功能高分子第一章

功能高分子第一章第1頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1、教學(xué)目的：通過課堂引導(dǎo)，課后查閱資料、閱讀文獻(xiàn)等手段獲取功能材料的有關(guān)信息。通過對功能高分子材料的學(xué)習(xí)，了解高分子材料在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、高新科技領(lǐng)域和提高人民生活質(zhì)量中的重要作用。2、教學(xué)重點(diǎn)：功能高分子材料的主要種類、代表物的重要性能和應(yīng)用。3、教學(xué)難點(diǎn)：了解一些功能能高分子材料的制備方法、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。第2頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論1.1高分子材料科學(xué)的歷史回顧高分子的概念始于20世紀(jì)20年代，但應(yīng)用更早。1839年，美國人Goodyear發(fā)明硫化橡膠。1855年，英國人Parks用硝化纖維素與樟腦混合制得賽璐珞。1889年，法國人DeChardonnet（夏爾多內(nèi)）發(fā)明人造絲。1907年，酚醛樹脂誕生。第3頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論1920年，德國人Staudinger發(fā)表了“論聚合”的論文，提出了高分子的概念，并預(yù)測了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的結(jié)構(gòu)。1935年，Carothes發(fā)明尼龍66，1938年工業(yè)化。30年代，一系列烯烴類加聚物被合成出來并工業(yè)化，PVC（1927～1937），PVAc（1936），PMMA（1927～1931），PS（1934～1937），LDPE（1939）。自由基聚合發(fā)展。第4頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論高分子溶液理論在30年代建立，并成功測定了聚合物的分子量。Flory為此獲得諾貝爾獎。40年代，二次大戰(zhàn)促進(jìn)了高分子材料的發(fā)展，一大批重要的橡膠和塑料被合成出來。丁苯橡膠（1937），丁腈橡膠（1937），丁基橡膠（1940），有機(jī)氟材料（1943），ABS（1947），滌綸樹脂（1940～1950）。50年代，Ziegler和Natta發(fā)明配位聚合催化劑，制得高密度PE和有規(guī)PP，低級烯烴得到利用。第5頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論1956年，美國人Szwarc發(fā)明活性陰離子聚合，開創(chuàng)了高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先河。50年后期至60年代，大量高分子工程材料問世。聚甲醛（1956），聚碳酸酯（1957），聚砜（1965），聚苯醚（1964），聚酰亞胺（1962）。60年代以后，特種高分子和功能高分子得到發(fā)展。特種高分子：高強(qiáng)度、耐高溫、耐輻射、高頻絕緣、半導(dǎo)體等。第6頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

功能高分子：分離材料（離子交換樹脂、分離膜等）、導(dǎo)電高分子、感光高分子、高分子催化劑、高吸水性樹脂、醫(yī)用高分子、藥用高分子、高分子液晶等。80年代以后，新的聚合方法和新結(jié)構(gòu)的聚合物不斷出現(xiàn)和發(fā)展。新的聚合方法：陽離子活性聚合、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合、活性自由基聚合、等離子聚合等等；新結(jié)構(gòu)的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星狀聚合物、樹枝狀聚合物、超支化聚合物、含C60聚合物等等。第7頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論1.2基本概念功能高分子與高性能高分子性能：材料對外部作用的抵抗特性。例如，對外力的抵抗表現(xiàn)為材料的強(qiáng)度、模量等；對熱的抵抗表現(xiàn)為耐熱性；對光、電、化學(xué)藥品的抵抗，則表現(xiàn)為材料的耐光性、絕緣性、防腐蝕性等。

第8頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論功能：指從外部向材料輸入信號時，材料內(nèi)部發(fā)生質(zhì)和量的變化而產(chǎn)生輸出的特性。例如，材料在受到外部光的輸入時，材料可以輸出電性能，稱為材料的光電功能；材料在受到多種介質(zhì)作用時，能有選擇地分離出其中某些介質(zhì)，稱為材料的選擇分離性。此外，如壓電性、藥物緩釋放性等，都屬于功能的范疇。

第9頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論因此：

功能高分子是指當(dāng)有外部刺激時，能通過化學(xué)或物理的方法做出相應(yīng)的高分子材料。

高性能高分子則是對外力有特別強(qiáng)的抵抗能力的高分子材料。

它們都屬于特種高分子材料的范疇。什么是功能高分子?第10頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

特種高分子是相對于通用高分子而言的。

通用高分子材料：應(yīng)用面廣量大，價格較低。根據(jù)其性質(zhì)和用途可分為五個大類：化學(xué)纖維、塑料、橡膠、油漆涂料、粘合劑。

特種高分子材料：帶有特殊物理、力學(xué)、化學(xué)性質(zhì)和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料的范疇。

第11頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

從實(shí)用的角度看，對功能材料來說，人們著眼于它們所具有的獨(dú)特的功能；而對高性能材料，人們關(guān)心的是它與通用材料在性能上的差異。

特種高分子和功能高分子是目前高分子學(xué)科中發(fā)展最快、研究最活躍的新領(lǐng)域。第12頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月按照功能來分類:1.2.1化學(xué)功能

離子交換樹脂、螯合樹脂、感光性樹脂、氧化還原樹脂、高分子試劑、高分子催化劑、高分子增感劑、分解性高分子等

第一章緒論1.2功能高分子材料的類型第13頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論1.2.2物理功能

導(dǎo)電性高分子（包括電子型導(dǎo)電高分子、高分子固態(tài)離子導(dǎo)體、高分子半導(dǎo)體）、高介電性高分子（包括高分子駐極體、高分子壓電體）、高分子光電導(dǎo)體、高分子光生伏打材料、高分子顯示材料、高分子光致變色材料等；第14頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.3復(fù)合功能

高分子、高分子吸附劑、高分子絮凝劑、高分子表面活性劑、高分子染料、高分子穩(wěn)定劑、高分子相溶劑、高分子功能膜和高分子功能電極等1.2.4生物、醫(yī)用功能

抗血栓、控制藥物釋放和生物活性等第一章緒論第15頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月按照功能特性通常可分成以下幾類：（1）分離材料和化學(xué)功能材料（2）電磁功能高分子材料（3）光功能高分子材料（4）生物醫(yī)用高分子材料

從制造和結(jié)構(gòu)的角度考慮：

結(jié)構(gòu)型功能高分子復(fù)合型功能高分子

第一章緒論第16頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月種類功能特性應(yīng)用示例1.分離材料和化學(xué)功能高分子材料高分子分離膜和氣液交換膜傳質(zhì)作用化工、制藥、海水淡化、冶金離子交換樹脂和交換膜離子交換作用化工、制藥、水凈化高分子催化劑和高分子固定酶催化作用化工、食品加工、生物工程高分子試劑反應(yīng)性農(nóng)藥、醫(yī)用、環(huán)保貯氫材料吸著作用化工、能源高吸水性材料吸著作用農(nóng)業(yè)、紙制品2.電磁功能高分子材料導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電性防靜電材料、屏蔽材料、固體電解質(zhì)材料、面狀發(fā)熱體高分子半導(dǎo)體導(dǎo)電性電子技術(shù)和電子器件光導(dǎo)電材料光電效應(yīng)電子照相、光電池、傳感器壓電高分子力電效應(yīng)開關(guān)材料、儀器儀表測量材料機(jī)器人觸感材料高分子磁性體導(dǎo)磁作用塑料磁石、磁性橡膠、中子吸收微型電機(jī)磁性記錄材料磁性轉(zhuǎn)換磁帶、磁盤電致變色材料光電效應(yīng)顯示、記錄第17頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月種類功能特性應(yīng)用示例3.光功能高分子材料光致變色、顯示和發(fā)光材料光色、光電效應(yīng)自動調(diào)節(jié)光線明暗的太陽鏡和窗玻璃等、顯示、記錄液晶高分子偏光效應(yīng)顯示、連接器熒光高分子材料光化學(xué)作用情報處理、熒光染料光降解高分子材料光化學(xué)環(huán)境保護(hù)光盤基板材料光學(xué)原理高密度記錄和貯存信息4.生物醫(yī)用高分子材料人工器官材料仿人體功能與替代人體臟器修補(bǔ)作用藥物高分子藥理作用治療動脈硬化、抗血栓降解性縫合材料化學(xué)降解非永久性外科材料第18頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論1.3功能高分子材料的發(fā)展與展望1.3.1功能高分子發(fā)展的背景（1）經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要自從1920年施道丁格（H.Staudinger）建立大分子概念以來，高分子材料以驚人的速度得到發(fā)展。至20世紀(jì)60年代，高分子材料工業(yè)化已基本完善，解決了人們的衣著、日用品和工業(yè)材料等需求。通用高分子和工程用高分子的世界總產(chǎn)量已超過幾千萬噸/年，特種高分子則為幾十萬噸/年。第19頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

1973年和1978年兩次世界性的石油大危機(jī)，使原油價格猛漲。以石油為主要原料的高分子材料成本呈直線上升，商品市場陷入極為困難的處境。在這樣的經(jīng)濟(jì)背景下，迫使人們試圖用同樣的原材料，去制備價值更高的產(chǎn)品。功能高分子在這種外部條件促使下迅速地發(fā)展了起來。從表1-1的數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)展功能高分子材料可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。第20頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論表1-1各種高分子材料的產(chǎn)量和價格比*品種主要產(chǎn)品舉例產(chǎn)量/萬噸/年價格比通用高分子材料LDPE，HDPE，PVC，PP，PS＞10001中間高分子材料ABS，PMMA100～10001～2工程高分子材料PA，PC，POM，PBT，PPO20～802～4特種高分子材料有機(jī)氟材料，耐熱性高分子，各種功能高分子1～2010～100*價格比以通用高分子為1計(jì)。第21頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論（2）科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求80～90年代，科學(xué)技術(shù)有了迅速發(fā)展。能源、信息、電子和生命科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，對高分子材料提出了新的要求。即要求高分子材料具有迄今還不曾有過的高性能和高功能，甚至要求既具有高功能亦具有高性能的高分子材料。

第22頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

新能源的要求。太陽能和氫將成為今后的主要能源。光電轉(zhuǎn)換材料就成為太陽能利用的關(guān)鍵。硅材料已進(jìn)入了實(shí)用階段。然而，按現(xiàn)在的能量轉(zhuǎn)換效率，對單晶硅的需要量實(shí)在太大。以日本為例，若利用太陽能達(dá)到當(dāng)前日本電力的1％，就需100μ的單晶硅至少2.7萬噸。這相當(dāng)于日本目前單晶硅總產(chǎn)量的90倍。為此，人們把注意力轉(zhuǎn)向可高效轉(zhuǎn)換太陽能的功能高分子材料。如換能型高分子分離膜的利用。第23頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

交通和宇航技術(shù)的要求。既高速又節(jié)約能源是交通運(yùn)輸和宇航事業(yè)迫切需要解決的課題。采用功能高分子材料，在一定程度上解決了該難題。就目前的成就來看，波音757，767飛機(jī)采用Kavlar增強(qiáng)材料（一種由高分子液晶紡絲而成的高強(qiáng)纖維增強(qiáng)的材料），可省油50％。汽車工業(yè)采用高分子材料而實(shí)現(xiàn)輕型化，從而達(dá)到省油和高速的目的。第24頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

微電子技術(shù)的要求。高度集成化是微電子工業(yè)發(fā)展的趨勢。存儲容量將從目前的16K發(fā)展到256K。此時相應(yīng)的電路細(xì)度僅為1.5μm。因此，高功能的光致抗蝕材料（感光高分子）已成為微電子工業(yè)的關(guān)鍵材料之一。第25頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

生命科學(xué)的要求。人類對生命奧秘的探索，對建立一個潔凈、安全的世界的渴望，對征服癌癥等疾病的努力，均對高分子材料提出了功能的要求。例如，生物分離介質(zhì)的研制成功，使生命組成的各種組分能得以精細(xì)地分級，對生命科學(xué)的貢獻(xiàn)將是十分重大的?？山到庑愿叻肿硬牧系膯柺溃瑢⒋蟠鬁p緩白色公害對人類的危害。第26頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論1.3.2功能高分子的發(fā)展歷程與展望雖然特種與功能高分子材料的發(fā)展可以追述到很久以前，如光敏高分子材料和離子交換樹脂都有很長的歷史。但是作為一門獨(dú)立的完整的學(xué)科，功能高分子是從20世紀(jì)80年代中后期開始發(fā)展的。第27頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

最早的功能高分子可追述到1935年離子交換樹脂的發(fā)明。

20世紀(jì)50年代，美國人開發(fā)了感光高分子用于印刷工業(yè)，后來又發(fā)展到電子工業(yè)和微電子工業(yè)。

1957年發(fā)現(xiàn)了聚乙烯基咔唑的光電導(dǎo)性，打破了多年來認(rèn)為高分子材料只能是絕緣體的觀念。

1966年little提出了超導(dǎo)高分子模型，預(yù)計(jì)了高分子材料超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)的可能性，隨后在1975年發(fā)現(xiàn)了聚氮化硫的超導(dǎo)性。第28頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

1993年，俄羅斯科學(xué)家報道了在經(jīng)過長期氧化的聚丙烯體系中發(fā)現(xiàn)了室溫超導(dǎo)體，這是迄今為止唯一報道的超導(dǎo)性有機(jī)高分子。

20世紀(jì)80年代，高分子傳感器、人工臟器、高分子分離膜等技術(shù)得到快速發(fā)展。

1991年發(fā)現(xiàn)了尼龍11的鐵電性，1994年塑料柔性太陽能電池在美國阿爾貢實(shí)驗(yàn)室研制成功，1997年發(fā)現(xiàn)聚乙炔經(jīng)過摻雜具有金屬導(dǎo)電性，導(dǎo)致了聚苯胺、聚吡咯等一系列導(dǎo)電高分子的問世。這一切多反映了功能高分子日新月異的發(fā)展。第29頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論其中從20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的光敏高分子化學(xué)，在光聚合、光交聯(lián)、光降解、熒光以及光導(dǎo)機(jī)理的研究方面都取得了重大突破，特別在過去20多年中有了飛快發(fā)展，并在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。比如光敏涂料、光致抗蝕劑、光穩(wěn)定劑、光可降解材料、光刻膠、感光性樹脂、以及光致發(fā)光和光致變色高分子材料都已經(jīng)工業(yè)化。近年來高分子非線性光學(xué)材料也取得了突破性的進(jìn)展。第30頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

反應(yīng)型高分子是在有機(jī)合成和生物化學(xué)領(lǐng)域的重要成果，已經(jīng)開發(fā)出眾多新型高分子試劑和高分子催化劑應(yīng)用到科研和生產(chǎn)過程中，在提高合成反應(yīng)的選擇性、簡化工藝過程以及化工過程的綠色化方面做出了貢獻(xiàn)。更重要的是由此發(fā)展而來的固相合成方法和固定化酶技術(shù)開創(chuàng)了有機(jī)合成機(jī)械化、自動化、有機(jī)反應(yīng)定向化的新時代，在分子生物學(xué)研究方面起到了關(guān)鍵性作用。第31頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

電活性高分子材料的發(fā)展導(dǎo)致了導(dǎo)電聚合物，聚合物電解質(zhì)，聚合物電極的出現(xiàn)。此外超導(dǎo)、電致發(fā)光、電致變色聚合物也是近年來的重要研究成果，其中以電致發(fā)光材料制作的彩色顯示器已經(jīng)被日本和美國公司研制成功，有望成為新一代顯示器件。此外眾多化學(xué)傳感器和分子電子器件的發(fā)明也得益于電活性聚合物和修飾電極技術(shù)的發(fā)展。第32頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

高分子分離膜材料與分離技術(shù)的發(fā)展在復(fù)雜體系的分離技術(shù)方面獨(dú)辟蹊徑，開辟了氣體分離、苦咸水脫鹽、液體消毒等快速、簡便、低耗的新型分離替代技術(shù)，也為電化學(xué)工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)提供了新型選擇性透過和緩釋材料。目前高分子分離膜在海水淡化方面已經(jīng)成為主角，已經(jīng)擁有制備18萬噸/日純水設(shè)備的能力。第33頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論

醫(yī)藥用功能高分子是目前發(fā)展非常迅速的一個領(lǐng)域，高分子藥物、高分子人工組織器官、高分子醫(yī)用材料在定向給藥、器官替代、整形外科和拓展治療范圍方面做出了相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。第34頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論特種與功能高分子材料是一門涉及范圍廣泛，與眾多學(xué)科相關(guān)的新興邊緣學(xué)科，涉及內(nèi)容包括有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、生物化學(xué)、電子學(xué)、甚至醫(yī)學(xué)等眾多學(xué)科，是目前國內(nèi)外異常活躍的一個研究領(lǐng)域。可以說，特種與功能高分子材料在高分子科學(xué)中的地位，相當(dāng)于精細(xì)化工在化工領(lǐng)域內(nèi)的地位。因此也有人稱特種與功能高分子為精細(xì)高分子，其內(nèi)涵指其產(chǎn)品的產(chǎn)量小，產(chǎn)值高，制造工藝復(fù)雜。第35頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論特種與功能高分子材料之所以能成為國內(nèi)外材料學(xué)科的重要研究熱點(diǎn)之一，最主要的原因在于它們具有獨(dú)特的“性能”和“功能”，可用于替代其他功能材料，并提高或改進(jìn)其性能，使其成為具有全新性質(zhì)的功能材料。

可以預(yù)計(jì)，在今后很長的歷史時期中，特種與功能高分子材料研究將代表了高分子材料發(fā)展的主要方向。第36頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)電高分子材料

2000年10月10日，瑞典皇家科學(xué)院宣布了2000年諾貝爾化學(xué)獎獲得者，美國加利福尼亞大學(xué)的物理學(xué)家艾倫.J.黑格教授、美國賓夕法尼亞大學(xué)的化學(xué)家艾倫.G.馬克迪亞米德教授和日本筑波大學(xué)的化學(xué)家白川英樹教授，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電塑料。摻雜聚乙炔第一章緒論1.4幾種重要的功能高分子材料簡介第37頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種導(dǎo)電高分子的摻雜情況第38頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是以有機(jī)高分子材料為基體,加入一定數(shù)量的導(dǎo)電物質(zhì)(如炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉、金屬纖維、金屬氧化物等)組合而成。該類材料兼有高分子材料的易加工特性和金屬的導(dǎo)電性。與金屬相比較,導(dǎo)電性復(fù)合材料具有加工性好、工藝簡單、耐腐蝕、電阻率可調(diào)范圍大、價格低等優(yōu)點(diǎn)。

復(fù)合型導(dǎo)電高分子所采用的復(fù)合方法主要有兩種:一種是將親水性聚合物或結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子與基體高分子進(jìn)行共混；另一種則是將各種導(dǎo)電填料填充到基體高分子中。第39頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

炭黑是天然的導(dǎo)電材料,其體積電阻率約為0.1～100Ω·cm-1。它不僅原料易得,導(dǎo)電性持久穩(wěn)定，而且可以大幅度調(diào)整復(fù)合材料的電阻率(1～108Ω·cm-1)。由炭黑填充制成的復(fù)合型導(dǎo)電高分子是目前用途最廣、用量最大的一種導(dǎo)電高分子材料。金屬纖維的填充量對導(dǎo)電性能的影響規(guī)律與炭黑填充的情形相類似。但由于纖維狀填料的接觸幾率更大，因此在填充量很少的情況下便可獲得較高的導(dǎo)電率。第40頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子是指高分子材料本身或經(jīng)少量摻雜后具有導(dǎo)電性的高分子物質(zhì),一般由電子高度離域的共軛聚合物經(jīng)過適當(dāng)電子給體或受體摻雜后制得。

離子型導(dǎo)電高分子通常又叫高分子固體電解質(zhì)，其導(dǎo)電時的載流子主要是離子。電子型導(dǎo)電高分子指的是以共軛高分子為主體的導(dǎo)電高分子材料,導(dǎo)電時的載流子是電子(或空穴)，這類材料是目前世界上導(dǎo)電高分子材料研究開發(fā)的重點(diǎn)。第41頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

導(dǎo)電高分子是由含電子的共軛高聚物通過化學(xué)或電化學(xué)摻雜使其由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體。

（1）通過控制摻雜度，導(dǎo)電高分子的室溫電導(dǎo)率可在絕緣體-半導(dǎo)體-金屬態(tài)范圍內(nèi)變化。目前最高的室溫電導(dǎo)率可達(dá)105S/cm，它可與銅的電導(dǎo)率相比，而重量僅為銅的1/12；與金屬和半導(dǎo)體相比較，導(dǎo)電高分子的電學(xué)性能具有如下特點(diǎn)：

第42頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）導(dǎo)電高分子可拉伸取向。沿拉伸方向電導(dǎo)率隨拉伸度而增加，而垂直拉伸方向的電導(dǎo)率基本不變，呈現(xiàn)強(qiáng)的電導(dǎo)各向異性；（3）盡管導(dǎo)電高分子的室溫電導(dǎo)率可達(dá)金屬態(tài)，但它的電導(dǎo)率-溫度依賴性不呈現(xiàn)金屬特性，而服從半導(dǎo)體特性；（4）導(dǎo)電高分子的載流子既不同于金屬的自由電子，也不同于半導(dǎo)體的電子或空穴，而是用孤子、極化子和雙極化子概念描述。第43頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

對于導(dǎo)電高分子來說，摻雜的概念不同于常見的無機(jī)半導(dǎo)體。以單晶硅為例，每個硅原子有四個價電子，若晶格中有一個硅原子被一個僅具有三個價電子的硼原子取代后，由于硼原子是缺電子的，無論硅與硼之間是否發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，在晶格中都有一個正的“空穴”，這即所謂p摻雜；反之，若晶格中有一個硅原子被一個具有五個價電子的磷原子取代后，該格點(diǎn)上就比別的格點(diǎn)多出一個電子，這即所謂n摻雜。第44頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

導(dǎo)電高分子的摻雜則是通過氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。摻雜的方式主要有兩種：化學(xué)摻雜法，即通過加入第二種不同氧化態(tài)的物質(zhì)，使之與聚合物接觸并反應(yīng)；電化學(xué)摻雜法，即聚合物作為電極，摻雜劑作為電解質(zhì)，在通電條件下使聚合物鏈發(fā)生氧化還原反應(yīng)而直接改變其荷電狀態(tài)。前者簡單易行，有利于了解摻雜前后聚合物結(jié)構(gòu)與性能的變化；后者時間短，效率高，易于得到導(dǎo)電聚合物薄膜。除此之外，還有諸如酸堿化學(xué)摻雜、光摻雜、電荷注入摻雜等方法。第45頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

摻雜對于電子導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電能力的改變具有非常重要的意義，其導(dǎo)電性能往往會增加幾個數(shù)量級。摻雜過程中，摻雜劑分子插入聚合物分子鏈中，通過兩者之間氧化還原反應(yīng)完成電子轉(zhuǎn)移過程第46頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月p型摻雜劑——在摻雜反應(yīng)中作為電子的接受體。鹵素：Cl2,Br2,I2,IBr等；路易斯酸：PF5,AsF5,BF3,SbF5等；質(zhì)子酸：HF,HCl,HNO3,ClSO3H等；過渡金屬鹵化物：NbF5,TaF5,MoF5,ZrCl4，TeI4等；過渡金屬化合物：四氰基乙烯（TCNE）,四氰基對苯醌二甲烷（TCNQ），四氯對苯醌、二氯二氰代苯醌（DDQ）等。

第47頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月n型摻雜劑——在摻雜反應(yīng)中作為電子的給予體。常見的有堿金屬：Li,Na,K等；在電化學(xué)摻雜中常用R4N+，R4P+(R=CH3，C6H5等)第48頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月p型摻雜是由于導(dǎo)電高分子的部分氧化，即：x聚合物(聚合物+y)x+(xy)e-n型摻雜則是由于導(dǎo)電高分子的部分還原，即：x聚合物+(xy)e-(聚合物-y)x上述過程可通過電化學(xué)或化學(xué)方法完成。為了維持電中性，p型摻雜和n型摻雜都必須提供一個對離子，如(聚合物+y)x+（xy）A-

(聚合物+y)A-yx(聚合物-y)x+（xy）M+

M+y(聚合物-y)x第49頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)電高分子具有下列特點(diǎn):(1)與金屬相比,重量輕;(2)成型性好,用澆鑄、模壓等比較簡易的方法就能使其纖維化、薄膜化，制成涂料,以及得到人們所需要的其他形狀，而且易于加工成輕質(zhì)的大面積的可撓性薄膜,以其大的面積/厚度比來補(bǔ)償它的電導(dǎo)率較低的不足；(3)易于合成和進(jìn)行分子設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì),從而能較好地滿足科學(xué)技術(shù)對這類功能材料提出的各種要求；(4)原料來源廣

第50頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用：電磁波屏蔽隨著各種商用和家用電子產(chǎn)品數(shù)量的迅速增加,電磁波干擾已成為一種新的社會公害，對電子儀器、設(shè)備進(jìn)行電磁波屏蔽是極為重要的。直接使用混有導(dǎo)電高分子材料的塑料做外殼,因其成形與屏蔽一體，較其他方法,如使用太重又不方便的金屬板作外殼、在塑料外殼上涂一層金屬或含有碳粉、碳纖維的導(dǎo)電涂料、通過電鍍金屬將外殼覆蓋等等更為方便。第51頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月電子元件(二極管、晶體管、場效應(yīng)晶體管等)

導(dǎo)電高分子材料在摻雜狀態(tài)具有半導(dǎo)體或金屬的電導(dǎo)性,去摻雜時表現(xiàn)為絕緣體或半導(dǎo)體,而原來禁帶寬度較大的仍為絕緣體,所以可以利用這些性質(zhì)來制作各種類型的元件成為二極管、晶體管及場效應(yīng)晶體管等具有非線性電流-電壓特性的電子元件。第52頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月微波吸收材料

由于可以對導(dǎo)電高分子的厚度、密度和導(dǎo)電性進(jìn)行調(diào)整,從而可以調(diào)整微波反射系數(shù)、吸收系數(shù),其吸收系數(shù)可達(dá)105?cm-1。導(dǎo)電高分子作為微波吸收材料,其薄膜重量輕、柔性好,可作任何設(shè)備(包括飛機(jī))的蒙皮。第53頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月隱身材料所謂隱身材料是指能夠減少軍事目標(biāo)的雷達(dá)特征、紅外特征、光電特征及目視特征的材料的總稱。由于雷達(dá)是軍事目標(biāo)偵查的主要手段,所以雷達(dá)波吸收材料的研制是關(guān)鍵。自從導(dǎo)電聚合物的出現(xiàn),其作為新型的雷達(dá)波吸收材料成為研究的熱點(diǎn)。美國、日本、法國、印度及中國相繼開展了導(dǎo)電聚合物雷達(dá)波吸收材料的研制,尤其是美國空軍投資開發(fā)的高聚物雷達(dá)波吸收材料，為隱身戰(zhàn)斗機(jī)和偵察機(jī)制造“靈巧蒙皮”的設(shè)想和計(jì)劃奠定了基礎(chǔ)，進(jìn)一步刺激了導(dǎo)電聚合物雷達(dá)隱身技術(shù)的發(fā)展。第54頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月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環(huán)境條件下,在一些環(huán)境因素如光、氧、風(fēng)、水、微生物、昆蟲以及機(jī)械力等的作用下,使其化學(xué)結(jié)構(gòu)在較短時間內(nèi)發(fā)生明顯變化,從而引起物性下降,最終成為可被環(huán)境所消納的高分子材料。

第55頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月降解高分子生物降解淀粉添加劑天然大分子合成聚合物光降解添加光敏劑型化學(xué)合成氧化降解復(fù)合降解光生物雙降解第56頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)生物降解高分子

生物降解高分子材料是指在自然界微生物或人體及動物體內(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,致使分子量下降及性能發(fā)生變化的高分子材料。第57頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

添加型淀粉塑料和橡膠，其生產(chǎn)方法是將淀粉以非偶聯(lián)方式與現(xiàn)行塑料(PE、PP、PS和PVC等)共混，淀粉含量一般為7%-15%。美國的Goodyear公司宣布試銷含有部分淀粉填料的輪胎，該填料可以降低輪胎的滾動阻力和重量,還有利于環(huán)境保護(hù)。

第58頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月但是添加型淀粉塑料和橡膠的主要成分仍是石油基類聚合物(PE、PP、PS、PVC等),很快降解的部分主要是淀粉,剩余的樹脂降解仍需幾百年。嚴(yán)格地講，添加淀粉的可降解塑料不具備降解機(jī)理和功能，所以該類產(chǎn)品已不再受歡迎。第59頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

熱塑性淀粉材料是完全生物可降解材料，意大利研制出一種淀粉含量為70%的可降解材料，所使用的樹脂是無毒的,分子量在5000～50000，它與淀粉直接交聯(lián)或產(chǎn)生間接物理作用，從而形成一連續(xù)相。此種合金有良好的成型性、二次加工性、力學(xué)性能和優(yōu)良的生物降解性能，缺點(diǎn)是有親水性，不宜用于食品包裝而且價格較高。第60頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

德國的Battele研究所開發(fā)出了淀粉含量為90%的降解塑料，可作為包裝材料使用，以聚氯乙烯為取代目標(biāo)。美國開發(fā)了一種熱塑性淀粉材料，是以變性淀粉為主，且配有少量其它生物降解性添加劑的天然聚合物材料，淀粉含量高達(dá)90%～100%，材料的性能類似于聚苯乙烯，可完全生物降解，且降解可控，產(chǎn)品廣泛用于醫(yī)用器材、包裝材料。

第61頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

化學(xué)合成型生物降解高分子：該類生物降解高分子材料多是在分子結(jié)構(gòu)中引入酯基結(jié)構(gòu)的聚酯。工業(yè)化的有聚乳酸(PLA)和聚己內(nèi)酯(PCL)。PLA在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)被認(rèn)為是最重要的可完全生物降解的高分子。由于制備工藝、成本的限制，該類材料的研究起步較晚，但越來越受到重視。由于可完全降解，所以應(yīng)用前景較好，但是降解機(jī)理仍不完全清楚。第62頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

微生物合成高分子材料是由生物通過各種碳源發(fā)酵制得的一類高分子材料，主要包括微生物聚酯、聚乳酸及微生物多糖，此種產(chǎn)品的特點(diǎn)是能完全生物降解。研究發(fā)現(xiàn)，有許多可用于合成微生物聚酯的細(xì)菌，一般發(fā)酵底物是C1-C5的化合物。聚β-羥基丁酸酯(PHB)是細(xì)菌與藻類的貯存產(chǎn)物，70年代由英國ICI公司開發(fā)成功并進(jìn)行生產(chǎn)，可以完全生物降解,但力學(xué)和熱學(xué)性能不佳。為了改善這一點(diǎn)，另一家公司開發(fā)了β-羥基丁酸與β-羥基戊酸(HV)的共聚物，得到了性能良好，可完全生物降解的高分子材料。0.025mm厚的PHB或PHB-HV膜在海水中6周已穿孔,堆肥7周可降解70%～80%。PHB-HV可以制成瓶、膜和纖維,應(yīng)用廣泛。第63頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)光降解高分子

在制備塑料時,通過向塑料基體中加入光敏劑,使其在光照條件下可誘發(fā)光降解反應(yīng)，此類塑料稱為光降解塑料。光降解引發(fā)劑有很多種,包括過渡金屬的各種化合物,如:鹵化物、乙?；猁}、二硫代氨基甲酸鹽、脂肪酸鹽、羥基化合物、多核芳香族化合物、酯以及其它一些聚合物。第64頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

不同壽命的降解高分子材料還可以通過改變Ni,Co等穩(wěn)定二硫代氨基甲酸鹽和Fe,Cu等二硫代氨基甲酸鹽的比例得到。此外聯(lián)二茂鐵也可以引發(fā)光降解反應(yīng),其降解速度與光敏劑含量有關(guān)。在自然條件下測試出光敏劑含量與降解速度的曲線，就可以根據(jù)該材料的使用期限選擇適當(dāng)?shù)挠昧?。?5頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

除了以上光降解高分子外,還有一類重要的合成光降解高分子，即通過共聚反應(yīng)將羰基型感光基團(tuán)引入高分子鏈而賦予其光降解特性。光降解活性的控制則是通過改變羰基基團(tuán)含量來實(shí)現(xiàn)。已經(jīng)工業(yè)化的此類合成光降解高分子有乙烯-乙烯酮共聚物和乙烯-CO共聚物。第66頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)光和生物雙降解高分子

光-生物雙降解高分子材料，具有光、生物雙降解功能,它將光敏劑體系的光降解機(jī)理與淀粉的生物降解機(jī)理結(jié)合起來,一方面可以加速降解,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。第67頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月光降解和生物降解的結(jié)合不僅提高了材料降解的可控性，而且還克服了單純光降解材料在陽光不足或非光照條件下難降解以及單純淀粉塑料在非微生物環(huán)境條件下難降解的問題。第68頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

生物降解高分子材料的一大應(yīng)用領(lǐng)域是在農(nóng)業(yè)上。在適當(dāng)?shù)臈l件下，可生物降解高分子材料經(jīng)有機(jī)降解成為混合肥料,或與有機(jī)廢物混合堆肥。特別是用甲殼素/殼聚糖制備的生物降解高分子材料或含有甲殼素/殼聚糖的生物降解高分子材料,其降解產(chǎn)物不但有利于植物生長，還可改良土壤環(huán)境。第69頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

降解高分子當(dāng)前存在的問題主要是價格昂貴,難以推廣利用。淀粉填充型塑料降而不解,生物降解塑料的用后處理需要全面的堆肥建設(shè)。另外,降解塑料自身技術(shù)如更合理的工藝配方、準(zhǔn)確的降解時控性、用后快速降解性、徹底降解性以及邊角料的回收利用技術(shù)等還有待進(jìn)一步提高和完善。第70頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月高分子吸附劑吸附劑的分類(1)非離子型高分子吸附劑非離子型吸附樹脂主要是指在分子結(jié)構(gòu)中不包含離子性基團(tuán)，主要依靠分子間范德華力進(jìn)行吸附的高分子樹脂。它主要用在色譜分離中作為載體和固定相、環(huán)境保護(hù)中作為污染物富集材料、動植物中有效成分的分離提取與純化過程中。非離子型高分子吸附劑品種較多，根據(jù)極性大小可以分成非極性、弱極性、中等極性和強(qiáng)極性四種。按照聚合物骨架類型，可分成聚苯乙烯型、聚丙烯酸型等。第71頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)金屬陽離子配位型吸附劑金屬陽離子配位型吸附劑又稱為高分子螯合劑，是一類重要的功能高分子。其特征是高分子骨架上連接有能夠?qū)饘匐x子進(jìn)行配位的螯合功能基，對多種金屬離子具有選擇性螯合作用，因此這類吸附樹脂能夠濃縮和富集各種金屬離子。

作為吸附劑使用的高分子螯合劑主要有兩類：一類是合成型高分子螯合樹脂；另一類是天然高分子螯合劑。第72頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

具有螯合功能的高分子需要滿足兩方面的要求：首先是要含有配位基團(tuán)，其次是配位基團(tuán)在高分子骨架上排布合理，以保證螯合過程對空間構(gòu)型的要求。螯合基團(tuán)是一類含有多個配位原子的功能基團(tuán)，目前最常見的配位原子是具有給電子性質(zhì)的第五族到第七族元素，主要是O、N、S、P、As、Se等。第73頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)離子型吸附樹脂這種高分子材料的骨架中含有某些酸性或堿性基團(tuán)，在溶液中解離后分別能夠與陽離子或陰離子通過靜電引力結(jié)合生成鹽，其中最常見的是離子交換樹脂。離子型吸附樹脂主要有兩部分結(jié)構(gòu)：一部分是高分子骨架，其作用是擔(dān)載離子交換基團(tuán)以及為離子交換過程提供必要的空間和動力學(xué)條件；另一部分是離子交換基團(tuán)，它是離子交換能力和吸附選擇性的決定因素。第74頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)聚合物骨架上所帶離子交換基團(tuán)的性質(zhì)不同，可以分成強(qiáng)酸型、弱酸型、強(qiáng)堿型、弱堿型、酸堿兩性和氧化還原幾種。另外一種使用更為廣泛的分法是根據(jù)樹脂所交換離子的荷電特征分成陽離子型和陰離子型。

第75頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

離子型吸附樹脂的主要功能之一是對相應(yīng)的離子進(jìn)行離子交換，交換次序取決于離子交換基團(tuán)與被交換離子的親和能力的差異，而這些差異又取決于多種因素，例如離子半徑、價態(tài)、軟硬度、化學(xué)組成和立體結(jié)構(gòu)等等。

第76頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月一般來說，由于使用目的和條件的不同，對離子型吸附樹脂有不同的具體要求：a.良好的穩(wěn)定性；b.良好的耐溶劑性質(zhì)；c.良好的機(jī)械性能；d.具有一定的離子交換容量；e.對特定離子應(yīng)具有選擇性吸附能力；f.具有較大的比表面積、適宜的孔徑和孔隙率。第77頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月吸水性高分子吸附劑

高吸水性樹脂的研究始于60年代，世界上最早開發(fā)的一種高吸水性樹脂是淀粉-丙烯氰接枝共聚水解產(chǎn)物，即在淀粉上接枝丙烯氰然后水解而成。

第78頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月按原料組成分：改性的天然高分子（包括淀粉類和纖維素類）全人工合成的高分子（包括聚丙烯酸系樹脂、聚丙烯氰系樹脂、聚乙烯醇系樹脂、聚環(huán)氧乙烷系樹脂等）通常情況下，纖維素類高吸水性樹脂的吸水能力比淀粉類樹脂低，但是吸水速度快是其特點(diǎn)之一，在一些特殊情況下卻是淀粉類樹脂所不能取代的。第79頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月高吸水性樹脂的結(jié)構(gòu)特征a.分子中具有強(qiáng)親水性基團(tuán)，如羥基、羧基，能夠與水分子形成氫鍵；b.樹脂具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)；c.聚合物內(nèi)部具有較高的離子濃度；d.聚合物具有較高的分子量

第80頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月吸油性高分子

高吸油性樹脂是一種新型的功能高分子材料,對于不同種類的油，少則可吸自重的幾倍,多則近百倍,吸油量大、吸油速度快且保油能力強(qiáng)，在工業(yè)的廢液處理以及環(huán)境保護(hù)方面具有廣泛的用途。另外可作橡膠改性劑、油霧過濾材料、芳香劑和殺蟲劑的基材、紙張?zhí)砑觿┑?。?1頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月高吸油性樹脂的結(jié)構(gòu)特征：

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)部具有一定微孔結(jié)構(gòu)。由于分子內(nèi)親油基的鏈段和油分子的溶劑化作用，高吸油性樹脂發(fā)生膨潤。基于交聯(lián)的存在，該樹脂不溶于油中。由此可見,交聯(lián)度和親油性基團(tuán)與高吸油性樹脂的性能有密切關(guān)系。第82頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)將高吸油性樹脂投入油中時,剛開始是分子擴(kuò)散控制,當(dāng)一定量的油分子進(jìn)入后，油分子和高分子鏈段發(fā)生溶劑化作用，此時由于油分子進(jìn)入得還比較少，尚不足以使高分子鏈段伸展開，實(shí)際上仍然卷曲纏結(jié)著，因此仍然是分子擴(kuò)散控制；當(dāng)油分子進(jìn)入足夠多，溶劑化作用也足夠強(qiáng)了，鏈段伸展開來，網(wǎng)絡(luò)中只有共價鍵交聯(lián)的交聯(lián)點(diǎn)存在，這時才開始是由熱力學(xué)推動力推動(即由熱力學(xué)不平衡態(tài)向平衡態(tài)方向進(jìn)行)。當(dāng)高分子充分溶脹，從高分子彈性力學(xué)模型可知，高分子鏈伸展到一定程度會慢慢回縮,即存在彈性回縮力，最終達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)。第83頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

吸附性高分子材料主要是指那些對某些特定離子或分子有選擇性親和作用的高分子材料，從外觀形態(tài)上看，主要有微孔型、大孔型、米花型和大網(wǎng)狀樹脂幾種。

吸附樹脂的吸附性不僅受到結(jié)構(gòu)和形態(tài)等內(nèi)在因素的影響，還與使用環(huán)境關(guān)系密切：溫度因素(2)樹脂周圍的介質(zhì)流動相的流速、溶液黏度和被吸附物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)等

第84頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用：水處理水的軟化，脫堿；水的脫鹽；高純水制備糖及多元醇的處理葡萄糖脫色精制，蔗糖、甜菜糖漿的軟化、脫色精制；甘油純化工業(yè)廢水處理含鉻、汞、銅廢水處理；含金、銀廢水處理及回收原子能工業(yè)鈾、釷的提煉；反應(yīng)堆用水的凈化；放射性廢水的處理催化劑蔗糖的轉(zhuǎn)化；酯化反應(yīng)；水解反應(yīng)；烷基化反應(yīng)；縮合反應(yīng)制藥工業(yè)抗菌素的分離提煉精制；生化藥物的分離精制；氨基酸、蛋白質(zhì)的分離；生物堿的分離；藥物添加劑第85頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月在農(nóng)業(yè)方面，由于具有驚人的吸水能力，常常作為農(nóng)用保水劑，施用于土壤中時吸收的水分可以被植物吸收利用，并能在作物根系周圍形成一個局部濕潤的環(huán)境，對作物來說相當(dāng)于一個微型水源。在沙漠和荒漠中進(jìn)行綠化，高吸水性樹脂能夠發(fā)揮非常重要的作用。水果、蔬菜在一般條件下難以保鮮，用高吸水性樹脂開發(fā)出一種可調(diào)節(jié)水分的包裝薄膜，用于包裝果蔬，可在一定程度上調(diào)節(jié)局部體系的氣氛、濕度，從而控制水果、蔬菜的呼吸代謝。第86頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

建筑方面，將高吸水性樹脂與其他高分子材料混合后，可以加工成止水帶，在土建工程中是理想的止水材料。利用吸水膨脹性能，添加到其他建筑材料中，可以作為水密封材料，用于堵漏。

衛(wèi)生用品制造方面是應(yīng)用最早，也是現(xiàn)在使用量最多的領(lǐng)域之一。采用高吸水性樹脂可以將婦女衛(wèi)生經(jīng)做的更薄，保水效果更好，提高運(yùn)動自由度和著裝感；做成紙尿褲，由于鎖住水分，感覺更舒適。

在醫(yī)療方面，吸水樹脂凝膠可抑制血漿蛋白質(zhì)和血小板的粘著，因而可作抗血栓材料。另外用高吸水性樹脂制成的人工腎過濾材料，可以調(diào)節(jié)血液中的水分含量。第87頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月三廢處理

由于高吸油性樹脂的密度低,可以浮在水面上,因而處理水面浮油效果非常好,特別是對海洋石油以及運(yùn)輸泄漏非常有效。當(dāng)和其它材料組合形成的復(fù)合材料,如用無紡布包覆粒狀固體(形狀可調(diào)節(jié)),可以替代傳統(tǒng)的吸油墊,如聚丙烯墊、聚苯乙烯墊等。也有直接應(yīng)用樹脂粒子的懸浮液,粒狀固體水漿(濃度50%～60%),從油水混合體系中分離除去油,將工業(yè)污水經(jīng)過處理后再排放到江湖中。第88頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月芳香劑、殺蟲劑、誘魚劑基材將吸收了如芳香劑的高吸油性樹脂放在空氣中,樹脂中的有機(jī)液由于在樹脂與周圍環(huán)境之間存在著濃度梯度,會緩慢地釋放出來。如,日本觸媒制造的外觀透明的片狀固體材料的高吸油性樹脂,可用作芳香劑或殺蟲劑的載體基材。作為合成樹脂的改性添加劑作為儲油設(shè)備密封材料的添加改性劑,將高吸油性樹脂和纖維基材以及合成橡膠粘合劑等混合制成各種形狀的密封材料,具有極好的油封性能,且當(dāng)油溶脹后,強(qiáng)度損失很小，其中高吸油性樹脂占5%～30%(質(zhì)量)。第89頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月高分子功能膜高分子功能膜的分類按構(gòu)成膜的材料分——天然高分子膜、有機(jī)合成高分子膜按膜的結(jié)構(gòu)分(a)對稱膜——疏松的多孔膜和致密的無孔膜(b)非對稱膜——多孔膜、疊合膜和復(fù)合膜(c)離子交換膜按分離過程推動力分——壓力差膜、濃度差膜、溫度差膜和電位差膜第90頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)按膜材料的宏觀外形結(jié)構(gòu)分(a)管狀膜：容易清洗，適用于分離濃度很高或者污物較多的場合，但是使用密度較小，在一定使用體積下，有效分離面積最小。(b)中空纖維膜：主要應(yīng)用于血液透析設(shè)備和人工腎臟的制備，缺點(diǎn)就是容易在使用中受到污染，一旦污染較難清洗。(c)平面型分離膜：容易制作，使用方便，成本低廉；包括無支撐型、支撐型和增強(qiáng)型三類。第91頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

被分離材料能夠從膜的一側(cè)克服膜材料的阻礙穿過分離膜，需要有特定的內(nèi)在因素與合適的外在條件。從目前掌握的材料看，膜分離作用有兩種形式：即過篩作用和溶解擴(kuò)散作用。

過篩作用類似于物理過篩過程，與常見的篩網(wǎng)材料相比，膜的孔徑要小的多。被分離物能否通過篩網(wǎng)取決于物質(zhì)粒徑尺寸和網(wǎng)孔的大小。

溶解擴(kuò)散作用是指當(dāng)膜材料對某些物質(zhì)具有一定溶解能力時，在外力作用下被溶解物質(zhì)能夠在膜中擴(kuò)散運(yùn)動，從膜的一側(cè)擴(kuò)散到另一側(cè)，再離開膜。這種作用形式在用密度膜對氣體進(jìn)行分離和用反滲透膜對溶質(zhì)與溶液進(jìn)行分離的過程中起主要作用。第92頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月膜制備材料

天然高分子材料類——主要包括改性纖維素及其衍生物類，原料易得，成膜性能好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，多用于透析、微濾、超濾、反滲透、膜蒸發(fā)和膜電泳等場合。近年來，甲殼素類海藻酸鈉類成為了新的分離膜制備材料。聚烯烴類——包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺等。主要用于制備微濾、超濾、密度膜等。聚酰胺類——尼龍66，機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，高溫性能優(yōu)良。聚砜類含氟高分子材料有機(jī)硅聚合物類高分子電解質(zhì)類第93頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)反滲透膜反滲透膜主要是不對稱膜、復(fù)合膜和中空纖維膜。不對稱膜的表面活性層上的微孔很?。s2nm），大孔支撐層為海綿狀結(jié)構(gòu)；復(fù)合膜由超薄膜和多孔支撐層等組成。超薄膜很薄，只有0.4m，有利于降低流動阻力，提高透水速率；中空纖維反滲透膜的直徑極小，壁厚與直徑之比比較大，因而不需支持就能承受較高的外壓。第94頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚等。醋酸纖維素膜透水量大，脫鹽率高，價格便宜，應(yīng)用普遍。芳香聚酰胺膜具有優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度，化學(xué)性能穩(wěn)定，耐壓實(shí)，能在pH值4-10的范圍內(nèi)使用。聚苯并咪唑反滲透膜則能耐高溫，吸水性好，適用于在較高溫度下的作業(yè)。第95頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

反滲透裝置已成功地應(yīng)用于海水脫鹽，并達(dá)到飲用級的質(zhì)量。海水淡化的原理是利用只允許溶劑透過，不允許溶質(zhì)透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。用RO(ReverseOsmosis

)進(jìn)行海水淡化時，因其含鹽量較高，除特殊高脫鹽率膜以外，一般均須采用二級RO淡化。但是海水脫鹽成本較高，目前主要用于特別缺水的中東產(chǎn)油國。第96頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)超濾膜

超濾膜是指具有從1-20nm細(xì)孔的多孔質(zhì)膜，它幾乎可以完全將含于溶液中的病毒、高分子膠體等微粒子截留分離。超濾膜的分離性能就是用它所截留物質(zhì)的分子量大小來定義的。超濾所用的膜為不對稱膜，它的特點(diǎn)是膜斷面形態(tài)的不對稱性。它是由表面活性層與大孔支撐層兩層組成，表面活性層很薄，厚度0.1-1.5m，膜的分離性質(zhì)主要取決于這一層。支撐層的厚度為50-250m，起支撐作用，它決定膜的機(jī)械強(qiáng)度，呈多孔狀。第97頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月超濾膜分離技術(shù)主要用于分離溶液中的大分子、膠體微粒。通過膜的篩分作用將溶液中大于膜孔的大分子溶質(zhì)截留，是溶質(zhì)分子與小分子溶劑分離的膜過程

。第98頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)微濾膜微濾膜是指孔徑范圍為0.01-10μm的多孔質(zhì)分離膜，它可以把細(xì)菌、膠體以及氣溶膠等微小粒子從流體中比較徹底地分離除去。流體中含有粒子的濃度不同，微濾膜的使用方式也不同。當(dāng)濃度較低時，常常使用一次性濾膜；當(dāng)濃度較高時，需要選擇可以反復(fù)使用的膜。

第99頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)氣體分離膜氣體分離中常用的高分子膜，是非對稱的或復(fù)合膜，其膜表層為致密高分子層，即非多孔高分子膜。這種膜材料需要具有優(yōu)良的滲透性。

第100頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月膜反應(yīng)器和膜催化膜過程初期的應(yīng)用往往只利用一種膜分離過程以解決實(shí)際問題。利用多種膜過程聯(lián)合解決實(shí)際問題稱為集成膜過程。膜過程和其他化工過程的聯(lián)合叫雜化膜過程，它代表了膜過程發(fā)展的新趨勢。膜反應(yīng)器是膜和化學(xué)反應(yīng)或生物反應(yīng)相結(jié)合的系統(tǒng)或設(shè)備，在反應(yīng)系統(tǒng)中引入膜技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化反應(yīng)過程的目標(biāo)。第101頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)產(chǎn)物原位分離膜反應(yīng)技術(shù)適用于可逆反應(yīng)、串聯(lián)反應(yīng)和產(chǎn)物抑制體系，以提高反應(yīng)效率。第102頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)反應(yīng)物控制輸入膜反應(yīng)技術(shù)對于高濃度反應(yīng)物會加速副反應(yīng)速度或影響產(chǎn)物品質(zhì)的體系，控制輸入膜反應(yīng)技術(shù)可以有效的降低反應(yīng)物中B的濃度，達(dá)到提高反應(yīng)選擇性的目的。第103頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)多相膜反應(yīng)和萃取膜反應(yīng)親水的含有脂肪酶的酶膜將反應(yīng)器分隔為兩部分。酶的一邊流過溶于有機(jī)相的L、D酯混合物，另一邊流過水相吹掃流。L-酯通過相間分配傳遞進(jìn)入酶膜，被脂肪酶水解為水溶性產(chǎn)物L(fēng)-酸。而D-酯因脂肪酶的高水解選擇性而不參與反應(yīng)，也不溶于水相，將隨著底物流離開反應(yīng)器，從而將消旋的L、D酯拆分。第104頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(5)催化膜在膜反應(yīng)器中，利用膜的載體功能將催化劑固定在膜的表面或膜內(nèi)來制備催化膜。有些膜材料本身就具有催化活性。在反應(yīng)涉及加氫、脫氫、氧化以及與氧的生成有關(guān)的體系時，則常采用金屬膜、固體電解質(zhì)膜，這些膜具有選擇性透過氫和氧的能力。隔膜催化技術(shù)有效性的主要特征是生產(chǎn)率和選擇率。生產(chǎn)率是由通過隔膜以及隔膜表面上反應(yīng)物和生成物的分離率來決定的。第105頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用：(1)環(huán)境保護(hù)廢水處理——各種工業(yè)廢水用膜法處理時，可收到回收有用物質(zhì)和使排放污水達(dá)標(biāo)的雙重作用。UF（超濾）和RO膜可用于電影照相工業(yè)中廢顯影液的回用、紡織工業(yè)中纖維用乳化油劑的回收、聚乙烯醇退漿水處理及印染廢水中染料的回用、汽車工業(yè)中電泳漆的回收、電鍍工業(yè)含鉻廢水處理、造紙工業(yè)黑液處理、石油工業(yè)含油廢水處理等。城市污水的三級處理采用水池曝曬、生物反應(yīng)器和微濾。第106頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)工業(yè)發(fā)達(dá)導(dǎo)致的水質(zhì)下降使人們對飲用水的要求愈來愈高，家用凈水器(超濾加活性炭吸附)有著廣闊的市場。瓶裝飲用水已從礦泉水?dāng)U大到蒸餾水、太空水(均系經(jīng)RO過濾的純水)。軟飲料裝瓶前大都已經(jīng)微濾除菌，生啤酒(扎啤)和低度酒(如干葡萄酒等)經(jīng)微濾除菌可延長其保質(zhì)期。第107頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月果汁的濃縮(尤其是我國的一些名貴水果品種)和茗茶汁的濃縮是食品工業(yè)的重要方面。美國南卡羅來納洲農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)站已開始用金屬膜直接超濾蘋果漿。將蘋果破碎后，在50℃的溫度下用果膠酶和纖維素酶處理2小時，不經(jīng)榨汁，再以21-70個大氣壓力送入直徑為3.12cm的金屬管狀膜內(nèi)進(jìn)行超濾。這樣既節(jié)省了榨汁工序，又能得到85%的清汁和86%的芳香物。第108頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)水資源再利用隨著生活水平的提高，人均耗水量也不斷上升，所有大城市幾乎都面臨水荒問題。除節(jié)約用水之外，水資源的再利用也是重要措施。RO（逆滲透）海水脫鹽制水在1988年全球的總能力已超1000萬m3/d?？嘞趟牡缘蛪耗鏉B透和EDR法為主。工業(yè)用水和生活用水的再利用也可通過UF（超濾）、NF（納濾）來解決。日本大型高層建筑均配備水再利用的裝置。夾帶固體雜質(zhì)較多的還需要有沉降絮凝等輔助設(shè)備。第109頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月日本醫(yī)學(xué)家將蠶絲溶解、干燥制成一種超純絲素膜,附上與抗原反應(yīng)的單克隆抗體后,即可用來診斷癌癥。美國波音公司最近發(fā)明一種能將陽光聚集并轉(zhuǎn)換為電能蓄貯使用的新型薄膜電池。這種薄膜電池分兩層,第一層材料由砷化鎵和銻化鎵組成；第二層材料是銅銦二硒化合物。在模擬太空環(huán)境下工作時,它幾乎把37%的太陽能轉(zhuǎn)換成電能。東京工業(yè)大學(xué)最近開發(fā)出僅有一個分子厚的塑料薄膜，這種薄膜是用聚酰亞胺樹脂制成的,為目前世界上最薄的膜。它可用作砷化鎵半導(dǎo)體的絕緣膜和液晶顯示器的基盤膜等。第110頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月生物、醫(yī)用高分子醫(yī)用高分子材料是一類可對有機(jī)體組織進(jìn)行修復(fù)、替代與再生的具有特殊功能的合成高分子材料,可以通過聚合等方法進(jìn)行制備,是生物醫(yī)用材料的重要組成之一。

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