第一章功能高分子材料第一章功能高分子材料

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第一章 功能高分子材料

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1.1概述

1.1.1功能高分子材料的概念

指具有傳遞、轉換或儲存物質、能量及資訊的高分子 材料。這類高分子材料除具有一般高分子材料的物理 機械特性外,還具有明顯不同的物理化學性質及某功 能特性,如化學反應性、催化性、光敏性、導電性、

磁性能及生物活性等。

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功能高分子從組成和結構上可分為:

1.結構型:是指在分子鏈中具有特殊功能基團的高分 子材料。

2.複合型:是指以高分子材料為基礎,與具有某些特 定功能之材料進行複合而製得的功能高分子材料。

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1.1.2功能高分子材料的分類和製備 功能高分子按性質分類:

1.反應型功能高分子 2.光敏高分子

3.電磁功能高分子材料 4.吸附型高分子材料 5.高分子模材料

6.其他功能高分子材料如聲功能高分子材料、生物醫 用功能高分子材料。

還有其他分類:如表10.1

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功能高分子的製備方法:

(1)由功能性單體製備功能性高分子材料:它是先將 需要的功能基引入單體製得功能性單體,再選用各 種聚合方法,合成功能性高分子。

(2)通過高分子化學反應製備功能性高分子材料:通 過化學反應引入所需要的功能基團,而成為功能性 高分子。

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(3)通過共混、複合製備功能性高分子材料:它是將 具有功能性的低分子物質通過共混、複合的加工方 法製備。

(4) 通過特殊加工或表面處理製備功能性高分子材料 的方法:

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1.2化學功能高分子材料

由高分子鏈為骨架並連接上具有化學反應活性的 基團而成。主要有:高分子化學試劑、高分子催化劑

、離子交換樹脂、吸附樹脂、高分子絮凝劑、離子交 換膜等

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1.2.1 高分子化學試劑

高分子化學試劑是將小分子化學試劑通過高分子 化學反應,將反應性的功能基引入高分子鏈上,成為 反應性的高分子,即將小分子化學試劑高分子化,故 稱之。

高分子試劑中的反應基團受到特殊的靜電場、立 構空間結構、鄰位協同作用等”高分子效應”的影響,

使它具有獨特的反應能力,用高分子試劑可以加快反 應速度,提高收率和反應選擇性。

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1.2.2 高分子催化劑 高分子催劑:

1.離子交換樹脂催化劑:

2.高分子金屬催化劑:

3.天然高分子催化劑—酶:

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1.2.3離子交換樹脂

它是在交聯結構的高分子骨架上接有可離解的官能基 團所組成。

1. 離子交換樹脂的分類:

(1)強酸性陽離子交換樹脂 (2)弱酸性陽離子交換樹脂 (3)強鹼性陰離子交換樹脂 (4)弱鹼性陰離子交換樹脂

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2.離子交換樹脂的功能:

(1)離子交換作用 (2)吸附作用

(3)脫水作用 (4)催化作用 (5)脫色作用

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1.2.4 高分子分離膜

利用高分子分離膜可以對組分或多組分液體、氣體進 行分離、分級、提純或富集。

1. 高分子分離膜的特性:分離膜透過性和選擇性是評 價分離膜的兩個重要指標。膜的分離過程主要通過兩 種方式實現,即過篩及溶解擴散方式。物質選擇透過 膜的能力可分為兩類:一種是借助外界能量如壓力、

電力等,物質由低位元向高位流動;另一種是以化學 位元差為推動力,物質發生高位向低位元流動。

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2. 高分子膜材料:反滲透膜材料必須是親水性的,氣 體分離膜的透過率是與高分子膜材料的自由體積和內 聚能的比值有關;膜蒸餾要求膜材料是疏水性的,超 濾過程膜的污染取決於膜材料與被分離介質的化學結 構。

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3. 高分子分離膜的製備:分為聚合物的合成、聚合物 溶液或熔體的製備以及膜的成型、功能化等步驟。

4. 高分子分離膜的應用:氣體分離膜、透析膜、滲透 和反滲透膜、離子交換膜、微濾膜、超濾膜。

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1.3物理功能高分子材料

這類材料對某種物理作用如光、電、磁、聲、熱、力 等很敏感,或能夠將其一種物理過程轉變成為另一種 過程的特殊高分子材料。

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1.3.1光功能高分子材料

光功能高分子材料是指能夠對光能進行傳輸、吸收、

儲存、轉換的一類高分子材料。有:

(1)高分子光導纖維 (2)感光樹脂

(3)光學塑膠

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1.3.2電功能高分子材料

大多數高分子材料是不導電的,故廣泛地用作電絕緣 材料。但近年對導電性、壓電性和熱電性高分子材料 等進行不斷研究,因而出現了各種電功能高分子材 料。有:

1.導電性高分子材料:通常將電阻率在10-10Ω· cm 以下的高分子材料稱為導電性高分子材料。分為二大 類:

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(1)結構型:又稱本征型導電性高分子材料,它 無需添加其他導電物質,其自身的高分子結 構具有導電性,其導電的電荷載流子是電 子、空穴或離子,這類高分子結構的特徵是 在分子內有大的共軛π電子結構。

(2)複合型:是指聚合物與各種導電性填料,通 過分散複合、層壓複合、及形成表面導電膜 等方式構成的導電材料。

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2.高分子壓電材料:具有壓電效應的材料,所謂壓電 效應(piezoelectric effect)是對某種電介質施加應變 (應力)就產生電荷,反之如施加一定電荷就會出現應 變的現象。有:

(1)光活性高分子 (2)鐵電高分子 (3)極性高分子

(4)壓電複合高分子材料

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1.3.3高分子磁性材料

是含有穩定自由基並具有鐵磁作用的高分子或含有過 渡金屬的高分子複合物之統稱。分兩大類:

(1)結構型:是指高分子本身結構具有磁性的高分子 材料,如PPH·硫酸鐵。

(2)複合型:是以高分子材料為基材與磁粉材料及其 他助劑複合加工而成的磁性高分子材料。

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1.4 生物醫用高分子材料

1.4.1 醫用高分子材料的應用

醫用高分子材料分為人工臟器、人工組織、醫用材 料、藥用高分子材料四大類。如表10.2

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