功能高分子材料綜述.doc

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)計(jì)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)功能高分子材料、光功能高分子材料、電、磁功能高分子材料、聲功能高分子材料、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，以及從半定量深入到定量，從化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)原理來(lái)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、光功能高分子、電功能高分子、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；高分子；高分子材料；功能材料；功能高分子材料的定義為：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(duì)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(kāi)發(fā)應(yīng)用的科學(xué)，應(yīng)稱為功能高分子材料科學(xué)。功能高分子材料科學(xué)是研究功能高分子材料規(guī)律的科學(xué)，是高分子材料科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速，與其他科學(xué)領(lǐng)域交叉度最高的一個(gè)研究領(lǐng)域。它是建立在高分子化學(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(duì)物質(zhì)、能量、信息具有傳輸、轉(zhuǎn)換或貯存作用的高分子及其復(fù)合材料的一類高分子材料，有時(shí)也被稱為精細(xì)高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(lái)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定功能的高分子材料。它們之所以具有特定的功能，是由于在其大分子鏈中結(jié)合了特定的功能基團(tuán)，或大分子與具有特定功能的其他材料進(jìn)行了復(fù)合，或者二者兼而有之。例如吸水樹(shù)脂，它是由水溶性高分子通過(guò)適度交聯(lián)而制得，遇水時(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定功能（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）而制得的一類高分子。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，不僅決定于高分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)單元的序列分布、分子量及其分布、支化、立體結(jié)構(gòu)等一級(jí)結(jié)構(gòu)，還決定于高分子鏈的構(gòu)象、高分子鏈在聚集時(shí)的高級(jí)結(jié)構(gòu)等，后者對(duì)生物活性功能的顯示更為重要。1 功能高分子材料研究1.1 導(dǎo)電高分子材料近幾年來(lái)，導(dǎo)電性高分子的研究取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，形成了一個(gè)十分活躍的邊緣學(xué)科領(lǐng)域，它對(duì)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(duì)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)定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)電高分子材料根據(jù)材料的組成可以分成復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料(composite conductive polymers)和本征型導(dǎo)電高分子材料(intrinsic conductive polymers)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(guò)分散、層合、梯度復(fù)合、表面鍍層等復(fù)合方式構(gòu)，其導(dǎo)電作用主要通過(guò)其中的導(dǎo)電材料來(lái)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(chǎng)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(duì)最終制品的性能影響很少。本征導(dǎo)電高分子材料也被稱為結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料(structure conductive polymes)，其高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)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)電高分子材料的發(fā)展史只有短短的30年，但當(dāng)前導(dǎo)電高分子聚合物在國(guó)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，走向了實(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)主要方面高導(dǎo)電性，通過(guò)復(fù)合、改變分子結(jié)構(gòu)等手段挖掘?qū)щ姼叻肿硬牧蠞撛谛阅?。最近已成功研制出?dǎo)電率達(dá)3000S/cm的聚苯乙炔，其中包括光、電、磁之間的轉(zhuǎn)換，改善穩(wěn)定性、可加工性。提高導(dǎo)電材料的實(shí)用性，按實(shí)用要求確定攻關(guān)方向。多行業(yè)多學(xué)科交叉結(jié)合，開(kāi)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)用高分子材料是一類可對(duì)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高分子材料，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)用高分子材料可以通過(guò)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(zhǎng)期植入材料具有良好的生物穩(wěn)定性和物理、機(jī)械性能，易加工成型，原料易得，便于消毒滅菌，因此受到人們普遍關(guān)注，已成為生物材料中用途最廣、用量最大的品種，近年來(lái)發(fā)展需求量增長(zhǎng)十分迅速。醫(yī)用高分子材料需長(zhǎng)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(duì)周圍組織不會(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(zhǎng)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(guò)程而不變形；(8) 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)、人工骨、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(kāi)發(fā)之中。 從應(yīng)用情況看，人工器官的功能開(kāi)始從部分取代向完全取代發(fā)展，從短時(shí)間應(yīng)用向長(zhǎng)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(jué)器官、人工肢體發(fā)展。 醫(yī)用高分子材料研發(fā)過(guò)程中遇到的一個(gè)巨大難題是材料的抗血栓問(wèn)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(duì)高分子材料的抗血栓性研制是醫(yī)用高分子研究中的關(guān)鍵問(wèn)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(wèn)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)和表面、界面科學(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?jī)r(jià)值，所以成為近些年來(lái)材料科學(xué)領(lǐng)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)高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，甚至是納米絲、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，涉及的范圍很廣，廣義上說(shuō)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圍(1 nm100nm) 內(nèi)，就可將其看為高分子納米復(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(duì)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)和其協(xié)同性能、高聚物基體的結(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)合材料的涉及面較寬，包括的范圍較廣，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高分子及納米單元和高分子同時(shí)生成。由于高分子納米復(fù)合材料既能發(fā)揮納米粒子自身的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子效應(yīng)，以及粒子的協(xié)同效應(yīng)，而且兼有高分子材料本身的優(yōu)點(diǎn)，使得它們?cè)诖呋?、力學(xué)、物理功能等方面呈現(xiàn)出常規(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甾醇苯甲酸酯結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)。第二年，德國(guó)物理學(xué)家萊曼通過(guò)偏光顯微鏡發(fā)現(xiàn)這種材料具有雙折射現(xiàn)象，并提出了“液晶”這一學(xué)術(shù)用語(yǔ)，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。液晶高分子材料發(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(guó)都加大投入了圍繞研究與開(kāi)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，生物性高分子液晶和高分子液晶膜等。由于它們的特殊性能將會(huì)有非常廣闊的重要應(yīng)用前景。例如，吳壁耀等報(bào)道了具有肉桂酸酯側(cè)鏈基的熱熔型高分子液晶的光交聯(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高分子膜。由于液晶高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)也影響了大分子鏈鍘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(kāi)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?？梢钥隙?，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、信息記錄材料、功能膜及非線性光學(xué)材料等方面的開(kāi)發(fā)中必將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。6 高分子染料高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(guò)一定的化學(xué)反應(yīng)將發(fā)色基團(tuán)引入高分子的主鏈或側(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(duì)光的選擇吸收性和多彩性。高分子染料可依據(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。本文以染料發(fā)色體與高分子骨架的相對(duì)位置將高分子染料分為嵌段式高分子染料、垂掛式高分子染料以及金屬絡(luò)合高分子染料。大分子骨架和發(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面。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)電方面也都有廣泛的應(yīng)用前景。高分子染料是一種有前途的功能高分子材料，對(duì)于它的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用都還有很大潛力可挖。同時(shí)對(duì)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 感光高分子材料感光性高分子是指具有感光性質(zhì)的高分子材料。當(dāng)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，從而引起圖像的出現(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高分子產(chǎn)品，它可分為陽(yáng)圖PS版和陰圖PS版兩大類。由于印刷業(yè)對(duì)于板材在質(zhì)量上的嚴(yán)格要求和巨大需要，必然給感光高分子帶來(lái)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)上提出的。以后這種技術(shù)不僅應(yīng)用于照相制版上，而且廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)和機(jī)密機(jī)械加工等方面，并隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，蝕刻的精度不斷提高，由制作毫米級(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)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展是和這種微細(xì)加工技術(shù)的高靈敏度、高反差光致抗蝕劑的出現(xiàn)分不開(kāi)的。7 其他高分子材料7.1 高分子表面活性劑7.1.1 概述分子中具有親水基與疏水基，能富集(吸附)于界面，使界面性質(zhì)發(fā)生顯著改變而出現(xiàn)界面活性的物質(zhì)稱為表面活性劑。而高分子表面活性劑是指相對(duì)分子質(zhì)量在數(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面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鈉和各種淀粉。1951年Strauss將含有表面活性基團(tuán)的聚合物聚1-十二烷基-4-乙烯吡啶溴化物命名為聚皂，從而出現(xiàn)了合成高分子表面活性劑。1 9 5 4 年，美國(guó)Wyandotte公司報(bào)道了非離子型高分子表面活性劑聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物的合成，并將其進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)( 商品名為Pluronics)，以后，各種合成高分子表面活性劑相繼開(kāi)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高分子表面活性劑按離子分類，可分為陰離子型、陽(yáng)離子型、兩性型和非離子型四種高分子表面活性劑，如表1 所示。高分子表面活性劑按來(lái)源分類可分為天然高分子表面活性劑和合成高分子表面活性劑，前者包括半合成高分子表面活性劑。天然高分子表面活性劑是從動(dòng)植物分離、精制而得到的兩親性水溶性高分子。由海藻制得的藻朊酸，由植物制取的愈瘡膠和黃原膠等樹(shù)脂膠類；從動(dòng)物制取的酪朊和白朊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。天然高分子表面活性劑具有優(yōu)良的增粘性、乳化性、穩(wěn)定性和結(jié)合力，并且具有很高的無(wú)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)。合成高分子表面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(guò)合成高分子化合物改性而制得。根據(jù)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以得到各種各樣的高分子表面活性劑。合成高分子表面活性劑有著廣闊的應(yīng)用前景，有關(guān)高分子表面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 高分子表面活性劑的特性功能和低分子表面活性劑相比，高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，可形成單分子膠束或多分子膠束；(2)溶液粘度高，成膜性好；(3)具有很好的分散、乳化、增稠、穩(wěn)定以及絮凝等性能，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(wú)毒的，具有環(huán)境友好性；(5)降低表面張力和界面張力的能力較弱，且表面活性隨分子量的升高急劇下降，當(dāng)疏水基上引入氟烷基或硅烷基時(shí)其降低表面張力的能力顯著增強(qiáng)。1 降低表面張力的能力因?yàn)楦叻肿颖砻婊钚詣┑挠H水鏈段和疏水鏈段在表面或界面間具有一定的取向性，所以具有降低表面張力和界面張力的能力，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面張力已有許多報(bào)道。2 乳化分散功能盡管分子量較高，有許多高分子表面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)，其分子的一部分可吸附在粒子表面，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高時(shí)，具有空間阻礙效應(yīng)，在單體液滴或聚合物粒子表面產(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)高分子表面活性劑分子量很高時(shí)，則吸附于許多粒子上，在粒子之間產(chǎn)生架橋，形成絮凝物，起到絮凝劑的作用。4 其它功能許多高分子表面活性劑本身起泡力不太好，但保水性強(qiáng)，泡沫穩(wěn)定性優(yōu)良，因?yàn)楦叻肿颖砻婊钚詣┓肿恿扛撸跃哂须S之而來(lái)的成膜性和粘附性等優(yōu)良性能。7.1.4 高分子表面活性劑的合成方法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，或由親油/親水單體共聚，可以制得高分子表面活性劑，該方法簡(jiǎn)便易行，單體種類選擇和組成變化范圍廣。2 縮合聚合通過(guò)縮聚反應(yīng)制備的聚酯、聚酰胺、烷基酚醛樹(shù)脂及聚氨酯類型高分子表面活性劑，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(kāi)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(kāi)環(huán)聚合，得到嵌段或無(wú)規(guī)高分子表面活性劑，結(jié)構(gòu)易于控制，可根據(jù)性能要求調(diào)節(jié)鏈段長(zhǎng)度和分布。利用開(kāi)環(huán)聚合合成高分子表面活性劑的典型代表是以丙二醇為起始劑制得的嵌段聚醚“Pluronics”系列以及以己二胺為起始劑制得的具有陽(yáng)離子特性的“Tatranics”系列嵌段聚醚。它們都是由環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷開(kāi)環(huán)聚合而成的。通過(guò)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 疏水性能的聚醚類高分子表面活性劑。近年來(lái)通過(guò)N-烷基環(huán)狀亞胺醚開(kāi)環(huán)反應(yīng)制備多嵌段共聚物。這些產(chǎn)物表面活性優(yōu)良，有良好的開(kāi)發(fā)前景，存在的問(wèn)題是離子聚合反應(yīng)條件較為苛刻，共聚物分子量仍然偏低(Mn 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(guò)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)的高分子表面活性劑。其優(yōu)點(diǎn)是可以直接用已商品化的聚合物作起始原料，得到的產(chǎn)物相對(duì)分子量較高，而缺點(diǎn)則是反應(yīng)通常需要在高粘度的聚合物溶液中進(jìn)行。如把長(zhǎng)鏈烷基引入到聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素中，或由磺化反應(yīng)把SO3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(guò)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(duì)高分子表面活性劑的需求必將日趨旺盛，人們對(duì)高分子表面活性劑的研究也在不斷深人，開(kāi)發(fā)新的品種和新的合成方法也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。盡管在解決高分子表面活性劑同時(shí)具有高摩爾質(zhì)量和高表面活性的問(wèn)題上已有一定進(jìn)展，但由于對(duì)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)量低于6 護(hù)歲3 的大分子表面活性劑水溶液體系，到目前為止具有超高分子量和高表面活性的高分子表面活性劑這一領(lǐng)域的研究仍然進(jìn)展緩慢。因此研究其結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，重視新型高分子表面活性劑的研究與開(kāi)發(fā)，合成高摩爾質(zhì)量高赫度、高表面活性的兩親高分子化合物，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，吸附性高分子材料正迅速進(jìn)入人們的生產(chǎn)和生活領(lǐng)域中，目前已經(jīng)成為重要的有機(jī)功能材料之一. 吸附性高分子材料主要是指那些對(duì)某些特定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(shù)脂： 對(duì)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) 親水性高分子吸水劑： 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)生用品等方面. ( 3) 金屬陽(yáng)離子配位型吸附劑：這種高分子材料的骨架上帶有配位原子或配位基團(tuán)，能與特定金屬離子進(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(shù)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(yáng)離子或陰離子相互以靜電引力生成鹽的趨勢(shì)，因而產(chǎn)生吸附作用. 最常見(jiàn)的有各種離子交換樹(shù)脂，它們被廣泛地用來(lái)富集和分離各種陰離子和陽(yáng)離子.2 按使用條件和外觀形態(tài)分類根據(jù)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(shù)脂： 外觀呈顆粒狀，在干燥狀態(tài)下樹(shù)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(shù)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，因此也稱為凝膠型樹(shù)脂. ( 2) 大孔型吸附樹(shù)脂： 特點(diǎn)是在干燥狀態(tài)下樹(shù)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(shù)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(shù)脂具有足夠的比表面積，其孔洞是永久性的.( 3) 米花狀吸附樹(shù)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(shù)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(shù)脂中存在的微孔可允許小分子通過(guò). ( 4) 交聯(lián)網(wǎng)狀吸附樹(shù)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(shù)脂是通過(guò)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，其吸附作用也不同. 吸附樹(shù)脂表現(xiàn)出的吸附能力與其結(jié)構(gòu)具有特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系.1 化學(xué)組成與功能基團(tuán)在高分子吸附劑中，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O，N，S 及P 等配位原子時(shí)，聚合物具有潛在的絡(luò)合能力，可作為高分子螯合劑. ( 2) 功能基團(tuán)的影響： 聚合物中功能基團(tuán)的性質(zhì)決定了吸附樹(shù)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(yáng)離子結(jié)合成鹽，具有對(duì)陽(yáng)離子交換和吸附能力； 當(dāng)連接季銨基團(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(shù)脂呈現(xiàn)出選擇性離子交換能力. ( 3) 分子極性的影響： 當(dāng)吸附樹(shù)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)，如引入氰基，將會(huì)使其轉(zhuǎn)化成中等極性或強(qiáng)極性吸附樹(shù)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(zhǎng)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(shù)脂吸附量及吸附選擇性的重要因素.3 吸附樹(shù)脂的宏觀結(jié)構(gòu)吸附樹(shù)脂的宏觀結(jié)構(gòu)主要對(duì)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(shù)脂的宏觀結(jié)構(gòu)對(duì)吸附過(guò)程產(chǎn)生的影響主要有兩方面： 一方面是樹(shù)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(shù)脂的吸附量、選擇性及穩(wěn)定性； 另一方面是孔徑大小、孔的長(zhǎng)度、孔徑分布及樹(shù)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)散過(guò)程和吸附速度，孔徑大小決定被吸附物的范圍和吸附速度，孔徑分布直接影響選擇性高低.7.2.3 高分子吸附劑的應(yīng)用1 水處理方面隨著工農(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高數(shù)十倍至數(shù)百倍. 因此，除去水中污染物及重金屬離子是高分子吸附劑的重要任務(wù).人用高分子吸附劑從動(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(duì)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(guò)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(shù)脂，并研究了該系列樹(shù)脂對(duì)Cu2+ ，Ni2+ 的靜態(tài)吸附性能. 結(jié)果表明，該系列樹(shù)脂對(duì)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(guò)堿化和磺化等處理制得球形纖維素，在引發(fā)劑的作用下將丙烯腈接枝到交聯(lián)后的球形纖維素骨架上，合成了球形羧基纖維素吸附劑，并對(duì)Cr3+ 的吸附和解吸進(jìn)行了研究. 結(jié)果表明，吸附過(guò)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 C1 溶液作解吸液，Cr3+ 的解吸率達(dá)85% 以上. 由此可見(jiàn)，高分子吸附劑不但可以用來(lái)去除廢水中的重金屬離子，而且可以用來(lái)回收海水中的金屬，應(yīng)用前景十分廣闊.2 醫(yī)藥衛(wèi)生方面高分子吸附劑被廣泛用在吸附血紅細(xì)胞中的膽紅素、去除腎衰竭患者血液中積累的毒性成分肌酐、生物制藥的分離純化、作緩釋藥物的基體、藥片藥丸的崩解劑及藥物微膠囊的皮膜等方面.張躍華等人以天然甲殼素為原料合成出珠狀高分子吸附劑，并研究了對(duì)非結(jié)合型膽紅素的吸附性能，指出交聯(lián)甲殼糖吸附劑對(duì)非結(jié)合型膽紅素有良好的吸附作用. 魏斌等人合成出含氨基和羥基的高分子吸附劑，并研究了對(duì)膽紅素的吸附性能，指出含氨基和羥基的吸附劑對(duì)膽紅素的吸附率可達(dá)80% 以上. 何炳林、顧覺(jué)奮、左曉霞等人分別研究了高分子吸附劑在血液凈化及在生物制藥分離等方面的作用，指出高分子吸附劑在微生物制藥及在微生物發(fā)酵液中分離、提取、濃縮和純化等方面發(fā)揮著重要的作用. 此外，高分子吸附劑還可以應(yīng)用于人工腎臟的過(guò)濾材料、人造皮膚、消炎止疼膏的凝化劑、隱形眼鏡的本體材料等方面.3 機(jī)械加工方面高分子吸附劑在機(jī)械加工領(lǐng)域中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)油中微量水的吸附. 當(dāng)機(jī)器在運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)油會(huì)被水污染，它會(huì)降低汽輪機(jī)油的性能及造成設(shè)備故障，所以除去油中微量的水就成為必須的環(huán)節(jié).Tanaka等人采用丙烯腈或其他聚合物纖維制成管狀脫水過(guò)濾器，利用纖維材料將油中細(xì)小、穩(wěn)定的水變成大的水滴，達(dá)到除水的目的. 該法對(duì)去除油中微量的水效果較好. 張秀玲等人合成了除去汽輪機(jī)油中微量水的高分子吸附劑，這種吸附劑可使汽輪機(jī)油中的水分降至0. 03% 以下. 它不但凈化效果好，成本低，而且不會(huì)改變汽輪機(jī)油的原有品質(zhì). 此外，利用高分子吸附劑去除氣體中有害成分的研究也有了一定進(jìn)展. 曹愛(ài)麗等人研制出一種新型高分子吸附劑，以丙烯腈、苯乙烯為共聚單體，二乙烯基苯為交聯(lián)劑，進(jìn)行致孔懸浮交聯(lián)共聚，制成多孔網(wǎng)絡(luò)狀樹(shù)脂，經(jīng)性能檢測(cè)能很好地吸附二氧化硫氣體，在常溫下的吸附量為0. 3 0. 4 g/ g.2 展望功能高分子材料是未來(lái)材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，現(xiàn)代多學(xué)科交叉的特點(diǎn)促進(jìn)了新型功能高分子材料的研究與發(fā)展，也孕育了新一代的功能高分子材料。由于高分子材料在結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性和多樣性，可以在分子結(jié)構(gòu)(包括支鏈結(jié)構(gòu)) 、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、共混、復(fù)合、界面和表面甚至外觀結(jié)構(gòu)等諸多方面，進(jìn)行單一或多種結(jié)構(gòu)的綜合利用，因此最大程度地滿足了其他高技術(shù)要求材料技術(shù)為他們提供的更多、更好的功能。隨著納米技術(shù)研究的深入，在分子、甚至原子水平上實(shí)現(xiàn)材料的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、復(fù)合與加工生產(chǎn)成為可能，材料的功能將會(huì)進(jìn)一步得到擴(kuò)展，呈現(xiàn)前所未有的創(chuàng)新?？梢灶A(yù)言，新一代功能高分子材料的春天已經(jīng)來(lái)臨，納米材料必將成為新世紀(jì)材料發(fā)展的主流，也必將對(duì)新世紀(jì)的高新技術(shù)如電子、生物技術(shù)、生命科學(xué)的研究產(chǎn)生極為深遠(yuǎn)的影響。7.2.4 展望隨著科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出大量具有高吸附量、高選擇性的吸附性高分子材料.各種離子交換樹(shù)脂被廣泛應(yīng)用于離子色譜分離、酸堿催化反應(yīng)等方面； 帶有各種配位基團(tuán)的高分子螯合劑在環(huán)境保護(hù)、物質(zhì)分離、化學(xué)分析中有著廣泛的應(yīng)用； 各種親脂性高分子吸附樹(shù)脂被大量用于含有各種功能團(tuán)的有機(jī)化合物、乳化劑、表面活性劑、潤(rùn)滑劑、氨基酸的分離及用于抗生素藥物、天然植物藥物的分離提純； 吸水性高的高分子樹(shù)脂可以吸收超過(guò)自身重量的水分，在干旱地區(qū)作為保水劑可以提高種子成活率，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。8 結(jié)語(yǔ)材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是工業(yè)革命的先導(dǎo)，關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全，是國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。高分子材料是現(xiàn)代工業(yè)和高新技術(shù)的重要基石，已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)以及國(guó)家安全不可或缺的重要保證。由于高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，因而高分子材料工業(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(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)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)的三大組成部分高分子化學(xué)、高分子物理和高分子工程也已經(jīng)日趨成熟。因此，量大面廣的通用高分子材料通過(guò)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 承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2003，(3) 2楊永芳，劉敏江 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)電高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，(7) 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，葉德勝 導(dǎo)電高分子材料 江西化工，2000，(4) 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