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1、功能高分子重点 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望化学功能l包括离于交换，催化，氧化还原，光聚合，光交联，光分解，光降解，固体电解质，微生物分解等功能。l化学功能高分子材料有：感光性高分子材料，氧化还原树脂，离子交换树脂光降价性塑料，高分子试剂，固体电介质。物理功能l包括导电，热电，压电，焦电，电磁波的透过吸收，反射，热电子放射，超导，形状记亿超塑性，低温韧性，磁化，透磁，电磁屏蔽，磁记录，光致变色，偏光性，光传导，光磁效应，光弹性，耐放射线、x射线透
2、过，x射线吸收等功能。l以物理功能为主的功能高分子材料有：导电聚合物，压电高分子，高分子驻极体，旋光性高分子，高分子载体，磁记录高分子材料，高分子颜料及荧光体，高分子发光体。生理功能l包括组织适应性血液适应性，生物体内分解非抽出性，非吸附性等功能。l生理功能为主的高分子材料有：医用高分子材料，医药，农药，生物降价性塑料。第三节第三节 功能高分子材料的构效分析功能高分子材料的构效分析 一、官能团性质与聚合物功能的关系l功能高分子材料的性质主要取决于所含的功能高分子材料的性质主要取决于所含的官能团官能团：如侧链液晶型高分子，在柔性主链上接上刚性侧链构成，高分子氧化剂的氧化性取决于所含的过氧羧基，含
3、季胺基和磺酸基的高分子材料具有离子交换功能l功能高分子材料的性质主要取决于官能团功能高分子材料的性质主要取决于官能团与聚合物骨架的协同作用与聚合物骨架的协同作用：如固相合成试剂l官能团与聚合物骨架不能区分官能团与聚合物骨架不能区分：具有电子导电功能的高分子材料含有共轭双键，既是官能团，也构成聚合物骨架；具有离子导电功能的高分子材料起主要作用的醚氧结构位于主链上；主链液晶型高分子，刚性主链在形成液晶时起主要作用l官能团仅起辅助作用官能团仅起辅助作用：引入官能团改善溶解性，润湿性，玻璃化转变温度，氧化还原电位，稳定性等 二、高分子骨架的作用-高分子效应l溶解度下降：分子间力增大，导致溶解度下降l机
4、械支撑作用l模板效应l稳定效应 三、聚合物骨架种类和形态的影响l聚合物骨架的种类和影响l1）烯类及环氧类单体制备的聚合物，主链为饱和结构，链的柔顺性好l2）以聚酯、聚酰胺为代表的，一般采用缩聚制备，强度较高l3）以天然高分子改性得到的聚合物分子，如改性纤维素、甲壳素等，生物相容性好l4）以聚吡咯、聚噻吩、聚苯、聚乙烯为代表的具有线性共轭结构，具有电子传输性l5）以聚芳香内酰胺为主链的梯形化合物，有超常的机械性能，可制备主链高分子液晶l6）聚均苯四甲内酰胺，很高的拉伸强度及热稳定性 第五节功能高分子材料制造的主要途径l 功能高分子材料从它们的组成和结构可分成结构型、复合型和混合型三种。l 结构型
5、功能高分子材料是指在大分子链中有特定功能基因的高分子材料，对于它们的制备方法主要是化学合成为手段。l 复合型功能高分于材料是指以普通高分子材料为基体或载体与具有特定功能的其它材料进行复合，主要用物理加工手段。l功能高分子材料是既有结构型又有复合型的特点称作混合型结构型功能高分子材料的主要制备方法 l分子设计 l高分子化l功能复合 l功能扩大 l系列化 表面处理技术 l由表面处理可以使高分子固体材料获得如下功能；l被粘结性及可印刷性；l对物质有选择性的屏蔽功能或选择性透过功能；l对能量有选择性的屏蔽、透过及反射功能；l硬度及耐磨损性；l电磁特性l对生物体组织及生物功能的适应性；l耐化学药品性 n
6、 n使用聚合物试剂和催化剂进行有机合成的最大优点是，利用聚合物载体不溶解的性质，在反应结束后，通过简单的过滤，就能将连接在聚合物载体上的反应物、副产物、试剂或催化剂与液相成分分离开来这不仅避免了蒸馏、重结晶以及其他分离方法所带来的损失，而且简化了处理步骤，节省工时，从而提高了生产效率此外，聚合物试剂和催化剂尚具有选择性高、副反应少以及载体可回收重用等优点，因而已被广泛用于精细有机合成和多肽、糖、核苷酸、萜类、生物碱、激素等天然有机物的合成”1、高分子化学反应的特点、高分子化学反应的特点 n n相同点：一般低分子化学反应包括氧化、还原、取代、加成、消去、酯化、水解、氢化、卤化、硝化、磺化、环化和
7、配位等，也适用于高分子 高分子化学反应的特点高分子化学反应的特点n n不同点：(l)高分子链含有大量具有反应能力的功能基，当进行化学反应时，并非所有的基团都参与反应，故不易分离出单一结构的产物(2)高分子与化学试剂反应，如属非均相反应，则试剂在高分子相内的扩散速度对反应的程度影响很大 (3)由于高分子链很长，在物理或化学的因素作用下，容易发生降解或异构化，甚至交联 2、影响高分子化学反应的主要因素、影响高分子化学反应的主要因素 n n l、静电荷和位阻的影响n n 2结晶度对高分子化学反应的影响n n 3溶解度或溶胀度的影响n n 4成对基团的限制n n 5、链构型的影响n n 6相溶性的影响
8、 3、高分子效应及其应用、高分子效应及其应用 n n含有功能基的高分子的化学、物理性质，不同于含有相同功能基的低分子模型化合物，这种差别有时表现得很突出，故此把引起这些差别的各方面的原因，总的概括起来，称为高分子效应。简浅地说，高分子效应是由于高分子链节之间存在着不可忽视的相互作用而引起的这些链节以共价键相连，即使在无限稀释情况下，彼此仍不会远离，即链节“浓度”还很高，链节之间的相互作用是高分子效应的内在原因几种类型的高分子效应及其应用几种类型的高分子效应及其应用 n n(一)骨架的机械支架作用n n(二)邻基效应 n n(三)协同效应n n（四）模板效应n n（五）基位隔离效应n n三相催化
9、作用n n相转移催化剂结合到不溶性聚合物上，得到不溶性固体催化剂与一般非均相催化剂催化不同的是反应体系存在着三个相，催化剂和每种反应物都处于不同的相 n n反应发生在固相催化剂和有机相界面，阴离子的交换在水-有机相界面进行，而阳离子留在水相 n n三相催化反应过程中，三个基本步骤控制着反应速率：反应物从液相传递到固体催化剂表面；反应物从催化剂表面向活性点扩散；在活性点上的反应这些步骤中的每一个都由一个或几个实验参数决定 辅酶的固定化辅酶的固定化n n 辅酶与相应的酶蛋白有一定的亲和性，所以聚合物载体固定化的辅酶可作为酶的亲和吸附剂，用以制备固定化酶而辅酶经聚合物载体固定化后，自身常显示出一定的
10、催化活性辅酶种类很多，它的固定化的方法亦多种多样，但大都采用共价偶合法 细胞的固定化细胞的固定化 n n 细胞的固定化方法类似于酶的固定化方法，但使用较多的是包埋法和吸附法。存在问题和今后研究方向存在问题和今后研究方向 n n活性问题活性问题n n 大量的研究已证明，无论聚合物试剂或聚合物大量的研究已证明，无论聚合物试剂或聚合物催化剂，它们的活性都低于其相应的低分子试剂催化剂，它们的活性都低于其相应的低分子试剂和催化剂造成这种情况的原因是多方面的，但和催化剂造成这种情况的原因是多方面的，但功能基的微观环境的影响是一个重要因素此外功能基的微观环境的影响是一个重要因素此外在合成功能聚合物时，异种结
11、构的形成，干扰基在合成功能聚合物时，异种结构的形成，干扰基团的引入，聚合物裁体表面存在杂质，以及反应团的引入，聚合物裁体表面存在杂质，以及反应物进出功能聚合物孔道的扩散限制，都会影响它物进出功能聚合物孔道的扩散限制，都会影响它们的活性研究还发现，聚合物裁体化反应常常们的活性研究还发现，聚合物裁体化反应常常达不到理论产率，这可能由于位阻效应和扩散限达不到理论产率，这可能由于位阻效应和扩散限制所致因此，今后在研制和筛选高活性的聚合制所致因此，今后在研制和筛选高活性的聚合物试剂和催化剂的同时，必须进一步探明功能基物试剂和催化剂的同时，必须进一步探明功能基反应的微观机理反应的微观机理 n n工业应用问
12、题工业应用问题n n 迄今在已报道的大量的聚合物试剂和催化剂迄今在已报道的大量的聚合物试剂和催化剂中，已经纳入工业规模使用的为数还不多究中，已经纳入工业规模使用的为数还不多究其原因主要是这一类功能聚合物生产成本较高，其原因主要是这一类功能聚合物生产成本较高，而机械强度及化学稳定性还不理想因而机械强度及化学稳定性还不理想因n n此，近年来已有一些研究从改变单体原料和改此，近年来已有一些研究从改变单体原料和改革合成工艺入手，研制和筛选性能更好、价格革合成工艺入手，研制和筛选性能更好、价格较低的新型聚合物试剂和催化剂看来，这仍较低的新型聚合物试剂和催化剂看来，这仍然是今后一个十分重要的课题具有高活性
13、和然是今后一个十分重要的课题具有高活性和n n一定机械强度的大网孔树脂的出现，必将有助一定机械强度的大网孔树脂的出现，必将有助于这个问题的解决于这个问题的解决n n分析测试问题分析测试问题n n使用聚合物试剂进行有机合成时，为了计算投入的剂量，使用聚合物试剂进行有机合成时，为了计算投入的剂量，必须测定聚合物试剂的功能基的浓度为了探明功能基反必须测定聚合物试剂的功能基的浓度为了探明功能基反应的进程，还必须进行聚合物键联中间体的分析和反应后应的进程，还必须进行聚合物键联中间体的分析和反应后功能聚合物最终产物分析实践证明，化学分析法往往受功能聚合物最终产物分析实践证明，化学分析法往往受到功能聚合物不
14、溶性的限制，显得既费时而准确度不高到功能聚合物不溶性的限制，显得既费时而准确度不高科学工作者曾讨论固相合成中应用物理分析方法的可能性科学工作者曾讨论固相合成中应用物理分析方法的可能性红外光谱法是当今用于直接分析聚合物功能基存在，或红外光谱法是当今用于直接分析聚合物功能基存在，或者确定一个化学变化所进行的程度的一个定性手段，在某者确定一个化学变化所进行的程度的一个定性手段，在某些情况下也可以得到定量关系紫外光谱、核滋共振、顺些情况下也可以得到定量关系紫外光谱、核滋共振、顺磁共振、红外光谱、拉曼光谱、磁共振、红外光谱、拉曼光谱、X X射线反向散射法和放射射线反向散射法和放射性标记颗粒的放射自显影法
15、，都已应用于固相合成的功能性标记颗粒的放射自显影法，都已应用于固相合成的功能基测定，并显示出它们的有效性但至今还没有一种物理基测定，并显示出它们的有效性但至今还没有一种物理方法能够普遍适用于分析所有类型的聚合物试剂和催化剂方法能够普遍适用于分析所有类型的聚合物试剂和催化剂这些方法的快速性、定量方面的精确度和杭干扰能力，这些方法的快速性、定量方面的精确度和杭干扰能力，尚有得于进一步提高尚有得于进一步提高 絮凝机理 高分子絮凝剂的絮凝作用机理是；在稳定的胶体分散体系中，一个长链大分子可同时吸附两个或几个胶粒，或是一个胶粒可同时吸附两个高分子链，因而形成“架桥”的形式把胶粒裹集起来而聚沉。也可能是大
16、分子链中的极性基团在胶粒表面上进行无规则吸附而使胶粒聚沉。此外，有的絮凝剂也有中和悬浮物质的电荷的作用。高分子絮凝剂 高分子絮凝剂的类别和结构一般可按化学组成、产品形态或其它方式分类。根据分子的总电荷、絮凝剂通常可分为3类；阴离子、阳离子及非离子絮凝剂。1阴离子絮凝剂。大多数阴离子絮凝剂是以聚丙烯酰胺结构为基础的。分子链中酰胺基部份水解为羧基，所以带有负电荷，但电荷密度一般较低。由于分子链带有负电荷，使大分子在水溶液中更好地伸展，从而增强了对悬浮粒子的捕集和架桥作用。阴离于絮凝剂主要有聚丙烯酰胺和它的部份水解产物或是丙烯酰胺与丙烯酸的共聚物，此外，还有聚苯乙烯磺酸钠等。阳离子絮凝剂。阳离于絮凝
17、剂一般是在侧基或支链上带有正电荷的阳离子聚电解质如高分子量聚丙烯酰胺的改性产物 非离子絮凝剂。这类絮凝剂主要有聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯等。高分子絮凝剂的特点 一般低分子无机盐类混凝剂)是通过电荷中和作用使胶粒碰撞而聚集沉降的。就应用的宏观效果看，与无机混凝剂相比高分子絮凝剂的主要特点是用量少、效果好、适用范围宽、所形成的絮体大、沉降快、污泥量少且易于脱水处理 高分子絮凝剂的适用范围。高分子絮凝剂的应用 高分子絮凝剂在水处理技术中占有十分重要的地位，应用日益广泛。不仅可用于给水和废水处理，而且还用于循环水的处理。它除了具有除浊、脱色作用之外，还可去除废水中所含的高分子物质、病毒、细菌、
18、微生物、焦油、石油及其它油脂等有机物，表面活性剂、农药毒物、含氮、磷等富营养物质以及汞、铬、镉、铅等金属和放射性物质。二、高吸水性树脂的分子结构和吸水机制 即在高分子电解质的立体网络构造的分子间，存在可移动的离子对。由于显示同分子电解质电荷吸引力强弱的可移动离于的浓度，在高吸水性树脂内侧往往比外侧高，即产生渗透压。正由于这种渗透压及水和高分子电解质之间的亲和力，从而产生了异常的吸水现象。三、高吸水性树脂的基本特性（一）吸水性（一）吸水性吸水性是高吸水性树脂最重要的特性。一般树脂吸水性是高吸水性树脂最重要的特性。一般树脂吸水量可达自重的吸水量可达自重的500500倍到倍到l 000l 000倍，
19、最高可达倍，最高可达53005300倍。根据弗洛利公式，吸水能力与树脂组成、倍。根据弗洛利公式，吸水能力与树脂组成、交联度有关，此外还与外部溶液的性质有关交联度有关，此外还与外部溶液的性质有关(二二)保水性保水性高吸水性树脂与普通的纸、棉吸水不同，后者加高吸水性树脂与普通的纸、棉吸水不同，后者加压几乎可以完全把水挤出，而前者加压失水不多。压几乎可以完全把水挤出，而前者加压失水不多。这是因为吸水性树脂一旦吸水就彭胀为凝胶状，这是因为吸水性树脂一旦吸水就彭胀为凝胶状，高分子网链被扩展而具有一定的弹性，因此，在高分子网链被扩展而具有一定的弹性，因此，在加压下也不易挤出水来，但吸水性树脂可与环境加压下
20、也不易挤出水来，但吸水性树脂可与环境水份保持平衡水份保持平衡 (三三)吸水状态的凝胶强度吸水状态的凝胶强度 高吸水性树脂的凝胶强度用受重物挤压后凝胶的破高吸水性树脂的凝胶强度用受重物挤压后凝胶的破碎程度来衡量。因树脂有一定的交联密度，所以凝胶碎程度来衡量。因树脂有一定的交联密度，所以凝胶强度较高，不易破碎，如饱和吸水约强度较高，不易破碎，如饱和吸水约500500倍的聚丙烯酸倍的聚丙烯酸盐压坏强度是盐压坏强度是1010一一20kPa20kPa，吸水量较低时树脂显示的，吸水量较低时树脂显示的强度更大。强度更大。（四（四)吸氨性吸氨性 高吸水性树脂是含羧基的阴离子聚合物，由于部分高吸水性树脂是含羧基
21、的阴离子聚合物，由于部分羧基被中和，部分呈酸性，故可吸氨，具有除臭作用。羧基被中和，部分呈酸性，故可吸氨，具有除臭作用。(五五)其它性能其它性能 高吸水性树脂吸水后成水凝胶比一般水溶性高聚物高吸水性树脂吸水后成水凝胶比一般水溶性高聚物有更高的粘度，可用于化妆品增粘。此外，这类树脂有更高的粘度，可用于化妆品增粘。此外，这类树脂可与其它树脂混合，如与可与其它树脂混合，如与EVAEVA、橡胶共混，可获得防、橡胶共混，可获得防雾性、水膨润性等新性能，从而大大扩展了其应用领雾性、水膨润性等新性能，从而大大扩展了其应用领域。域。离子交换与吸附树脂离子交换与吸附树脂 特点：n n1、分离效率高n n2、应用
22、范围广（无机、有机及高纯 物的制备）3、树脂可反复使用（具有再生能力）4、操作烦，周期长离子交换与吸附树脂的组成离子交换与吸附树脂的组成 n n离子交换树脂出三部分组成：一是网状结构的高分子骨架二是连接在骨架上的功能基团，三是和功能基带相反电荷的可交换离子。三者互为依存、统一于每粒离子交换的珠体之中。离于交换树脂作为商品，它在运输、贮藏和使用时往往部含一定量的水份，因此水分子充满于每粒离子交换树脂的骨架、功能基和反离子之间。离子交换与吸附树脂的分类离子交换与吸附树脂的分类 n n依据树脂骨架结构不同，离子交换树脂可分为凝胶型和大孔型两大类。凝胶型离子交换树脂又可依据交联度不同分为低交联度(交联
23、度8)树脂；大孔型树脂又可分为一般大孔树脂和高大孔树脂，一般大孔树脂的交联度通常为8，而高大孔树脂的交联度则要远远大于8。n n根据所带的功能基的特性，离子交换树脂可分为阳离子根据所带的功能基的特性，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和其它树脂。带有酸性功能交换树脂、阴离子交换树脂和其它树脂。带有酸性功能基、并能与阳离子进行交换的称为阳离子交换树脂，带基、并能与阳离子进行交换的称为阳离子交换树脂，带有碱性功能基并能与阴离子进行交换的称为阴离子交换有碱性功能基并能与阴离子进行交换的称为阴离子交换树脂。基于功能基上酸、碱有强弱之分，离子交换树脂树脂。基于功能基上酸、碱有强弱之分，离子
24、交换树脂又可细分为强酸性又可细分为强酸性(SO(SO3 3H)H)、中强酸、中强酸(PO(OH)(PO(OH)2 2)及及弱酸性弱酸性(COOH)(COOH)、强碱、强碱(N(N+R R3 3Cl)Cl)、弱碱性、弱碱性(NH(NH2 2，NRHNRH，NRNR2 2)离子交换树脂。在强碱性离子交换树离子交换树脂。在强碱性离子交换树脂中将含有脂中将含有(N(N+(CH(CH3 3)3 3ClCl-)的树脂叫强碱的树脂叫强碱型树脂，型树脂，含有含有(N(N+(CH(CH3 3)2 2(CH(CH2 2CHCH2 20H)0H)的树脂叫强碱的树脂叫强碱型树脂。型树脂。带有螯合基、氧化还原基、阳阴两
25、性基的树脂；分别称带有螯合基、氧化还原基、阳阴两性基的树脂；分别称为螯合树脂、氧化还原树脂和两性树脂。为螯合树脂、氧化还原树脂和两性树脂。n n上述树脂通常都用酸、碱、盐再生，而弱酸弱碱的两性上述树脂通常都用酸、碱、盐再生，而弱酸弱碱的两性树脂可用热水再生，故弱酸弱碱的两性树脂又称热再生树脂可用热水再生，故弱酸弱碱的两性树脂又称热再生树脂树脂.n n吸附树脂可以大体上分为非极性吸附剂、中极性和强极吸附树脂可以大体上分为非极性吸附剂、中极性和强极性吸附剂三大类。非极性吸附树脂是偶极矩很小的单体性吸附剂三大类。非极性吸附树脂是偶极矩很小的单体聚合制得并不带任何功能基的吸附树脂。苯乙烯聚合制得并不带
26、任何功能基的吸附树脂。苯乙烯二二乙烯苯体系的吸附剂是非极性吸附树脂的代表。这类非乙烯苯体系的吸附剂是非极性吸附树脂的代表。这类非极性吸附树脂的孔表面的疏水性很强，最适于从极性溶极性吸附树脂的孔表面的疏水性很强，最适于从极性溶剂剂(如水如水)中吸附非极性的有机物。中极性吸附材脂是含中吸附非极性的有机物。中极性吸附材脂是含酯基的吸附树脂。例如，丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯酯基的吸附树脂。例如，丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯与双甲基丙烯酸乙二醇酯等交联剂共聚的吸附剂，其孔与双甲基丙烯酸乙二醇酯等交联剂共聚的吸附剂，其孔表面疏水和亲水部分共有，既可用于极性溶剂中吸附非表面疏水和亲水部分共有，既可用于极性溶剂
27、中吸附非极性物质，也可用于非极性溶剂中吸附极性物质。强极极性物质，也可用于非极性溶剂中吸附极性物质。强极性性(或称极性或称极性)吸附树脂是指含酰氨基、氰基、酚羟基等吸附树脂是指含酰氨基、氰基、酚羟基等极性功能基的吸附树脂，它适用于非极性溶剂中吸附极极性功能基的吸附树脂，它适用于非极性溶剂中吸附极性物质。有时，将含氮、氧、硫等配体的离子交换树脂性物质。有时，将含氮、氧、硫等配体的离子交换树脂也称为强极性吸附树脂，因此，离子交换树脂和强极性也称为强极性吸附树脂，因此，离子交换树脂和强极性吸附树脂之间没有严格的界限。吸附树脂之间没有严格的界限。离子交换与吸附树脂的命名离子交换与吸附树脂的命名 n n
28、中国石油化学工业部在1977年制定的离子交换树脂产品分类、命名及型号的部颁标准n n标准规定：离子交换树脂的全称由分类名称，骨架(或基团)名称，基本名称(离子交换树脂)排列组成。凡属酸性的应在基本名称前加一“阳”字：凡属碱性在基本名称前加“阴”字。离于交换树脂型号由三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架结构的差异，第三位数字为顺序号用以区别基团、交联剂等的不同 n n离子交换树脂产品骨架分类代号 n n凡大孔型离于交换树脂，在型号前加“大”字的汉语拼音首位字母“D”表示 凝胶型离子交换树脂在型号后而用“”号联接阿拉伯数字表示交联度。离子交换与吸附树脂的合成及结构、离子
29、交换与吸附树脂的合成及结构、性能参数性能参数 n n离于交换树脂的合成一般是先制备母体(通俗为珠体)、然后通过化学反应引入相应的离子交换基团。离子交换树脂按其母体分类主要有聚苯乙烯、聚丙烯酸及酚醛三个系列。通过在聚合过程加入或不加入致孔剂的制备方法，可使得到的母体有大孔型或凝胶型的物理结构。吸附树脂的制备方法与大孔型离子交换树指的母体相似 n nl l、粒度、粒度 离子交换及吸附树脂一般都是球状体，粒度范围离子交换及吸附树脂一般都是球状体，粒度范围在在0 02-12-12mm2mm之间。工业上常用之间。工业上常用“目数目数”表示树表示树脂粒径的大小。脂粒径的大小。2 2、密度、孔容和孔度 多孔
30、物质或大孔树脂的密度有三种：多孔物质或大孔树脂的密度有三种：（1 1）堆积密度）堆积密度 堆：是指包括粒间空隙在内的单位堆：是指包括粒间空隙在内的单位体积树脂的密度体积树脂的密度（2 2）表现密度）表现密度 表：是指不包括粒间空隙的单位体表：是指不包括粒间空隙的单位体积树脂的密度积树脂的密度（3 3）真密度）真密度 真；是指树脂骨架本身的密度真；是指树脂骨架本身的密度n n孔容孔容P P孔容是指单位重量干树脂内孔洞的体积孔容是指单位重量干树脂内孔洞的体积(ml/g)(ml/g)n n孔度孔度P P孔度是指树脂内孔洞体积占树脂孔度是指树脂内孔洞体积占树脂(干干)本身体本身体积的百分数积的百分数
31、n n3 3、比表面积、比表面积 比表面积是指每克树脂所具有的内、外表面积的比表面积是指每克树脂所具有的内、外表面积的总和，单位总和，单位mm2 2g gn n4 4、孔径及孔分布、孔径及孔分布 已知大孔树脂的孔容已知大孔树脂的孔容V V孔容和比表面积孔容和比表面积S S后，可后，可按下式计算树脂的平均孔径按下式计算树脂的平均孔径d d：除平均孔径外，孔径分布也是被用来描述大除平均孔径外，孔径分布也是被用来描述大孔树脂孔结构特性的重要参数。孔径分布是指孔树脂孔结构特性的重要参数。孔径分布是指孔体积按孔径分布的状况，孔体积按孔径分布的状况，般用微分或积分般用微分或积分曲线表示。曲线表示。n n5
32、 5、含水量、含水量 树脂含水量是指达溶胀或吸收平衡时树脂所树脂含水量是指达溶胀或吸收平衡时树脂所含水量的百分数，它由树脂的交联度、孔度及含水量的百分数，它由树脂的交联度、孔度及功能基的性质和数量所决定功能基的性质和数量所决定n n6 6、离子交换容量、离子交换容量 离子交换容量是指一定数量离子交换树脂所离子交换容量是指一定数量离子交换树脂所带有的可交换的离子的数量一般用单位重量带有的可交换的离子的数量一般用单位重量(克克)或体积或体积(毫升毫升)树脂所含的可交换的离子的树脂所含的可交换的离子的毫克当量数表示。根据树脂所用的计量单位不毫克当量数表示。根据树脂所用的计量单位不同同(重量或体积重量
33、或体积)，交换容量有重量交换量，交换容量有重量交换量(毫克毫克当量克当量克)和体积交换量和体积交换量(毫克当量毫升毫克当量毫升)之分。之分。n n由于离子交换树脂的交换容量随条件不同而改由于离子交换树脂的交换容量随条件不同而改变，为应用方便起见，通常把交换容量分为总变，为应用方便起见，通常把交换容量分为总交换容量、工作交换容量和再生交换容量。交换容量、工作交换容量和再生交换容量。n n总交换容量表示单位量总交换容量表示单位量(重量或体积重量或体积)树脂中所具有的树脂中所具有的可交换离子的总数，它反映了离子交换树脂的化学结可交换离子的总数，它反映了离子交换树脂的化学结构特点。构特点。n n 工作
34、交换容量是指离子交换树脂在一定工作条件下工作交换容量是指离子交换树脂在一定工作条件下表现出的交换量，它是离子交换树脂实际交换能力的表现出的交换量，它是离子交换树脂实际交换能力的量度。树脂的工作交换量不仅同其结构有关，而且同量度。树脂的工作交换量不仅同其结构有关，而且同溶液组成、流速、温度、流出液组成及再生条件等因溶液组成、流速、温度、流出液组成及再生条件等因素有关。在一定的工作条件下，交换基团可能未完全素有关。在一定的工作条件下，交换基团可能未完全电离，故工作交换量一般小于总交换量。一种树脂的电离，故工作交换量一般小于总交换量。一种树脂的工作交换量可在模拟离子交换树脂实际工作条件下测工作交换量
35、可在模拟离子交换树脂实际工作条件下测得。显然，在表示树脂工作交换量时，有必要指明工得。显然，在表示树脂工作交换量时，有必要指明工作条件和贯流点。作条件和贯流点。n n再生交换量是离子交换树脂在指定再生剂用量条件下再生交换量是离子交换树脂在指定再生剂用量条件下的交换容量。的交换容量。n n一般情况下，总交换量、工作交换量和再生交换量三者问的关系如下；n n 再生交换量o51o总交换员n n 工作交换量o3一o9再生交换量n n工作交换量再生交换量为离子交换树脂的利用率离子交换树脂的再生离子交换树脂的再生n n离子交换树脂的再生是使用过程中的一个重要步骤。再生条件是评价离子交换树脂的重要指标。不同
36、类型的树脂应选择不同再生剂进行再生。再生剂种类、再生剂浓度、用量、流速、温度和再生方式都会影响再生效率。n n4、离子交换速度n n 离子交换的可能与否，在很大程度上依赖于树脂的选择性，而离子交换速度则往往影响离子交换的效果。离子交换树脂的应用常常是在动态下进行的，因此控制好离子交换速度对离子交换的进行显很更为重要。n n 对于钠型阳离子交换树脂与溶液中的Ca2+，实际的离子交换过程是由如下相对速率组成：n n 影响膜扩散和粒内扩散的主要因素是：影响膜扩散和粒内扩散的主要因素是：n n 溶液流速。膜扩散随溶液过柱流速溶液流速。膜扩散随溶液过柱流速(或静态搅或静态搅拌速度拌速度)的增加而增加，粒
37、内扩散基本不受流速或的增加而增加，粒内扩散基本不受流速或搅拌的影响。搅拌的影响。n n 树脂粒径。离子的膜扩散速度与树脂颗粒大树脂粒径。离子的膜扩散速度与树脂颗粒大小成反比而离子的粒内扩散速度与粒径倒数的小成反比而离子的粒内扩散速度与粒径倒数的高次方成反比。高次方成反比。n n 溶液浓度。当溶液中离子浓度较低时，而膜溶液浓度。当溶液中离子浓度较低时，而膜扩散速度影响较大。对粒内扩散影响较小；当溶扩散速度影响较大。对粒内扩散影响较小；当溶液中离子浓度较高时，对粒内扩散影响较大，而液中离子浓度较高时，对粒内扩散影响较大，而对膜扩散影响较小。对膜扩散影响较小。n n 树脂交联度。树脂交联度对膜扩散影
38、响较小，树脂交联度。树脂交联度对膜扩散影响较小，而对粒扩散影响更为显著。而对粒扩散影响更为显著。材料导电性的表征 从微观上讲，材料之所以具有导电性是由于材料内部存在传递电流的自由电荷，这些自由电荷通常称之为载流子，它们可以是电子、空穴、也可以是正、负离子。这些载流子在外加电场的作用下，作定向运动，便形成电流。因此材料宏观导电性(电导率、电阻率)的大小，与其所含载流子的数目及其运动速度有关。导电高分子材料的分类 导电高分子材料按导电原理可分为结构型导电高分子和复合型导电高分子两大类。所谓结构型导电高分子是指那些分子结构本身能提供载流子从而显示导电性的高分子材料。复合型导电高分子是以绝缘聚合物作基
39、体与导电性颗粒或细丝(如银、钢、石墨等)通过共混、层压等复合手段而制得的材料。复合型导电高分子中的高分子本身并无导电性，它的导电过程是靠掺入的导电微粒或细丝来实现的，即由导电微粒或细丝提供载流子。复合型导电高分子中的高分子本身并无导电性，它的导电过程是靠掺入的导电微粒或细丝来实现的，即由导电微粒或细丝提供载流子。导电高分子材料与金属相比，具有重量轻、易成型、电阻率可调节等诸多优点，早巳引起人们的普遍关注。目前复合型导电高分子材料已在能源、纺织、电子、宇航等各个领域得到广泛应用结构型导电高分子材料尚处于试验室研究或小批量试制阶段结构型导电高分子材料 结构型导电高分子主要有4大类；1.共轭高聚物；
40、2.高分子电荷转移络台物；3.金属有机聚合物。4.聚合物离子自由基盐 n电致发光n 电致发光的过程是一个能量转换的过程，即电能转变成光能。在具有一定的载流子迁移率和固态荧光量子效率的有机薄膜发光材料两边各加一个电极，即可制备出简单的有机电致发光器件。当施加一定的电压后，就会发生有机材料的电致发光(electroluminescence，简称EL)现象。n电致发光发光机理发光机理n在外界电压的驱动下，由电极注入的电子和空穴在有机物中复合而释放出能量，并将能量传递给有机发光物质的分子，使其受到激发，从基态跃迁到激发态，当受激分子从激发态回到基态时辐射跃迁而产生发光现象。电致变色材料的工作原理其实质
41、是一个电极颜色能随充放电过程发生可逆转变的超薄电池。显色一消色”过程伴随着电子转移和保持材料电中性的离子传导。一般电致变色薄膜采用多层结构，在两层透明导体中交替填充着电致变色层、离子导体和对电极三层活性薄层。处于中间的离子导体作为电解质起着把自由离子从储电层(对电极)传输到电致变色层的作用，此时薄膜将由透明变为不透明。电化学变色性的特点1、光密度与注入离子电荷Q的关系，当Q较小时是线性的，较大时呈现出某种饱和，因此可通过控制注入电荷量实现OD连续调控。2、通过改变电压极性使电荷注入或抽取，可方便地实现着色或消色，即着、消色有可逆性。不过着消色是不对称的动力学过程：离子注入时受电色电极电解质界面
42、势垒的限制，离子抽取时受电色电极内空间电荷层的限制。这样，着、消色的响应特性有区别。3、已着色的材料如切断电荷流通路径(开路)、也不发生其它氧化一还原反应时，可以保持着色状态，即有记忆功崩。4、将有不同谱特性的材料以某种方式结合，有可能实现颜色的组合，这被利用来发展混合氧化物EC系统，以得到例如较适合人眼的光谱峰值响应以至彩色显示 高分子驻极体 聚偏二氟乙烯，聚氯乙烯、尼龙11和聚碳酸酯等极性高分子在高温下处于软化或熔融状态时，若加以高直流电压使之极化，并在冷却之后才撤去电场，使极化状态冻结下来对外显示电场，这种半永久极化的高分子材料称为驻极体。PVDF压电薄膜的制备 首先用流涎法或热压法制成
43、。型PVDF薄膜所谓流涎法就是将PVDF的树脂溶于溶剂(如二甲基甲酰脓)中，配成溶液，流涎于平板上，在一定温度下干燥后即得薄膜。所谓热压法就是将PVDF树脂加热，用辊压机压制成薄膜。用这两种方法制得的薄膜通常以晶型为主，原始薄膜厚约50400 m。然后在120左右通过单轴拉伸，使。型PVDF蒲膜转变为多型结构。拉速一般为20mmmin拉伸45倍时可得到主要含型的PVDF薄膜。接着在拉伸膜的两面蒸镀金、银、铝等金属电极，电极厚度约01m。也可在室温下将拉伸膜电晕极化处理后再蒸镀电极。电晕极化条件是电场强度为10一40kVm，时间为20一30s。最后是热极化。极化温度为80一100，极化场强约5k
44、Vm，极化时间为30一60 min。通过极化处理后，就可得到具有永久极化强度、压电常数和热电常数的驻极体。感光性高分子材料是泛指含有聚合物、预聚体、单体、感光性化合物或其混合物所组成的各种感光性体系。它们吸收了光能之后，导致体系的分子内或分子间产生化学或物理变化：由液态转变成不溶性固态，称为光固化或光交链：溶解性起变化称为光交链。变色或发光，称为光致变色或光致发光。导电性起变化，称为光导性。具有催化功能，称为光催化性。对基材的附着力起变化，称为光敏胶。高分子链段起降解作用，称为光降解。感光性高分子材料的组成感光性高分子材料体系一般组成如下：感光性树脂(高分子预聚体)主要成膜材料活性稀释剂(乙烯
45、基化合物)次要成膜材料光引发剂(安息香或二苯甲酮衍生物)反应引发剂光增感剂(叔胺、季铵盐)反应加速剂阻聚剂(对羟基苯甲醚等)贮存稳定剂添加剂(消泡、流平剂辅助成膜材料颜料着色剂填料增强、致廉感光性高分子材料的应用光敏涂料 射线固化涂料感光性油墨光致抗蚀剂印刷制版用感光性树脂射线固化胶粘剂光降解塑料其他方面的应用 含有光色基团的化合物受一定波长的光照射时发生颜色变化，而在另一波长的光或热的作用下又恢复到原来的颜色，这种可逆的变色现象称为光色互变或光致变色光致变色的基本原理理想的光色过程有如下两步组成 1激活反应。即显色反应。系指化合物经一定波长的光照射后显色和变色的过程。2消色反应。它有两种途径
46、；热消色反应；系指化合物通过加热恢复到原来的颜色。光消色反应：系指化合物通过另一波长的光照 射恢复到原来的颜色。光致变色材料的应用光致变色化合物作为光敏性材料用于信息记录介质等方面具有以下优点：操作简单，不用湿法显影和定影；分辨率非常高，成像后可消除能多次重复使用；响应速度快。其缺点是灵敏度低，像的保留时间不长。光致变色材料的应用范围可归纳为以下几个方面：1光的控制和调变。用这种材料制成光色玻璃可以自动控制建筑物及汽车内的光线，做成防护眼镜可以防止原子弹爆炸产生的射线和强激光对人眼的损害，还可以做成照像机自动曝光的滤光片，军用机械的伪装等。2全息记录介质。3计算机记忆元件。光色材料的显色和消色
47、的循环变换可用来建立计算机的随机记忆元件，能记录相当大量的信息。4信号显示系统。光色材料用作宇航指挥控制的动态显示屏、计算机末端输出的大屏幕显示，有着广阔的前景，同时它也是军事指挥中心的一项重要设备。5辐射计量计。光色材料可用作强光的辐射计量计，可以油量电离辐射、紫外线、X射线和射线等。6感光材料。光色材料感光度较低，且有些化台物只对紫外光敏感，但已应用于印刷工业方面，如制版等。7利用光色反应来模拟生物过程、生化反应是一种很好的途径。分类第一种分类法热致液晶和溶致液晶1、按液晶形成的条件，可将液晶分为热致性和溶致性两类。(1)热致液晶 通过加热而呈现液晶态的物质称为热致液晶，多数液晶是热致液晶
48、。(2)溶致液晶 因加入溶剂(在某一浓度范围内)而呈现液晶态的物质称为溶致液晶。溶致性液晶又分为两类，第一类是双亲分子(如脂肪酸盐、离子型和非离子型表面活性剂以及类脂等)与极性溶剂组成的二元或多元体系，其液晶相态可分为层状相、立方相和六方相等三种；第二类是非双亲刚棒状分子(如多肽、核酸及病毒等天然高分子和聚对二甲酰对苯二胺等合成高分子)的溶液。它们的液晶态可分为向列相、近晶相和胆甾甾相三种。此外，在外场(如压力、流场、电场、磁场和光场等)作用下进入液晶态的物质称为感应液晶。例如，聚乙烯在某一高压下出现液晶态称为压致液晶，聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肪在施加流动场后呈现液晶态是典型的流致液晶。2第二
49、种分类法向列相、近晶相和胆甾甾相医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复.替代与再生,具有特殊功能作用的合成高分子材料,可以利用聚合的方法进行制备,是生物医用材料的重要组成之一.由于现代医学约发展对材料的性能提出了复杂、严格、多功能的要求，这对于大多数金属、无机材料是难以满足的。合成高分子材料虽不是万能的、但它们与生物体(天然高分子)有着极其相似的化学结构，因此可以制造出类似化学物理性能的物体，部分或全部取代生物体的有关组织或器官。医用高分子材料的发展动向目前对医用高分子材料的研究主要集中在以下几个方面:A,提高材料对人体的安全性;B,提高组织相容性和血液相容性;C,改善生物学性能;D,改善,提高力学!机械!物理性能.