功能有機(jī)材料應(yīng)用調(diào)研報(bào)告

1、功能有機(jī)材料應(yīng)用調(diào)研報(bào)告 姓名：孫超 學(xué)號：1313070050 院系：化學(xué)與環(huán)境工程 專業(yè)：應(yīng)用化學(xué) 課題：（1）離子交換樹脂 （2）液晶高分子材料 離子交換樹脂吸附分離功能高分子主要包括離子交換樹脂和吸附樹脂。從廣義上講，吸附分離功能高分子還應(yīng)該包括高分子分離膜材料。離子交換樹脂是指具有離子交換基團(tuán)的高分子化合物。它具有一般聚合物所沒有的新功能離子交換功能，本質(zhì)上屬于反應(yīng)性聚合物。吸附樹脂是指具有特殊吸附功能的一類樹脂。 離子交換樹脂是一類帶有可離子化基團(tuán)的三維網(wǎng)狀高分子材料，其外形一般為顆粒狀，不溶于水和一般的酸、堿，也不溶于普通的有機(jī)溶劑，如乙醇、丙酮和烴類溶劑。常見的離子交

2、換樹脂的粒徑為0.31.2nm。一些特殊用途的離子交換樹脂的粒徑可能大于或小于這一范圍。離子交換樹脂的分類方法有很多種，最常用和最重要的分類方法有以下兩種（1）按交換基團(tuán)的性質(zhì)分類：可將離子交換樹脂分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩大類。陽離子交換樹脂可進(jìn)一步分為強(qiáng)酸型、中酸型和弱酸型三種。如RSO3H為強(qiáng)酸型，RPO(OH)2為中酸型，RCOOH為弱酸型。習(xí)慣上，一般將中酸型和弱酸型統(tǒng)稱為弱酸型。陰離子交換樹脂又可分為強(qiáng)堿型和弱堿型兩種。如R3NCl為強(qiáng)堿型，RNH2、RNRH和，RNR”2為弱堿型。（2）按樹脂的物理結(jié)構(gòu)分類：可將離子交換樹脂分為凝膠型、大孔型和載體型三類離子交換樹脂。最

3、主要的功能是離子交換，此外，它還具有吸附、催化、脫水等功能。 吸附樹脂的外觀一般為直徑為0.31.0 mm的小圓球，表面光滑，根據(jù)品種和性能的不同可為乳白色、淺黃色或深褐色。吸附樹脂的顆粒的大小對性能影響很大。粒徑越小、越均勻，樹脂的吸附性能越好。但是粒徑太小，使用時(shí)對流體的阻力太大，過濾困難，并且容易流失。吸附樹脂有許多品種，吸附能力和所吸附物質(zhì)的種類也有區(qū)別。但其共同之處是具有多孔性，并具有較大的表面積。吸附樹脂通常按其化學(xué)結(jié)構(gòu)分為以下幾類（1）非極性吸附樹脂：指樹脂中電荷分布均勻，在分子水平上不存在正負(fù)電荷相對集中的極性基團(tuán)的樹脂。代表性產(chǎn)品為由苯乙烯和二乙烯苯聚合而

4、成的吸附樹脂。（2）中極性吸附樹脂：這類樹脂的分子結(jié)構(gòu)中存在酯基等極性基團(tuán)，樹脂具有一定的極性。（3）極性吸附樹脂：分子結(jié)構(gòu)中含有酰胺基、亞砜基、腈基等極性基團(tuán)，這些基團(tuán)的極性大于酯基。（4）強(qiáng)極性吸附樹脂：強(qiáng)極性吸附樹脂含有極性很強(qiáng)的基團(tuán)，如吡啶、氨基等。吸附樹脂以其巨大的表面積而具有優(yōu)異的吸附性為其主要功能。 離子交換樹脂的質(zhì)量控制有很多方面的因素：（1）交換容量：離子交換樹脂的交換容量是指單位質(zhì)量或單位體積樹脂可交換的離子基團(tuán)的數(shù)量的能力。（2）強(qiáng)度：交換樹脂的強(qiáng)度用磨后圓球率來考核。（3）溶出物：溶出物是指樹脂中的低聚物以及殘留反應(yīng)物，通常是一些可溶性的有機(jī)物。（4）粒徑：離

5、子交換樹脂的顆粒大小可用粒徑表示。（5）樹脂的含水量。（6）比表面積、孔容、孔度、孔徑和孔徑分布：比表面積主要指大孔樹脂的內(nèi)表面積；孔容是指單位質(zhì)量樹脂的孔體積；孔度為樹脂的孔容占樹脂總體積的百分比；孔徑是將樹脂內(nèi)孔穴近似看作圓柱形時(shí)的直徑。 介紹了這么多了，現(xiàn)在該說說吸附分離功能高分子在各行各業(yè)的應(yīng)用了。 對于離子交換樹脂，其應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域。（1）水處理：水處理包括水質(zhì)的軟化、水的脫鹽和高純水的制備等。水處理是離子交換樹脂最基本的用途之一。（2）冶金工業(yè)：離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操作之一。在鈾、釷等超鈾元素、稀土金屬、重金屬、輕金屬、貴金屬和過渡金屬的分離、提純和回

6、收方面，離子交換樹脂均起著十分重要的作用。（3）原子能工業(yè)：離子交換樹脂在原子能工業(yè)上的應(yīng)用包括核燃料的分離、提純、精制、回收等。用離子交換樹脂制備高純水，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。（4） 海洋資源利用：利用離子交換樹脂，可從許多海洋生物（例如海帶）中提取碘、溴、鎂等重要化工原料。在海洋航行和海島上，用離子交換樹脂以海水制取淡水是十分經(jīng)濟(jì)和方便的。（5）化學(xué)工業(yè):離子交換樹脂在化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生產(chǎn)上已經(jīng)和蒸餾、結(jié)晶、萃取和過濾一樣，成為重要的單元操作，普遍用于多種無機(jī)、有機(jī)化合物的分離、提純，濃縮和回收等。（

7、6）食品工業(yè)：離子交換樹脂在制糖、釀酒、煙草、乳品、飲料、調(diào)味品等食品加工中都有廣泛的應(yīng)用。（7）醫(yī)藥衛(wèi)生：離子交換樹脂在醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)中被大量應(yīng)用。如在藥物生產(chǎn)中用于藥劑的脫鹽、吸附分離、提純、脫色、中和及中草藥有效成分的提取等。（8）環(huán)境保護(hù)：離子交換樹脂在廢水，廢氣的濃縮、處理、分離、回收及分析檢測上都有重要應(yīng)用，已普遍用于電鍍廢水、造紙廢水、礦冶廢水、生活污水，影片洗印廢水、工業(yè)廢氣等的治理 液晶高分子材料 一 、概述 液晶 LCD（Liquid Crystal Display）對于許多人而言已經(jīng)不是一個(gè)新鮮的名詞。從電視到隨身

8、聽的線控，它已經(jīng)應(yīng)用到了許多領(lǐng)域。液晶現(xiàn)象是1888年奧地利植物學(xué)家F.Reintizer在研究膽甾醇苯甲酯時(shí)首先發(fā)現(xiàn)的。研究表明，液晶是介于液體和晶體之間的一種特殊的熱力學(xué)穩(wěn)定相態(tài)，它既具有晶體的各相異性，又有液態(tài)的流動(dòng)性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多數(shù)由小分子量基元鍵結(jié)合而成，它是一種結(jié)晶態(tài)，既具有液體的流動(dòng)性又具有晶體的各向異性特征。 二 、分類 1、主鏈型液晶高分子 主鏈型高分子液晶是指介晶基元處于主鏈中的一類高分子材料。在20世紀(jì) 70 年代中期以前，它們多是指天然大分子液晶材料。自從Dupont 公司首

9、次獲得聚芳香酰胺的溶液型主鏈型高分子液晶性質(zhì)的應(yīng)用以來，主鏈型高分子液晶材料的合成、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系和應(yīng)用等都得以很大發(fā)展。按液晶形成過程，主鏈型高分子液晶可以分為溶液型主鏈高分子液晶和熱熔型主鏈高分子液晶。 （1）溶液型主鏈高分子液晶 其研究最多的則是聚芳香酰胺類和聚芳香雜環(huán)類聚合物。酰胺為代表的一類溶液型高分子液晶而言，就必須借助于極強(qiáng)的溶劑，例如，通常使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99%的濃硫酸等。 除了聚肽、聚芳香酰胺和聚芳香雜環(huán)類溶液主鏈高分子液晶以外，纖維素及其衍生物也能形成溶液型液晶。 主要用于制備超高強(qiáng)度、高模量的纖維和薄膜。材料的高強(qiáng)度、高模量來源于聚

10、合物鏈在加工過程中，在一些特殊的溶劑中形成了各向異性的向列態(tài)液晶。 （2）熱熔型主鏈高分子液晶 其高分子液晶材料與普通的高分子材料相比，有較大的性質(zhì)差別。 良好的熱尺寸穩(wěn)定性； 透氣性非常低； 對有機(jī)溶劑的良好耐受性和很強(qiáng)的抗水解能力。 基于熱熔型主鏈液晶高分子的上述性質(zhì)，它特別適用于上述各性質(zhì)綜合在一起的場合。在電子工業(yè)中制作高精度電路的多接點(diǎn)部件，另外，易流動(dòng)和低曲翹也使得它能制成較復(fù)雜的精密鑄件，同時(shí)能抗強(qiáng)溶劑。除了電子工業(yè)中的應(yīng)用以外，它還可用于制備化學(xué)工業(yè)中使用的閥門等。 2、側(cè)鏈型高分子液晶 側(cè)鏈型高分

11、子液晶是指介晶基元處于聚合物側(cè)鏈上的一類高分子液晶。 與主鏈型高分子液晶相比，側(cè)鏈高分子液晶的性質(zhì)在較大程度上取決于介晶基元，而受聚合物主鏈性質(zhì)的影響較小。 側(cè)鏈型高分子液晶比較好地將小分子液晶性質(zhì)和聚合物的材料性質(zhì)結(jié)為一體，是具有極大潛力的新型材料。例如，已有許多文獻(xiàn)報(bào)道側(cè)鏈型高分子液晶在光信息儲(chǔ)存、非線性光學(xué)和色譜等領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值。 （1）溶液型側(cè)鏈高分子液晶 溶液型側(cè)鏈高分子液晶最重要的應(yīng)用在于制備各種特殊性能高分子膜材料，如:LB 膜、SA膜和膠囊。這種微膠囊可作為定點(diǎn)釋放和緩釋藥物使用。另外，溶液型側(cè)鏈高分子液晶還可用于制作非線性光

12、學(xué)器件和顯示裝置。 （2）熱熔型側(cè)鏈高分子液晶 在全息照相和光學(xué)透鏡等方面有十分樂觀的應(yīng)用前景。 用側(cè)鏈高分子液晶膜也可以進(jìn)行可逆式全息成像。全息成像是一種記錄被攝物體反射(或透射)光中全部信息(振幅、相位) 的成像技術(shù)，它是通過一束參考光和物體反射出來的光疊加和干涉實(shí)現(xiàn)的，此液晶膜同傳統(tǒng)的鹵化銀感光液相比，它能可逆式地記錄圖像，而且效果也更好。 三、特性 1、取向方向的高拉伸強(qiáng)度和高模量   絕大多數(shù)商業(yè)化液晶高分子產(chǎn)品都具有這一特性。與柔性鏈高分子比較，分子主鏈或側(cè)鏈帶有介晶基元的液晶高分子，最突出的

13、特點(diǎn)是在外力場中容易發(fā)生分子鏈取向。因而即使不添加增強(qiáng)材料，也能達(dá)到甚至超過普通工程材料用百分之十幾玻纖增強(qiáng)后的機(jī)械強(qiáng)度，表現(xiàn)出高強(qiáng)度高模量的特性。如Kevlar的比強(qiáng)度和比模量均達(dá)到鋼的十倍。 2、突出的耐熱性 由于液晶高分子的介晶基元大多由芳環(huán)構(gòu)成，其耐熱性相對比較突出。如Xydar的熔點(diǎn)為421，空氣中的分解溫度達(dá)到560，其熱變形溫度也可達(dá)350，明顯高于絕大多數(shù)塑料。 3、很低的熱膨脹系數(shù) 由于具有高的取向序，液晶高分子在其流動(dòng)方向的膨脹系數(shù)要比普通工程塑料低一個(gè)數(shù)量級，達(dá)到一般金屬的水平，甚至出現(xiàn)負(fù)值。  4、優(yōu)異的阻燃性

14、 液晶高分子分子鏈由大量芳環(huán)構(gòu)成，除了含有酰肼鍵的纖維而外，都特別難以燃燒，燃燒后產(chǎn)生炭化，表示聚合物耐燃燒性指標(biāo)極限氧指數(shù)(LOI)相當(dāng)高。 四 、應(yīng)用 舉例 電子電器領(lǐng)域：接線板、線圈骨架、印刷電路板、集成電路封裝和連接器，此外還用作磁帶錄象機(jī)部件、傳感器護(hù)套和制動(dòng)器材。 汽車和機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)各種零部件，特殊的耐熱、隔熱部件和精密機(jī)械、儀器零件。 航空航天領(lǐng)域：L CP由于具有耐各種輻射以及脫氣性極低，人造衛(wèi)星的電子部件，而不會(huì)污染或干擾衛(wèi)星中的電子裝置，還可模塑成飛機(jī)內(nèi)部的各種零件。此外還有：顯示

15、及記憶材料，光纖通訊等 介紹兩種具體應(yīng)用 1 大家都熟悉的 聚合物液晶顯示屏是利用向列型液晶在電場作用下的快速相變反應(yīng)和表現(xiàn)出的光學(xué)特點(diǎn)制成的。把透明體放在透明電極之間,當(dāng)施加電壓時(shí),受電場作用的液晶前體迅速發(fā)生相變,分子發(fā)生有序排列成為液晶態(tài)。當(dāng)有序排列部分失去透明性而產(chǎn)生與電極形態(tài)相同的圖像，根據(jù)這一原理可以制成數(shù)碼顯示器電光學(xué)快門、廣告牌及電視屏幕等顯示器件。 2  新功能材料  由液晶高分子制成的膜材料較強(qiáng)的選擇滲透性,可用于氣、液相體系組分的分離分析。如聚碳酸酯(PC)與液晶EBBA制成的復(fù)合膜

16、可用于氣體分離。高分子-液晶-冠醚復(fù)合膜在紫外(360nm)和可見(460nm)光照射下,鉀離子(+)會(huì)發(fā)生可逆擴(kuò)散,因此它可用于人工腎臟和環(huán)境保護(hù)工程。      五、液晶高分子材料存在的主要問題 從高分子液晶誕生到現(xiàn)在只有50多年的歷史，是一門很年輕的學(xué)科。但目前對它的研究仍處于較低的水平，理論研究較狹隘，液晶高分子尚存一些缺點(diǎn)，這些都有待于進(jìn)一步的改進(jìn)， 液晶高分子材料整體上存在的一些普遍的問題。 1、價(jià)格高     作為功能材料，液晶高分子

17、0;具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，目前阻礙液晶高分子應(yīng)用研究的主要因素是價(jià)格較昂貴，其主要原因是單體和溶劑成本高，所以對液晶高分子合成工業(yè)界而言，今后尋找相對較便宜的原料是頭等大事。隨著人們對一些低價(jià)格材料、低價(jià)格高分子材料與液晶高分子合金的研究，液晶高分子材料會(huì)代替目前使用的部分金屬、非金屬材料。如天然高分子纖維素， 若找到合適的溶劑或制成適當(dāng)?shù)睦w維素衍生物， 可將這天然高分子液晶推向各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。此外，低價(jià)位聚合物與液晶高分子的合金可大大降低材料價(jià)格，而對液晶性能的損失較小。隨著研究的進(jìn)展，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大及合成工藝的改進(jìn)，可望逐步解決。 2、研究水平低 國外：

18、Flory等用格子模型理論，Bosch等用分子理論方法高分子液晶的行為進(jìn)行了探討。在工業(yè)上進(jìn)入90年代，液晶高分子以前所未有的驚人速度發(fā)展，美、日、歐洲等國家和地區(qū)競相致力于液晶高分子的開發(fā)與工業(yè)生產(chǎn)，新的品種和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 國內(nèi)：我國的液晶高分子 研究始于七十年代初，相對于國外來說研究比較晚，至今在理論研究方面已取得顯著成績，某些方面的成就具有世界先進(jìn)水平。 然而在液晶高分子 的工業(yè)化進(jìn)程上，由于種種原因國內(nèi)水平與美、日、德等發(fā)達(dá)國家相比差距甚大。到九十年代中期國內(nèi)還沒有一套液晶高分子的工業(yè)化裝置，只有一些小試設(shè)備。此外，我國液晶高分子研究開發(fā)隊(duì)伍分散，故到目前為止很少有滿意的中試結(jié)果 3、工藝復(fù)雜 液晶高分子研究在工藝上比較復(fù)雜