功能高分子材料期末论文剖析

功能高分子材料期末论文

课程总结

我们都知道，材料是与我们日常生活息息相关的，而高分子材料由于具有许多优良性能，适合现代化生产，经济效益显著，因而在工业上取得了突飞猛进的发展，其中功能高分子材料就是它的一个重要应用，它可以在高分子材料的主链或者侧链上加入一些具有特殊功能的功能基团，使高分子同时具有高分子的性质和这些功能基团，即高分子材料功能化。

一、功能高分子材料的定义及特点

（1）功能高分子材料的定义

一般说来，性能是指材料对外部作用的表征与抵抗特性，而功能则是外部作用引起材料内部变化而产生的输出特性，因而我们可定义为：对物质、能量和信息具有传输、转换或贮存作用的高分子及其复合材料称为功能高分子材料，通常也可简称为功能高分子，有时也称为精细高分子或特种高分子(包括高性能高分子)。（2）功能高分子材料的分类

功能高分子从制造和结构的角度可分为两类：一类是高分子本身具有特殊功能作用的结构型功能高分子；另一类是高分子本身不具有功能作用，而仅仅作为基体或载体与其他功能材料进行复合而制成的复合型功能高分子材料，按照功能特性通常可分成：光、电、磁、热、力、声、化学和生物等八大类。

（3）功能高分子材料的特点

功能高分子之所以发展迅速，是因为除了具有重量轻、易加工、可大面积成膜、原材料来源广泛等优点之外，还具有如下特点：①涉及面广；②技术密集，附加值高；③开发难度大，周期长，竞争激烈；④专用性强，品种多，产量小，价格贵。（4）功能高分子材料的应用

功能高分子材料主要应用在制备吸附分离高分子材料、高分子分离膜、电功能高分子材料、光功能高分子材料、环境降解高分子材料、生物医用高分子材料等方面。下面具体讲解这几方面。

1、吸附分离高分子材料

1.1吸附分离功能高分子的分类

（1）按吸附机理：化学吸附剂、物理吸附剂、亲和吸附剂

（2）按树脂形态：无定形、球形、纤维状

（3）按孔结构：微孔、中孔、大孔、特大孔、均孔等

吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂和吸附树脂。

1.2吸附树脂

吸附树脂是以吸附为特点，具有多孔立体结构的树脂吸附剂。由苯乙烯和二乙烯苯等单体，在甲苯等有机溶剂存在下，通过悬浮共聚法制得的鱼籽样的小圆球。广泛用于废水处理、药剂分离和提纯，用作化学反应催化剂的载体，气体色谱分析及凝胶渗透色谱分子量分级柱的填料。其特点是容易再生，可以反复使用。如配合阴、阳离子交换树脂，可以达到极高的分离净化水平。

1.2.1吸附树脂的应用

（1）有机物的分离：由于吸附树脂具有巨大的比表面，不同的吸附树脂有不同的极性，所以可用来分离有机物。例如，含酚废水中酚的提取，有机溶液的脱色等等。（2）在医疗卫生中的应用：吸附树脂可作为血液的清洗剂。（3）药物的分离提取：在红霉索、丝裂霉素、头孢菌素等抗菌素的提取中，已采用吸附树脂提取法。、（4）在制酒工业中的应用：酒中的高级脂肪酸脂易溶于乙醇而不溶于水，因此当制备低度白酒时，需向高度酒中加水稀释。

1.3 离子交换树脂

离子交换树脂是带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。通常是球形颗粒物。

可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类（或再分出中强酸和中强碱性类）。

1.3.1离子交换树脂的应用

（1）水处理：水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。

（2）食品工业：离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经水解反应，产生葡萄糖与果糖，而后经离子交换处理，可以生成高果糖浆。

（3）制药行业：制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。

（4）合成化学和石油化学工业：在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。

（5）环境保护：目前，许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。

2、高分子分离膜

高分子分离膜是由聚合物或高分子复合材料制得的具有分离流体混合物功能的薄膜。膜分离是依据膜的选择透过性，将分离膜作间隔层，在压力差、浓度差或电位差的推动力下，借流体混合物中各组分透过膜的速率不同，使之在膜的两侧分别富集，以达到分离、精制、浓缩及回收利用的目的。单位时间内流体通过膜的量（透过速度）、不同物质透过系数之比（分离系数）或对某种物质的截留率是衡量膜性能的重要指标。

2.1高分子分离膜的种类

高分子分离膜可按结构分为:①致密膜，膜中无微孔，物质仅从高分子链段之间的自由空间通过；②多孔质膜，一般膜中含有孔径为0.02～20μm的微孔，可用于截留胶体粒子、细菌、高分子量物质粒子等；③不对称膜，由同一种高分子材料制成，膜的表面层与膜的内部结构不相同，表面层为0.1～0.25μm薄的活性层，内部为较厚的多孔层;④含浸型膜，在高分子多孔质膜上含浸有载体而形成的促进输送膜和含有官能基团的膜，如离子交换膜；⑤增强膜，以纤维织物或其他方式增强的膜。

按膜的分离特性和应用角度可分为反渗透膜（或称逆渗透膜）、超过滤膜、微孔过滤膜、气体分离膜、离子交换膜、有机液体透过蒸发膜、动力形成膜、镶嵌带电膜、液体膜、透析膜、生物医学用膜等多种类别。

2.2高分子分离膜的制备方法

最初用作分离膜的高分子材料是纤维素酯类材料。后来，又逐渐采用了具有各种不同特性的聚砜、聚苯醚、芳香族聚酰胺、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚苯并咪唑、聚酰亚胺等。高分子共混物和嵌段、接枝共聚物也越来越多地被用于制分离膜，使其具有单一均聚物所没有的特性。制备高分子分离膜的方法有流延法、不良溶剂凝胶法、微粉烧结法、直接聚合法、表面涂覆法、控制拉伸