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第三节功能高分子材料 第五章进入合成高分子化合物的时代 时代周刊 评出20世纪最伟大的100项发明 其中 尿不湿 榜上有名 为什么 尿不湿 能评为20世纪最伟大的100项发明呢 最初是为谁专门设计的呢 美国在上世纪六十年代初 航天事业崛起 如何解决宇航员的排尿问题迫在眉睫 华人唐鑫源成为 尿不湿 的发明人 后来他被誉为美国 太空服之父 美国从1959起甄选的7位宇航员合影 太空服之父 唐鑫源 神舟 系列上天的航天员都使用了 尿不湿 航天员专用 尿不湿 1克能吸收约1000克水 吸水性远强于一般婴儿使用的 尿不湿 尿不湿 是航天产品 下凡 的成功典范 现在不仅是婴幼儿使用 还有供特殊成人使用的 更有趣的是有些宠物也系上了 尿不湿 出门溜达 以保护公共卫生 资料显示 1987年 英国一次性尿布销售利润达2亿英镑 设想一下我们中国这样一个人口大国 利润有多么惊人 吸水前 吸水后 尿不湿吸水前后的变化 你了解 尿不湿 的材料吗 它应该有什么性能 尿不湿 起作用的物质是一种功能高分子材料 具有很强的吸水能力 它所用的材料是高吸水性树脂 常用网状结构的聚丙烯酸钠 课本P114 1 定义 具有新型骨架结构的高分子材料和在天然或合成高分子的主链或支链上引入某种功能的官能团 使其显示出在光 电 磁 声 热 化学 生物 医学等方面的特殊功能的高分子 一 功能高分子材料 1 化学功能离子交换树脂 高分子试剂 高分子催化剂 分解性高分子等 2 物理功能导电性高分子 高分子光电导体 高分子显示材料 高分子光致变色材料等 3 复合功能高分子功能膜 高分子吸附剂 高分子表面活性剂 高分子染料 高分子稳定剂等 4 生物 医用功能抗血栓 控制药物释放和生物活性等 按照功能来分类 2 分类 高吸水性树脂的结构特征 a 分子中具有强亲水性基团 如羟基 羧基 能够与水分子形成氢键 b 树脂具有交联结构 c 聚合物内部具有较高的离子浓度 d 聚合物具有较高的分子量 二 常见功能高分子材料 1 高吸水性树脂 思考 如何以带有强亲水性原子团的化合物CH2 CHCOOH制得网状聚丙烯酸钠 高吸水性树脂加交联剂的目的是变线型结构为体型结构 使其既有吸水性而又不溶于水 耐挤压 吸水前 吸水后 纤维素的结构简式 传统吸水性的材料棉花为何有一定的吸水性 发现其每个链节上都有 OH 它是一种亲水基 如无土栽培 改良土壤 改造沙漠等 思考 强吸水能力的功能高分子材料除了用于 尿不湿 还有哪些用途 P114 保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材料 无毒无害 反复吸水 释水 微型水库 同时 它还能吸收肥料 农药 并缓慢释放 增加肥效 药效 高吸水性树脂广泛用于农业 林业 园艺 建筑等 上世纪70年代发展起来的亲水隐形眼镜具有特点 吸收相当于自重80 水 才变得柔软 透气 舒适 戴时长 制备隐形眼镜所用的原料主要是丙烯酸羟乙酯 CH2 CHCOOCH2CH2OH 邮票背胶 吸湿性强粘贴力强对人体无害 离子交换树脂是带有官能团 有交换离子的活性基团 具有网状结构 不溶性的高分子化合物 是最早工业化的功能高分子材料 通常是球形颗粒物 经过各种官能化的树脂 聚苯乙烯 含有H 离子结构 能交换各种阳离子的称为阳离子交换树脂 含有OH 离子结构能交换各种阴离子的称为阴离子交换树脂 它们主要用于水的处理 离子交换膜还可以用于饮用水处理 海水淡化 废水处理 牛奶和酱油的脱盐 酸的回收以及作为电解隔膜和电池隔膜 2 离子交换树脂 离子交换树脂 酶属于高分子催化剂 3 高分子催化剂 人工合成的方法模拟酶 将金属化合物结合在高分子配体上 开发高活性 高选择性的高效催化剂 这种高分子催化剂称为高分子金属催化剂 已有的研究工作表明 高分子金属催化剂对加氢反应 氧化反应 硅氢加成反应 羰基化反应 异构化反应 聚合反应等具有很高的催化活性和选择性 而且易与反应物分离 可回收重复使用 高分子分离膜的材料主要有醋酸纤维素 聚酰胺 聚苯并咪唑 磺化聚苯醚等 醋酸纤维素膜透水量大 脱盐率高 价格便宜 应用普遍 海水淡化的原理是利用只允许溶剂透过 不允许溶质透过的半透膜 将海水与淡水分隔开的 4 高分子分离膜 高分子分离膜的特点 能够有选择地让某些物质通过 而把另外一些物质分离掉 高分子分离膜的应用 生活用水 工业废水等废液的处理 海水 苦咸水的淡化 浓缩天然果汁 乳制品加工 酿酒各种能源的转换 能从海水中分离出淡水的逆渗透膜已达到大规模使用的阶段 它也是一种半透膜 只让水分子通过 而使含盐的低分子溶质几乎不能通过 施加一定的压力后 就能使水加速挤出 采用不同结构的逆渗透膜就可以获得工业锅炉水 饮料水 无菌水 去离子水 洗涤半导体的超纯水等 在非洲一些缺水地区建立起不少海水淡化装置 一种PEC 1000的海水淡化装置对海水如加压40 70公斤 平方厘米 就可以得到16 20 的淡水 建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂 是世界上最大的海水淡化厂 日供应淡水12000吨 主要使用醋酸纤维素分离膜装置 小资料 分离膜具有神奇的魔术师般的本领 从下面的实验中不难领会 将一瓶含酒精4 5 的普通啤酒用水稀释成两瓶 然后倒入玻璃容器内 只要将这种溶液通过薄薄的一层分离膜 就能够在几分钟内提取出酒精浓度达93 的乙醇 这种乙醇用一根火柴就能点燃 这个实验中在分离膜的表面施加了高频电场 促使乙醇溶解 扩散 和水分离 所耗电能仅为蒸馏法的十分之一 在过去要从液体中分离另一种液体 只能使用蒸馏法 你知道吗 吸附性高分子材料主要是指那些对某些特定离子或分子有选择性亲和作用的高分子材料 吸附树脂的吸附性不仅受到结构和形态等内在因素的影响 还与使用环境关系密切 温度因素 树脂周围的介质 一般可分为吸水性高分子和吸油性高分子 5 高分子吸附剂 6 导电高分子材料 具有半导体性质的聚乙炔膜 科学视野 医用高分子材料 具有优异的 较少受到 可以满足人工器官对材料的苛刻要求 如 制作人体的皮肤 骨骼 眼 喉 心 肺 肝 肾等各种人工器官 如 人工心脏 人工关节 人造鼻等 等 生物相容性 排斥 人造关节 人工肾脏 人工膝关节 一张柔软的纸 白中透出微黄 这张不起眼的 白纸 就是填补国内空白的高科技 人造皮肤 这种 人造皮肤 能帮助伤口尽快恢复 比如烧烫伤 把水泡的水放出 用药清洗后 将 人造皮肤 敷贴在伤口上 很快 人造皮肤 就和人的身体长在一起 成了真的皮肤 人造皮肤 人造血管 人造心脏 人造膝关节 迈克尔 杰克逊 世界著名流行歌手 医用高分子及用途 7 高分子传感膜 功能 把化学能转换为电能主要应用 发电 开发新型电池8 高分子热电膜 功能 把热能转换为电能主要应用 发电 开发新能源 隐形材料 B 2飞机的整个机身 除主梁和发动机机舱使用的是钦复合材料外 其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成 不易反射雷达波 并且 这些不同的复合材料部件不是靠铆钉拼合 而是经高压压铸而成 另外 矾翼的前缘还全部包覆上了一层特制的吸波材料 RAM 位于机翼前部 内装雷达扫瞄天线阵列的两个方形突出部件 也采用了特殊的吸波材料 此外 B 2A的整个机体都喷涂上了特制的吸波油漆 这在很大程度上降低了敌方探测雷达的回波 1 定义 指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料 其中一种做为基体 另外材料做为增强剂 2 性能 具有等优异性能 在综合性能上超过了单一材料 强度高 质量轻 耐高温 耐腐蚀 3 应用宇宙航空工业 汽车工业 机械工业 体育用品等 三 复合材料 玻璃钢 玻璃钢游艇 玻璃钢冷却塔 玻璃钢产品在化工 石油 建筑 体育 国防 航空航天工业包括神州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用 复合材料 玻璃钢 碳纤维是一种纤维状碳材料 它是一种强度比钢的大 密度比铝的小 比不锈钢还耐腐蚀 比耐热钢还耐高温 又能像铜那样导电 具有许多宝贵的电学 热学和力学性能的新型材料 目前 人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维 只能采用一些含