高分子化学.ppt

8.7 功能高分子,基本内容 通用高分子（材料）： 用途广，易加工，价廉的一类高分子材料， 如三大合成材料、涂料、黏合剂等。,功能高分子（材料）： 具有特殊性质的高分子，特种高分子， 精细高分子（产量小，产值高，制造工艺 复杂）。,性 能：指材料对外部作用的抵抗特性。 如，对外力的抵抗-强度、模量等； 对热的抵抗-耐热性； 对光、电、化学药品-耐光性、 绝缘性、 耐腐蚀性,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。 如，输入光-输出电性能，即光电功能；,1、力学功能 （1）强化功能材料 如超高强材料、高结晶材料。 （2）弹性功能材料。,2、化学功能 （1）分离功能材料 如分离膜、离子交换 树脂等； （2）反应功能材料 如高分子催化剂、高 分子试剂等； （3）生物功能材料 如固定化酶、生物反 应器等。,3、物理化学功能 （1）耐热高分子 （2）电学功能材料 如导电性高分子； （3）光学功能材料 如感光性高分子、 导光性高分子等。 （4）能量转换功能材料,如感压性高分 子、压电性高分子、热射电性高分子等。,4、生物化学功能 （1）人工脏器用材料 如人工肾、人工 心肺等。 （2）高分子药物 如药物活性高分子、 缓释性高分子药物、高分子农药等。 （3）生物分解材料 如可降解性高分子 材料等。,一、离 子 交 换 树 脂 具有离子交换官能团的网状结构多孔性树脂。 这些官能团由两种电荷相反的离子组成，一种是 以化学键结合在大分子链上的固定离子（阳离子 或阴离子），另一种是以离子键与固定离子结合 的反离子。在一定条件下，这种官能团的反离子 能离解出来，与周围的外来离子相互交换，从而 起到离子交换功能。,离子交换树脂的功能： 能与溶液中的阳离子或阴离子进行交换。 离子交换树脂的结构特征： 1、交联的聚合物， 2、功能基可离子化。,如：苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂,1、在水处理中的应用 （1）水的软化 （2）水的脱盐 （3）废水处理 2、在食品工业中的应用 食品添加剂的提纯分离、脱色脱盐、果 汁脱酸脱涩等。,3、作为催化剂应用 4、在制药行业中的应用 生物碱的提纯、氨基酸的提取、多糖 的分离纯化。 5、其它方面的应用 稀土元素的分离、碘的提取等。,二、吸 附 树 脂 1、制备：由二乙烯苯等单体，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。 2、吸附树脂的特性： 吸附气体，从溶液中吸附溶质 3、吸附树脂的结构特征： 多孔、高度交联的聚合物,3、吸附树脂的应用 （1）在天然食品添加剂提取中的应用 甜菊糖,（2）在药物的提取纯化中的应用 中草药的有效成分 （3）在环境保护中的应用 处理含酚、苯胺等有机物废水 （4）在血液净化方面的应用,三、导 电 高 分 子 导电高分子的特性： 既有普通聚合物的机械性能，又有金属 材料的导电性。 如导电橡胶既有普通橡胶的弹性，又有 理想的导电性等。,种类： 结构型导电高分子 复合型导电高分子（普通高分子混入导电填料） 结构型导电高分子 是指具有共轭键，其本身或经过“掺杂”后具有导电性的一类高分子材料。,Chapter8 Polymer,18,Chapter8 Polymer,19,导电机理,导电机理,自由基阳离子（极化子）通过双键迁移 沿共轭高分子链传递,Chapter8 Polymer,20,种类,种类,具有导电性的高分子 一般具有线型或 平面型的结构， 电子可以在整个分子 范围内运动。,导电高分子的结构特征： 聚乙炔,导电高分子的结构特征： 聚吡咯,四、高 分 子 催 化 剂 高分子催化剂的特征： （1）简化分离过程；为多孔性固态颗粒，反应后只需过滤便可与液体产品分离。 （2）可再生、重复使用； （3）提高活性和选择性。 由于催化活性中心被高分子链隔离，不易缔合，能自由发挥作用，因而催化活性高。同时由于活性中心被包裹在卷曲的高分子链内，反应物必须进入高分子链的空隙才能接近活性中心，因而造成高的选择性。,五、感 光 高 分 子 感光高分子材料在光的作用下能迅速发生光化学反应，引起物理和化学变化的高分子体系,感光高分子的功能： 1、光固化（光交联） 2、光降解 3、光成像 4、光致变色 5、光导电,光致变色高分子的特征： 在光照射时呈现颜色，停止光照后又能 回复原来的颜色。,（1）含硫卡巴腙结构（如：红色-紫色）,光照时发生氢原子转移的互变异构，使得结构发生了变化。 这种变化使得光化学反应前后物质对可见光不同光波的选择 性吸收有所改变，从而使材料发生变色现象。,（2）含偶氮苯结构,偶氮类高聚物的光致变色是由于双键 NN的顺反异构化而引起的。,（3）含螺结构型,光致变色机理：在紫外光的作用下，碳氧键断裂， 发生可逆开环异构化。,（4）含甲亚胺结构,（5）聚联吡啶型（无色-绿色）,（6）含茚二酮结构,光致变色高分子的应用,窗玻璃、窗帘：调节室内光线； 护目镜：防止阳光、激光、电焊闪光伤害 军事上：伪装隐蔽、密写信息等。,六、医 用 高 分 子 材 料,1、高分子人造器官： 内脏器官人造心脏、人造肾脏； 体外器官人造骨骼、人造血管； 外部器官假肢。,人造心脏-嵌段聚醚氨酯弹性体、硅橡胶； 人造皮肤-火棉胶、聚酯、甲壳素； 人造鼻子-硅橡胶； 人造血管-聚四氟乙烯、嵌段聚醚氨酯； 人造食管-聚硅酮； 人造气管-聚硅酮、聚四氟乙烯、聚乙烯。,2、用于治疗的高分子材料 眼科用材料：聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚 乙烯吡咯； 牙科用材料：氰基丙烯酸丁酯； 美容用材料：硅橡胶。,例：隐形眼睛中的软质接触镜： 由亲水性聚合物如，聚甲基丙烯酸羟乙酯等的水凝胶制成的。 人工骨： 使用可降解高分子材料对骨折部分进行固定， 避免使用金属材料固定的二次手术。 如，聚乳酸（PLA）制成的骨板或骨钉，不仅强度高，而且与 人体相容性好，能在体内分解而吸收。 自吸收手术缝合线: 如聚乳酸、聚羟基乙酸，壳糖酸等制作的手术缝合线，不仅 有一定强度，而且有良好的生物降解性。,Chapter8 Polymer,36,降解,化学键,分子间力,侧链切断转化为水溶性高分子 交联点切断恢复为未交联高分子 主链切断无规降解、拉链式,范得华力 库仑力,降解吸收机制,生物可吸收医用高分子,Chapter8 Polymer,37,影响降解的因素,材料： 化学结构、构型、形态、分子量、形状、杂质 植入部位的环境因素： 体液、酶 物理因素： 外应力、消毒方法、保存历史,Chapter8 Polymer,38,典型的可生物降解高分子,七、环境敏感高分子,环境敏感高分子的功能： 能响应外部刺激（热、气、电、磁、力 学能量等物理刺激和pH值、盐浓度、化学 物质等化学刺激），分子结构和物理性能 发生变化。,八、高 分 子 食 品 添 加 剂,食品添加剂色素、抗氧防腐剂、甜味剂 1、高分子食品色素 2、高分子食品抗氧化剂 3、高分子非营养性甜味剂,九、高 分 子