；利用吸附选择性可以分离复杂物质和进行产品提纯，这种利用吸附现象实现分离某些物质的方法，称为吸附性分离。

吸附分离功能高分子材料，又称高分子吸附剂或高分子树脂，它是利用高分子材料与被吸附物质之间的各种相互作用，使其发生暂时或永久性结合，从而发生各种功能的材料。

2.列举吸附分离功能高分子材料的优势和分类。

优势：a.在聚合物骨架内可以通过化学或物理作用引入不同结构与性能的基团进行改性，从而得到本性性能与表面性能均十分优异的各种用途的吸附剂；b.通过调整制备工艺，可以制作各种规格的多孔性材料，使吸附剂有效吸附面积大大增加；c.具有一定交联度的聚合物在溶剂中溶胀后，充分扩张的三维结构又为吸附的动力学过程提供便利条件；d.强度高，寿命长，耐氧化，耐辐射，耐热，易再生和回收。

分类：非离子型的高分子吸附树脂、离子型的高分子吸附树脂、金属离子配位型的螯合树脂、亲水性的高分子吸水剂、亲油性的高分子吸油剂、离子交换膜、高分子电解质絮凝剂。

3.试分析影响吸附分离功能的因素有哪些？内因：（1）聚合物的化学组成（基本元素的影响、官能团的影响）；（2）聚合物链结构和超分子结构；（3）吸附树脂的宏观结构外因：温度、周围介质的影响、pH值。

其他：流动相的流速、溶液粘度、被吸附物质的扩散系数等动力学因素。

4.吸附分离高分子致孔的方法有哪些？各有什么特点？（1）惰性溶剂致孔：（2）线形高分子致孔：（3）后交联成孔：（4）无极纳米微粒致孔：5.物理相互作用吸附物质的吸附树脂可分为非极性、中极性和强极性三类，它们各有什么特点，对它们的制备各举一例。

（1）非极性：主要通过范德华力从水溶液中吸附具有一定疏水性的物质。

以聚苯乙烯和二乙烯苯共聚得到的吸附树脂为非极性吸附树脂。

（2）中极性：从水中吸附物质，除范德华力外，也有氢键的作用。

中极性单体聚合得到，如聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯。

（3）强极性：主要是通过氢键与偶极-偶极相互作用对吸附物质进行吸附。

含氰基的吸附树脂，可由悬浮聚合法合成，如将DVB与丙烯腈共聚，得到含氰基的树脂。

6.什么是离子交换树脂？阳离子交换树脂和阴离子交换树脂分别含有哪些官能团？离子交换树脂，又称为离子交换与吸附树脂，是指在聚合物骨架上含有离子交换基团，能够通过静电引力吸附反离子，并通过竞争吸附使原被吸附的离子被其他离子所取代，从而使物质发生分离的功能高分子材料。

阳离子：-SO3H、-COOH、-PO3H2、-AsO3H2等。

阴离子：-N+(CH3)3、-N+(CH3)2CH2CH2OH等。

7.以交联聚苯乙烯为骨架如何分别在苯环上引入阳离子交换基团和阴离子交换基团？（没有标准答案，大家自己斟酌一下）阳离子：首先合成聚苯乙烯-二乙烯苯小球，然后用溶胀剂溶胀聚苯乙烯进行磺化反应。

阴离子：大部分强碱性阴离子交换树脂是从聚苯乙烯-二乙烯苯共聚物小球出发，经氯甲基化和胺化反应制得。

P 238.表征离子交换树脂物理性能指标有哪些？粒度、密度、孔性能指标、比表面积、含水量。

9.离子交换树脂有哪些主要功能？试述离子交换树脂的用途。

（1）主要功能：离子交换功能、催化功能、吸附功能、脱水功能、脱色功能。

（2）用途：水处理、环境保护、海洋资源利用、冶金工业、原子能工业、食品工业、化学合成。

第三章反应型功能高分子1.什么是反应型功能高分子材料？反应型功能高分子材料是指具有化学活性、能够参与或促进化学反应进行的高分子材料，主要包括高分子化学反应试剂和高分子催化剂。

2.制备反应型功能高分子的有机聚合物载体应满足什么要求？反应型功能高分子的特点有哪些？反应型功能高分子主要有哪两大类？要求：（1）不溶于普通有机溶剂，但能够溶胀；（2）物理机械性能好，有适当的刚性和柔性，不易破损；（3）容易功能基化，功能基早高分子骨架上分布均匀；（4）聚合物的功能基容易与反应试剂接近；（5）在反应过程中不发生副反应；（6）能通过简单、经济和转化率高的反应进行再生。

特点：（1）化学和物理稳定性好；（2）试剂和催化剂容易分离和可回收利用；（3）稀释效应和浓缩效应；（4）实现连续化和自动化操作；（5）避免副反应和提高产率。

分类：高分子化学反应试剂、高分子催化剂。

3.从化学反应的角度可以将高分子化学反应试剂分成哪两类？它们在进行反应时有何不同？分类：高分子承载的反应底物（1）、高分子承载的小分子试剂（2）。

不同：（1）将普通的反应底物通过适当的化学反应固载到聚合物上，然后用这种高分子承载的反应底物与小分子化学反应试剂得到高分子承载的产物，再用一定的化学反应方法将产物从高分子载体上解脱下来，除去载体，经简单纯化得到所需要的产物。

（2）将小分子试剂通过适当的化学反应固载到聚合物上，然后用这种高分子承载的试剂与小分子进行计量反应以获得产物。

4.氧化还原型高分子试剂活性中心一般含有哪五种结构类型？作为高分子氧化剂的高分子硒试剂与小分子有机硒相比具有哪些优点？结构类型：氢醌或酮式结构、硫醇或硫醚结构、吡啶结构、二茂铁结构、多核杂环芳烃结构。

优点：消除了毒性和令人讨厌的气味；具有良好的选择氧化性。

5.在高分子转递试剂中列举三种以上高分子试剂的化学反应，并分析反应机理和特点。

6.简述固相合成过程。

高分子固相载体必须满足的要求有哪些？合成：首先，含有双官能团或多官能团的低分子有机化合物A以共价键的形式与带有活性基团的X的高分子载体相连接；然后，这种一端与高分子骨架相接，另一端的官能团处在游离状态的中间产物能与其他小分子试剂进行单步或多步反应，生成化合物A-B；最后，将合成好的化合物通过水解从载体上释放下来。

要求：（1）在反应介质中不溶解，不参与化学反应，是化学惰性的；（2）在反应介质能很好地溶胀；（3）载体上的活性基团与反应物的反应活性高；（4）载体与反应物形成的键在反应过程中、温和条件下稳定，但反应完成后容易离解。

合成：首先，使氨基保护的氨基酸与氯苄反应构成肽反应增长点；然后，在保证生成的酯键不断裂的条件（温和酸性水解）下脱下保护基R，再与另一种氨基酸（氨基被保护）反应形成酰胺键。

如此反复，就可以得到预定结构的多肽；最后，用合适的酸（HBr与CH3COOH的混合液或CF3COOH与HF的混合液）水解除去端基保护基并断开载体与多肽之间的酯键。

7.列举几种高分子酸碱催化的有机反应。

酸催化：（1）酯化反应；（2）缩合反应。

碱催化：（1）水解反应；（2）缩合反应。

8.通过化学结合的高分子金属络合物催化剂有哪三种结构？结构：单配位、分子内螯合、分子间交联。

9.列举一些高分子金属络合物催化剂催化的有机反应。

（1）氧化反应；（2）加氢反应；（3）烯烃聚合；（4）烯烃的其他反应；（5）卤代烃酰化。

10.什么是相转移催化剂？举例说明高分子相转移催化剂催化的反应。

相转移催化剂一般是指在反应中能与阴离子形成离子对，或者与阳离子形成配合物，从而增加这些离子型化合物在有机相中的溶解度的物质。

第四章光功能高分子材料1.名词解释：光功能高分子材料、光量子效率、激基缔合物、活性稀释剂、光刻胶、正性胶、负性胶、光力学功能高分子材料、高分子非线性光学材料。

光功能高分子材料：在光的作用下能够产生某些特殊物理或化学性能变化的高分子材料。

光量子效率：物质分子每吸收单位光强度后，发出的荧光（或磷光）强度与入射光强度的比值。

激基缔合物：处在激发态的分子和同种处于基态的分子相互作用，生成的分子对。

活性稀释剂：光刻胶：感光性树脂受光的照射而产生化学反应（交联或降解）或其他结构变化，使溶解性能发生显著变化，不溶解的树脂对底材具有抗化学腐蚀的作用，这种感光性树脂就叫做光抗蚀剂或光刻胶。