功能高分子

第一章
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？
与常规的聚合物的相比具有明显不同的物理化学性质，并且有某些特殊功能的聚合物大分子都应该属于功能高分子材料。

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？
4．按照功能划分功能高分子材料可以分哪些类别？
医药用高分子，分离用高分子，高分子化学反应试剂，高分子染料等
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？
反应性高分子、光敏高分子、电活性高分子、膜型高分子材料、吸附性高分子、高性能功能材料、高分子智能材料
6．功能高分子材料的主要结构层次有哪些？
构成材料分子的元素、材料分子中的官能团、聚合物的连段结构、高分子的微观构象结构、材料的超分子结构和聚集态、材料的宏观结构
7．在功能高分子中官能团所起的作用有哪些？
（1）性质主要依赖于结构中的官能团、（2）性质取决于聚合物的骨架与官能团协同作用、（3）官能团与聚合物骨架不区分、（4）官能团在聚合物中仅起辅助作用
8．在功能高分子中常见高分子效应有哪几种？
溶解度下降效应；高分子骨架的机械支持作用；高分子骨架的模板效应；高分子骨架的稳定作用；
其他效应：不可吸附性；液晶中分子链直接参与液晶态的形成，稳定和支撑；高分子燃料中可利用其固定作用降低其有害性，还能减少染料的迁移性，提高着色牢度
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。

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
第九章
医用高分子材料的分类方法有哪些？
a按照材料的性质：生物惰性高分子材料和可生物降解高分子材料
b按用途分：治疗用高分子材料，药用高分子材料，人造器官用高分子材料等
c来源：天然高分子医用材料，合成高分子医用材料，含高分子的复合医用材料
d按材料自身的功能和特点：生物相容性高分子材料，生物降解性，生物功能性
举一例说明医用高分子的结构、制备和应用？
医用生物惰性高分子、生物降解高分子的要求各有哪些？
生物惰性要求：（1）材料本身对肌体无毒性、无刺激性、无过敏反应、不致癌、不致畸。

（2）材料必须具有很好的组织相容性（3）有良好的血液相容性（4）具有相当的化学稳定性，保证在其使用的生物环境下不发生老化、分解
生物降解材料的要求：a血液和组织相容性，一定物理机械性能 b能在体温条件在生物体内顺利降解，而产生的降解产物是水溶性的，并且对人体无害。

降解后的小分子要能通过代谢排出体外或作为营养物质被人体吸收 c具有实际应用所需要的降解速度
什么是生物惰性、生物降解性、生物相容性？
生物惰性：材料在生物内部环境下自身不发生有害化学反应和物理破坏，也不对生物体产生不良影响。

生物降解性：材料仅有有限的使用寿命，使用期过后材料可以被生物体分解和吸收。

生物相容性：包括组织相容性和血液相容性
组织相容性：材料在肌体组织接触过程中不发生不利刺激性反应，不发生炎症，不发生排斥反应、没有致癌作用，不发生钙沉着。

血液相容性：材料在体内与血液接触后不发生凝血、溶血现象。

什么是药用高分子材料？药物缓释的目的是什么？根据药物作用机理可以把高分子靶向药物分为哪几种类
定义：药用高分子材料包括高分子药物、高分子药物载体、靶向药物高分子导向材料、高分子药物制剂材料、高分子药物包装材料等。

（后两者通常不包括在内）
目的：通过对药物释放剂量的有效控制，达到在一个较长时间内维持有效药物浓度，降低药物的毒副作用，减少抗药性，提高药物有效利用率的目的。

课分为：被动靶向、主动靶向、物理靶向药物
第六章
试述膜分离的两个最重要指标。

透过率：指测定物质单位时间透过单位面积分离膜的绝对量。

（分离速度）
选择性：指在同等条件下测定物质透过量与参考物质透过量之比。

（分离质量）
鼓泡法测量孔径的原理是什么？恒压法测量孔径的原理是什么？
鼓泡法：先将被测定膜在水中浸泡，然后捞出加压使空气透过，记录刚好使空气透过时的空气压力，有效孔径r=2σ/P ，其中σ为水-空气表面张力，P为施加压力
恒压法：在恒定压力下，根据给定时间内透过膜的水的体积来计算，公式为 J=nπr4APt/8ηd，由此可以求有效孔径r。

其中J为单位时间水的透过体积，A为膜的有效面积，P为压力，t为所用时间，d为分离膜的厚度，η为液体粘度
膜分离机制包括哪些？膜分离过程驱动力包括哪些？
（1）过筛分离机制、（2）溶解分离机制、（3）选择性吸附机制
驱动力：浓度差驱动力（透析膜）压力差驱动力（微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜）电场驱动力（电透析膜）
根据膜的结构和形态以及分离物质粒度大小对膜进行分类；按照外观形态和使用条件对吸附树脂进行分类。

根据结构和形态：密度膜、乳化膜、多孔膜
根据分离物质粒度大小：微滤膜0.1~10um、超滤膜1~100nm、纳滤膜1nm、反渗透膜0.1~10nm
按外观形态分：管状膜、中空纤维膜、平面型分离膜
相转变法制备多孔膜的方法有几种？每种方法有什么特点？
干法：
湿法：
热法：
聚合物辅助法：
怎样判断溶剂对聚合物的溶解能力？
A根据相似相容原理，溶剂化学结构与聚合物相似时，溶解能力大
B根据路易斯酸碱理论，显路易斯酸性的溶剂容易溶解路易斯碱性聚合物，反之亦然
C根据溶质与聚合物的化学性质，溶剂中有能够增强与聚合物相互作用的结构因素时有利于增强溶解能力怎样制备密度膜？P210
①聚合物溶液注膜成型法：将聚合物溶解于合适的溶剂中制备浓度和粘度合适的聚合物溶液，其中溶剂体系中不需要加入成孔剂，然后将制备好的溶液在适当的基材上铺展成液态膜，蒸发即可形成密度膜；②熔融拉伸成膜：将聚合物加热熔融拉伸，通过模版成型，然后冷却固化成分离膜;③直接聚合成膜法：首先制备单体溶液，并直接用单体溶液注膜成型，在注膜的同时加入催化剂，使聚合反应与膜形成同时完成，蒸发掉反应溶剂后即可得到密度膜
举例说明膜分离的应用。

海水和苦咸水淡化、污水净化、食品保鲜、液态物质消毒、气体分离、血液透析、药物缓释、离子交换（柠檬汁脱酸）、乳清中回收蛋白质、生活和生产用水的纯化和软化
第八章
什么是高分子吸附剂？与其它吸附剂相比有哪些优势P287
定义：是利用高分子材料与被吸附物质之间的物理或化学作用，其中包括物理吸引、配位和静电等作用形式，使两者之间发生暂时或永久性结合，进而发挥各种功效的材料
优势：再生容易、耐热、耐辐射、耐氧化、强度高、寿命长
①通过分子设计，聚合物股价内可以通过化学反应映入不同结构和性能的基团，从而比较容易得到各种性质的吸附剂；②通过调整制备工艺，可以制备各种规格的多孔性材料，大大增大吸附剂使用领域和使用性能；③经过一定交联的聚合物在溶剂中不溶不熔，只能被一定程度溶胀，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。

影响高分子吸附剂结构因素有哪些？它们怎样树脂的吸附性能？
内部因素：元素的组成、功能基团、分子极性
a.元素组成的影响如果聚合物分子中含有配位原子，聚合物便具有潜在的络合能力
b.功能基团的影响功能基团的性质决定了吸附树脂的不同选择性
c.分子极性的影响引入极性基团或因为结构发生变化导致分子极性发生变化，能改变高分子吸附树脂的
媳妇性能和选择性
d.聚合物的链结构和超分子结构链结构包括主链结构、分支结构及交联程度，超分子结构包括结晶度和
取向度
外部因素：温度、树脂周围介质的影响、其他
非离子型吸附树脂包括哪些？
按极性：非极性、弱极性、中等极性、强极性按骨架：聚苯乙烯型、聚丙烯酸型
离子型高分子吸附剂的原理是什么？
作为吸附树脂使用时，骨架上所带离子基团可以与不同反离子通过静电引力发生作用，从而吸附环境中的各种反离子，当环境中存在其它离子交换作用更强的离子时，由于竞争性吸附，原来的离子被新离子取而代之。

如何改善高吸水性高分子材料的性能？
a.引入具有强亲水性和可离子化基团
b.适度的交联结构
c.改善外部环境，如水溶液的组成和温度、压力
以氧为配位原子的螯合基团有哪些？各有什么特点？
基团：醇羟基、β-二酮、酚羟基、冠醚
醇羟基：生成六元环、二价铜的螯合物最稳定
β-二酮：构成六元环、与三价铁有较好的络合作用
酚羟基：酸性强，形成多配位螯合物时对聚合物的结构有特殊要求，螯合物结构复杂。

冠醚：可以络合碱金属和碱土金属
18．螯合树脂P298、离子型高分子树脂P306、高吸水性高分子材料吸水能力的定义P312螯合树脂：高分子骨架上连接有能够对金属离子进行配位的螯合功能基，对多种金属离子具有螯合作用而达到对其的浓缩和富集的一类高分子材料。

离子吸附树脂：一种在聚合物骨架上含有离子交换基团的功能高分子材料。

高吸水性高分子材料：材料的吸水能力至少超过自身质量数百倍的特殊吸附树脂。

智能凝胶
什么是凝胶？什么是溶胀比、溶胀度？试述智能凝胶中水的作用。

凝胶：高分子链之间以化学键形成的交联结构的溶胀体。

溶胀比：溶胀体体积与交联体体积的比值。

溶胀度：交联高分子在溶胀过程达到平衡时的体积（或重量）与溶帐前的体积(或重量)之比称为平衡溶胀度
什么是智能凝胶？哪些刺激可以引起智能凝胶的响应？什么是体积相转变？
智能凝胶：在外界环境的刺激下，比如PH值、光、电场、温度等，能够发生体积膨胀或收缩的凝胶。

有时这种收缩能达到几百倍或者几千倍。

体积相转变：指溶液中的凝胶的体积随外界环境因子（溶剂组成、离子强度、PH值、温度、光和电场等）变化产生不连续变化的现象。

光敏部分复习题：
1、解释：
分子轨道：原子轨道的线性组合。

成键轨道：在原子轨道组成分子轨道时，线性叠加，能量低于原来原子轨道的轨道。

反键轨道：在原子轨道组成分子轨道时，线性叠加，能量高于原来原子轨道的轨道。

量效率：每吸收一个量子所产生的反应物的分子数量。

激基复合物：当处于激发态的物质同另一种处在基态的物质发生相互作用，生成的物质被称为激基复合物。

激基络合物：当初在激发态的分子和同种处于基态的分子相互作用，生成的分子对被称为激基络合物。

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。

正性胶：光的照射使涂层发生光降解反应，导致溶解性提高，在显影时被洗去，暗区的光刻胶被保留下来。

负性胶：光的照射使涂层发生光交联反应，导致溶解性下降，在显影时被保留下来，暗区的光刻胶被洗去。

2. 画出电子跃迁的四种方式，简要说明其特点。

3. 利用Jablonsky图简要阐述电子激发态的损耗方式。

4、主要的正性胶和负性胶有那些类型？有何特点？
正：邻重氮萘醌-酚醛树脂类、神紫外（DUV）降解类
负：聚乙烯醇肉桂酸酯类（二聚交联反应、溶剂型、含酯健、不耐强酸和强碱）、聚酯型、
环化橡胶-叠氮类（正性胶、碱式溶液显影）
5、写出聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶的结构式和交联反应方程式。

6、写出邻重氮萘醌-酚醛树脂光刻胶的结构式和交联反应方程式。

7、简述光致抗蚀剂的光刻工艺。

负性胶：聚乙烯醇肉桂酸酯类合成-增感-交联-配胶
聚酯型合成-增感-交联-配胶
环化橡胶-叠氮类合成-交联-配胶
负性和正性光致抗蚀剂的光刻工艺过程是类同的，主要有涂胶、预烘、曝光、显影、后烘、腐蚀和去胶等操作步骤
8、简述光敏涂料的主要组分及其作用。

主要组成：预聚物、交联剂、稀释剂、光敏剂（光引发剂）、热阻剂、调色颜料P231
9、举例说明提氢型引发剂的引发机理。

主要类型：二苯酮/叔胺体系、硫杂蒽酮/叔胺体系、蒽酮/叔胺体系
特点：双组份（光敏剂+供氢体（叔胺））
引发机理：光敏剂吸光激发，夺取供氢体的活泼氢，产生具有活性的初级自由基，进一步引发聚合。

10、常见的均裂型引发剂有哪些？说明它们的分解机理。

苯偶姻及其衍生物、苯偶酰缩酮、苯乙酮衍生物、α-羟烷基苯酮、酰基膦氧化物
吸光激发后能直接分解产生初级自由基，并进而引发单体聚合。

均裂型：
11、汞灯有哪些类型？它们在光固化中的作用如何？
低压汞灯：功率太小，UV固化使用有限
中压汞灯：UV固化使用的最主要光源
高压汞灯：功率很大，UV固化很少使用
12、常见的光固化稀释剂有哪些类型？分别举出1～2个单官能、双官能和多官能丙烯酸酯的稀释剂，说明其特点。

乙氧基化（丙氧基化）多官能丙烯酸酯双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯HEMA HDDA
单官能丙烯酸酯：
有气味、活性较低、收缩率较低、固化物柔软
特点同上
双官能丙烯酸酯：
粘度小、稀释性好、活性大、柔性好、附着好
粘度小、稀释性好、活性大、柔性好、附着好较HDDA少用
多官能丙烯酸酯：
反应不完全、硬度大、交联度高
固体、活性大、硬度大、交联度高、收缩率大
13、光固化的齐聚物主要有那些类型，特点如何?
环氧树脂型低聚物（粘结力强，耐腐蚀）、不饱和聚酯（坚韧、强度高、耐溶剂好）、聚氨酯（粘结力强，耐磨、坚韧）、聚醚（低粘度，价格也较低）
14、光固化材料主要有哪些用途？试举例说明。

木材和金属的表面的装饰；印刷工业；光学器件、液晶显示器和电子器件的封装
15 、根据你的了解，就光固化涂料的某种用途设计一个配方，说明你的依据。

液晶高分子
1液晶态的含义
液晶态（liquid crystals 简称LC）是一种兼有晶体和液体部分性质的过渡中间相态（mesophases），即液态晶体，通常它既有液体的流动性和连续性，又有晶体的各向异性，如光学、力学、介电、热导、电导、磁化的各向异性。

2小分子液晶的三种分类及其分子排列特征
近晶相（简称S）最接近固体结晶结构。

分子刚性部分相互平行排列，并构成垂直于分子长轴方向的层状结构。

在层内分子可以沿者层面相对运动，保持其流动性。

其重心排列无序。

向列相（简称N）液晶分子刚性部分之间相互平行排列，并构成垂直于长轴方向的层状结构。

但是重心排列无序，只保持着一维有序性。

液晶分子在沿其长轴方向可以相对运动，而不影响晶相结
胆甾相（简称Ch）构成液晶的分子基本是扁平型的，依靠端基的相互作用，彼此平行排列成层状结构；与近晶型液晶不同，它们的长轴与层面平行，而不是垂直。

在两相邻层之间，由于伸出平面外的化学基团的作用，分子的长轴取向依次规则的旋转一定角度，层层旋转，构成一个螺旋面结构。

3什么是液晶高分子？
液晶小分子连接成大分子，或者将它们连接到一个聚合物骨架上，并且仍设法保持其液晶特征的大分子，就是液晶高分子。

4高分子液晶的分类：根据液晶基元在高分子链中所处的位置不同分类；根据液晶的生成条件液晶高分子分类
根据液晶基元在高分子链中所处的位置不同分：主链型液晶高分子、侧链型液晶高分子、复合型液晶高分子
根据液晶的生成条件液晶高分子分：溶致结晶、热致结晶、兼具溶致和热致结晶、压致结晶、流致结晶
5液晶态的主要表征手段
X射线衍射分析法、核磁共振光谱法、介电松弛谱法、热台偏光显微镜、热分析法
6高分子液晶的合成方法主要有哪三种？
先合成小分子液晶，再通过均聚、共聚或者接枝反应得到液晶高分子。

7溶致液晶的形成条件
溶解在溶液中的液晶分子的浓度达到一定值时，分子在溶液中能够按一定规律有序排列
溶致液晶必须具备下面两个条件：1 具有一定的刚性棒状结构 2 在适当的
溶剂中具有超过临界浓度的溶解度
8主链型溶致液晶高分子的常见结构，举例说明
刚性结构位于主链上，主链溶液型液晶分子一般没有双亲结构
聚芳香胺类PpBA
聚对氨基苯甲酰胺（PpBA）
聚对二氨基苯与对苯二甲酸共聚物（PpPTA）
9主链型热致液晶高分子的主要代表及合成方式，降低主链型热致液晶高分子的熔点的方法。

对羟基甲苯酸缩聚物、界面聚合和高温溶液聚合插入柔性连段降低聚合物熔点
热致性主链型液晶高分子
目前大多数热致型主链液晶是通过酯交换反应制备的
为了使聚合物的熔点降到分解温度以下，必须采取措施减弱分子间力。

通过改变聚合物的链结构来减弱聚合物分子的规整度是减小分子间力的有效方法：（1）在聚合物中加入体积不等的聚合物单体进行共聚（2）在聚合物刚性链段中加入柔性链段（3）聚合单体之间进行非线性连接
导电高分子
1导电聚合物的分类
按材料的组成：复合型导电高分子、本证导电高分子
按导电机理分：电子导电聚合物、离子导电聚合物、氧化还原型导电聚合物
2电子型导电聚合物的结构特征，常见的几种聚合物名称及结构
线性共轭聚合物聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯
聚合物内部应有能使其内部某些电子或空穴具有跨键离域移动能力的大共轭结构。

P71
3电子型导电聚合物掺杂的目的及机制
掺杂目的：在聚合物空轨道中加入电子或从占有轨道中拉出电子，改变现有π电子能带的能级，出现能量居中的半充满能带，减小能带间的能量差，使自由电子和空穴迁移时的阻碍减小。

导电机制：导电高分子在“掺杂”之后其链结构上存在着单个不能配对成键的p电子，这种类似于自由基的电子又称偶极子或孤子。

这类偶极子（孤子）的存在与跃迁使其具有了导电性。

P-型掺杂剂（氧化型），电子接受体；n-型掺杂剂（还原型），电子给予体
电荷转移络合物机制：掺杂时，高分子链给出或接受电子，掺杂剂将被还原或氧化，所形成的掺
杂剂离子与高分子链形成络合物以保持电中性。

质子酸机制：高分子链与掺杂剂之间并无电子的迁移，而是掺杂剂的质子附加于主链的碳原子上，而质子所带电荷在一般共轭链上延展开来。

4导电复合材料的导电机理及常见性质
导电通路理论：导电填料浓度达到“渗滤阀值”时相互连接形成导电通路。

性质：在某个浓度以上，复合材料的导电能力会急剧上升。

隧道导电理论：分子在振动时，电子通过相邻导电粒子在电场作用下形成的隧道实现定向迁移。

性质：在导电颗粒还没有分散成网络时，就有导电能力了。

导电机理：
粒子导电：从通过接触的导体粒子链来导电，粒子之间的接触电阻与接触数是决定导电的关键
隧道导电机制：把非常薄的非导体夹在导体中时，电场作用下电子仅需越过非常低的势垒而移动的现象
开关效应：电压与电流的关系急剧发生变化的现象
表现：在一定温度下增加电压，在某一电压时有非导体剧变为导体；在一定电压下升温，在某一温度区域由良导体变为绝缘体
压敏、拉敏效应：在外场压力作用下，复合材料由高阻态转变为低阻态，称为压敏效应，反之在拉力作用下，由低阻态转变为高阻态，则为拉敏效应
热敏效应：电阻率随温度的升高而增加或降低
5渗滤阀值的涵义
随导电填料含量增加，开始时导电率增加极少，当加入的导电粒子达到某一含量值后，电导率有一跳跃，剧增是个数量级以上。

这个含量值就是渗滤阀值。

6离子导电聚合物对高分子基质的要求，常见的聚合物名称及结构
1)含有一些给电子能力很强的原子或基团,它们能与阳离子形成配位键
2)配位中心间距离适当以便形成多元配位键
3)高分子链足够柔顺
常见聚合物名称：聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇、聚乙二醇亚胺、聚氧化乙烯PEO
7离子导电聚合物导电机理
离子同高分子链上的极性基团络合，在电场作用下，非晶区的离子与极性基团不断发生络合—解络合过程，从而实现离子的迁移。

晶体空位扩散机理-----阳离子在高分子醚键形成的螺旋体孔道内通过空位扩散,属一维离子导体。

由于孔道内的阳离子与孔道外的对阴离子作用力较强,所以表现活化能较大。

在高分子Tg和熔点(Tm)以下的温度范围内,其络合物电导一般属于这种机理
自由体积模型-----在温度高于聚合物Tg时的非晶相中,高分子的链段松驰运动可促进阳离子的迁移运动,
随着链段松驰运动的构象变化,阳离子向三维空间进行扩散、迁移。