功能高分子思考題與答案

1、第一章緒論1. 什么是功能咼分子？帶有特殊功能基團并具有功能性的聚合物就是功能高分子。一般認為：其具有普通高分子的結構性質，同時具有一定的功能，主要指具有物質、能量和信息的貯存、傳遞、轉化等作用的高分子。一次功能：當向材料輸入的能量和從材料輸岀的能量屬同種形式，材料只能起到能量傳送部件 的作用，這種功能稱為一次功能。（如導電、導熱）二次功能：當向材料輸入的能量和輸岀的能量是不同形式時，材料起能量轉換部件 的作用，這種功能稱為二次功能。高分子的功能：（1 ）化學功能離子交換、催化、氧化還原（2）物理功能導電、熱電、壓電、磁記錄。（3 ）生物功能一醫(yī)用高分子2. 功能高分子的主要種類？ （ 1 ）

2、離子交換樹脂（2 ）高分子吸水材料（3）高分子功能膜 （4 ）液晶高分子（5 ） 導電高分子6 ）醫(yī)用高分子（7 ）感光高分子（8 ）其他功能高分子（智能高分子 磁性高分子 高分子催化劑 樹 形高分子超疏水材料）1. 離子交換樹脂 是由交聯(lián)結構的高分子骨架 與能離解的基團 兩組分構成的不溶性、多孔的、高分子電解質。?功能：能在液相中與帶相同電荷的離子進行交換，此交換反應可逆的，即可用適當的電解質沖洗，使樹脂恢復到原有狀態(tài)（再生），可反復使用。3. 合成功能高分子的一般方法？通過化學或者物理的方法將功能基與高分子骨架相結合，實現(xiàn)預定功能。 .分子合成化學方法：分子結構設計、官能團設計、引入感光功

3、能集團則賦予了材料感光性。措施：共聚、接枝、嵌段共聚、交聯(lián)、官能團的引入、模板聚合等 .特殊加工物理方法：把高分子加工成極薄的膜，把高分子纖維化，如人造羊毛（介紹其主體結構）有些功能高分子極難加工，如光纜、導電、聚丙烯 .復合手段：如將高分子中摻入銀粉得到導電高分子。復合兩種或幾種高分子：纖維復合、層疊復合、細粒復合、互穿網絡等方法，可得新功能。（1、功能性小分子的高分子材料化2、高分子材料的功能化）聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維 （PET）-滌綸丙烯腈-丙烯酸酯共聚物-腈綸 聚己二酰己二胺纖維（PA66）-錦綸 66 聚乙烯醇縮甲醛-維綸 聚丙烯纖維（PP）-丙綸 聚胺酯彈性纖維（PU）-氨綸聚間

4、苯二甲酰間苯二胺纖維-芳綸1313 聚氯乙烯纖維（PVC）- 氯綸第二章離子交換樹脂1. 什么是離子交換樹脂?離子交換樹脂是由交聯(lián)結構的高分子骨架與能離解的基團兩個基本組分所構成的不溶性、多孔的、固體高分子電解質。 2什么是交換容量？交換容量是表示樹脂交換能力大小的量，常以每克干樹脂能交換的離子毫克當量數表示。2. 離子交換樹脂的類型（一）根據離解的基團的性質，可分為 ： 陽離子交換樹脂1強酸性（聚苯乙烯系），交換基：磺酸 S03H 2中酸性（聚苯乙烯系）交換基：P=O（OH）2 3弱酸性（甲基丙烯酸系）交換基：羧基一COOH或酚基一OH陰離子交換樹脂1強堿性（聚苯乙烯系）交換基:季胺 叔胺弱

5、堿性（聚苯乙烯系）交換基：氨基一 NH 2 （二）根據高分子基體（即骨架）分 :苯乙烯體系樹脂：丙烯酸甲基丙烯酸酯體系樹脂；苯酚一間苯二胺體系樹脂；環(huán)氧氯丙烷體系樹脂（三）特殊的離子交換樹脂按性能分：螯合樹脂；兩性離子交換樹脂；耐熱性離子交換樹脂；氧化還原樹脂 寫岀聚苯乙烯體系強酸性陽離子交換樹脂的合成路線DVBH2SO4HSO3CI -SO3CHCH 說明離子交換樹脂的離子交換機理。+ +R -SO3 -H + Na Cl- + +R -SO 3 Na + HCI機理：化學吸附歷程溶液內離子擴散至樹脂表面由表面擴散到樹脂內部離子交換被交換的離子從樹脂內部擴散至表面被交換的離子再擴散至溶液中機

6、械強度是由高分子骨架的化學結構和交聯(lián)度、骨架空間結構、顆粒粒度和形狀決定的 說明離子交換樹脂的用途。水處理：是離子交換樹脂應用最廣泛的一個領域，如硬水軟化，無離子水生產鈾的提取和貴金屬的分離回收醫(yī)藥、食品等有機化合物分離與提純用弱酸性陽離子交換樹脂提取生物堿等，用強堿性陰離子交 換樹脂回收黃金工業(yè)生產廢水中的氰化物。用作催化劑幾乎所有普通無機酸、堿催化反應均可用陽、陰樹脂 催化劑來代替樹脂催化的優(yōu)點 （一）樹脂催化劑與一般液體酸、堿催化劑相比主要有以下優(yōu)點：（1）選擇性好，副反應低,收率高；（2 ）無腐蝕性，設備損失小，沒有待處理的廢酸堿液，環(huán)境污染很小，這對環(huán)保有著重要意義；（3）產物與催化

7、劑 易分離，便于實現(xiàn)連續(xù)化生產，工藝簡單。（二）和一般固體酸、固體堿催化劑相比優(yōu)點有：a:反應條件溫和；b:催化劑的孔結構易合成控制，反應界面大。缺點是：耐熱性（限 120 C以下使用）比無機催化劑低許多，酸堿強度比一般的液體強酸、堿要小，所以反應的活性要低于后者。1.采用強酸性陽離子交換樹脂催化劑 合成乙酸己酯，催化活性高，反應時間短，反應條件溫和。2.強酸性陽離子交換樹脂性質穩(wěn)定，價廉易得，易于保存，使用方便。3.酯化反應液不需堿洗、水洗等工序，后處理工藝簡單，大大減少了廢液排放，不污染環(huán)境。4.催化劑留在反應器內可直接回用，是一種高效、經濟、環(huán)保型的酯化反應催化劑。第三章高吸水材料的結構

8、C N -高分子骨架：適度交聯(lián)的網狀結構吸水官能團：-CooNa -SO3Na -CQNH2 -CH2-NH2 -CH2-OH -CH2 Q CH2- 吸水原理 階段 1 較慢。通過毛細管作用吸水。階段 2 通過氫鍵與樹脂的親水基團作用 , 親水基團離解 , 離子之間的靜電斥力使 樹脂的網絡擴張。 網絡 內外產生滲透壓 , 水份進一步滲入，起決定性作用。階段 3 隨著吸水量的增大 ,網絡內外的滲透壓趨向于零 ; 而網絡擴張的同時 ,其彈性收縮力也在增加 ,逐漸抵 消陰離子的靜電排斥 , 最終達到吸水平衡。吸水能力 保水能力 抗鹽能力 穩(wěn)定性（1 ） 生理衛(wèi)生用品 衛(wèi)生巾、嬰兒一次性尿布、宇航員

9、尿巾、餐巾、手帕、繃帶、脫脂棉、手術襯墊等。（2 ） 農業(yè)、林業(yè)方面農業(yè)：土壤保墑、種子發(fā)芽、播種保苗、種子營養(yǎng)器、改造沙漠；林業(yè)：育苗、植樹、造林、無土栽培、貴重樹木 的移栽、運輸、可提高成活率。（3 ） （3）工業(yè)：化妝品的增稠劑、石油工業(yè)中的堵漏劑、水泥制品養(yǎng)護劑。（4 ） （4）醫(yī)學方面：吸水綁帶、病床墊。高吸水樹脂的制備方法（1 ）天然高分子的改性物 （ 2）烯類單體的共聚物2. 解釋離子交換樹脂與超高吸水性高分子的結構、性能的異同點 ，它們的本質區(qū)別是什么 ?相同點：結構上都是交聯(lián)結構，都有兩部分組成即骨架和功能集團；不同點：離子交換樹脂的骨架為剛性的， 基團為強電解質，吸水樹脂的

10、高分子骨架為柔性的，基團有 SO3Na 等與水作用產生的。 本質： 1. 分子骨架 柔性不同 2. 交聯(lián)度不同離子交換樹脂交聯(lián)度很高，小球剛性很強，吸水樹脂的交聯(lián)度很小。3. 說明吸水樹脂的吸水機理。 微孔吸附作用、滲透壓作用共同使水向吸水劑結構內擴散，吸水劑網狀結構擴張，H-鍵、離子電荷作用使水變成：（1 ）靠H-鍵或離子電荷作用的水（2 ）親水基周圍的極化水層（3 ）微孔中的水 （ 4）顆粒間隙和大孔的水4. 評價吸水樹脂性能的指標有哪些？吸水能力：以每克吸水劑能吸收水的克數表示，保水能力吸水后再失水情況抗鹽能力： 是指吸水劑能力受水中含離子種類和數量的影響穩(wěn)定性 是指生物降解性：在土壤保

11、墑方面，高分子吸水劑不易發(fā)霉，不易被細菌破壞，壽命長無毒性：吸氨能力：增粘性高吸水性材料可分為二類： （ 1 ）天然高分子的改性物（ 2）烯類單體的共聚物5. 舉例說明吸水樹脂的應用農業(yè)、林業(yè)方面：農業(yè)：土壤保墑、種子發(fā)芽、播種保苗、種子營養(yǎng)器、改造沙漠；林業(yè)：育苗、植樹、造林、無土栽培、貴重樹木的移栽、運輸、可提高成活率。工業(yè)：化妝品的增稠劑、石油工業(yè)中的堵漏劑、干燥劑、水泥制品養(yǎng)護劑。醫(yī)學方面：吸水綁帶、病床墊6、吸水樹脂的制備途徑？由淀粉接枝丙烯腈水解制備丙烯酸系聚合劑廢腈綸經水解交聯(lián)法醋酸乙烯酯和丙烯酸酯的嵌段共聚物水解法聚乙烯醇與酸（順丁烯 =酸酐 鄰苯=酸酐）反應法其它：用淀粉接枝

12、丙烯酸；聚乙烯醇接枝物9.說明吸水膨脹橡膠的作用機理及其應用領域。作用機理：吸水膨脹橡膠既具有高彈性又有吸水能力和保水性能的特種橡膠。當與水接觸時，吸水膨脹橡膠 可吸收一定量的水，體積發(fā)生膨脹，且仍具有必要的高彈性和良好能力。應用領域：建筑等的防水密封若水 中有大量的 Na+、Cl 一、Ca2+等離子存在，這些離子能和水形成水合離子，破壞樹脂中的親水基與水形成的極 化水層；（2 ）離子的存在，減弱了滲透壓作用，大大降低吸水劑的吸水能力：（3）- COONa, CooH能和Ca2+絡合，使樹脂形成過多的交聯(lián)。解決辦法：設計：使吸水劑樹脂骨架有籠狀結構改變吸水基的種類，如：使骨架上多帶磺酸基淀粉接

13、枝丙烯腈水解制備氮氣保護下，把加有20倍左右蒸餾水的淀粉漿在8085 C糊化3040 min ,然后冷卻到204 0 CO將硝酸肺銨用1molL 的硝酸配成質量濃度為 0.1gml 的溶液， 并與丙烯腈混合。將丙烯腈的硝酸肺銨溶液加入到淀粉糊中，在2040 C下反應12 h 。（接枝）用稀氫氧化鈉溶液調節(jié)PH值至7,加適量蒸餾水，加熱至80 C， 保溫30 min ,除去未反應的丙烯腈。然后加入丙烯腈10倍左右的2molL 氫氧化鈉溶液，于 100 C皂化2 h 。冷卻至室溫，用乙酸調節(jié)PH值至77.5 ,用乙醇沉析，真空抽濾，于6080 C下真空干燥，粉碎即得到高吸水樹脂?！镜谒恼赂叻肿臃蛛x

14、膜】1. 高分子分離膜的種類? 按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜 按膜結構：對稱性膜、不對稱膜、復合膜 按材料分：合 成有機聚合物膜、無機材料膜原理： 由高分子材料制成的具有分離功能的膜材料。通常是利用選擇性滲透，壓力差，濃度差或電位差、孔隙 大小等的作用實現(xiàn)流體或氣體混合物的分離。2. 舉例說明高分子分離膜的應用？與水有關：反滲透技術用于海水淡化膜過濾用于污水處理：a、反滲透法處理污水b、超濾處理污水 C、濃縮油乳液 制藥工業(yè)：生產桿菌肽、四環(huán)素、鏈霉素、新霉素、胰島素、無熱源水。生物技術：超濾技術，除掉微生物，制酶、多糖、氨基酸食品工業(yè)和飲料工業(yè)：超濾和反滲透技術廣泛應用于乳品

15、、食品工業(yè)、生產蛋白質和多糖等：a、濃縮食品和飲料；C、濃縮啤酒、葡萄酒、果汁b、超濾濃縮血漿、明膠。氣體滲透：利用有機膜對某些氣體具有選擇性滲透和擴散的特性，以達到氣體分離和純化的目的。3. 哪些聚合物常用于制備高分子分離膜？常用于制備分離膜的合成高分子材料有聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合物等。聚烯烴及其共聚物， 脂肪族或芳香族聚酰胺類聚合物，全氟磺酸共聚物，全氟羧酸共聚物，聚碳酸酯4. 膜組件的形式主要有哪些？ 管式膜組件： 內壓式膜組件 外壓式膜組件中空纖維膜組件：中空纖維膜組件分為外壓式和內壓式螺旋卷式膜組件 (4) 折疊式組件 (5) 板框式膜組件第五章1. 什么是液晶？ 某

16、些結晶熔化時要經過一種兼有液體和晶體的部分性質的流體的過渡態(tài)這種既有液體的流動性， 又有晶體的分子排列整齊、各向異性的狀態(tài)，叫做物質的液晶態(tài)。2. 小分子液晶的分子外型特征？ 剛性分子結構，分子間作用力，分子的長/寬比：R=L / D遠大于1棒狀或片狀 晶體，固態(tài) ，剛性；渾濁液體，流動性與水相近，光學雙折射；透明液體，各向同性3. 小分子液晶有哪幾種類型？按結構近晶型一一接近結晶結構。棒狀分子依靠所含官能團提供垂直于分子長軸方向的強有力相互作用,互相平行排列成層狀結構。分子的長軸垂直于層片平面；在層內，分子排列保持著大量二維固體有序性。 向列型：棒狀分子雖然也平行排列，但長短不一，不分層次，

17、只有一維有序，在外力作用下發(fā)生流動時，棒狀分 子易沿流動方向取向。 膽甾型 這類液晶，許多是膽甾醇衍生物，被稱為膽甾型。分子是扁平的，依靠端基的相互作用，彼此平行排列成層狀結構，長軸在層片平面上。按液晶的形成條件和組成： 熱致性：溫度引起物質達到其液晶態(tài)（相）的，單一組分，液晶態(tài)只能在一定溫度范圍內岀現(xiàn)。、溶致性由符合一定結構要求的化合物與溶劑組成的液晶體系。水和表面活性劑（如硬脂酸鈉）可形成液晶體系4. 高分子液晶有哪些性質？a.有一定的TC，TmTC區(qū)間為液晶態(tài)。b.各向異性：電、光 、磁各向異性C .粘度 高分子液晶的粘度特性 很特別，它具有獨特的流動性，使液晶高分子加工過程中自動取向，

18、決定了液晶高分子材料（如纖維）具有高 強度、耐高溫、耐化性等優(yōu)良性能。5. 高分子液晶在結構上有哪些特點？（ 1 ）幾何因素：長徑比三6.4 （ 2）分子間作用力：有特定基團（3）鏈結構：剛、柔結合。6. 舉例說明高分子液晶的應用。液晶（小分子的）開始用于（屬應用研究）電子工業(yè)、航空、激光、微波、超聲波、全息、照相、核磁共振、氣液色譜。1967年R.Williams 發(fā)表了液晶的電光效應后，液晶受到廣泛地重視，大大擴展其應用范圍，如液晶顯示技 術等。目前得到廣泛應用的液晶高分子，僅有KeVIar和Xydar等少數品種，屬高技術產品，用于飛機、導彈結構材料，輪胎簾子線、船殼、軍事構件、防彈服、電

19、器、汽車、醫(yī)療設備等。Xydar可制成粒狀物，用通常的槽模注模成型，即用常規(guī)設備加工成型，可代替金屬、陶瓷【第六章導電高分子】1導電高分子的類型及其導電機理？（導電高分子材料的共同特征-交替的單鍵、雙鍵共軛結構）類型 復合型：普通聚合物 +導電粉末（如防靜電塑料袋、導電膠）本征型：依靠分子結構導電導電機理在有機共軛分子中，鍵是定域鍵，構成分子骨架；而垂直于分子平面的P軌道組合成離域鍵，所有電子在整個分子骨架內運動。離域鍵的形成，增大了電子活動范圍，使體系能級降低、能級間 隔變小，增加物質的導電性能。在共軛有機分子中電子是無法沿主鏈移動的，而電子雖較易移動，但 也相當定域化。移去主鏈上的電子（氧

20、化）或注入電子（還原），這些空穴或額外電子可以在分子鏈上移動，使高分子成為導電體。導電高分子是指其本身或經過“摻雜”后具有導電性的一類高分子材料。1. 舉例說明結構型導電高分子的分子結構特征。導電高分子材料的共同特征-交替的單鍵、雙鍵共軛結構例如：聚乙炔由長鏈的碳分子以sp2鍵鏈接而成，每一個碳原子有一個價電子未配對，且在垂直于sp2面上形成未配對鍵。其電子云互相接觸，會使得未配對電子很容易沿著長鏈移動，實現(xiàn)導電能力。2什么是摻雜？摻雜起什么作用？在共軛有機分子中電子是無法沿主鏈移動的，而電子雖較易移動，但也相 當定域化。移去主鏈上的電子（氧化）或注入電子（還原），這些空穴或額外電子可以在分子

21、鏈上移動，使高分子成為導電體。作用：半導體到導體的實現(xiàn)途徑2. 與傳統(tǒng)導電材料相比，導電高分子的有什么特性？電導率范圍寬摻雜-脫摻雜過程可逆具有電致變色性響應速度快3. 說明結構型導電高分子的應用前景。發(fā)光二極管顏色可調、可彎曲、大面積和低成本，分子導線用于超大規(guī)模集成電路高分子的線寬0.1-0.2 nm ，二次電池復充放電上千次。，傳感器，雷達隱身，電磁屏蔽，信息存儲顯示，光開關，光計算機，隱身偽裝檢測吸波特性密度小一輕易加工一薄4. .復合型導電高分子的用途在本身不具備導電性的高分子材料中摻混入導電物質， 合等方 法構成的復合材料。 導電吸塑片材。炭黑填充 作為面狀發(fā)熱體。電極材料及電磁屏

22、蔽材料如炭黑、金屬粉、鋁箔等，通過分散復合、表面復金屬纖維填充 有機無機材料填充：抗靜電材料，也可以【第七章 醫(yī)用高分子】1. 舉例說明醫(yī)用高分子的分類。醫(yī)用高分子可分三類：高分子藥物醫(yī)療器械、用具：輸液輸血袋、縫合線、醫(yī)用膠粘劑、高吸水樹脂、塑料注射器等，用量最大。人工臟器：心、肺、腎、肝、胰、氣管、眼、耳、喉等。人工組織：人工骨、關節(jié)、血管、心臟瓣膜、皮膚、血液、神經、肌腱、晶狀體等。2. 舉例說明藥用高分子的應用。具有藥理作用，可以治病。女如：（ 1）天然高分子：明膠，山東的“阿膠”，胰島素等。把小分子藥物結合到高分子載體上3. 藥用高分子的性能要求。1）本身有藥理作用的：有藥效，副作用小。（2）高分子載體：a. 無毒，不致 b. 完成藥物輸送后能發(fā)生降解，及時排出體外。 c.