材料化學(xué)chapter52功能高分子材料

1、5.4.1 高分子的感光現(xiàn)象高分子的感光現(xiàn)象5.4 感光樹(shù)脂感光樹(shù)脂高分子吸收了光能量后，發(fā)生光交聯(lián)、高分子吸收了光能量后，發(fā)生光交聯(lián)、光聚合、光分解、光接枝反應(yīng)。使高分光聚合、光分解、光接枝反應(yīng)。使高分子中的溶解度、極性、折射率、粘結(jié)力子中的溶解度、極性、折射率、粘結(jié)力等發(fā)生變化，吸收光的過(guò)程要借助于其等發(fā)生變化，吸收光的過(guò)程要借助于其他感光低分子物質(zhì)（光敏劑），當(dāng)光敏他感光低分子物質(zhì)（光敏劑），當(dāng)光敏劑吸收光能后再引發(fā)高分子的化學(xué)變化。劑吸收光能后再引發(fā)高分子的化學(xué)變化。5.4.2 感光高分子的分類(lèi)感光高分子的分類(lèi)1.根據(jù)光照的物理性質(zhì)變化：根據(jù)光照的物理性質(zhì)變化： 光致溶化型、光致不溶化

2、型、光降解型、光致溶化型、光致不溶化型、光降解型、光導(dǎo)電型、光致變色型等；光導(dǎo)電型、光致變色型等；2. 根據(jù)感光基團(tuán)：根據(jù)感光基團(tuán)： 重氮型、疊氮型、肉桂酸型、丙烯酸型重氮型、疊氮型、肉桂酸型、丙烯酸型等；等；3. 光反應(yīng)種類(lèi)：光反應(yīng)種類(lèi)： 光交聯(lián)型、光聚合型、光氧化還原型、光交聯(lián)型、光聚合型、光氧化還原型、光分解型等。光分解型等。聚乙烯醇肉桂酸的光交聯(lián)聚乙烯醇肉桂酸的光交聯(lián)聚合物的光分解聚合物的光分解根據(jù)聚合物的形態(tài)分類(lèi)：根據(jù)聚合物的形態(tài)分類(lèi)： （1）感光化合物）感光化合物+高分子型高分子型 將感光性化學(xué)物和高分子共混制得。將感光性化學(xué)物和高分子共混制得。一般組成含有溶劑、染料和增塑劑等。一

3、般組成含有溶劑、染料和增塑劑等。 重鉻酸酸鹽類(lèi)、芳香重鉻酸酸鹽類(lèi)、芳香族重氮化合物、芳香族重氮化合物、芳香族疊氮化合物、有機(jī)族疊氮化合物、有機(jī)鹵素化合物、光聚合鹵素化合物、光聚合引發(fā)劑與不飽和高分引發(fā)劑與不飽和高分子組成的體系。子組成的體系。重鉻酸鹽重鉻酸鹽+ +親水性高分子親水性高分子第一步第一步第二步第二步芳香族重氮化合物芳香族重氮化合物+ +高分子高分子第一步第一步第二步第二步第三步第三步雙重氮鹽雙重氮鹽+ +聚乙烯醇感光樹(shù)脂。聚乙烯醇感光樹(shù)脂。光照射下其重氮鹽分解成自由光照射下其重氮鹽分解成自由基；基；同時(shí)分解出的自由基殘基從聚同時(shí)分解出的自由基殘基從聚乙烯醇上的羥基奪氫形成聚乙烯乙烯

4、醇上的羥基奪氫形成聚乙烯醇自由基。醇自由基。最后自由基偶合形成在溶劑中最后自由基偶合形成在溶劑中不溶的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。不溶的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。根據(jù)聚合物的形態(tài)分類(lèi)：根據(jù)聚合物的形態(tài)分類(lèi)：（2）光聚合組成型）光聚合組成型 光聚合型感光高分子就是通過(guò)光照直接光聚合型感光高分子就是通過(guò)光照直接將單體聚合成所預(yù)期的高分子。將單體聚合成所預(yù)期的高分子。組成體組成體系包括單體、聚合物或預(yù)聚物、光聚合系包括單體、聚合物或預(yù)聚物、光聚合引發(fā)劑、熱聚合抑制劑、增塑劑、色料引發(fā)劑、熱聚合抑制劑、增塑劑、色料等，多組分體系等，多組分體系。單純光單純光聚合體聚合體系系單體單體+ +光光敏劑體敏劑體系系光聚合單光聚合單體體+ +高分

5、子高分子體系體系己知能進(jìn)行直接光聚合的單體有氯乙烯、己知能進(jìn)行直接光聚合的單體有氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、甲苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、甲基乙烯酮等，其中含丙烯酸酯基和丙烯基乙烯酮等，其中含丙烯酸酯基和丙烯酰胺基的雙官能團(tuán)單體容易與其他化合酰胺基的雙官能團(tuán)單體容易與其他化合物反應(yīng)，而聚合物性質(zhì)好。物反應(yīng)，而聚合物性質(zhì)好。光光 聚合單體類(lèi)型聚合單體類(lèi)型光敏劑的光分解機(jī)理光敏劑的光分解機(jī)理雖然許多單體在光照作用下能進(jìn)行直接光聚合。雖然許多單體在光照作用下能進(jìn)行直接光聚合。但直接光聚合往往要求較短波長(zhǎng)的光但直接光聚合往往要求較短波長(zhǎng)的光( (較高的光較高的光能能) )，聚合速度較低

6、，聚合速度較低 而使用了光敏劑以后，對(duì)而使用了光敏劑以后，對(duì)大大降低引發(fā)的活化能，即可使聚合在較長(zhǎng)波長(zhǎng)大大降低引發(fā)的活化能，即可使聚合在較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光照作用下進(jìn)行。這就是光敏劑被普遍采用的的光照作用下進(jìn)行。這就是光敏劑被普遍采用的原因。原因。根據(jù)聚合物的形態(tài)分類(lèi)：根據(jù)聚合物的形態(tài)分類(lèi)： （3）帶有感光基團(tuán)的高分子型）帶有感光基團(tuán)的高分子型 品種有：聚乙烯肉桂酸酯及帶有肉桂品種有：聚乙烯肉桂酸酯及帶有肉桂酸基的高分子；具有重氮和疊氮基高酸基的高分子；具有重氮和疊氮基高分子；噻唑系高分子等。分子；噻唑系高分子等。5.4.3 感光高分子合成方法感光高分子合成方法1.將帶感光基團(tuán)的單體進(jìn)行聚合或縮聚反應(yīng)

7、將帶感光基團(tuán)的單體進(jìn)行聚合或縮聚反應(yīng)帶感光基團(tuán)的乙烯類(lèi)單體聚合帶感光基團(tuán)的乙烯類(lèi)單體聚合縮聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)聚乙烯醇中引入肉桂?；垡蚁┐贾幸肴夤瘐；?. 通過(guò)反應(yīng)，向高分子骨架上引入感光基團(tuán)。通過(guò)反應(yīng)，向高分子骨架上引入感光基團(tuán)。聚肉桂酸乙烯氧基乙酯聚肉桂酸乙烯氧基乙酯5.4.3 感光高分子的功能性質(zhì)感光高分子的功能性質(zhì)感光高分子的功能性質(zhì)感光高分子的功能性質(zhì)照相功能照相功能光固化功能和光降解功能光固化功能和光降解功能高分子光敏劑等其他功能高分子光敏劑等其他功能5.4.4 感光高分子的應(yīng)用感光高分子的應(yīng)用5.4.4 感光高分子的應(yīng)用感光高分子的應(yīng)用（1）光致抗蝕劑：）光致抗蝕劑： 又稱(chēng)光刻膠。

8、又稱(chēng)光刻膠。 負(fù)性光刻膠，負(fù)性光刻膠，是指高分子材料經(jīng)光照是指高分子材料經(jīng)光照輻射后，分子結(jié)構(gòu)從線型可溶性的轉(zhuǎn)輻射后，分子結(jié)構(gòu)從線型可溶性的轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀不可溶的從而產(chǎn)生了對(duì)溶變?yōu)榫W(wǎng)狀不可溶的從而產(chǎn)生了對(duì)溶劑的抗蝕能力。劑的抗蝕能力。 正性光刻膠，正性光刻膠，高分子材料經(jīng)過(guò)光照高分子材料經(jīng)過(guò)光照輻輻射后，感光部分發(fā)生光分解反應(yīng)，從射后，感光部分發(fā)生光分解反應(yīng)，從而變?yōu)榭扇苄?。而變?yōu)榭扇苄浴?.4.1 定義定義5.5 可降解高分子材料可降解高分子材料可降解高分子材料是指在使用后的特定可降解高分子材料是指在使用后的特定環(huán)境條件下，在一些環(huán)境因素如光，氧、環(huán)境條件下，在一些環(huán)境因素如光，氧、水、風(fēng)、微生

9、物、昆蟲(chóng)以及機(jī)械力等的水、風(fēng)、微生物、昆蟲(chóng)以及機(jī)械力等的作用下，是其化學(xué)結(jié)構(gòu)在較短的時(shí)間內(nèi)作用下，是其化學(xué)結(jié)構(gòu)在較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生明顯的變化，從而引起物性下降，發(fā)生明顯的變化，從而引起物性下降，最終稱(chēng)為可被環(huán)境所消納的高分子材料。最終稱(chēng)為可被環(huán)境所消納的高分子材料。5.4.2 分類(lèi)分類(lèi)生物降解高分子材料生物降解高分子材料：淀粉添加劑淀粉添加劑：st（淀粉）（淀粉）+pe（聚乙烯（聚乙烯）、）、 st（淀粉）（淀粉）+pva（聚乙烯醇）等；（聚乙烯醇）等；天然大分子天然大分子：淀粉、聚糖、纖維素等；：淀粉、聚糖、纖維素等；合成聚合物合成聚合物：生物合成：普魯士藍(lán)、：生物合成：普魯士藍(lán)、phbv （

10、聚羥基戊酸丁酯）等、（聚羥基戊酸丁酯）等、 化學(xué)合成：聚乳酸、聚己內(nèi)酯化學(xué)合成：聚乳酸、聚己內(nèi)酯光降解高分子材料光降解高分子材料：添加光敏劑型添加光敏劑型：金屬配合物金屬配合物化學(xué)合成化學(xué)合成：羰基聚合物、：羰基聚合物、et/co光生物雙降解高分子材料光生物雙降解高分子材料：淀粉淀粉+光敏劑光降解樹(shù)脂光敏劑光降解樹(shù)脂氧化降解、復(fù)合降解等。氧化降解、復(fù)合降解等。（1）生物降解高分子）生物降解高分子定義：是指在自然界微生物或人體及動(dòng)物定義：是指在自然界微生物或人體及動(dòng)物體內(nèi)的組織細(xì)胞、酶和體液的作用下，可體內(nèi)的組織細(xì)胞、酶和體液的作用下，可使其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使分子量下降使其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，

11、致使分子量下降及性能發(fā)生變化的高分子材料及性能發(fā)生變化的高分子材料大分子量大分子量聚合物聚合物小分子量小分子量聚合物聚合物有機(jī)中間有機(jī)中間產(chǎn)物產(chǎn)物二氧化碳二氧化碳+水水+能量能量氧氣氧氣呼吸呼吸細(xì)胞細(xì)胞生長(zhǎng)生長(zhǎng)細(xì)胞細(xì)胞分裂分裂高分子降解過(guò)程高分子降解過(guò)程 生物降解指的是在有氧或無(wú)氧條件下由微生物產(chǎn)生生物降解指的是在有氧或無(wú)氧條件下由微生物產(chǎn)生酶然后由酶催化生物化學(xué)反應(yīng)所引起的降解反應(yīng)。酶然后由酶催化生物化學(xué)反應(yīng)所引起的降解反應(yīng)。要使高分子材料發(fā)生生物降解，一般應(yīng)經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：要使高分子材料發(fā)生生物降解，一般應(yīng)經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟： 首先其表面應(yīng)被細(xì)菌和真菌所占領(lǐng)。微生物粘附在高首先其表面應(yīng)被細(xì)菌和真菌

12、所占領(lǐng)。微生物粘附在高分子材料表面上的方式與高分子材料的表面張力表分子材料表面上的方式與高分子材料的表面張力表面結(jié)構(gòu)、材料的多孔性、環(huán)境的狀態(tài)以及可侵占的表面結(jié)構(gòu)、材料的多孔性、環(huán)境的狀態(tài)以及可侵占的表面積有關(guān)。面積有關(guān)。 其次微生物在高分子材料表面產(chǎn)生酶酶再攻擊向分其次微生物在高分子材料表面產(chǎn)生酶酶再攻擊向分子，通過(guò)水解和氧化反應(yīng)將高分子鏈斷裂成較小的碎子，通過(guò)水解和氧化反應(yīng)將高分子鏈斷裂成較小的碎片片(低相對(duì)分子質(zhì)量聚合物低相對(duì)分子質(zhì)量聚合物)。 最后，一旦高分子裂解為低相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物最后，一旦高分子裂解為低相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物(相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)分子質(zhì)量500)，它就能被微生物所吸收

13、或消耗，它就能被微生物所吸收或消耗，最終形成最終形成co2、h2o等簡(jiǎn)單化合物。等簡(jiǎn)單化合物。生物降解高分子機(jī)理生物降解高分子機(jī)理生物降解高分子分類(lèi)生物降解高分子分類(lèi)按降解機(jī)理的不同，又可分為全生物降解按降解機(jī)理的不同，又可分為全生物降解高分子材料和生物破壞型高分子材料高分子材料和生物破壞型高分子材料。 全生物降解高分子材料全生物降解高分子材料是通過(guò)分子設(shè)計(jì)在高分是通過(guò)分子設(shè)計(jì)在高分子中引入可生物降解的結(jié)構(gòu)，使高分子材料在環(huán)子中引入可生物降解的結(jié)構(gòu)，使高分子材料在環(huán)境條件下可發(fā)生降解，進(jìn)入自然或人工的循環(huán)過(guò)境條件下可發(fā)生降解，進(jìn)入自然或人工的循環(huán)過(guò)程：這類(lèi)可降解高分于材料的典型例子有聚羥基程：

14、這類(lèi)可降解高分于材料的典型例子有聚羥基丁酸酯丁酸酯(phb)、聚環(huán)己內(nèi)酯、聚環(huán)己內(nèi)酯(pcl)、聚乳酸、聚乳酸(pla)等。等。 生物破壞型高分子材料生物破壞型高分子材料則是利用淀粉、纖維素、則是利用淀粉、纖維素、甲殼素等天然高分子材料與生物惰性的高分子材甲殼素等天然高分子材料與生物惰性的高分子材料通過(guò)共混等方法復(fù)合得到的，典型例子為添加料通過(guò)共混等方法復(fù)合得到的，典型例子為添加淀粉的聚烯烴、聚笨乙烯等。淀粉的聚烯烴、聚笨乙烯等。生物降解高生物降解高分子材料分子材料全生物降全生物降解高分子解高分子生物破壞生物破壞型高分子型高分子天然高分天然高分子材料及子材料及其衍生物其衍生物合成高分合成高分子

15、材料子材料微生物合微生物合成高分子成高分子材料材料淀粉與生物惰性高分子共混淀粉與生物惰性高分子共混合成脂肪族聚酯與生物惰性高分子共混合成脂肪族聚酯與生物惰性高分子共混天然礦物粉、合成脂肪族聚酯、生物惰性天然礦物粉、合成脂肪族聚酯、生物惰性高分子共混高分子共混纖維素及衍生物纖維素及衍生物甲殼素和殼聚糖甲殼素和殼聚糖熱塑性淀粉熱塑性淀粉脂肪族聚酯脂肪族聚酯聚乙烯醇及衍生物聚乙烯醇及衍生物聚乙二醇及衍生物聚乙二醇及衍生物聚氨酯及改性物聚氨酯及改性物脂肪族聚酯脂肪族聚酯聚乳酸等生物聚酯聚乳酸等生物聚酯其他微生物合成高分子其他微生物合成高分子 1.1.環(huán)境因素的影響：水、溫度、酸堿、氧等環(huán)境因素的影響：

16、水、溫度、酸堿、氧等影響高分子材料生物降解的因素影響高分子材料生物降解的因素 高分子化學(xué)結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量的影高分子化學(xué)結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量的影響：響： 高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量明顯影響高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量明顯影響生物降解的速度及程度。例如高相對(duì)分子質(zhì)量的生物降解的速度及程度。例如高相對(duì)分子質(zhì)量的pepe非常穩(wěn)定，很難被生物降解；低相對(duì)分于質(zhì)量的非常穩(wěn)定，很難被生物降解；低相對(duì)分于質(zhì)量的pe(500)pe(胺基甲酸酯胺基甲酸酯脂肪族醚脂肪族醚亞甲基亞甲基脂肪族脂肪族脂環(huán)族脂環(huán)族芳香族芳香族直鏈直鏈 側(cè)鏈、交聯(lián)結(jié)構(gòu)，不規(guī)則結(jié)構(gòu)側(cè)鏈、交聯(lián)結(jié)構(gòu)，不規(guī)則結(jié)構(gòu) 規(guī)則結(jié)構(gòu)規(guī)則結(jié)構(gòu) 飽和鍵飽和

17、鍵 不飽和鍵；不飽和鍵；低相對(duì)分子質(zhì)量聚合物低相對(duì)分子質(zhì)量聚合物 高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物 非結(jié)晶聚合物非結(jié)晶聚合物 結(jié)晶聚臺(tái)物；結(jié)晶聚臺(tái)物；親水性聚合物親水性聚合物 硫水性聚合物；硫水性聚合物； 低熔點(diǎn)聚合物低熔點(diǎn)聚合物 高熔點(diǎn)聚合物高熔點(diǎn)聚合物另外，氫鍵的存在、取代基的多另外，氫鍵的存在、取代基的多少、分子鏈的剛性、分子的對(duì)稱(chēng)少、分子鏈的剛性、分子的對(duì)稱(chēng)性等均會(huì)影響高分子材料的生物性等均會(huì)影響高分子材料的生物降解性。降解性。（2）光降解高分子）光降解高分子定義：在高分子的制備過(guò)程中，引入光敏定義：在高分子的制備過(guò)程中，引入光敏劑，使其在光照的條件下可誘發(fā)光降解反劑，使其在光

18、照的條件下可誘發(fā)光降解反應(yīng)。應(yīng)。光敏劑：光敏劑： 1. 1.過(guò)渡金屬化合物過(guò)渡金屬化合物。過(guò)渡金屬的乙酰丙酮化合物、二過(guò)渡金屬的乙酰丙酮化合物、二硫代氨基甲酸鹽、硬脂酸鹽等是有效的光敏添加劑。硫代氨基甲酸鹽、硬脂酸鹽等是有效的光敏添加劑。當(dāng)聚烯烴含有少量過(guò)渡金屬的乙酰丙酮化合物時(shí)會(huì)發(fā)當(dāng)聚烯烴含有少量過(guò)渡金屬的乙酰丙酮化合物時(shí)會(huì)發(fā)生顯著的敏化作用，敏化活性順序?yàn)樯@著的敏化作用，敏化活性順序?yàn)閏ocofefeznzn。二。二硫代氨基甲酸鐵、二硫代氨基甲破銅、硬酯酸鐵、三硫代氨基甲酸鐵、二硫代氨基甲破銅、硬酯酸鐵、三氯化鐵也部是有效的光敏劑。研究表明，添加少量上氯化鐵也部是有效的光敏劑。研究表明，

19、添加少量上述化合物后，聚烯烴的光氧化時(shí)間就大大縮短。述化合物后，聚烯烴的光氧化時(shí)間就大大縮短。2.羰基化合物羰基化合物這類(lèi)化合物中最重要的光敏劑這類(lèi)化合物中最重要的光敏劑是二苯甲酮。它吸收日光后激發(fā)，并從聚合物是二苯甲酮。它吸收日光后激發(fā)，并從聚合物中奪取氫原子，使聚合物產(chǎn)生大分子自由基，中奪取氫原子，使聚合物產(chǎn)生大分子自由基，進(jìn)而發(fā)生光氮化降解醌類(lèi)化合物對(duì)聚丙烯、進(jìn)而發(fā)生光氮化降解醌類(lèi)化合物對(duì)聚丙烯、聚苯乙烯的光降解也有促進(jìn)作用。聚苯乙烯的光降解也有促進(jìn)作用。3其它化合物。其它化合物。多核芳香化合物諸如蒽、多核芳香化合物諸如蒽、菲、芘可敏化聚烯烴的光降解。菲、芘可敏化聚烯烴的光降解。（2）光

20、和生物雙降解高分子）光和生物雙降解高分子定義：將光敏劑體系的降解機(jī)理和淀粉的定義：將光敏劑體系的降解機(jī)理和淀粉的生物降解機(jī)理有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，一方面可生物降解機(jī)理有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，一方面可以加速降解，另一方面可以利用光敏劑體以加速降解，另一方面可以利用光敏劑體系可調(diào)的特性達(dá)到人為控制降解的目的。系可調(diào)的特性達(dá)到人為控制降解的目的。5.6.1 分類(lèi)分類(lèi)-按材料的性質(zhì)和用途分按材料的性質(zhì)和用途分5.6 高分子吸附高分子吸附劑劑（1）非離子型高分子吸附劑）非離子型高分子吸附劑（2）金屬陽(yáng)離子配位型吸附劑）金屬陽(yáng)離子配位型吸附劑（3）離子型吸附劑）離子型吸附劑（1）非離子型高分子吸附劑非離子型高分子吸附劑

21、 非離子型吸附樹(shù)脂主要是指在分子結(jié)非離子型吸附樹(shù)脂主要是指在分子結(jié)構(gòu)中不包含離子性基團(tuán)，主要依靠分子間構(gòu)中不包含離子性基團(tuán)，主要依靠分子間范德華力進(jìn)行吸附的高分子樹(shù)脂。這類(lèi)樹(shù)范德華力進(jìn)行吸附的高分子樹(shù)脂。這類(lèi)樹(shù)脂中也不包括含有配位子，具有鰲合功能脂中也不包括含有配位子，具有鰲合功能的樹(shù)脂。的樹(shù)脂。 用途：主要用在色譜分離中作為載體和固定相、用途：主要用在色譜分離中作為載體和固定相、環(huán)境保護(hù)中作為污染物的富集材料、動(dòng)植物中有效環(huán)境保護(hù)中作為污染物的富集材料、動(dòng)植物中有效成分的分離提取與純化過(guò)程中。成分的分離提取與純化過(guò)程中。聚苯乙烯聚苯乙烯-二乙烯苯交聯(lián)吸附樹(shù)脂二乙烯苯交聯(lián)吸附樹(shù)脂其他結(jié)構(gòu)和性能

22、：其他結(jié)構(gòu)和性能：樹(shù)脂的微觀結(jié)構(gòu)、樹(shù)樹(shù)脂的微觀結(jié)構(gòu)、樹(shù)脂的宏觀結(jié)構(gòu)脂的宏觀結(jié)構(gòu) 、樹(shù)脂的極性特征、被吸、樹(shù)脂的極性特征、被吸附物質(zhì)的脫附過(guò)程、吸附樹(shù)脂的溶脹劑附物質(zhì)的脫附過(guò)程、吸附樹(shù)脂的溶脹劑和使用介質(zhì)和使用介質(zhì) 在聚合物骨架中苯環(huán)為化學(xué)性質(zhì)比較活潑組分，在聚合物骨架中苯環(huán)為化學(xué)性質(zhì)比較活潑組分，通過(guò)適當(dāng)化學(xué)反應(yīng)可以引入各種極性不同的化學(xué)基通過(guò)適當(dāng)化學(xué)反應(yīng)可以引入各種極性不同的化學(xué)基團(tuán)和離子型基團(tuán)，從而改變吸附樹(shù)脂的極性特征和團(tuán)和離子型基團(tuán)，從而改變吸附樹(shù)脂的極性特征和離子狀態(tài)，制成用途不同的吸附樹(shù)脂，以適應(yīng)不同離子狀態(tài)，制成用途不同的吸附樹(shù)脂，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。聚苯乙烯樹(shù)脂的主要缺點(diǎn)在于

23、機(jī)械強(qiáng)的應(yīng)用需求。聚苯乙烯樹(shù)脂的主要缺點(diǎn)在于機(jī)械強(qiáng)度不高，質(zhì)硬易脆，抗沖擊性和耐熱性能較差。度不高，質(zhì)硬易脆，抗沖擊性和耐熱性能較差。聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸-雙甲基丙烯酸乙二酯交聯(lián)體吸附樹(shù)脂雙甲基丙烯酸乙二酯交聯(lián)體吸附樹(shù)脂其他類(lèi)型的吸附劑其他類(lèi)型的吸附劑 聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚乙聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚乙烯亞胺、纖維素衍生物等高分子材料也常烯亞胺、纖維素衍生物等高分子材料也常作為吸附性樹(shù)脂使用。在這些吸附樹(shù)脂納作為吸附性樹(shù)脂使用。在這些吸附樹(shù)脂納制備過(guò)程中也往往需要加入一定量的多官制備過(guò)程中也往往需要加入一定量的多官能團(tuán)單體作為交聯(lián)劑共聚，以便得到具有能團(tuán)單體作為交聯(lián)劑共聚

24、，以便得到具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成為凝膠型吸附樹(shù)脂。作三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成為凝膠型吸附樹(shù)脂。作為這些吸附樹(shù)脂制備用交聯(lián)劑，二乙烯苯為這些吸附樹(shù)脂制備用交聯(lián)劑，二乙烯苯仍然是使用最多的。仍然是使用最多的。（2）金屬陽(yáng)離子配合物吸附劑金屬陽(yáng)離子配合物吸附劑 高分子螯合劑通常也稱(chēng)為螯合樹(shù)脂，是一高分子螯合劑通常也稱(chēng)為螯合樹(shù)脂，是一類(lèi)重要的功能高分子。其特征為高分了骨架上類(lèi)重要的功能高分子。其特征為高分了骨架上連接有能夠?qū)饘匐x子進(jìn)行配位的螯合功能基，連接有能夠?qū)饘匐x子進(jìn)行配位的螯合功能基，對(duì)多種金屬離子具有選擇性螯合作用；因此這對(duì)多種金屬離子具有選擇性螯合作用；因此這類(lèi)吸附樹(shù)脂對(duì)各種金屬離子有濃縮和富集作

25、用。類(lèi)吸附樹(shù)脂對(duì)各種金屬離子有濃縮和富集作用。 用途：因此這種樹(shù)脂可以廣泛用于分析檢測(cè)、污用途：因此這種樹(shù)脂可以廣泛用于分析檢測(cè)、污染治理、環(huán)境保護(hù)和工業(yè)生產(chǎn)。此外，當(dāng)螯合樹(shù)脂與染治理、環(huán)境保護(hù)和工業(yè)生產(chǎn)。此外，當(dāng)螯合樹(shù)脂與特定金屬離子螯合之后，形成的高分子配合物還會(huì)出特定金屬離子螯合之后，形成的高分子配合物還會(huì)出現(xiàn)許多有用的物理化學(xué)新性質(zhì)，被廣泛作為催化劑、現(xiàn)許多有用的物理化學(xué)新性質(zhì)，被廣泛作為催化劑、光敏材料和抗靜電劑。光敏材料和抗靜電劑。高分子螯合高分子螯合物吸附劑物吸附劑合成型高分子合成型高分子螯合樹(shù)脂螯合樹(shù)脂天然高分子天然高分子螯合樹(shù)脂螯合樹(shù)脂鰲合基團(tuán)作為鰲合基團(tuán)作為側(cè)鏈連接于高側(cè)鏈

26、連接于高分子骨架分子骨架纖維素、海藻酸、纖維素、海藻酸、甲殼素衍生物等甲殼素衍生物等鰲合基團(tuán)處在鰲合基團(tuán)處在高分子骨架主高分子骨架主鏈上鏈上高分子螯合物吸附高分子螯合物吸附劑分類(lèi)劑分類(lèi)配位原子：具有給電子性質(zhì)的周期配位原子：具有給電子性質(zhì)的周期表中第表中第v-vii主族元素。主要有主族元素。主要有o、n、s、p等。等。具有螯合功能的高分子結(jié)構(gòu)要求：具有螯合功能的高分子結(jié)構(gòu)要求： 含有配位基團(tuán)含有配位基團(tuán)配位基團(tuán)在高分子骨架上排布合理，配位基團(tuán)在高分子骨架上排布合理，以保證鰲合過(guò)程對(duì)空間構(gòu)型的要求。以保證鰲合過(guò)程對(duì)空間構(gòu)型的要求。具有螯合功能的高分子結(jié)構(gòu)具有螯合功能的高分子結(jié)構(gòu)要求：要求：（3）

27、離子型吸附樹(shù)脂離子型吸附樹(shù)脂 離子型吸附樹(shù)脂是一種在聚合物骨架上含有離子交離子型吸附樹(shù)脂是一種在聚合物骨架上含有離子交換基團(tuán)的功能高分子材料。換基團(tuán)的功能高分子材料。 在作為吸附劑使用時(shí)，骨架上所帶離子基團(tuán)可以與在作為吸附劑使用時(shí)，骨架上所帶離子基團(tuán)可以與不同反離子通過(guò)靜電引力發(fā)生作用，從而吸附環(huán)境中不同反離子通過(guò)靜電引力發(fā)生作用，從而吸附環(huán)境中的各種反離子。的各種反離子。 將反離子與離子交換基團(tuán)結(jié)合的過(guò)程稱(chēng)為吸附過(guò)程，將反離子與離子交換基團(tuán)結(jié)合的過(guò)程稱(chēng)為吸附過(guò)程，原被吸附的離子被其他離子所取代的過(guò)程稱(chēng)為脫附過(guò)原被吸附的離子被其他離子所取代的過(guò)程稱(chēng)為脫附過(guò)程，也稱(chēng)為離子交換過(guò)程。吸附與脫附反應(yīng)

28、的實(shí)質(zhì)是程，也稱(chēng)為離子交換過(guò)程。吸附與脫附反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是環(huán)境中存在的反離子與固化在高分子骨架上離子相互環(huán)境中存在的反離子與固化在高分子骨架上離子相互作用，特別是與原配對(duì)離子之間相互競(jìng)爭(zhēng)吸附的結(jié)果，作用，特別是與原配對(duì)離子之間相互競(jìng)爭(zhēng)吸附的結(jié)果，因此這一類(lèi)樹(shù)脂通常稱(chēng)為離子交換樹(shù)脂因此這一類(lèi)樹(shù)脂通常稱(chēng)為離子交換樹(shù)脂。離子型吸附樹(shù)脂結(jié)構(gòu)特離子型吸附樹(shù)脂結(jié)構(gòu)特征征 一是高分子骨架。一是高分子骨架。 高分子骨架的作用是擔(dān)載離子交換基團(tuán)和高分子骨架的作用是擔(dān)載離子交換基團(tuán)和為離子交換過(guò)程提供必要的空間和動(dòng)力學(xué)條件。為離子交換過(guò)程提供必要的空間和動(dòng)力學(xué)條件。常用的聚合物骨架包括聚苯乙烯、聚丙烯酸衍生常用的聚合

29、物骨架包括聚苯乙烯、聚丙烯酸衍生物、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚乙烯基吡啶、脲縮物、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚乙烯基吡啶、脲縮醛和聚氯乙烯等。醛和聚氯乙烯等。凝膠型和大孔型樹(shù)脂凝膠型和大孔型樹(shù)脂 另一部分是離子交換基團(tuán)。另一部分是離子交換基團(tuán)。 離子交換基團(tuán)的性質(zhì)決定離子交換的能力離子交換基團(tuán)的性質(zhì)決定離子交換的能力和選擇性。和選擇性。陽(yáng)離子型和陰離子型陽(yáng)離子型和陰離子型強(qiáng)酸性、弱酸性、強(qiáng)堿性、弱堿型、酸堿強(qiáng)酸性、弱酸性、強(qiáng)堿性、弱堿型、酸堿兩性、氧化還原。兩性、氧化還原。對(duì)離子型吸附樹(shù)脂具體要求對(duì)離子型吸附樹(shù)脂具體要求良好的穩(wěn)定性良好的穩(wěn)定性良好的耐溶劑性質(zhì)良好的耐溶劑性質(zhì)良好的機(jī)械性能良好的機(jī)械性能

30、具有一定的離子交換容量具有一定的離子交換容量對(duì)特定的離子具有選擇性吸附能力對(duì)特定的離子具有選擇性吸附能力具有較大的比表面積、適宜的孔徑具有較大的比表面積、適宜的孔徑和空隙率和空隙率按原料按原料全合成高吸水全合成高吸水性樹(shù)脂性樹(shù)脂天然高分子天然高分子改性的高吸改性的高吸水型樹(shù)脂水型樹(shù)脂淀粉、纖維素、甲殼淀粉、纖維素、甲殼質(zhì)等經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)改性質(zhì)等經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)改性聚丙烯酸體系、聚丙烯酸體系、聚丙烯氰體系、聚丙烯氰體系、聚丙烯酰胺體、聚丙烯酰胺體、聚乙烯醇、聚乙烯醇、5.6.2 吸水性高分子吸附劑吸水性高分子吸附劑分類(lèi)分類(lèi)分子中強(qiáng)親水性基團(tuán)，如羥基、羧分子中強(qiáng)親水性基團(tuán)，如羥基、羧基等能夠與水分子形成氫鍵；基

31、等能夠與水分子形成氫鍵；樹(shù)脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)；樹(shù)脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)；聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度；聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度；聚合物有較高的分子量聚合物有較高的分子量結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征5.6.3 吸油性高分子吸附劑吸油性高分子吸附劑高分子之間形成一種三維的交聯(lián)網(wǎng)狀高分子之間形成一種三維的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，材料內(nèi)部具有一定的微孔結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)，材料內(nèi)部具有一定的微孔結(jié)構(gòu)。由于分子內(nèi)親油基的鏈段和油分子的由于分子內(nèi)親油基的鏈段和油分子的溶劑化作用，高吸油性樹(shù)脂發(fā)生篷潤(rùn)。溶劑化作用，高吸油性樹(shù)脂發(fā)生篷潤(rùn)。基于交聯(lián)的存在，樹(shù)脂不會(huì)溶解于油基于交聯(lián)的存在，樹(shù)脂不會(huì)溶解于油中。中。結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征1.通過(guò)分子擴(kuò)散控制，油

32、分子和高分子鏈發(fā)通過(guò)分子擴(kuò)散控制，油分子和高分子鏈發(fā)生溶劑化作用生溶劑化作用,高分子鏈仍處在卷曲的狀態(tài)；高分子鏈仍處在卷曲的狀態(tài)；2.隨著油分子的增多，溶劑化作用增強(qiáng)，鏈隨著油分子的增多，溶劑化作用增強(qiáng)，鏈段伸展，高分子結(jié)構(gòu)中只有共價(jià)鍵交聯(lián)點(diǎn)存段伸展，高分子結(jié)構(gòu)中只有共價(jià)鍵交聯(lián)點(diǎn)存在，處在熱力學(xué)動(dòng)力控制狀態(tài)。在，處在熱力學(xué)動(dòng)力控制狀態(tài)。3.當(dāng)高分子充分溶脹，高分子鏈回縮，即存當(dāng)高分子充分溶脹，高分子鏈回縮，即存在彈性回縮力，最終達(dá)到熱力學(xué)平衡。在彈性回縮力，最終達(dá)到熱力學(xué)平衡。高吸油樹(shù)脂的吸油過(guò)程高吸油樹(shù)脂的吸油過(guò)程內(nèi)在因素內(nèi)在因素:結(jié)構(gòu)和形態(tài)。結(jié)構(gòu)和形態(tài)。外在因素：溫度、樹(shù)脂周?chē)慕橘|(zhì)等。外

33、在因素：溫度、樹(shù)脂周?chē)慕橘|(zhì)等。影響吸附性高分子材料的因素影響吸附性高分子材料的因素5.6.4 5.6.4 離子交換樹(shù)脂和吸附樹(shù)脂的應(yīng)用離子交換樹(shù)脂和吸附樹(shù)脂的應(yīng)用3.9.1 3.9.1 離子交換樹(shù)脂的應(yīng)用離子交換樹(shù)脂的應(yīng)用（1 1）水處理）水處理 水處理包括水處理包括水質(zhì)的軟化、水的脫鹽和高純水的水質(zhì)的軟化、水的脫鹽和高純水的制備制備等。水處理是離子交換樹(shù)脂最基本的用途等。水處理是離子交換樹(shù)脂最基本的用途之一。之一。 如下面是去離子水的制備裝置。如下面是去離子水的制備裝置。（2 2）冶金工業(yè)）冶金工業(yè) 離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操作之一。在離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操作之一。在鈾、釷等超

34、鈾元素、稀土金屬、重金屬、輕金屬、貴鈾、釷等超鈾元素、稀土金屬、重金屬、輕金屬、貴金屬和過(guò)渡金屬金屬和過(guò)渡金屬的分離、提純和回收方面，離子交換的分離、提純和回收方面，離子交換樹(shù)脂均起著十分重要的作用。樹(shù)脂均起著十分重要的作用。 離子交換樹(shù)脂還可用于離子交換樹(shù)脂還可用于選礦選礦。在礦漿中加入離子。在礦漿中加入離子交換樹(shù)脂可改變礦漿中水的離子組成，使浮選劑更有交換樹(shù)脂可改變礦漿中水的離子組成，使浮選劑更有利于吸附所需要的金屬，提高浮選劑的選擇性和選礦利于吸附所需要的金屬，提高浮選劑的選擇性和選礦效率。效率。（3 3）原子能工業(yè)）原子能工業(yè) 離子交換樹(shù)脂在原子能工業(yè)上的應(yīng)用包括離子交換樹(shù)脂在原子能工業(yè)上的應(yīng)用包括核燃料的分離、提純、精制、回收核燃料的分離、提純、精制、回收等。用離等。用離子交換樹(shù)脂制備高純水，是核動(dòng)力用循環(huán)、子交換樹(shù)脂制備高純水，是核動(dòng)力用循環(huán)、冷卻、補(bǔ)給水供應(yīng)的唯一手段。離子交換樹(shù)冷卻、補(bǔ)給水供應(yīng)的唯一手段。離子交換樹(shù)脂還是原子能工業(yè)廢水去除放射性污染處理脂還是原子能工業(yè)廢水去除放射性污染處理的主要方法。的主要方法。 （4） 海洋資源利用海洋資源利用