功能高分子材料綜述

1、功能高分子材料綜述【文 摘】功能高分子材料是高分子學(xué)科中的一個(gè)重要分支，它是研究各種功能性高 分子材料的分子設(shè)汁和合成、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系以及作為新材料的應(yīng)用技術(shù)，它的重要性在 于所包含的每一類高分子都具有特殊的功能。它主要包括化學(xué)功能髙分子材料、光功能高 分子材料、電、磁功能髙分子材料、聲功能髙分子材料、高分子液晶、醫(yī)用高分子材料幾 部分，這一領(lǐng)域的研究主要包括研究分子結(jié)構(gòu)、組成與形成各種特殊功能的關(guān)系，也就是 從宏觀乃至深入到微觀，以及從半左量深入到疋量，從化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)原理來闡述特殊功 能的規(guī)律性，從而探索和合成出新的功能性材料。本文主要論述了在工程上應(yīng)用較廣和具 有重要應(yīng)用價(jià)值的一些功能高

2、分子材料，如吸附分離功能高分子、反應(yīng)型功能高分子、光 功能髙分子、電功能髙分子、醫(yī)用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等?！娟P(guān)鍵詞】材料：髙分子；高分子材料；功能材料：功能高分子材料的立義為：與常規(guī)聚合物相比具有明顯不同的物理化學(xué)性質(zhì)，并具有 某些特殊功能的聚合物大分子（主要指全人工和半人工合成的聚合物）都應(yīng)歸屬于功能高分 子材料范疇。而以這些材料為研究對象，研究它們的結(jié)構(gòu)組成、構(gòu)效關(guān)系、制備方法，以 及開發(fā)應(yīng)用的科學(xué)，應(yīng)稱為功能髙分子材料科學(xué)。功能髙分子材料科學(xué)是研究功能髙分子材料規(guī)律的科學(xué)，是髙分子材料科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展 最為迅速，與英他科學(xué)領(lǐng)域交叉度最髙的一個(gè)研究領(lǐng)域。它是建立在髙分子化

3、學(xué)、高分子 物理等相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)之上，并與物理學(xué)、醫(yī)學(xué)甚至生物學(xué)密切聯(lián)系的一門學(xué)科。功能高 分子材料是對物質(zhì)、能量、信息具有傳輸、轉(zhuǎn)換或貯存作用的高分子及英復(fù)合材料的一類 高分子材料，有時(shí)也被稱為精細(xì)髙分子或者特種高分子（包括高性能高分子）。其于20世 紀(jì)60年代末迅速發(fā)展起來的新型高分子材料，內(nèi)容豐富、品種繁多、發(fā)展迅速，已成為新 技術(shù)革命必不可少的關(guān)鍵材料。功能高分子是指具有某些特左功能的髙分子材料。它們之所以具有特左的功能，是由 于在英大分子鏈中結(jié)合了特左的功能基團(tuán)，或大分子與具有特左功能的其他材料進(jìn)行了復(fù) 合，或者二者兼而有之。例如吸水樹脂，它是由水溶性髙分子通過適度交聯(lián)而制得，遇水

4、時(shí)將水封閉在高分子的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，吸水后呈透明凝膠，因而產(chǎn)生吸水和保水的功能。在合成或天然高分子原有力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，再賦予傳統(tǒng)使用性能以外的各種特立功 能（如化學(xué)活性、光敏性、導(dǎo)電性、催化活性、生物相容性、藥理性能、選擇分類性能等） 而制得的一類髙分子。一般在功能高分子的主鏈或側(cè)鏈上具有顯示某種功能的基團(tuán)，其功 能性的顯示往往十分復(fù)雜，不僅決左于高分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)單元的序列分布、分子 量及英分布、支化、立體結(jié)構(gòu)等一級(jí)結(jié)構(gòu)，還決泄于高分子鏈的構(gòu)象、高分子鏈在聚集時(shí) 的高級(jí)結(jié)構(gòu)等，后者對生物活性功能的顯示更為重要。1功能髙分子材料研究1.1導(dǎo)電髙分子材料近幾年來，導(dǎo)電性高分子的研究取得了長足的發(fā)

5、展，形成了一個(gè)十分活躍的邊緣學(xué)科 領(lǐng)域，它對電子工業(yè)、信息工業(yè)及新技術(shù)的發(fā)展具有重大的意義?，F(xiàn)有的研究成果表明， 發(fā)展導(dǎo)電高分子不僅可以滿足人們對導(dǎo)電材料的需要，而且由于它兼具有機(jī)高分子材料的 性能及半導(dǎo)體和金屬的電性能，具有重量輕，易加工成各種復(fù)雜的形狀，化學(xué)穩(wěn)左性好及 電阻率可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。此外在電子工業(yè)中的應(yīng)用日趨廣泛，促進(jìn)了現(xiàn)代科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展。因此，自然引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛興趣。導(dǎo)電髙分子材料根據(jù)材料的組成可以分成復(fù)合型導(dǎo)電髙分子材料（composite conductive polymers）和本征型導(dǎo)電高分子材料（intrinsic conductive poly

6、mers）兩大 類。復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是由普通高分子結(jié)構(gòu)材料與金屬或碳等導(dǎo)電材料，通過分散、層合、梯度復(fù)合、表而鍍層等復(fù)合方式構(gòu)，其導(dǎo)電作用主要通過其中的導(dǎo)電材料來完成。主要品種有：導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠、 導(dǎo)電纖維織物、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠粘劑及透明導(dǎo)電薄膜等可用于電氣零件、電子照相、電 路材料、防靜電材料、電磁場屏蔽、光記錄和磁記錄材料等。其中，導(dǎo)電劑的體積電阻、 形狀、填充量及加工工藝等，對最終制品的性能影響很少。本征導(dǎo)電髙分子材料也被稱為 結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料（structure conductive polymes）,其髙分子本身具備傳輸電荷的 能力，這種導(dǎo)電聚合物如果按其結(jié)構(gòu)特征和導(dǎo)電機(jī)

7、理還可以進(jìn)一步分成以下三類：載流子 為自由電子的電子導(dǎo)電聚合物：載流子為能在聚合物分子間遷移的正負(fù)離子的離子導(dǎo)電聚 合物：以氧化還原反應(yīng)為電子轉(zhuǎn)移機(jī)理的氧化還原型導(dǎo)電聚合物。后者的導(dǎo)電能力是由于 在可逆氧化還原反應(yīng)中電子在分子間的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的。雖然導(dǎo)電髙分子材料的發(fā)展史只有短短的30年，但當(dāng)前導(dǎo)電髙分子聚合物在國民經(jīng)濟(jì) 中的地位，在許多方面不亞于20世紀(jì)50年代初傳統(tǒng)塑料的地位。在合成、加工和應(yīng)用方 面取得了突破性進(jìn)展，疋向了實(shí)用化，同時(shí)很多潛在的應(yīng)用正在探索研究中。目前其研究 方向可以概括為以下幾個(gè)主要方而高導(dǎo)電性，通過復(fù)合、改變分子結(jié)構(gòu)等手段挖掘?qū)щ姼?分子材料潛在性能。最近已成功研制出導(dǎo)電

8、率達(dá)3000S/cm的聚苯乙烘，其中包括光、電、 磁之間的轉(zhuǎn)換，改善穩(wěn)左性、可加工性。提髙導(dǎo)電材料的實(shí)用性，按實(shí)用要求確泄攻關(guān)方 向。多行業(yè)多學(xué)科交叉結(jié)合，開發(fā)導(dǎo)電高分子材料應(yīng)用新領(lǐng)域，加速其商品化進(jìn)程。3醫(yī)用高分子材料在功能高分子材料領(lǐng)域，生物醫(yī)用高分子材料可謂異軍突起，目前已成為發(fā)展最快的 一個(gè)重要分支。醫(yī)用髙分子材料是一類可對有機(jī)體組織進(jìn)行修復(fù)、替代與再生，具有特殊 功能作用的合成髙分子材料，可以利用聚合的方法進(jìn)行制備，是生物醫(yī)用材料的重要組成 之一。由于醫(yī)用髙分子材料可以通過組成和結(jié)構(gòu)的控制而使材料具有不同的物理和化學(xué)性 質(zhì)，以滿足不同的需求，耐生物老化，作為長期植入材料具有良好的生物

9、穩(wěn)泄性和物理、 機(jī)械性能，易加工成型，原料易得，便于消毒火菌，因此受到人們普適關(guān)注，已成為生物 材料中用途最廣、用量最大的品種，近年來發(fā)展需求雖增長十分迅速。醫(yī)用高分子材料需長期與人體體表、血液、體液接觸，有的甚至要求永久性植入體內(nèi)。 因此，這類材料必須具有優(yōu)良的生物體替代性和生物相容性。一般要滿足下列基本條件： （1）在化學(xué)上是不活潑的，不會(huì)因與體液或血液接觸而發(fā)生變化：（2）對周用組織不會(huì)引 起炎癥反應(yīng)：（3）不會(huì)產(chǎn)生遺傳毒性和致癌；（4）不會(huì)產(chǎn)生免疫毒性：（5）長期植入體內(nèi) 也應(yīng)保持所需的拉伸強(qiáng)度和彈性等物理機(jī)械性能：（6）具有良好的血液相容性；（7）能經(jīng) 受必要的滅菌過程而不變形；（8

10、）易于加工成所需要的、復(fù)雜的形態(tài)。目前用高分子材料制成的人工器官中，比較成功的有人工血管、人工食道、人工尿道、 人工心臟瓣膜、人工關(guān)節(jié)、人工竹、整形材料等。已取得重大研究成果，但還需不斷完善 的有人工腎、人工心臟、人工肺、人工胰臟、人工眼球、人造血液等。另有一些功能較為 復(fù)雜的器官，如人工肝臟、人工胃、人工子宮等。則正處于大力研究開發(fā)之中。從應(yīng)用情 況看，人工器官的功能開始從部分取代向完全取代發(fā)展，從短時(shí)間應(yīng)用向長時(shí)期應(yīng)用發(fā)展, 從大型向小型化發(fā)展，從體外應(yīng)用向體內(nèi)植入發(fā)展、人工器官的種類從與生命密切相關(guān)的 部位向人工感覺器官、人工肢體發(fā)展。醫(yī)用高分子材料研發(fā)過程中遇到的一個(gè)巨大難題是 材料的

11、抗血栓問題。當(dāng)材料用于人工器官植入體內(nèi)時(shí)，必然要與血液接觸。由于人體的自 然保護(hù)性反應(yīng)將產(chǎn)生排異現(xiàn)象，其中之一即為在材料與肌體接觸表面產(chǎn)生凝血，即血栓， 結(jié)果將造成手術(shù)失敗，嚴(yán)重的還會(huì)引起生命危險(xiǎn)。對高分子材料的抗血栓性研制是醫(yī)用髙 分子研究中的關(guān)鍵問題，至今尚未完全突破。將是今后醫(yī)用高分子材料研究中的首要問題。4高分子納米復(fù)合材料納米材料科學(xué)是一門新興的并正在迅速發(fā)展的材料科學(xué)。由于納米材料體系具有許多 獨(dú)特的性質(zhì)，應(yīng)用前景廣闊，而且涉及到原子物理、凝聚態(tài)物理、膠體化學(xué)、配位化學(xué)、 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和表而、界而科學(xué)等多種學(xué)科，在實(shí)際應(yīng)用和理論上都具有極大的研究價(jià) 值，所以成為近些年來材料科學(xué)領(lǐng)

12、域研究的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的材料”。高分子納米復(fù)合材料是由各種納米單元與有機(jī)髙分子材料以各種方式復(fù)合成型的一種 新型復(fù)合材料，所采用的納米單元按成分分可以是金屬，也可以是陶瓷、高分子等；按幾 何條件分可以是球狀、片狀、柱狀納米粒子，甚至是納米線、納米管、納米膜等：按相結(jié) 構(gòu)分可以是單相，也可以是多相，涉及的范用很廣，廣義上說多相高分子復(fù)合材料，只要 其某一組成相至少有一維的尺寸處在納米尺度范帀（1 nmlOOnm）內(nèi)，就可將苴看為高分 子納米復(fù)合材料。由于復(fù)合材料有著單一材料所不具備的可變結(jié)構(gòu)參數(shù)（復(fù)合度、聯(lián)結(jié)型、 對稱性、標(biāo)度、周期性等），改變這些參數(shù)可以在很寬的范圍內(nèi)大幅度

13、地改變復(fù)合材料的 物性：且復(fù)合材料的各組元間存在協(xié)同作用而產(chǎn)生多種復(fù)合效應(yīng)，所以高分子基納米復(fù)合 材料的性能不僅與納米粒子的結(jié)構(gòu)性能有關(guān)，還與納米粒子的聚集結(jié)構(gòu)和苴協(xié)同性能、髙 聚物基體的結(jié)構(gòu)性能、粒子與基體的界面結(jié)構(gòu)性能及加工復(fù)合工藝方式等有關(guān)。高分子納米復(fù)合材料的涉及而較寬，包括的范禺較廣，可分為四大類：納米單元與高 分子直接共混：在高分子基體中原位生成納米單元；在納米單元存在下單體分子原位聚 合生成髙分子及納米單元和高分子同時(shí)生成。由于髙分子納米復(fù)合材料既能發(fā)揮納米粒子 自身的小尺寸效應(yīng)、表而效應(yīng)和量子效應(yīng)，以及粒子的協(xié)同效應(yīng)，而且兼有髙分子材料本 身的優(yōu)點(diǎn)，使得它們在催化、力學(xué)、物理功

14、能等方而呈現(xiàn)岀常規(guī)材料不具備的特性，有廣 闊的應(yīng)用前景。5高分子液晶材料液晶的發(fā)現(xiàn)最早可追溯到1888年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾在做加熱膽笛醇苯甲酸 酯結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)。第二年，徳國物理學(xué)家萊曼通過偏光顯微鏡發(fā)現(xiàn)這種材料具有雙折 射現(xiàn)象，并提岀了 “液晶”這一學(xué)術(shù)用語，現(xiàn)在人們公認(rèn)這兩位科學(xué)家是液晶領(lǐng)域的創(chuàng)始 人。液晶髙分子材料發(fā)展較晚，但目前已成為液晶中最令人關(guān)注的領(lǐng)域，世界各國都加大 投入了圍繞研究與開發(fā)液晶高分子系列產(chǎn)品的力量。功能高分子液晶材料包括：光學(xué)非線性高分子液晶，鐵電性和反鐵電性高分子液晶， 光導(dǎo)高分子液晶，生物性髙分子液晶和高分子液晶膜等。由于它們的特殊性能將會(huì)有非常 廣闊的

15、重要應(yīng)用前景。例如，吳壁縫等報(bào)道了具有肉桂酸酯側(cè)鏈基的熱熔型髙分子液晶的 光交聯(lián)行為。指出在20 min紫外光照射的條件下，形成液晶相的液晶高分子膜的光交聯(lián)凝 膠百分率要明顯高于尚未形成液晶的同種髙分子膜。由于液晶髙分子中介晶基元的聚集和 有序排列形成的微區(qū)結(jié)構(gòu)也影響了大分子鏈釧基肉桂酸酯的聚集狀態(tài)，從而使其光化學(xué)性 質(zhì)發(fā)生了變化，可望用于光固化涂料的改性。總之，隨著高分子液晶的理論日臻完善，其應(yīng)用也日益廣泛，人們不僅開發(fā)了大量的 高強(qiáng)、高模以及具有顯示和信息存儲(chǔ)功能的高分子液晶材料，同時(shí)還在不斷探索在其它領(lǐng) 域的應(yīng)用?？梢钥献?，作為一門交叉學(xué)科，高分子液晶材料科學(xué)在高性能結(jié)構(gòu)材料、信息 記錄

16、材料、功能膜及非線性光學(xué)材料等方而的開發(fā)中必將發(fā)揮越來越重要的作用。6高分子染料髙分子染料是高分子材料與染料分子在分子水平上的結(jié)合，在具有染料色彩性、透明 性的同時(shí)還具有高分子材料的可加工性等特性，是有發(fā)展前途的功能高分子材料。它是通 過一左的化學(xué)反應(yīng)將發(fā)色基團(tuán)引入髙分子的主鏈或側(cè)鏈而形成的一類有色高分子化合物， 這種結(jié)合方式賦予了高分子染料的雙重功能：即高分子的高強(qiáng)度、易成膜性、耐溶劑性、 耐遷移性和耐熱性以及有機(jī)染料對光的選擇吸收性和多彩性。髙分子染料可依據(jù)不同的方法進(jìn)行分類。按聚合方式可分為加聚型和縮聚型等；按所 連結(jié)的高分子單體的性質(zhì)可分為苯乙烯類、聚丙烯酸酯類、有機(jī)硅類等。本文以染料

17、發(fā)色 體與高分子竹架的相對位置將高分子染料分為嵌段式高分子染料、垂掛式髙分子染料以及 金屬絡(luò)合高分子染料。大分子秤架和發(fā)色基團(tuán)的協(xié)同作用，使它的應(yīng)用不僅僅限于在染色方而。作為一種特 殊高分子材料，高分子染料的合成使其功能擴(kuò)大。不僅具有染色的功能，還潛在著光致發(fā) 光），光致變色，光聚合引發(fā)劑等功能。它在非線性光學(xué)、液晶顯示等光電以及導(dǎo)電方而也 都有廣泛的應(yīng)用前景。髙分子染料是一種有前途的功能高分子材料，對于它的開發(fā)與應(yīng)用 都還有很大潛力可挖。同時(shí)對它的研究手段和方法隨研究者研究的目的和側(cè)重點(diǎn)不同而有 很大差異隊(duì)，屬于多學(xué)科交叉領(lǐng)域。1.2感光髙分子材料感光性髙分子是指具有感光性質(zhì)的高分子材料。當(dāng)

18、這類材料吸收了光能后可導(dǎo)致體系 發(fā)生分子內(nèi)或分子間產(chǎn)生化學(xué)、物理變化，使未曝光部分的物理或化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反 差，從而引起圖像的岀現(xiàn)。在印刷工業(yè)中已獲得廣泛應(yīng)用的PS印刷版就是一種感光性髙分 子產(chǎn)品，它可分為陽圖PS版和陰圖PS版兩大類。由于印刷業(yè)對于板材在質(zhì)量上的嚴(yán)格要 求和巨大需要，必然給感光髙分子帶來巨大的發(fā)展前景。在影像技術(shù)中用于微細(xì)加工光刻 用的光致抗蝕劑是一類非常重要的感光高分子材料，是制造大規(guī)模集成電路必不可少的原 料。它的出現(xiàn)是第二次世界大戰(zhàn)后由Eastman Kodak的Mink等在研究聚乙烯醇肉桂酸酯的 光二聚合反應(yīng)基礎(chǔ)上提岀的。以后這種技術(shù)不僅應(yīng)用于照相制版上，而且廣泛

19、應(yīng)用于電子 工業(yè)和機(jī)密機(jī)械加工等方而，并隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，蝕刻的精度不斷提髙，由制作亳米 級(jí)的印刷線路板發(fā)展到21世紀(jì)初期的微米級(jí)、亞微米級(jí)，甚至更高分辨率的大規(guī)模集成電 路的制作?，F(xiàn)代汁算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展是和這種微細(xì)加工技術(shù)的髙靈敏度、高反差光致抗 蝕劑的出現(xiàn)分不開的。7其他髙分子材料7.1髙分子表而活性劑7. 1. 1概述分子中具有親水基與疏水基，能富集（吸附）于界而，使界而性質(zhì)發(fā)生顯著改變而岀現(xiàn) 界而活性的物質(zhì)稱為表而活性劑。而高分子表而活性劑是指相對分子質(zhì)雖在數(shù)千以上，具 有表面活性功能的高分子化合物。最早使用的高分子表而活性劑有纖維素及其衍生物，以及作為膠體保護(hù)劑使用的天然 海藻酸

20、鈉和各種淀粉。1951年Strauss將含有表而活性基團(tuán)的聚合物一聚1-十二烷基-4- 乙烯毗嚨澳化物命名為聚皂，從而岀現(xiàn)了合成髙分子表而活性劑。19 5 4年，美國 Wyandotte公司報(bào)道了非離子型髙分子表面活性劑聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物的合成， 并將英進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)（商品名為Pluronics）,以后，各種合成髙分子表面活性劑相繼 開發(fā)并應(yīng)用于各種領(lǐng)域。7. 1. 2高分子表面活性劑的類型髙分子表而活性劑按離子分類，可分為陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型四種 高分子表而活性劑，如表1所示。髙分子表而活性劑按來源分類可分為天然髙分子表而活 性劑和合成高分子表面活性劑，前者包括半合

21、成高分子表面活性劑。天然高分子表而活性劑是從動(dòng)植物分離、精制而得到的兩親性水溶性高分子。由海藻 制得的藻伍酸，由植物制取的愈瘡膠和黃原膠等樹脂膠類：從動(dòng)物制取的酪阮和白阮等均 為高分子表面活性劑。而纖維素衍生物、淀粉衍生物以及制取亞硫酸紙漿的副產(chǎn)品木質(zhì)素 磺酸鹽等叫做半合成高分子表面活性劑。天然髙分子表而活性劑具有優(yōu)良的增粘性、乳化性、穩(wěn)龍性和結(jié)合力,并且具有很髙的無毒安全性和易降解等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品 及洗滌劑工業(yè)。合成高分子表而活性劑是指親水性單體均聚或與僧水性單體共聚而成，或通過合成髙 分子化合物改性而制得。根拯單體的種類、合成方法、反應(yīng)條件和共聚物的組成等的不同 可

22、以得到各種各樣的高分子表面活性劑。合成髙分子表而活性劑有著廣闊的應(yīng)用前景，有 關(guān)高分子表而活性劑的合成及其應(yīng)用的研究正日益得到人們的重視。7.1. 3髙分子表面活性劑的特性功能和低分子表而活性劑相比，髙分子表面活性劑具有以下特性：（1）具有較高的分子量， 滲透能力差，可形成單分子膠朿或多分子膠朿：（2）溶液粘度高，成膜性好；（3）具有很好 的分散、乳化、增稠、穩(wěn)立以及絮凝等性能，起泡性差，常作消泡劑：（4）大多數(shù)高分子表 面活性劑是低毒或無毒的，具有環(huán)境友好性：（5）降低表面張力和界而張力的能力較弱，且 表面活性隨分子量的升髙急劇下降，當(dāng)疏水基上引入氟烷基或硅烷基時(shí)苴降低表面張力的 能力顯著增

23、強(qiáng)。1降低表而張力的能力因?yàn)楦叻肿颖矶钚詣┑挠H水鏈段和疏水鏈段在表而或界而間具有一左的取向性，所 以具有降低表面張力和界而張力的能力，但往往比低分子表面活性別差些。關(guān)于各種高分 子表面活性劑的表而張力已有許多報(bào)道。2乳化分散功能盡管分子量較髙，有許多髙分子表而活性別能夠在分散相中形成膠束，并且具有CMC 值，發(fā)揮乳化功能，由于具有兩親結(jié)構(gòu)，英分子的一部分可吸附在粒子表而，其它部分則 溶于作為連續(xù)相的分散介質(zhì)中，聚合物分子量不是太髙時(shí)，具有空間阻礙效應(yīng)，在單體液 滴或聚合物粒子表而產(chǎn)生障礙，阻止它們接近締合而產(chǎn)生凝聚。3凝聚功能當(dāng)高分子表而活性劑分子量很奇時(shí)，則吸附于許多粒子上，在粒子之間產(chǎn)生

24、架橋，形 成絮凝物，起到絮凝劑的作用。4其它功能許多高分子表而活性劑本身起泡力不太好，但保水性強(qiáng)，泡沫穩(wěn)泄性優(yōu)良，因?yàn)轶{分 子表面活性劑分子量高，所以具有隨之而來的成膜性和粘附性等優(yōu)良性能。7. 1. 4高分子表而活性劑的合成方法1加成聚合在自由基或離子型引發(fā)劑存在下，由兩親性單體均聚，或由親汕/親水單體共聚，可以 制得高分子表面活性劑，該方法簡便易行，單體種類選擇和組成變化范用廣。2縮合聚合通過縮聚反應(yīng)制備的聚酯、聚酰胺、烷基酚醛樹脂及聚氨酯類型髙分子表而活性劑， 其組成和親油親水平衡值（HLB）易于調(diào)節(jié)，但一般分子量較低。3開環(huán)聚合含活潑氫化合物引發(fā)烷基環(huán)狀亞胺、內(nèi)脂、酰胺及環(huán)氧化合物開環(huán)

25、聚合，得到嵌段或 無規(guī)髙分子表而活性劑，結(jié)構(gòu)易于控制，可根據(jù)性能要求調(diào)巧鏈段長度和分布。利用開環(huán) 聚合合成髙分子表而活性劑的典型代表是以丙二醇為起始劑制得的嵌段聚庭Pluronics” 系列以及以己二胺為起始劑制得的具有陽離子特性的Tatranics”系列嵌段聚醍。它們都 是由環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷開環(huán)聚合而成的。通過改變聚氧丙烯的分子量（或引發(fā)劑的種類） 及環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷的用量可獲得具有不同親水疏水性能的聚瞇類高分子表而活性劑。 近年來通過N-烷基環(huán)狀亞胺瞇開環(huán)反應(yīng)制備多嵌段共聚物。這些產(chǎn)物表而活性優(yōu)良，有良 好的開發(fā)前景，存在的問題是離子聚合反應(yīng)條件較為苛刻，共聚物分子疑仍然偏低（Mn =

26、103)4高分子的化學(xué)反應(yīng)高分子化學(xué)反應(yīng)是指通過化學(xué)反應(yīng)的方法在聚合物上引入疏水基或親水基，得到兩親 性結(jié)構(gòu)的高分子表而活性劑。其優(yōu)點(diǎn)是可以宜接用已商品化的聚合物作起始原料，得到的 產(chǎn)物相對分子量較高，而缺點(diǎn)則是反應(yīng)通常需要在髙粘度的聚合物溶液中進(jìn)行。如把長鏈 烷基引入到聚乙烯醇、竣甲基纖維素、輕乙基纖維素中，或由磺化反應(yīng)把S03基團(tuán)引入親 油性的聚丁二烯或聚異戊二烯分子鏈上,亦可通過活潑氫反應(yīng)將兩親性的聚（氧化乙烯-氧 化丙烯）接枝到聚硅氧烷主鏈上。7.1.5展望隨著材料工業(yè)的發(fā)展，對髙分子表而活性劑的需求必將日趨旺盛，人們對高分子表面 活性劑的研究也在不斷深人，開發(fā)新的品種和新的合成方法也

27、是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。盡管在 解決髙分子表而活性劑同時(shí)具有髙摩爾質(zhì)量和高表而活性的問題上已有一左進(jìn)展，但由于 對結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系認(rèn)識(shí)不夠，涉及物理化學(xué)性質(zhì)的大分子水溶液體系又非常復(fù)雜，溶液 性質(zhì)的研究皆采用非水體系有機(jī)溶劑或摩爾質(zhì)屋低于6護(hù)歲3的大分子表面活性劑水溶 液體系，到目前為止具有超髙分子量和高表而活性的高分子表而活性劑這一領(lǐng)域的研究仍 然進(jìn)展緩慢。因此研究英結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，重視新型高分子表而活性劑的研究與開發(fā)， 合成髙摩爾質(zhì)量髙赫度、高表面活性的兩親髙分子化合物，具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。7.2吸附高分子性材料隨著科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，吸附性髙分子材料正迅速進(jìn)入人們的生產(chǎn)和生

28、活領(lǐng)域中，目前已經(jīng)成為重要的有機(jī)功能材料之一.吸附性髙分子材料主要是指那些對某 些特泄離子或分子有選擇性親和作用的高分子材料.7. 2. 1種類和特點(diǎn)1按性質(zhì)和用途分類根據(jù)吸附性高分子材料的性質(zhì)和用途，可將其分為以下幾類.（1）非離子型高分子吸 附樹脂：對該材料非極性和弱極性有機(jī)物具有特殊的吸附作用，主要應(yīng)用于分析化學(xué)和環(huán) 境保護(hù)領(lǐng)域中，用于吸附和分離處在氣相和液相（主要是水相）中的有機(jī)分子.（2）親水 性髙分子吸水劑：具有親水性分子結(jié)構(gòu)，可以被水以較大倍數(shù)溶脹，廣泛用于土壤保濕和 生理衛(wèi)生用品等方而.（3）金屬陽離子配位型吸附劑：這種髙分子材料的骨架上帶有配位 原子或配位基團(tuán)，能與特泄金屬離

29、子進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)，生成配位鍵而結(jié)合.這種材料也稱為 高分子螯合劑，多用于吸附和分離水相中的各種金屬離子.（4）離子型高分子吸附樹脂: 當(dāng)高分子骨架中含有某些酸性或堿性基團(tuán)時(shí)，在溶液中解離后具有與一些陽離子或陰離子 相互以靜電引力生成鹽的趨勢，因而產(chǎn)生吸附作用.最常見的有各種離子交換樹脂，它們 被廣泛地用來富集和分離各種陰離子和陽離子.2按使用條件和外觀形態(tài)分類根拯使用條件和外觀形態(tài)，吸附性高分子材料主要分為以下4類.（1）微孔型吸附 樹脂：外觀呈顆粒狀，在干燥狀態(tài)下樹脂內(nèi)的微孔很小，當(dāng)作為吸附劑使用時(shí)，必須用一 定溶劑進(jìn)行溶脹，溶脹后樹脂的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被擴(kuò)展，內(nèi)部空間被溶劑填充形成凝膠，因 此也

30、稱為凝膠型樹脂.（2）大孔型吸附樹脂：特點(diǎn)是在干燥狀態(tài)下樹脂內(nèi)部就有較高的 孔隙率、大量的孔洞和較大的孔徑.這種樹脂不僅可以在溶脹狀態(tài)下使用，也可在非溶脹 狀態(tài)下使用.因這種樹脂具有足夠的比表面積，英孔洞是永久性的.（3）米花狀吸附樹脂: 外觀為白色透明顆粒，具有多孔性、不溶解性和較低的體積密度由于這種樹脂在大多數(shù) 溶劑中不溶解不溶脹，因此，只能在非溶脹的條件下使用，樹脂中存在的微孔可允許小分 子通過.（4）交聯(lián)網(wǎng)狀吸附樹脂：外觀呈顆粒狀，是三維交聯(lián)的網(wǎng)狀聚合物.由于網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)，其機(jī)械穩(wěn)定性較差，使用受到一定限制.交聯(lián)網(wǎng)狀吸附樹脂是通過制備線性聚合物, 引入所需的功能基團(tuán),然后加入交聯(lián)劑進(jìn)行交

31、聯(lián)反應(yīng)制得.7. 2.2結(jié)構(gòu)與吸附性能之間的關(guān)系物質(zhì)化學(xué)性能和物理結(jié)構(gòu)不同，苴吸附作用也不同.吸附樹脂表現(xiàn)出的吸附能力與英 結(jié)構(gòu)具有特泄的對應(yīng)關(guān)系.1化學(xué)組成與功能基團(tuán)在髙分子吸附劑中，聚合物的化學(xué)組成與功能基團(tuán)是最基本，也是最重要的結(jié)構(gòu)因素.（1）元素組成的影響：當(dāng)聚合物分子中含有0, N, S及P等配位原子時(shí)，聚合物具有潛 在的絡(luò)合能力，可作為髙分子螯合劑.（2）功能基團(tuán)的影響：聚合物中功能基團(tuán)的性質(zhì) 決左了吸附樹脂的選擇性.當(dāng)聚合物鏈上連接強(qiáng)酸性基團(tuán)時(shí)，解離后的高分子酸根能夠與 陽離子結(jié)合成鹽，具有對陽離子交換和吸附能力：當(dāng)連接季拔基團(tuán)時(shí)，可以與陰離子結(jié)合, 具有陰離子交換和吸附能力.由

32、于不同離子型基團(tuán)與各種離子的結(jié)合能力及穩(wěn)定性不同， 各種離子型樹脂呈現(xiàn)岀選擇性離子交換能力.（3）分子極性的影響：當(dāng)吸附樹脂的化學(xué) 結(jié)構(gòu)中不含極性基團(tuán)時(shí)，其適合于從極性溶劑如水中吸附非極性有機(jī)物當(dāng)引入極性基團(tuán) 時(shí)，如引入獗基，將會(huì)使其轉(zhuǎn)化成中等極性或強(qiáng)極性吸附樹脂，適合于從非極性有機(jī)溶劑 中吸附不同極性的物質(zhì).2聚合物的鏈結(jié)構(gòu)聚合物的鏈結(jié)構(gòu)包括主鏈結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)（分支的數(shù)目、長度及化學(xué)結(jié)構(gòu)）及交聯(lián)度 等聚合物帶有支鏈與否及支鏈所占比例、聚合物的交聯(lián)與否及交聯(lián)的程度，直接影響聚 合物的溶解度和溶脹度.而溶脹度和溶脹后形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑大小是影響樹脂吸附量及 吸附選擇性的重要因素.3吸附樹脂的宏觀

33、結(jié)構(gòu)吸附樹脂的宏觀結(jié)構(gòu)主要對吸附劑的吸附量、機(jī)械強(qiáng)度及吸附度等性能有影響.吸附 樹脂的左觀結(jié)構(gòu)對吸附過程產(chǎn)生的影響主要有兩方而：一方面是樹脂的有效吸附面積和表 面性質(zhì)，主要是熱力學(xué)影響，影響吸附樹脂的吸附量、選擇性及穩(wěn)立性：另一方面是孔徑 大小、孔的長度、孔徑分布及樹脂的外觀形狀等，主要是動(dòng)力學(xué)影響，影響被吸附物的擴(kuò) 敬過程和吸附速度，孔徑大小決左被吸附物的范囤和吸附速度，孔徑分布直接影響選擇性 髙低.7. 2.3高分子吸附劑的應(yīng)用1水處理方而隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，近岸海域的污染日趨嚴(yán)重，重金屬離子濃度比深海水域髙數(shù)十倍 至數(shù)百倍.因此，除去水中污染物及重金屬離子是髙分子吸附劑的重要任務(wù)人用髙分子

34、吸 附劑從動(dòng)態(tài)和半靜態(tài)的海水中吸附除去Cu2+ , Pb2+ , Zn2+及Cr3+ ,為消除重金屬離子 對海洋生物幼體的危害，提供了一種有效的方法.曲榮君等人用殼聚糖與過渡金屬離子 Cu2+或Ni2+形成的配合物，在弱堿性條件下與環(huán)氧氯丙烷進(jìn)行交聯(lián)，合成出一系列具有 不同交聯(lián)度的殼聚糖樹脂，并研究了該系列樹脂對Cu2+ , Ni2+的靜態(tài)吸附性能.結(jié)果表 明，該系列樹脂對Cu2+ , Ni2+均具有良好的吸附能力，最佳吸附量分別達(dá)2. 62 mol/ kg 和2. 49 mol/ kg.劉明華13等人以棉花為原料，經(jīng)過堿化和磺化等處理制得球形纖 維素，在引發(fā)劑的作用下將丙烯購接枝到交聯(lián)后的球

35、形纖維素丹架上，合成了球形竣基纖 維素吸附劑，并對Cr3+的吸附和解吸進(jìn)行了研究.結(jié)果表明，吸附過程是絡(luò)合吸附與離 子交換吸附共同作用的結(jié)果，并以絡(luò)合吸附為主.在吸附溫度為25 e , pH為5. 0的條 件下，靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)吸附的吸附率均達(dá)90$左右.采用濃度為1. 2 mol/ L的H Cl溶 液作解吸液，Cr3+的解吸率達(dá)85%以上.由此可見，高分子吸附劑不但可以用來去除廢 水中的重金屬離子，而且可以用來回收海水中的金屬，應(yīng)用前景十分廣闊.2醫(yī)藥衛(wèi)生方而發(fā)展和國家安全,是國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。高分子材料是現(xiàn)代工業(yè)和髙新技術(shù)的重要基石，已經(jīng) 成為國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)以及國家安全不可或缺的重要

36、保證。由于髙分子材料具有許多優(yōu)良 性能，適合現(xiàn)代化生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，且不受地域、氣候的限制，因而髙分子材料工業(yè) 取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，如今高分子材料已經(jīng)不再是傳統(tǒng)材料的代用品，而是與金屬、水 泥、木材并列，在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的扮演著重要作用的四大材料。與此同時(shí)，高分 子科學(xué)的三大組成部分一一高分子化學(xué)、高分子物理和髙分子工程也已經(jīng)日趨成熟。因此, 量大而廣的通用高分子材料通過不斷地升級(jí)改造，成本大幅度降低、使用性能明顯提高： 各類新型的、適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的高分子材料不斷涌現(xiàn)。參考文獻(xiàn)1 田乃林導(dǎo)電高分子材料的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀-承徳石汕高等專科學(xué)校學(xué)報(bào), 2003, (3)2 楊永芳，劉敏江

37、導(dǎo)電高分子材料研究進(jìn)展工程塑料應(yīng)用，2002, (7)3 戈明亮導(dǎo)電髙分子材料的研究概況現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2002, (4)4 楊永芳，劉敏江導(dǎo)電高分子材料的進(jìn)展塑料科技，2002, (4)5 張凱，曾敏，雷毅，江潞霞導(dǎo)電高分子材料的進(jìn)展化工新型材料，2002, 6 楊永芳，劉敏江導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用和進(jìn)展廣州化學(xué)，2002, (4)7 寇建蘭，葉徳勝-導(dǎo)電高分子材料江西化工，2000, (4)8 李英，趙地順導(dǎo)電髙分子材料河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000, (2)9 王瑾菲，蒲永平，楊公安，楊文虎，髙分子液晶材料的應(yīng)用及發(fā)展趨勢陶 瓷，2009, (3)10 李岳姝，髙分子液晶材料及應(yīng)用-黑龍江科

38、技信息，2008, (24)11 新型高分子液晶材料中國科技信息，2003, (19)12 我國新型髙分子液晶材料研發(fā)獲得重大突破發(fā)明與創(chuàng)新，2003, (11)13 郭玉國，張亞利，趙文元，孫典亭高分子液晶材料的研究現(xiàn)狀及開發(fā)前 景青島大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版)，2000, (3)14 程旭輝，楊欣，醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用及發(fā)展前景醫(yī)療裝備，2006, (10)15 趙成如，夏毅然，史文紅，醫(yī)用高分子材料在醫(yī)療器械中的應(yīng)用中國醫(yī) 療器械信息，2006, (5)16 張承朕，醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用研究及發(fā)展(二)中國醫(yī)療器械信息， 2005, (6)17張承卷醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用研究及發(fā)展中國醫(yī)療器械

39、信息，2005, (5)18 張立英我國醫(yī)用高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀-山西化工，2005, (3)19 KLVidur,桑榆醫(yī)用髙分子材料國際紡織導(dǎo)報(bào)，2005, (2)20 宋恩蘭1999年中國醫(yī)用髙分子材料研究與應(yīng)用文摘化工新型材料， 2000, (5)21 趙聲貴，鐘宏，劉廣義，吸附性高分子材料概述廣東有色金屬學(xué)報(bào)，2006, 22 王延君，髙分子納米復(fù)合材料的制備、表征和應(yīng)用前景內(nèi)蒙古石油化工, 2008, (6)23 何小紅，徐越，高分子納米復(fù)合材料制備方法探討楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué) 報(bào)，2005, (4)24 謝兵，馬永梅，李新紅髙分子納米復(fù)合材料的功能特性塑料，2003,(6)25 王慧

40、菊2001年中國高分子納米復(fù)合材料研究與應(yīng)用題錄化工新型材料, 2002, (4)26 王慧菊2000年中國高分子納米復(fù)合材料研究與應(yīng)用文摘化工新型材料, 2001, (2)27 王慧菊2000年中國高分子納米復(fù)合材料研究與應(yīng)用文摘化工新型材料, 2001, (1)28 王慧菊1999年中國高分子納米復(fù)合材料研究與應(yīng)用文摘化工新型材料, 2000, (2)29 曾戎，章明秋，曾漢民高分子納米復(fù)合材料研究進(jìn)展(II)髙分子納米 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能宇航材料工藝，1999, (3)30 曾戍，章明秋，曾漢民高分子納米復(fù)合材料研究進(jìn)展(I)高分子納米 復(fù)合材料的制備、表征和應(yīng)用前景宇航材料工藝，1999, (2)31 曾戎，章明秋，曾漢民高分子納米復(fù)合材料研究進(jìn)展(I)高分子納米 復(fù)合材料的制備、表征和應(yīng)用前景宇航材料工藝，1999, (1)32賴小娟，高分子表而活性劑的合成及其應(yīng)用中國洗滌用品工業(yè)，2007, (1)33 王翔，代加林，楊夢，高分子表面活性劑的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀塑料工業(yè), 2007, (S1)34 金勇，董陽，魏徳卿高分子表而活性劑的合成化學(xué)進(jìn)展，2005, (1)35 髙分子阻燃劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢阻燃材料與技術(shù)，2002, (1)36李文濤，虜頌超高分子阻燃劑的研究現(xiàn)狀