功能高分子材料讲义
第三章功能高分子材料
3．1 概述
功能高分子是高分子化学的一个重要领域，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。
3．1．1 功能高分子材料的概念和分类
高分子材料按其使用性能可以分为结构高分子材料和功能高分子材料，结构高分子材料具有较高的比刚度和比强度，可以代替金属作为结构材料，如我们熟知的工程塑料和聚合物基复合材料。
对功能高分子材料，目前尚未有明确的定义，一般认为是指
除了具有一定的力学功能之外还具有特定功能（如导电性、光敏性、化学性和生物活性等）的高分子材料，所谓材料的功能，从根本上说，是指向材料输入某种能量，经过材料的传输转换等过程，再向外界输出的一种作用。材料的这种作用与材料分子中具有的特殊功能的基团和分子结构分不开的。
请注意，不可将功能高分子和功能高分子材料混为一谈，这两者是有明显区别的。功能高分子材料从组成和结构上可以分为结构型和复合型两大类。结构型功能高分子材料是指在高分子链中具有特定功能基团的高分子材料，这种材料所表现的特定功能是由高分子本身的因素决定的。构成结构型功能高分子材料中的高分子叫功能高分子，而复合型功能高分子材料，是指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能（如导电、导磁）的其它材料进行复合而制得的功能高分子材料，这种材料的特殊功能不是由高分子本身提供的。
功能高分子材料涉及范围广、品种繁多，还未有统一的分类方法，一般按其使用功能来分类，大致可以分为以下几类：（1）化学功能高分子材料
主要包括离子交换树脂，高分子催化剂、高分子试剂、螯合树脂、高分子絮凝剂和高吸水性树脂等。
（2）光功能高分子材料
主要包括感光高分子材料、光导材料、光致变色材料、光电材料、光记录材料等。
（3）电、磁功能高分子材料
说要包括导电高分子材料、超导高分子材料、压电和热电高分子材料、高分子驻极体、磁功能高分子材料等。
（4）声功能高分子材料
主要包括吸音功能高分子材料，声电功能有高分子材料等。
（5）生物和医用高分子材料
主要包括人工器官材料、骨科和牙科材料、药物高分子材料、固定酶、传感器、医用粘合剂，可吸收的缝合材料及仿生高分子材料。
值得注意的是，有些功能高分子材料同时兼有多种功能，而且不同功能之间还可以相互转换并交叉，如光电功能的高分子材料可以说具有光功能，也可以说具有电功能，因此以上划分是相对的。
功能高分子材料除按其功能分类外，还可按其来源分为天然功能高分子材料，半合成功能高分子材料和合成功能高分子材料三大类。
3．1．2 功能高分子材料的功能设计原理与方法
所谓功能设计，就是赋予高分子材料特殊功能的方法，其主要途径是：
（1）通过分子设计合成功能高分子。这里包括高分子结构设计和官能团设计。为此目的，必须掌握高分子结构与功能性之间的关系。例如，在高分子结构中引入感光功能基团，就可以合成感光高分子，分子设计完成后，就是选择合适的合成方法。合成主要有两种途径，一是含有功能基的单体经过加聚或缩聚等反应制备，二是利用现有的高分子，通过高分子化学反应引入预期的功能基。
由功能基单体制备功能高分子的优点是功能基含量高，（每一个链节都含有功能基），功能基在分子链上分布均匀。但带功能基的单体合成比较困难，功能基和可聚合的基团都有活性，在合成过程中要注意保护，因此这些单体比较贵。利用高分子化学反应制取功能高分子。优点是高分子骨架是现成的，可选择的高分子固体多，价格低、来源广。但在进行高分子化学反应时，反应不可能百分之百完成，尤其在多步化学反应中，功能基含量低，在分子链上分布也不均匀。尽管如此，目前功能高分子大多还是通过高分子化学反应制备。
（2）通过特殊加工赋于高分子材料功能特性，如高分子材料通过薄膜化可制得各种分离膜，而这些分离膜可广泛应用于渗透、透析、超滤等分离工艺中，还有一些高分子材料通过纤维化可制光学纤维等。
（3）通过两种或两以上具有不同功能的材料进行复合，制成复合型功能材料，这是目前制备功能材料使用最广泛的方法，这种方法工艺简单、材料来源丰富、成本低。例在绝缘高分子材料中加入导电填料（碳黑、金属粉末或金属丝）可制得导电高分子材料。如果加入磁性填料（如铁氧体或稀土类磁粉）则可制成高分子磁性材料。
3．2 化学功能高分子材料
3．2．1 离子交换树脂
离子交换是化学反应的一种形式，100多年前，英国人Thompson和Way就发现了土壤中的离子交换过程，从而引起人们的极大注意。第一种离子交换树脂的合成在1935年。由Adams 和Holmes合成，是酚醛型离子交换树脂。后来各种类型的离子交换树脂不断出现，应用范围不断扩大，现已发展成用途极为广泛的一类功能高分子材料。
一、离子交换树脂的分类
定义：离子交换树脂是具有离子交换功能的一类高分子材料的总称，这类材料在其大分子骨架的主链上带有许多化学基团，这种化学基团是由两种带有相反电荷的离子组成，一种是以化学键和主链结合的固定离子，另一种是以离子键与固定离子结合的反离子，反离子可以离解成自由移动的离子，并在一定条件下可与周围的其它类型的离子进行交换，这种离子反应是可逆的，在一定条件下，这种交换上的离子可以解吸，从而使离子交换树脂再生，重复使用。
1．分类：根据交换基团的性质进行划分
（1）强酸性阳离子交换树脂：带有酸性基团，可离解的是H+或金属阳离子，能与阳离子进行交换，这种树脂的大分子骨架上大多带有磺酸基，以R代表高分子骨架，这种树脂用R—SO3H表示，在水溶液中发生如下解离：
RSO33-+H+，这种树脂的酸性与硫酸、盐酸相近，在碱性、中性、甚至酸性溶液中都可解离。
例：强酸性聚苯乙烯阳离子交换树脂：CH2CH CH
2CH
SO3H CH CH
2
（2）弱酸性阳离子交换树脂：带有—COOH，—PO3H2、— OH 官能团的离子交换树脂是弱酸性阳离子交换树脂，以含—COOH 官能团的用途最广。
这种离子交换树脂只能在水中或碱性溶液中解离。显示交换功能。
例：弱酸性甲基丙烯酸系阳离子交换树脂，结构式为：
CH3
CH2C
CH2CH
COOH
CH3
CH CH2
H2C C
COOH在水中解离式为R—-+H+
（3）强碱性阴离子交换树脂：带有碱性基团，即可解离的反离子是羟基或其它酸根离子，能与阴离子进行交换，称为阴离子交换树脂，交换基团是季胺碱NR3OH是强碱型阴离子交换树脂，在水中离解为：
R NR3'OH RNR3'+OH
其中，把带三甲胺基的称为I型树脂，把带二甲基羟基胺[—N(CH2)2CH2CH2OH]的称为II型树脂。
这类树脂碱性强，可以在中性、酸性，甚至碱性中解离进行交换反应。
例
CH2CH CH2CH
CH CH CH2N(CH3)3CL CH2CH CH2CH
CH2CH CH2N CH3
CH2CH2OH
CH3
CL
（4）弱碱性阴离子交换树脂：交换基团为—NH2、—NHR’、—NR2’。在水中的解离反应式如下：R NH2H2O3（5）其它树脂
a) 螯合树脂：在多取大分子链上带有螯合基团的树脂称为螯合离子交换树脂，它对特定离子具有特殊交换能力。
例：
CH2CH
CH2N
CH2COOH
CH2COOH
特点是对铜离子选择吸附性强。
螯合树脂按下列方式吸附：
R N
CH2CH
CH2CH O
O
Na
Na
2Na
o
o
R N
CH
CH4
o
o
Cu2
C
C
O
Cu2
b) 两性树脂：将阳离子交换基和阴离子交换机连在同一个
高分子链上，就构成两性树脂。例： CH 2CH CH 2CH
CH 2SO 3H N(CH 3)3CL
2．离子交换树脂还可以根据其物理结构分为：凝胶型、大孔型和载体型三类树脂。
二、离子交换树脂的合成
主要有两种方法，一种是将带有功能基的单体聚合，另一种是先制备聚合物，然后在大分子骨架上引入功能基。
1．聚苯乙烯系离子交换树脂：是以苯乙烯和二苯乙烯共聚物为母体制得的一类离子交换树脂，品种多、性能好、用途广，是离子交换树脂中最主要的品种。
①共聚物球粒的制备：苯乙烯和二苯乙烯以过氧化苯甲酰为引发剂，在以聚乙烯醇为悬浮稳定剂的水中加热，并激烈搅拌、进行悬浮聚合，最终制得共聚物球粒。
②交换基团引入
a) 强酸性阴离子交换树脂的合成
CH 2CH CH 2CH CH CH
224CH 2
CH CH 2CH
CH CH 2
SO 3H
b) 阴离子交换树脂的合成
CH 2CH
CH 2CH
CH CH 2CH 2CH CH 2CH
CH CH 2CH 2CL ZnCL 2
CLCH 2CL CH 3OCH 2CL
CH 2CH CH 2CH
CH 2CL CH CH 2
CH 2CH CH 2CH CH CH 2
六次甲基四胺
CH 2CH
CH 2CH CH CH 2CH 3NH 3
CH 2NHCH 3CH 2NH 2
CH 2CH
CH 2CH CH CH 2CH 2N(CH 3)2
(CH 3)2NH CH 2CH CH 2CH CH 2CH 2CH 2N(CH 3)3CL CH 2CH
CH 2CH
CH 2CH 2
CH 2N(CH 2)2CH 2CH 3OH
(CH 3)3N
(CH 3)2NCH 2CH 2OH CL
2．聚丙烯酸型离子交换树脂：由丙烯酸与二乙烯苯在过氧化物催化下悬浮共聚，得到性能良好的球状共聚物，然后，水解、氨解即可制得弱酸性阳离子交换树脂和各种阴离子交换树脂。①
CH 2CH
CH 2
CH COOCH 3
CH 2CH H 2C CH COOCH 3H 2C CH H 2C CH
②制弱酸性阳离子交换树脂：碱性条件下水介即成。
③制阴离子交换树脂：氨解，与二甲氨基丙胺反应，可制得阴离子交换树脂。
例：
CH2CH
COOCH3 CH2CH
H2
C CH
CH2CH
CONH(CH2)3N(CH3)2
CH2CH
H2
C CH
CH3
CH3
NCH2CH2CH2NH2
CH3OH
如果再将带有叔胺的弱碱性树脂放入碱性介质中，通入氯甲烷进行反应，即可制得季胺基的强碱性阴离子交换树脂。
三、离子交换树脂的性能
1．物性
①稳定性：离子交换树脂一般对酸稳定性高，对碱较低，阴离子交换树脂对碱都不很稳定。耐氧化性不同种类树脂差别较大，聚苯乙烯型树脂耐氧化性较好，一般说，交取度越高，耐氧化性越好。——化学稳定性。
离子交换树脂干树脂在空气中受热容易使骨架及功能基降低而破坏，通常盐基比酸型、碱型热稳定性好。例磺化聚苯乙烯、阳离子树脂可在150℃下使用，而其氢型只能在100℃-120℃使用。——热稳定性。
离子交换对脂的力学性能包括强度、耐磨、耐压等性能随交联度增加而增加。——力学稳定性。
②外观：离子交换树脂的形状、颜色，随种类、制备方法及
用途有很大差别，但一般都成0.4mm-0.8mm粒径的胶状颗粒，以增大表面积，减少对流体阻力。
2．化性
①离子交换反应：是离子交换树脂最基本最重要的性能。
中性盐分解反应：（强酸强碱树脂）：
R3NaCL R SO3Na
R4NOH NaCL R NCL NaOH
中和反应：
R SO3NaOH RSO3Na H2O
R NOH HCL R NCL H2O
复分解反应：
R SO3Na R SO3K
R NCL NaBr R NBr NaCL
②交换容量：也叫交换量，是指一定数量的离子交换树脂所带的可交换离子的数量，它是表示离子交换树脂质量的重要指标，反映了树脂对离子的交换吸附能力。
为了方例起见，通常将交换容量分为总交换容量，工作交换容量和再生交换容量。
总交换容量，表示单位量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构特点。
工作交换容量：指离子交换树脂在一定条件下表现出的交换容量，它是离子交换树脂实际交换能力的量度。
再生交换容量：是指离子交换树脂在指定再生剂条件下的交换容量。
三者关系：
再生交换量=0.5~1.0总交换量
工作交换量=0.3~0.9总交换量
利用率=工作交换量/再生交换量
交换量可用重量单位（mmol/g 干树脂）和体积单位（mmol/1mol 湿树脂）表示。
离子交换树脂再生的基本原理是利用离子交换的逆反应，加入再生剂使交换饱和的基团复原。
3．离子交换的选择性：离子交换树脂对溶液中各种离子有不同的交换能力，即对离子有选择性的吸附交换，这种对不同离子亲合性大小的差异就是选择性，可用选择系数来表示。若溶液中只有A 、B 两种离子，则选择系数为：
]
][[]][[B R A R k A B B A ① B A k ——树脂的选择系数；
][A R ——达到平衡时结合在树脂上
A 离子浓度； ][
B R ——达到平衡时结合在树脂上B 离子浓度；
][A ——达到平衡时溶液中
A 离子浓度； ][
B ——达到平衡时溶液中B 离子浓度； ①式可改写为：]
/[][]/[][A B R R k A B
B A ② 从②式知：
若B A k >1，表示树脂对B 离子选择性高于A 离子。
若B A k =1，表示树脂A 、B 离子选择性相同。
若B A k <1，表示树脂A 离子选择性高。
离子交换树脂的选择性受许多因素影响，功能基性质、树脂交联度大小、溶液浓度、组成及温度，但还是有一些经验规律：
一般讲，在室温稀水溶液，强酸性离子交换树脂总是优先吸附高价离子。
Th 4+>La 2+>Ca 2+>Na +
对同价离子，原子序数大，选择性高。
Ba 2+>Sr 2+>Ca 2+>Mg 2+ Cs +>Ag +>Rb +>K +>NH 4+>Na +>Li +
羟酸型弱酸性阳离子交换树脂同样对多价离子选择性高，但对氢离子选择性更高，所以用酸很容易再生。H +>Fe 3+>Ba 2+>Ca 2+>Mg 2+>K +>Na +。
在常温下，用强碱性阴离子交换树脂处理稀溶液时，各离子的选择次序为：
SO42->CrO42->I->NO3->Br->Cl->OH->F-
而弱碱性阴离子交换树脂对OH-有最大的亲合力。
四、离子交换树脂的功能与应用
1．功能
（1）离子交换功能：最基本功能，前面已讲过。
（2）催化功能：离子交换树脂是固体不溶性变价酸、碱，所以它和一般低分子酸、碱一样对某些化学反应有催化作用。如阳离子交换树脂可用于催化酯化反应、缩醛化反应、烷基化反应、酯的水解、醇解、氨解等。
阴离子交换树脂可用于醇、醛缩合等反应。
优点：反应后催化剂只需过滤、容易分离、产物纯度高、催化选择性高、催化剂可再生，对设备无腐蚀。
缺点：使用温度低。
（3）吸附功能：与溶剂接触时，有从溶液中吸附非电解质的功能，与非离子型吸附剂如硅胶、氧化铝类似，同时这种吸附作用还是可逆的，可用适当溶剂使其解析。
（4）脱水作用：离子交换树脂的交换基团是强极性的，有
很强的吸水性，因此干燥的离子交换树脂有很强的吸水功能。
（5）脱色作用：色素大多为阴离子物质或弱极性物质，可用离子交换树脂除去它，如葡萄糖、蔗糖的脱色纯化。
2．应用：由于有以上功能，离子交换树脂可用于物质净化、浓缩、分离、脱色、催化。
①处理水：软化、脱碱、脱盐、工业废水（含铬、汞）
②提取铀和贵金属：如金矿中的少量金
③作催化剂
补，离子交换树脂合成机理：
CH2CH
CH CH2CH CH
2CH
CH CH2 CH2CL
CH3OCH2Cl醚的氧原子上有孤电子对，可以与缺电子的化合物如AlCl3，格氏试剂生成络合物。
CH3OCH2CL AlCL3
CH3
CLCH2
O:AlCL3[CH3OAlCL3]CH2CL
CH2CL苯环发生付代反应，就形成上面的氯甲基了
3．2．2 高吸水性树脂
提问：请问大家知不知道高吸水性树脂及加入高吸水性树脂的产品？举例？
高吸水性树脂是近年开发的一种含有强的亲水性基团并具有一定交联度的功能高分子材料。
过去的吸水性材料，如纸、棉、麻等吸水能力只有自知重量的15倍-40倍（去离子水），而且保水能力很弱。70年代中期，美国农业部首先开发出一种高吸水树脂，从此以后，各种类型的高吸水性树脂不断涌现，这些人工合成的树脂不溶于水，也不溶于有机溶剂，能吸收数百倍乃至数千倍自身重量的水，而且保水性很强，即使加压水也不会被挤出，因此引起世界各国科学家的广泛注意。近年来来，高吸水性树脂生产规模不断扩大，广泛应用于医疗卫生、建筑材料、环境保护、农业、林业及食品工业中，开发前景十分光明。
一、高吸水性树脂的分类及制备
1．分类：按合成类型分：可分为接枝共聚、羟甲基化及水溶性高分子交联三类。按原料组成分：可分为淀粉类、
纤维素类及合成树脂类。
2．淀粉类的制备：淀粉是亲水性的天然多羟基高分子化合物，以淀粉为骨架的高分子与亲水性的合成高分子接
枝共聚，即为这类高吸水性树脂。
例：淀粉与丙烯腈接枝共聚，水介产物即得。
制备方法：淀粉和丙烯腈在引发剂存在下进行接枝共聚，聚合产物在强碱存在下加压水解，接枝的丙烯腈变成丙烯酰胺或丙烯酸盐，干燥后即获得产品。
机理：按自由基反应机理进行，引发剂采用使用最广泛的四价铈盐，硝酸铈胺溶于稀硝酸中，与淀粉形成络合物，后者分解时，四价铈离子还原成三价铈离子，而淀粉中，葡萄糖单元上羟基中的氢被氧化成H+，以致淀粉形成自由基，同时伴随C2与C3键的断裂，淀粉自由基在丙烯腈单体存在下，随即引发单体接枝共聚，形成接枝链。
O
CH2OH
O O
OH Ce4+
O
CH2OH
OH
O
O
OH
O
CH2OH
O
O
O
OH
O
CH2OH
OH
O
O
OH
Ce4+络合物
H
H
O
H
Ce3+H+
丙烯腈
淀粉C H
2C H
C N NaOH
2
淀粉CH2CH
COONa
CH2CH
CONH2
这种树脂吸水率高，可达自身重量千倍以上，但长期保水性和耐热性较差。
4．纤维素类的制备
纤维素与淀粉相似，也可以作为接枝共聚的骨架高分子，接枝单体除丙烯腈外，还可使用丙烯酰胺，丙烯酸等。
纤维素经羧甲基化制备高吸水性树脂由日本一公司开发成
功。
合成：纤维素+单氯醋酸→羟甲基纤维素?
?
?
?→
?表氯醇交联纤维素高吸水树脂。
纤维素高吸水性树脂吸水率比淀粉类差，但有特殊用途。如制造高吸水性织物，就可以用纤维素类高吸水性树脂与合成纤维混纺。
5．合成树脂
（1）聚丙烯酸系树脂
例：
CH2C
CH3
COOH2HC CH2
OOCCH3
CH2C
CH3
CH2CH
OOCCH3
NaOH
CH2C
CH3
COONa
CH2CH
OH
丙烯酸类高吸水性树脂与淀粉类高吸水性树脂相比，具有更高的耐热性，耐腐蚀性及保水性。
（2）聚丙烯腈系树脂
我国学者用腈纶废丝经水解后，用Al(OH)3交联得到吸水达自重700倍的高吸水树脂，优点是成本低，废物利用。
（3）聚乙烯醇
日本一公司开发出一种聚乙烯醇和顺酐反应制备高吸水性树脂的方法。方法是将顺酐溶解在有机溶剂中然后加入粉末状
最新功能高分子材料复习题(1)
1.功能高分子概述 功能高分子材料是指那些具有独特物理特性（如光，电，磁灯）或化学特性（如反应，催化等）或生物特性（治疗，相容，生物降解等）的新型高分子材料 主要研究目标和内容：新的制备方法研究，物理化学性能表征，结构与性能的关系研究，应用开发研究。 2.构效关系分析 官能团的性质与聚合物功能之间的关系，功能高分子中聚合物骨架的作用，聚合物骨架的种类和形态的影响。 3.什么叫反应型高分子？应用特点？ 反应型功能高分子材料是指具有化学活性，并且应用在化学反应过程中的功能高分子材料，包括高分子试剂和高分子催化剂。 应用特点：具有不溶性，多孔性，高选择性和化学稳定性，大大改进了化学反应的工艺过程，且可回收再用。 4.常用的氧化还原试剂，卤代试剂，酰基化试剂分别有哪些？ 常用的氧化还原试剂：醌型，硫醇型，吡啶型二茂铁型，多核芳香杂环型。 卤代试剂：二卤化磷型，N-卤代酰亚胺型，三价碘型。 酰基化试剂（分别使氨基，羧基和羟基生成酰胺，酸酐和酯类化合物）：高分子活性酯和高分子酸酐。 5.高分子酸碱催化剂的制备及应用 阳离子交换树脂：苯乙烯与少量二乙烯基苯共聚，可得到交联聚苯乙烯，将交联聚苯乙烯制成微孔状小球，再在苯环上引入磺酸基、羧基、氨基等，可得到各种阳离子交换树脂。 CH=CH 2 CH=CH 2 CH=CH 2+CH-CH 2-CH-CH 2 CH-CH 2 CH-CH 2n CH-CH 2 CH-CH 2 CH-CH 2CH-CH 2 CH-CH 2 CH-CH 2 交联苯乙烯 P P SO 3H + H 2SO 4(发烟)+ H 2O 交联苯乙烯强酸性阳离子交换树脂水处理剂、酸性催化剂 阳离子交换树脂还能代替硫酸作催化剂，产率高，污染少，便于分离 阴离子交换树脂：在交联苯乙烯分子中的苯环上引入季铵碱基，则得到阴离子交换树脂
功能高分子材料讲义
第三章功能高分子材料 3．1 概述 功能高分子是高分子化学的一个重要领域，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。 3．1．1 功能高分子材料的概念和分类 高分子材料按其使用性能可以分为结构高分子材料和功能高分子材料，结构高分子材料具有较高的比刚度和比强度，可以代替金属作为结构材料，如我们熟知的工程塑料和聚合物基复合材料。 对功能高分子材料，目前尚未有明确的定义，一般认为是指
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材料概论
第二章 1 普通的混凝土中有几种相？请分别写出各种相的名称。若在其中加入钢筋，则钢筋起到什么作用？此时又有几种相？ 答：3相；砂子、碎石、水泥浆；增强作用；4。 2 比较晶体与非晶体的结构特性，了解晶体的结构不完整性有哪些类型？并区分三大材料的结构类型与比较其各自的特点。 答：晶体结构的基本特征是原子或分子在三维空间呈周期性的规则而有序地排列,即存在长程的几何有序。 结构的不完整性：实际上，极大多数晶体都有大量的与理想原子排列的轻度偏离存在，依据其几何形状而分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。 金属材料的结构：一般都是晶体。金属键无方向性，晶体结构具有最致密的堆积方式。体心立方、面心立方和紧密堆积六方结构，金刚石结构。 无机非金属材料的结构：金刚石型结构；硅酸盐结构; 玻璃结构; 团簇及纳米材料 高分子材料的结构包括高分子链的结构及聚集态结构 各自的特点： 3 高分子材料其聚集态结构可分为：晶态和非晶态(无定形)两种，与普通的晶态和非晶态结构比较有什么特点？ 答：晶态有序程度远小于小分子晶态，但非晶态的有序程度大于小分子物质液态。 4 如何区分本征半导体与非本征半导体材料？ 答：本征半导体：材料的电导率取决于电子-空穴对的数量和温度的材料。 非本征半导体：通过加入杂质即掺杂剂而制备的半导体，杂质的多少决定了电荷载流子的数量。
5 极大多数晶体实际上都存在有种种与理想原子排列的轻度偏离，依据结构不完整性的几何形状可分为哪几种缺陷类型？按溶质原子在溶剂晶格中的位置不同，固溶体可分成哪几种类型？ 答：依据其几何形状而分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。 按溶质原子在溶剂晶格中的位置不同，固溶体可分成： 置换型固溶体(或称取代型)：溶剂A晶格中的原子被溶质B的原子取代所形成的固溶体。原子A同B的大小要大致相同。 填隙型固溶体(也称间隙型)：在溶剂A的晶格间隙内有溶质B的原子填入(溶入)所形成的固溶体。B原子必须是充分小的，如C和N等是典型的溶质原子。 6 比较热塑性高分子材料和热固性高分子材料的结构特点，并说明由于结构的不同对其性能的影响。 答：线型结构的高分子化合物：在适当的溶剂中可溶胀or溶解，升高温度时则软化、流动，∴易加工，可反复加工使用，并具有良好的弹性和塑性。(热塑性) 交联网状结构高分子：性能特点：较好的耐热性、难溶剂性、尺寸稳定性和机械强度，但弹性、塑性低，脆性大。∴不能进行塑性加工，成型加工只能在网状结构形成前进行，材料不能反复加工使用。(热固性) 7 聚二甲基硅氧烷的结构式为？其柔顺性怎么样？ 答：非常好 8 何为材料的力学强度？影响力学强度的主要因素有哪些？按作用力的方式不同，材料的力学强度可分为哪几种强度？ 答：材料在载荷作用下抵抗明显的塑性变形或破坏的最大能力。 通常材料中缺陷越少、分子间键合强度越大，材料的强度也越高。 按作用力的方式不同，可分为：拉伸强度；压缩强度；弯曲强度；冲击强度；疲劳强度等。 9 区分高分子材料的大分子之间的相互作用中的主价力和次主价力，比较两者对其性能的影响。 答：大分子链中原子间、链节间的相互作用是强大的共价键这种结合力称为主价力，大小取决于链的化学组成→键长和键能。对性能，特别是熔点、强度等有重要影响。 大分子之间的结合力是范德华力和氢键，称为次价力，比主价力小得多(只有主价力1-10％)，但对高分子化合物的性能影响很大。如乙烯呈气态，而聚乙烯呈固态并有相当强度，∵后者的分子间力较前者大得多。 10 按电阻率的大小，可将材料分成哪几类？何谓超导性？ 答：按电阻率的大小，可将材料分：超导体；导体；半导体；绝缘体。 超导性：一旦T< Tc(超导体临界T)时，电阻率就跃变为零。Tc依赖于作用于导体的磁场强度。
高中化学专题功能高分子材料新人教版选修
专题5.3 功能高分子材料 1．干洗衣服的干洗剂主要成分是四氯乙烯，家用不粘锅内侧涂覆物质的主要成分是聚四氟乙烯。下列关于 四氟乙烯和聚四氟乙烯的说法正确的是 A．它们都是纯净物 B．它们都能是酸性高锰酸钾溶液褪色 C．它们的分子中都不含氢原子 D．它们都可由乙烯只发生加成反应得到 【答案】C 考点：考查高聚物的结构特征和组成、碳碳双键的性质。 2．滑雪板和冲浪板经常用聚四氟乙烯做贴面，因为 A．聚四氟乙烯耐高温又耐低温 B．聚四氟乙烯绝缘性好 C．聚四氟乙烯能够耐酸碱腐蚀 D．聚四氟乙烯的摩擦系数很小，极其光滑 【答案】D 【解析】 试题分析：由于聚四氟乙烯的摩擦系数很小，极其光滑，所以常用作滑雪板和冲浪板，答案选D。 考点：考查聚四氟乙烯的性能和应用 2．宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10 kg重的舱内航天服，“神七”宇航员所穿舱内航 天服是由我国科学家近年来研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成，其主要成分是由碳
化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的，下列相关叙述错误的是 A．它耐高温、抗氧化 B．它比钢铁轻、硬，但质地较脆 C．它没有固定熔点 D．它是一种新型无机非金属材料 【答案】B 考点：考查有机高分子材料的性能的有关判断 4．下列关于新型有机高分子材料的说法，不．正确的是 A．高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等B．复合材料一般是以一种材料作为基体，另一种材料作为增强体 C．导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料 D．合成高分子材料制成的人工器官一般都受到人体的排斥作用，难以达到生物相容的程度 【答案】D 【解析】 试题分析：合成高分子材料一般具有优异的生物兼容性，较少受到排斥，可以满足人工器官对材料的苛刻 要求，因此答案选D。 考点：考查新型有机高分子材料的有关判断 5．下列材料中：①高分子膜；②生物高分子材料；③隐身材料；④液晶高分子材料；⑤光敏高分子材料； ⑥智能高分子材料．属于功能高分子材料的是 A．只有①②⑤ B．只有②④⑤⑥ C．只有③④⑤ D．①②③④⑤⑥ 【答案】D 【解析】
功能高分子材料论文
生物医用高分子材料 摘要：简述了对功能高分子材料的认识，功能高分子材料的特征和功能高分子材料的分类，接着重点写生物医用高分子的发展前景和趋势，对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。 关键词：功能高分子材料，生物医用高分子材料。 功能高分子材料 功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％ 所谓功能性高分子材料，一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料，但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括，不一定很确切，较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出，这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多，而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。 功能高分子材料按照功能特性通常可分成以下几类： （1）分离材料和化学功能材料；（2）电磁功能高分子材料；（3）光功能高分子材料；（4）生物医用高分子材料。功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。 随着时代的发展，在医学领域中越来越迫切地需要开发出能应用于医疗的各种新型材料，经多年的研究已发现有多种高分子化合物可以符合医用要求，我们也把它归属于功能性高分子材料。 一般归纳起来医用高分子材料应符合下列要求： 1、化学稳定性好，在人体接触部分不能发生影响而变化； 2、组织相容性好，在人体内不发生炎症和排异反应； 3、不会致癌变；
人教版高中化学选修五第17讲： 功能高分子材料(学生版)
功能高分子材料 __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 1．了解功能高分子材料及其分类 2．了解复合材料及其应用； 3．了解高分子材料的发展趋势. 知识点一.功能高分子材料 1．功能高分子材料的涵义: 功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能,又有某些特殊功能的高分子材料. 2．几种功能高分子材料: （1）高吸水性材料——亲水性高聚物（分子链带有许多亲水原子团） （2）高分子分离膜: ①组成:高分子分离膜是用具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜. ②特点:能够让某些物质有选择地通过,而把另外一些物质分离掉. ③应用:物质分离 （3）医用高分子材料: ①性能:优异的生物相溶性；很高的机械性能. ②应用:制作人体的皮肤、骨骼、眼、喉、心、肺、肝、肾等各种人工器官. 知识点二.复合材料
1．复合材料的涵义: 复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料.其中一种材料作为基体,其他的材料作为增强剂.21世纪教育网 2．优异的性能强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀,在综合性能上超过了单一材料. 3．应用 宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康等方面. 【过渡】通过以上所举的例子,我们认识到功能材料对我们日常生活和人类社会生产的重要性,那么,有机高分子材料的发展趋势是怎么样的呢? 知识点三.有机高分子材料的发展趋势 对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广,使它们的性能不断提高,应用范围不断扩大. 与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强,并且取得了一定的进展.【小结】1．功能高分子材料与复合材料的概念、性能及应用 2．膜分离的工业应用 3．医用高分子及用途
高分子材料概论-张玥
中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 《高分子材料概论》课程是材料科学与工程专业的专业知识教育层面的选修课程。该课程全面介绍了高分子科学和高分子材料的基本知识，同时，简要介绍通用高分子材料及加工工艺，功能高分子材料及新技术研究。 2.设计思路： 该课程的内容共六章，前四章介绍高分子化学和分子物理的基本概念和理论，后两章分别介绍通用高分子材料和功能高分子材料的种类、特性和加工使用方法。学生可在有限的时间内，系统掌握高分子材料科学的基本内容。依据材料的“组成-结构-性能-加工、使用”为主线，综合了解高分子科学全貌。 3.课程与其他课程的关系 该课程是构建于《有机化学》的基础知识之上的，为后续复合材料课程的学习，以及毕业论文和创新创业等实践训练课程提供理论基础。 - 1 -
二、课程目标 通过本课程的学习，使得学生了解高分子科学和高分子材料的基本知识，了解塑料、橡胶、纤维、涂料和粘合剂及功能高分子等各种高分子材料的性能和用途，了解各种高分子材料的加工技能，熟悉高分子材料的各个领域，了解高分子材料科学的发展前沿。 三、学习要求 根据该课程的内容和安排，有部分的知识需要学生自学，这就要求上课注意听讲，积极思考，才能利用讲授的内容进行自学，以便很好完成学习心得。使学生通过学习不仅对高分子科学有所了解，而且具备了一定的自学能力，为今后进一步的学习培养良好的学习习惯和学习方法。 四、教学内容 - 1 -
五、参考教材与主要参考书 1、选用教材（告知学生需要购买的教材） 《高分子材料概论》，吴其晔，2004，机械工业出版社 2、主要参考书 《高分子材料概论》，:张春红等编，2016年，北京航空航天大学出版社 《高分子材料导论》（英文版)，李坚等编，2014年，化学工业出版社 《高分子材料概论》，张镭等编，2006，科学出版社 《高分子材料科学导论》，张德庆等编，1999年，哈尔滨工业大学出版社 六、成绩评定 （一）考核方式 A ：.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他 （二）成绩综合评分体系： 七、学术诚信 学习成果不能造假，如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等，均属造假行为。他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。本课程如有发现上述不良行为，将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。 八、大纲审核 教学院长：院学术委员会签章： - 1 -
化学选修5练习 第5章 第3节 功能高分子材料
第五章第三节 一、选择题 1．下列物质不属于新型有机高分子材料的是() A．高分子分离膜B．液晶高分子材料 C．生物高分子材料D．有机玻璃 解析：有机玻璃不是新型有机高分子材料。 答案：D 2．下列关于新型有机高分子材料的说法中，不正确的是() A．高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等 B．复合材料一般是以一种材料作为基体，另一种材料作为增强剂 C．导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料 D．合成高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到生物相容的程度解析：医用高分子材料制成的人体器官，与生物具有良好的相容性。 答案：D 3．下列说法中错误的是() A．高分子分离膜具有能够有选择地让某些物质通过而把另外一些物质分离掉的特点 B．复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优良性能 C．合成人工器官大都使用硅聚合物和聚氨酯等高分子材料 D．塑料、合成纤维、合成橡胶并列称为新科技革命的三大支柱 解析：能源、信息、材料并列称为新科技革命的三大支柱。 答案：D 4．聚乳酸(PLA)是以有机酸乳酸为原料生产的新型聚酯材料，性能胜于现有塑料聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料，是新世纪最有发展前途的新型包装材料，是环保材料中的一颗明星。日本钟纺公司以玉米为原料发酵生产聚乳酸，利用聚乳酸制成生物降解性发泡材料。该材料的强度、压缩应力、缓冲性、耐药性等与聚苯乙烯塑料相同，经焚烧后不污染环境，还可肥田。下列说法不正确的是() A．聚乳酸使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境B．聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛 C．聚乳酸(PLA)是一种对环境友好的天然高分子聚酯材料 D．聚乳酸是以淀粉发酵(或化学合成)得到的，以乳酸为基本原料制备的一种聚酯材料解析：根据题给信息，聚乳酸(PLA)是一种人工合成的高分子材料，不是天然高分子材料。 答案：C 5．(2014·试题调研)聚丙烯酸酯类涂料是目前市场上流行的涂料之一，它具有弹性好，不
实验讲义材料化学
实验 1 功能无机材料的合成 第一部分以高岭石合成4A分子筛及性能分析 1．实验目的 （1）掌握4A分子筛的制备方法。 （2）掌握4A分子筛的基本表征方法。 （3）掌握4A分子筛的性能测试方法。 （4）了解制备反应条件对分子筛性能的影响。 2．实验原理 分子筛又称沸石，是具有均匀的微孔、其直径与一般分子大小相当的一类吸附剂或薄膜类物质。这类材料具有如下特点：①具有均匀的孔径，根据其有效孔径，可用来筛分大小不同的流体分子，这种作用叫做分子筛作用；②具有很大的内表面积和孔体积；③具有离子交换性（如K+、NH4＋等交换）；④由SiO 和AlO4四面体共享氧原子为基本骨架结构单元，组成短程有序和长程有序的晶体结构。这种结构形成了可为阳离子和水分子 4 所占据的大晶穴，这些阳离子和水分子有较大的移动性，可以进行阳离子交换和可逆的脱水，其化学组成通式为： [M2(Ⅰ),M(Ⅱ)O]·Al2O3·nSiO2·mH2O 式中M(Ⅰ)，M(Ⅱ)分别为一价和二价金属（通常为钠、钾、钙、钡等），n为沸石的硅铝比，一般n等于2~10，m=0~9。 4A分子筛是A型分子筛的一种。A型分子筛的结构类似于氯化钠的晶体结构，其理想晶胞组成为：Na96(Al96Si96O384)·216H2O，由于A型分子筛中硅与铝的原子比为1，所以经常使用：Na12(Al12Si12O48)·27H2O作为其晶胞组成式。 4A分子筛具有独特的吸附性、离子交换性、催化性和良好的化学可修饰性。目前绝大部分用作洗涤剂助剂，它正逐步取代当前普遍使用的三聚磷酸钠，有效减少了对环境的污染。洗涤剂用4A分子筛的的生产方法有两种，一种是化学合成法，该法用水玻璃（硅酸钠）、氢氧化铝和氢氧化钠水热合成。另一种为半合成法，该法用天然粘土或天然沸石转化制取。 由于高岭石的Si/Al与4A沸石的Si/Al相同，反应不需要添加铝源和硅源，而且矿物原料来源丰富，所以其在矿物合成4A沸石中，占有重要的地位。一般认为，以高岭石为原料合成分子筛的机理是：偏高岭石在碱溶液中缓慢溶解，形成含有SiO32-、SiOH基团和Al(OH)4-的溶液，逐步缩合为硅铝酸钠凝胶，在进一步晶化为4A分子筛晶粒并通过结构重排而转变成4A分子筛。也有人提出高岭土在NaOH溶液中部分溶解，且迅速转化为偏高岭土，并伴有硅铝酸钠凝胶产生，同时偏高岭土也不断在碱液作用下凝胶化，生成的凝胶再进一步转变成4A分子筛。由上述可见，以天然矿石合成分子筛，反应时矿石先变成无定形硅铝盐。这种盐在水中溶解性不好，所以在晶化时先在其表面形成晶种，再结晶成分子筛。 用高岭土类粘土合成4A分子筛，产品成本低，吨成本为1700元，市售价为每吨2500元左右，因此经济效益很显著。 3．实验仪器和试剂 球磨机，300目筛子，马弗炉，机械搅拌器，加热套，铁架台，铁夹，烧杯1000mL，250mL锥形瓶，500mL容量瓶，抽滤瓶，砂心漏斗，烘箱，干燥器。 高岭石，氢氧化钠，氯化铵，去离子水，pH试纸，钙指示剂，EDTA。 X-射线衍射仪，热分析仪。 4．实验步骤 （1）高岭石的粉碎
功能高分子材料讲课教案
功能高分子材料 ▲1、什么是功能高分子？什么是特种高分子？两者的区别和关系如何？ （1）功能高分子：是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应输出的高分子材料。 功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料。 （2）特种高分子材料：是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料的范畴。 （3）功能高分子属于特种高分子材料的范畴。特种高分子材料可细分为功能高分子和高性能高分子两类。 ▲2、功能和性能有什么区别？功能高分子和高性能高分子有什么不同？ （1）性能：材料对外部作用的抵抗特性。（2）功能：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变化而产生输出的特性。 （3）功能高分子：是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应输出的高分子材料。 （4）高性能高分子：是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。 （从实用的角度看，对功能材料来说，人们着眼于它们所具有的独特的功能； 而对高性能材料，人们关心的是它与通用材料在性能上的差异。） 3B、功能高分子材料的类型 （1）力学功能材料：①强化功能材料，②弹性功能材料。 （2）化学功能材料：①分离功能材料，②反应功能材料，③生物功能材料。 （3）物理化学功能材料：①耐高温高分子，②电学功能材料，③光学功能材料，④能量转换功能材料。 （4）生物化学功能材料：①人工脏器用材料，②高分子药物，③生物分解材料。 这一分类，实际上包括了所有特种高分子材料。国内一般采用按其性质、功能或实际用途划分为8种类型。 （1）反应性高分子材料，（2）光敏型高分子，（3）电性能高分子材料，（4）高分子分 离材料，（5）高分子吸附材料，（6）高分子 智能材料，（7）医药用高分子材料，（8）高 性能工程材料。 ▲1、什么是活性聚合？阴离子活性聚合的 特征是什么？ （1）活性聚合：是指引发速度远远大于增 长速度，并且在特定条件下不存在链终止反 应和链转移反应，亦即活性中心不会自己消 失的反应。二氯乙基氯/乙酸乙酯引发 （2）阴离子活性聚合的基本特点：①聚合 反应速度极快；②单体对引发剂有强烈的选 择性；③无链终止反应；④多种活性种共存； ⑤相对分子质量分布很窄。 ▲2、通过哪些途径可实现阳离子活性聚 合？哪些单体适合进行阳离子活性聚合？ （1）途径①设计匹配性亲核反离子，如 采用HI/I2引发体系引发烷基乙烯基醚进行 阴离子活性聚合②适当的lewis酸碱配对 引发，如采用二氯乙基铝/乙酸乙酯引发 （2）目前，烷基乙烯基醚、异丁烯、苯乙 烯及其衍生物、1, 3 —戊二烯、茚和α-蒎烯 等都已经实现了阳离子活性聚合。 ▲3、为什么基团转移聚合也属于活性聚合 范畴？ 基团转移聚合与阴离子型聚合一样，属“活 性聚合”范畴。基团转移聚合是以不饱和酯、 酮、酰胺和腈类等化合物为单体，以带有硅、 锗、锡烷基等基团的化合物为引发剂，用阴 离子型或路易士酸型化合物作催化剂，选用 适当的有机物为溶剂，通过催化剂与引发剂 之间的配位，激发硅、锗、锡等原子与单体 羰基上的氧原子结合成共价键，单体中的双 键与引发剂中的双键完成加成反应，硅、锗、 锡烷基团移至末端形成“活性”化合物的过 程。 包括①链引发反应，②链增长反应，③链终 止反应。 ▲4、自由基活性可控聚合有哪几类？ 阴离子活性聚合、阳离子可控聚合、基团转 移聚合、原子转移自由基聚合、活性开环聚 合、活性开环歧化聚合等 ▲5、什么是高分子的化学反应？他们与小 分子的化学反应有什么异同点？影响高分 子化学反应的因素有哪些？ （1）高分子的化学反应：可以将天然和合 成的通用高分子转变为具有新型结构与功 能的聚合物的化学反应。 （2）与小分子的化学反应的相同点： 高分子可以进行与低分子同系物相同的化 学反应。例如含羟基高分子的乙酰化反应和 乙醇的乙酰化反应相同；聚乙烯的氯化反应 和己烷的氯化反应类似。 （3）与小分子的化学反应的不同点： ①在低分子化学中，副反应仅使主产物产率 降低。而在高分子反应中，副反应却在同一 分子上发生，主产物和副产物无法分离，因 此形成的产物实际上具有类似于共聚物的 结构。 （4）高分子的反应活性的影响因素： ①聚集态结构因素：结晶和无定形聚集态结 构、交联结构与线性结构、均相溶液与非均 向溶液等结构因素均会对高分子的化学反 应造成影响。 ②化学结构因素：a）几率效应：当高分子 的化学反应涉及分子中相邻基团作无规成 对反映时，某些基团由于反应几率的关系而 不能参与反应，结果在高分子的分子链上留 下孤立的单个基团，使转化程度受到限制。 b）邻近结构效应：分子链上邻近结构的某 些作用，如静电作用和位阻效应，均可使基 团的反应能力降低或增加。 6、有哪些制备特种与功能高分子的制备方 法？各有什么优缺点？ （1）功能高分子的制备方法主要有以下四 种类型： ①功能性小分子的高分子化；②已有高分子 材料的功能化；③多功能材料的复合；④已 有功能高分子的功能扩展。 （2）制备方法各自的优缺点： ①功能性小分子的高分子化：对功能性小分 子进行高分子化反应，赋予其高分子的功能 特点。 包括：a）带有功能性基团的单体的聚合，b） 带有功能性基团的小分子与高分子骨架的 结合，c）功能性小分子通过聚合包埋与高 分子材料结合。 主要优点是可以使生成的功能高分子功能 基分布均匀，聚合物结构可以通过聚合机理 预先设计，产物的稳定性较好。 精品文档
光功能高分子材料的研究发展及应用
论光功能高分子材料的研究发展及应用综述 吴俊杰 化工081班 前言：光功能高分子材料研究是光化学和光物理科学的重要组成部分，近年来随着现代科学技术的发展，光功能高分子材料研究在功能材料领域占有越来越重要的地位，光功能高分子材料日益受到重视。光功能高分子材料的应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,正在快速发展之中，光功能高分子材料研究与应用也将越来越广。 1光功能高分子材料及分类 光功能高分子材料是指能够对光进行传输、吸收、储存、转换的一类高分子材料。 表1光功能高分子材料的分类 分类方法材料 作用机理光物理材料 光化学材料 反应类型和功能光敏涂料 光致抗蚀剂 高分子光稳定剂 光致变色高分子材料 光导电高分子材料 光学塑料和光纤 光敏涂料：主要由光敏预聚物、光引发剂和光敏剂、活性稀释剂（单体）以及其他添加剂等构成。
光致抗蚀剂：主要包括正性光致抗蚀剂和负性光致抗蚀剂等。 高分子光稳定剂：主要包括光屏蔽剂、激发态狙灭剂抗氧剂和聚合型光稳定剂等。 光致变色高分子材料：主要包括含硫卡巴腙络合物的光致变色聚合物、含偶氮苯的光致变色高分子和含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子等。 光导电高分子材料：由光导电聚合物材料构成。 2光功能高分子材料的类别和应用 表2光功能高分子材料的类别和应用 材料的类别应用 光敏涂料作表面涂料，起装饰和保护作用；作 光致抗蚀剂用 光致抗蚀剂制作半导体器件、集成电路，在电子 工业中广泛应用 高分子光稳定剂阻止聚合物对光的吸收在、热氧化反 应、老化反应等 光致变色高分子材料用作光的控制和调变、信号系统、信 息存储元件、感光材料、光致变色玻 璃等 光导电高分子材料用作静电复印、激光打印、图像传感 器、光电池
高分子材料概论-胶粘剂与涂料
第二章：高分子材料概论 2.6胶粘剂与涂料 主要内容：2.6.1 涂料概述 2.6.2 主要的涂料用树脂 2.6.3 印刷油墨 2.6.4 胶粘剂概述 2.6.5 主要的胶粘剂树脂 2.6.6 思考题 2.6.1 涂料概述 涂料是指用于涂覆在物体表面起保护、装饰作用或赋予某些特殊功能的材料。涂料俗名油漆，因为中国古代用漆树的树脂作涂覆层用于涂覆木制家具和其它器物上，称为漆或大漆。后来用合成树脂和干性油、半干性油熟制成涂料可代替中国漆使用，把这种合成的涂料称为油漆，习惯使然至今许多人仍改不过口来。涂料操作时，底涂层、面涂层很少称涂料，还是叫底漆、面漆。 涂料应用的场合很多，被涂覆的表面材料常称基材，基材有金属和非金属，以及其它材料，如钢铁、铝、合金、木材、混凝土、砖石、塑料、皮革、纸张等。
涂料涂覆在物体表面，形成一层涂膜，涂膜和它的组成不同，就有不同的作用。一般说来，涂料或涂膜、涂层的作用主要是起保护作用和某些功能作用。涂料涂层的保护作用是不言而喻的，由于涂层膜的隔绝，使大气中的氧、水气、CO2、微生物、盐雾、污垢物以及紫外线、昆虫等不能直接接触到被涂覆的竹、木、纸、皮革、金属、砖石等，从而起保护作用或者起到防腐作用，这在工业上的应用是屡见不鲜的。有些场合就称防锈漆、防腐漆等等。涂料的功能作用可分为装饰性、标志性和特殊功能性三种。 装饰性是人类运用得较早的一种功能；许多涂层也许初期出于装饰的想法，后来“意外”地发现它们还有其它作用，因此，涂料从一开始就注意颜色和颜料的运用。随着人们对生活质量的注重，对美化工作环境、生活环境的涂料提出了高的要求，既要求绚丽多彩的外观，又要求无毒、不脱落等等。这些都有赖于彩色涂料来实施。至于标志的作用，已广泛用于道路、路标、警示牌、信号牌等，而化工产品的包装和管道、容器，甚至都有标准规定的色彩标志，如氧气钢瓶涂上天蓝色，氯气钢瓶为墨绿色．危险物管道涂上红色，氢气钢瓶要涂有红色条杠等等。现在，功能涂料已层出不穷，如迷彩涂料、伪装涂料、防辐射涂料、防火涂料、防水涂料、耐高温涂料、导电涂料、防污涂料，防结露涂料、静电屏蔽涂料、发射红外线的涂料、干扰红外线的涂料、干扰电磁波的涂料、示温涂料等等，不一而足。涂料的运用与环境协调的问题已引起人们的重视。许多“绿色”的或者水基性涂料纷纷开发应用，对涂料的基础研究还在深入。
功能高分子材料的分类
功能高分子材料的分类 功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。 按照高分子的功能特性，功能高分子材料可分为以下几种： 1.分离材料和化学功能材料 2.电磁功能高分子材料 3.光功能高分子材料 4.生物医用高分子材料 现对这几种材料进行简单的介绍一下。 分离材料和化学功能材料 以化学功能为主的功能高分子材料称为化学功能高分子材料。化学功能包括生成离子键、配位键、共价键的化学反应，上述价键断裂的分解反应，以及与上述反应有关的催化作用等，包括具有离子交换功能的离子交换树脂，对各种阳离子有络合吸附作用的螯合聚合物，光化学性聚合物，具有氧化还原能力的聚合物，在有机合成反应中使用的高分子试剂和高分子催化剂，降解型高分子等。化学功能高分子材料的制备主要通过在高分子骨架上引入具有特定化学功能的官能团或者结构片段，也可以将具有类似功能的小分子功能材料高分子化得到化学功能高分子材料。高分子材料经过功能化或者小分子功能材料经过高分子化以后，材料的溶解度一般均有下降，熔点提高。对于化学试剂，经过高分子化后稳定性增加，均相反应转变成多相反应，产物与试剂和催化剂的分离过程简化，同时还产
生许多小分子材料所不具备的其他性质。化学功能高分子材料是固相合成的基础。 电磁功能高分子材料 电磁功能材料主要指导电聚合物材料。复合型导电高分子材料是以有机高分子材料为基体,加入一定数量的导电物质(如炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。该类材料兼有高分子材料的易加工特性和金属的导电性。与金属相比较,导电性复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点。 与金属和半导体相比较，导电高分子的电学性能具有如下特点： （1）通过控制掺杂度，导电高分子的室温电导率可在绝缘体-半导体-金属态范围内变化。目前最高的室温电导率可达105S/cm，它可与铜的电导率相比，而重量仅为铜的1/12； （2）导电高分子可拉伸取向。沿拉伸方向电导率随拉伸度而增加，而垂直拉伸方向的电导率基本不变，呈现强的电导各向异性； （3）尽管导电高分子的室温电导率可达金属态，但它的电导率-温度依赖性不呈现金属特性，而服从半导体特性； （4）导电高分子的载流子既不同于金属的自由电子，也不同于半导体的电子或空穴，而是用孤子、极化子和双极化子概念描述。应用主要有电磁波屏蔽、电子元件(二极管、晶体管、场效应晶体管等)、微波吸收材料、隐身材料等。 光功能高分子材料 指在光的作用下能够产生物理(如光导电、光致变色)或化学变化(如光交联、
汽车高分子材料
汽车高分子材料 培训课程讲义 2005.1 目录 第一篇汽车塑料基础知识 一、汽车塑料制品发展过程 二、汽车用塑料主要特点 三、我国汽车塑料制品发展现状与趋势 四、塑料在轿车饰件的应用 第二篇汽车用塑料制品与材料 一、聚氨酯泡沫塑料制品 二、工程塑料汽车零部件 三、塑料基复合材料汽车制品 四、塑料及树脂缩写代号 五、塑料的组成 六、汽车塑料制品常用聚合物树脂 七、汽车塑料制品的主要助剂 八、汽车塑料制品的常用填充物与增强物 九、汽车塑料的需要的主要性能指标 第三篇汽车饰件用塑料及其制品
一、汽车饰件与塑料 二、汽车用聚氨酯泡沫塑料 三、汽车软饰件与塑料 四、反应注射模塑及制品 第四篇 汽车常用塑料及饰件 一、聚丙烯塑料汽车塑料件 二、聚乙烯汽车塑料件 三、改性聚苯乙烯塑料 四、聚氯乙烯车塑料件 第 五篇 塑料结构制品材料的选用原则 一、塑料材料选用的注意事项 二、塑料材料的选用范围 三、常用零部件的选用方法实例 第六 篇 塑料制品的设计要求 一、设计的工艺性 二、典型零部件的设计 第一篇 汽车塑料基础知识 一、汽车塑料制品发展过程 1.可清洁性--轻量性--减震性---经济性---资源性
二、汽车用塑料主要特点: 高分子汽车材料有很多以往传统材料没有的优点。主要表现在重量轻、有良好的外观装饰效果、有多种实际应用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、节约能源,可持续利用等各方面。高分子汽车材料的主要特点如下。 1.重量轻 高分子汽车材料最突出的优点之一就就是具有轻质高强度的特性。由于各种塑料的平均比重只有一般普通钢材的15-20%,也比一般木材轻。这一特点对高档大型轿车尤其有突出的优点,可以减去大量的自重。 2.良好的加工性能 高分子汽车材料具有非常好的加工性能。由于高分子汽车材料的可塑性与与其它材料之间良好的兼容结合性能,可以利用不同的材料组分,借助于各种现代化的成型加工机械,通过挤出、注塑、压延、模塑、吹塑等方法加工成具有各种不同形状、不同性能、不同颜色的、不同功能的高分子汽车材料,如,直接挤成管材、型材、板材,注射成有各种造型的制品、压延加工成薄膜等,还可根据需要制成各种颜色、有夹层、中空、放嵌件等各种产品,还可根据要求进行二次加工,如机械制品样的车削、冲切、裁剪、焊接、也可热熔、冷锯、复合等。 3.优良的综合理化性能 高分子汽车材料的另一个优点就是具有多种功能,可而被用于特殊的场合。大多数高分子材料除了具有可塑性外,还有众多优秀的理
汽车高分子材料课程讲义
汽车高分子材料培训课程讲义 2005．1
目录 第一篇汽车塑料基础知识 一、汽车塑料制品发展过程 二、汽车用塑料主要特点 三、我国汽车塑料制品发展现状与趋势 四、塑料在轿车饰件的应用 第二篇汽车用塑料制品与材料 一、聚氨酯泡沫塑料制品 二、工程塑料汽车零部件 三、塑料基复合材料汽车制品 四、塑料及树脂缩写代号 五、塑料的组成 六、汽车塑料制品常用聚合物树脂 七、汽车塑料制品的主要助剂 八、汽车塑料制品的常用填充物和增强物 九、汽车塑料的需要的主要性能指标 第三篇汽车饰件用塑料及其制品 一、汽车饰件与塑料 二、汽车用聚氨酯泡沫塑料 三、汽车软饰件与塑料
四、反应注射模塑及制品 第四篇 汽车常用塑料及饰件 一、聚丙烯塑料汽车塑料件 二、聚乙烯汽车塑料件 三、改性聚苯乙烯塑料 四、聚氯乙烯车塑料件 第 五篇 塑料结构制品材料的选用原则 一、塑料材料选用的注意事项 二、塑料材料的选用范围 三、常用零部件的选用方法实例 第六 篇 塑料制品的设计要求 一、设计的工艺性 二、典型零部件的设计 第一篇 汽车塑料基础知识 一、汽车塑料制品发展过程 1．可清洁性--轻量性--减震性---经济性---资源性
二、汽车用塑料主要特点： 高分子汽车材料有很多以往传统材料没有的优点。主要表现在重量轻、有良好的外观装饰效果、有多种实际应用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、节约能源，可持续利用等各方面。高分子汽车材料的主要特点如下。 1．重量轻 高分子汽车材料最突出的优点之一就是具有轻质高强度的特性。由于各种塑料的平均比重只有一般普通钢材的15-20%，也比一般木材轻。这一特点对高档大型轿车尤其有突出的优点，可以减去大量的自重。 2．良好的加工性能 高分子汽车材料具有非常好的加工性能。由于高分子汽车材料的可塑性和与其它材料之间良好的兼容结合性能，可以利用不同的材料组分，借助于各种现代化的成型加工机械，通过挤出、注塑、压延、模塑、吹塑等方法加工成具有各种不同形状、不同性能、不同颜色的、不同功能的高分子汽车材料，如，直接挤成管材、型材、板材，注射成有各种造型的制品、压延加工成薄膜等，还可根据需要制成各种颜色、有夹层、中空、放嵌件等各种产品，还可根据要求进行二次加工，如机械制品样的车削、冲切、裁剪、焊接、也可热熔、冷锯、复合等。3．优良的综合理化性能
高分子材料改性
1填充改性：在聚合物基体中或在聚合物加工成型过程中加入一系列在组成结构不同固体添加物。 2混杂增强：是一种以上不同品种的增强纤维或其他增强材料匹配在一起用于聚合物得到复合材料。3纤维的临界长度lc：以基体包裹纤维的复合物在顺纤维轴上拉伸。当从整体传到纤维上的应力刚能使纤维断裂时纤维的应有长度。 4IPN：是两种或两种以上的共混聚合物，分子链相互贯穿并至少一种聚合物分子链以化学键的方式交联而形成的网络结构。 5高分子合金：在显微镜下观察可以聚合物共混物具有类似金属合金的相结构（即宏观不分离，微观非均相结构）称为高分子合金。 6相容性：指聚合物彼此互相容纳，形成宏观均匀材料的能力。 7纳米复合材料：指其中至少有一相物质是纳米级（1—100nm）范围内的多相复合材料。 8海-岛结构：是一种两相体系，且一项为连续相，一相为分散相，分散相分散在连续相中，就好像海岛分散在大海中一样。 9等粘点：A组分与B组分熔体黏度相等的这一点，称为“等黏点” 问答可能题 1.熔融态化学反应类型及各自的影响因素？ 答：类型：交联反应、接枝反应、降解反应、官能团反应。 影响交联因素：1过氧化物的品种与用量2交联时 间与温度3环境气氛4抗氧剂5酸性物质6填充剂 7助交联剂 影响接枝因素：1接枝单体的含量2引发剂3反应 温度4反应时间5交联或降解的控制6共单体 2填料的性质？ 答：（1）几何形态特征：球状（加工流动性）：玻璃微珠片状（刚性）：云母、滑石粉 （2）粒径小，填充效果好（分散均匀） 粒径表示方法：1.平均粒径（） 2.目数（每平方英寸筛网上的筛孔数） 3.比表面积（）（3）表面形态与性质：光滑（加工流动性）、粗糙（机械互锁、有大量微孔（有一定互锁作用） 3.填料的分散混合过程？ 答：大致分四个过程。<1>使聚合物添加剂粉碎。将聚合物和填料加入到体系中，在外界作用下将大块聚合物和添加剂破碎成较小粒子。 <2>使添加剂渗入到聚合物中。聚合物在剪切热和传导热作用下，降到黏流状时，使速度加快，较小粒子克服聚合物内聚力，渗入到聚合物中。、 <3>分散。较小粒子进一步减小，直到粒子大小，固相粒子逐渐分散。 <4>分布均化。分散固相粒子逐渐混合，直至均匀分散到聚合物中。 5增强纤维种类及各有那些常用的表面处理方法？答：玻璃纤维、碳纤维和植物纤维等。 玻璃纤维的表面处理方法：硅烷偶联剂处理、表面接枝处理、酸碱刻蚀处理。 碳纤维表面处理法：气相氧化法、液相氧化法、阳极氧化法、等离子体氧化法。 植物纤维的表面处理方法：热处理法、碱处理法、改变表面张力法、偶联法、表面接枝法。 7纤维状加工过程易碎问题？措施：1.后期加入纤 维 2.提高熔融温度 3.降低剪切力 8简述制造纤维增强材料片材的常用方法？ （1）熔融浸渍法。首先将连续纤维或短切纤维制成毡或针刺毡，经预热与挤出机挤出的热塑性树脂薄层，通过浸渍，冷却固化，最后切割。 （2）悬浮沉积法。将纤维和树脂均匀分布在水中，使纤维釜单丝分散，树脂单粒分散，通过流浆箱和成型网加入絮凝剂，凝聚与水分离形成湿片，通过干燥，黏合，压扎成片材。 （3）静电吸附热压法。将热塑性树脂制成薄膜带电，通过短纤维槽时，纤维吸附在薄膜上，然后压合。（4）液态化床法。将一定粒度粉末树脂放在流动床的孔床上，使其带一定量静电荷，并翻腾是树枝附在接地纤维上通过切断器被切成定长再通过热轧区和冷却区而制成片材。 9影响共混物结构形态的因素？ 答：1相容性。相容性越好，聚合物越容易扩散而 达到均匀混合。2配比与黏度的综合影响。（P157. 图4-16）3.内聚能密度。内聚能密度大的聚合物，其分子间作用力大，不易分散，因此在共聚物体系 中更趋于分散相。4制备方法不同的制备方法会产 生不同的形态结构。 10提高共混物相容性的方法？ 答：（1）对聚合物进行化学改性（2）加入增溶剂（3） 改善共混加工工艺（4）在共混组分间交联（5）共 溶剂法和IPN法。 12.聚合物的填充效果通过哪几方面评价？为什么 答：1聚合物填充改性的经济效果利用填料实现 聚合物的填充改性，其目的是降低成本改善材料的 某些性能。2填充聚合物的力学性能作为材料使 用强度是应用的基础。3填充聚合物的热性能。 12.无机纳米粒子增韧机理？ 答1.刚性无机粒子产生应力集中效应，引发周围树 脂产生微开裂，吸引一定的变形功： 2.刚性粒子存在使基体树脂裂纹扩展受阻和钝化， 终止裂纹继续开裂： 3.填料的微细化，例子比表面积增大，产生微开裂， 吸引更多冲击能量阻止材料的断裂： 6界面结合对力学性能的影响？ 界面强度高低，对聚合物各方面的影响显著，最突 出的是力学性能。（1）拉伸强度：在平行于取向方 向，拉伸强度提高。垂直于取向方向时，若纤维与 聚合物结合强度比较好时，则强度提高，否则不提 高。当纤维无取向时，则各同性时，各方向强度均 有所提高。（2）韧性与冲击强度：当纤维自身的强 度小于界面强度与摩擦力之和时，即受到作用时， 纤维发生断裂。此时对其冲击性能不利，当纤维自 身的强度大于两者之和时，则会发生脱出，对冲击 作用有吸收作用，提高其冲击强度。 11层状纳米材料的性能？ 答：1.力学性能和耐热性 2.高阻隔特性 3.阻燃性 4.导电功能 5.抗菌功能 6.吸波特性 7.各向异性 14什么是混杂增强、是混杂效应？混杂方式有哪 些？ 答：增强聚合物复合材料是由两种或两种以上不同 品种的增强纤维或其他增强材料匹配在一起用于 聚合物二得到的材料。混杂效应：混杂效应是由 于多种纤维货增强材料与树脂基体的相互作用产 应的结果，有正效应和负效应。常见的形式：（1） 纤维——纤维混杂 2）纤维——无机离子混杂增强（3）纤维原位混杂 增强如 4填料体积成体的计算？P76 22配比与黏度的综合影响。（P157.图4-16） 高概率填空题 1充母料的理想横型：1填料核2偶联层3分散层4 增混层填充母料的方法1挤出法2密炼法3造粒法 4 开炼法 1改性的分类：物理改性：共混、填充、增强 化学改性：接枝、交联、嵌段、降解 2交联分为：物理交联：结晶或缠结 化学交联：以化学键形成交联 3化学反应形式：溶液形式，熔融形式（多数） 4熔融态化学反应器：密炼机、螺杆挤出机、高校 连续混合机组 5熔融态化学反应类型：交联、接指、断链、能团 反应 7填料的作用：增量，增强，赋予功能 8填料的种类：1.阻燃性的；2.增大硬度，石英 3. 减小硬度，滑石粉 9填料处理的目的：1.增加与聚合物的相容性 2. 提高界面粘合不产生分离 10常用的表面处理剂：1.表面活性剂 2.偶联剂（钛 酸酯，铝酸酯）3.有机高分子处理剂 4.无机物处 理剂 5.其他 11填充改性交联：1.经济效果 2.力学性能 3.热性 能 4.电性能，光学性能，加工性能 12加入纤维的作用：增强 13增强纤维种类：1.玻璃纤维 2.碳纤维 3…. 14纤维表面处理原则：1.极性相近原则 2.界面酸 碱匹配原则 3.形成界面化学键原则 4.引入可塑 界面原则 17共混改性方法：物理方法：机械共混法，干粉共 混法，熔融共混法，溶液共混法，乳液共混法。 化学方法：共聚-共混法，反应共混法，IPN法 18共混物的形态，结构 1.均相结构 2.非结晶聚 合物构成的多相共混体系 3.两相互锁成交错结构 4.相互贯穿的两相连续结果 5.结晶非结晶聚合物 共混物的形态，结构 19增溶剂类型 1.非反应型增溶剂 2.反应型增溶 剂 3.低分子增溶剂 20热塑性弹性体是由塑料和橡胶构成的，其中塑料 是连续的，橡胶是分散的。 21改善共混物透明性的方法 1.使参与共混的分散 相与连续相折射率相同 2.使共混物分散粒径小于 可见光波长 22在硬质PVC中加氯化PE起增韧改性作用：在软 质PVC中加氯化PE起增塑改性作用 23纳米复合材料的制备方法 1.溶胶-凝胶法 2.原 位聚合法 3.插层法 4.共混法 24共混物的形态首先划分为均相体系和两相体系。 两相体系又分：海-岛与海-海结构