《功能高分子》课件.ppt

第六章功能高分子材料 一 概述 内容 与常规高分子材料相比 具有明显不同的物理化学性质及某些特殊功能 如导电性 光敏性 催化性和生物活性等诸多功能 的高分子材料称为高分子材料 分类 按其性质 功能和用途 反应型功能高分子 光敏高分子 电磁功能高分子材料 吸附型功能高分子材料 膜型高分子材料 各种功能高分子材料 1 2功能高分子材料的结构与设计 功能高分子之所以表现出特殊功能 主要与分子结构中的两个性质有关 一 与特殊功能有关的官能团 二 连接并承载官能团的聚合物骨架 官能团所起作用可归纳 官能团的性质对材料的功能起主要作用官能团与聚合物骨架的协同作用聚合物骨本身具有官能团的作用官能团起辅助作用 功能高分子的设计思路和设计方法及制备方法 以小分子的官能团为设计基础利用小分子与聚合物结构或骨架的协同作用进行设计功能高分子材料的复合及现有功能的拓展 二 反应型功能高分子材料 简化操作过程或工艺流程有利于回收与再生提高试剂的稳定性和安全性提高选择性减少或避免副反应提供理想的邻位效应开拓固相合成反应 概念 由高分子试剂和高分子催化剂组成 创新之处和主要特征 2 1高分子化学反应试剂 氢醌类氧化 还原反应硫醇类氧化 还原反应吡啶类氧化 还原反应二茂铁类氧化 还原反应酚噻嗪类氧化 还原反应 高分子氧化还原试剂 2 2高分子催化剂 离子交换树脂催化剂高分子金属络合物催化剂高分子相转移催化剂其他高分子催化剂 三 导电高分子材料 定义 是一类兼具高分子特性及导电体特征的高分子材料 根据电荷载流子分为 1 电子导电聚合物 2 离子导电聚合物 聚乙烯 芳香单环 杂环共聚物 聚醚 聚酯 聚酰亚胺 3 1导电高分子的导电机理 3 1 1电子导电高分子的导电机理3 1 2离子导电聚合物的导电机理 3 1 1电子导电高分子的导电机理 电子导电聚合物的载流子是电子或空穴 就导体而言 电子应具有离域或移动的能力以聚乙炔为例 根据Peierls过渡理论分析 在聚乙炔线性共轭电子体系的链状结构中 每一结构单元 CH 中的碳原子外层由4个电子 其中3个电子分别位于3个SP2杂化轨道 分别与一个氢原子和两个相邻的碳原子形成o键 剩余的一个P电子轨道与3个o轨道构成的平面互相垂直 相邻碳原子的P轨道互相平行 电子云相互重叠构成共轭H键 因而具有导电能力 3 1 2离子导电聚合物的导电机理 离子导电过程是在外加电场的作用下 由离子载流子定向移动来实现的 3 2导电高分子材料的制备 电子导电高分子材料的化学结构是含有大的线性共轭结构 其核心思想是制备具有共轭结构的聚合物 制备方法 1 化学聚合 首先合成溶解和加工性能较好的共轭聚合物前体 然后通过形成双键的反应生成共轭结构 2 电化学聚合 聚合反应在电极表面进行 直接生成导电聚合膜 3 3导电高分子材料的应用 足够的电导率及导电能力良好的稳定性和力学强度易成型加工 判断是否有实用价值 电子导电高分子材料的应用 电极材料 电子变色显示材料 电极表面导电聚合物膜 电子元器件 离子导电高分子材料的应用 用作电解质代替液态电解质 电化装置 四 液晶高分子材料 液晶是一种分子呈有序排列的流体 它与普通的液体不同 外观呈各向同性液体的流动性 又保留晶体分子的远程有序排列 具有晶体的双折射等光学各向异性 分类 按晶体形成条件分 溶致晶体 热致晶体 按晶体形态分 向列型晶相液晶 近晶型晶相液晶 胆甾醇型液晶 基本结构 刚性 呈近似棒状或片状 柔性 棒状或片状的刚性部分被柔性分子链连接组成液晶分子 4 2热致高分子液晶 晶体在加热熔融过程中 高分子仍保留一定的有序排列的流体称为热致高分子液晶 热致侧链高分子液晶 热致主链高分子液晶 4 3溶致高分子液晶 当溶解在溶液中的高分子液晶分子达到某一浓度时 分子以一定规律呈有序排列 具有部分晶体性质的液晶称为溶致高分子液晶 当主链位亲油性结构时 测链液晶分子的亲油端基与主链连接 一种方法是将液晶单体亲油端与乙烯基连接通过乙烯基聚合反应形成高分子 另一种利用双键单体通过加成接枝反应得到侧链高分子液晶 合成 溶致侧链高分子液晶的合成 溶致主链高分子液晶的合成 4 4高分子液晶的应用 结构材料 功能材料 制备高强度和高模量纤维以及薄膜制品 防弹性能 高强度的电线支撑线 抛锚绳 电缆等线索 高分子膜材料和胶囊 信息显示材料 光学记录材料 贮存材料等 五 高分子分离膜材料 高分子分离膜是一种具有选择性透过能力的二维材料评价分离膜的指标 透过率和透过选择性 分类 据被分离物质的性质 气体分离膜 液体分离膜 固体分离膜 微生物分离膜 据膜分离原理及被分离物质的粒度大小 反渗透膜 渗析膜 电渗析膜 渗透蒸发膜 超细滤膜 超滤膜 微滤膜 据膜短面的宏观物理形态 对称膜 不对称膜 复合膜 管式膜 中空纤维膜 平板膜 5 1膜的分离机理 非多孔性物质膜溶解扩散机理多孔膜的筛分扩散机理电透析膜的分离机理 5 2高分子分离膜的制备 聚合物溶液的制备 膜的成型方法 纤维素脂类用溶剂 聚酰胺类用溶剂 聚砜类用溶剂 乙烯基聚合物类用溶剂 离子交换树脂用溶剂 密度膜的成型方法 相转变多孔分离膜的成型方法 复合膜制备 离子交换膜成型 其他成型方法 5 3高分子分离膜的应用 气体膜 制备高纯气体 分离工业合成氨中的氢气调节环境气氛对蔬菜 水果保鲜的二氧化碳其气和硫化氢气等透析膜 制药业的脱盐 冶金工业的废酸的回收 纺织工业的NaOH回收等渗透与反渗透膜 渗透膜主要用于分离和提纯 工业上利用反渗透法进行海水淡化处理离子交换膜 消除汞电极法造成的汞污染和隔板法产生的石棉污染等微滤膜 水的消毒与净化 食品的除菌等超细滤膜 广泛用于医疗及其他工业 六 感光性高分子 在光照的作用下发生化学或物理变化 并表现出特殊性能的高分子统称为感光性高分子 按功能分 光致抗蚀剂高分子光敏剂光致变色高分子光导电高能分子 七 高吸水性树脂 高吸水性树脂种类主要有天然高分子改性体系及合成树脂体系 高吸水性树脂的形状有粉末 膜及纤维状等 高吸水性树脂种类主要有天然高分子改性体系及合成树脂体系 高吸水性树脂又称超级吸水高分子或超级吸水剂 7 1高吸水性树脂的制备 淀粉体系高吸水性树脂的制备 淀粉 丙稀腈接枝共聚 淀粉 混合单体共聚 淀粉或交联淀粉 聚丙烯酸钠接枝共聚 淀粉羧甲基化反应 纤维素体系高吸水性树脂的制备 纤维素接枝共聚 羧甲基化反应 高吸水性纤维素醚类制备 合成树脂类高吸水性树脂的制备 聚丙烯酸体系 改性聚乙烯醇 聚丙烯酸体系 聚丙烯酰氨交联 非离子型聚合体系 7 2高吸水性树脂的吸水机理与应用 高吸水性树脂的吸水过程通过很弱的化学键进行的 吸水机理与相应的分子结构有关 大多数高吸水性树脂的结构属于立体三维网状结构 在网状结构中分布许多离子基团 水分子进入网状结构后形成氢键 从而能够被牢固地吸附在网内 由于网状