第九章精细化工新材料新技术精选文档.ppt
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1、第九章精细化工新材料新技术本讲稿第一页,共三十三页功能高分子的概念:功能高分子的概念:功能高分子材料,简称功能高分子(功能高分子材料,简称功能高分子(Functional Polymer),是指那些可用于工业和技术中的具有物理和化学功能如),是指那些可用于工业和技术中的具有物理和化学功能如光、电、磁、声、热等特性的高分子材料。例如感光高分子、导电高光、电、磁、声、热等特性的高分子材料。例如感光高分子、导电高分子、光电转换高分子、医用高分子、高分子催化剂等。分子、光电转换高分子、医用高分子、高分子催化剂等。9.1.1功能高分子材料及其分类功能高分子材料及其分类本讲稿第二页,共三十三页(1)反应性
2、高分子材料)反应性高分子材料 包括高分子试剂、高分子催化剂、高分子染包括高分子试剂、高分子催化剂、高分子染料,特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。料,特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。(2)光敏性高分子材料)光敏性高分子材料 包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料、非线包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料、非线性光学材料、光导电材料及光致变色材料等。性光学材料、光导电材料及光致变色材料等。(3)电性能高分子材料)电性能高分子材料 包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料及其它电敏感性材料。光和电致变色材料及其它电敏感性材料。(4)
3、高分子分离材料)高分子分离材料 包括各种分离膜、缓释膜和其它半透明膜材包括各种分离膜、缓释膜和其它半透明膜材料、离子交换树脂、高分子絮凝剂、高分子螯合剂等。料、离子交换树脂、高分子絮凝剂、高分子螯合剂等。9.1.1功能高分子材料及其分类功能高分子材料及其分类功能高分子的分类:功能高分子的分类:按其性质、功能或实际用途划分按其性质、功能或实际用途划分本讲稿第三页,共三十三页(6)高分子智能材料)高分子智能材料 包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、pH值、压力感应材料等。值、压力感应材料等。(7)医用高分子材料)医用高分子材料 包括医用高分子材料、药
4、用高分子材料和医用辅包括医用高分子材料、药用高分子材料和医用辅助材料等。助材料等。(8)高性能工程材料)高性能工程材料 如高分子液晶材料、耐高温高分子材料、高强如高分子液晶材料、耐高温高分子材料、高强度高模量高分子材料、阻燃性高分子材料、生物可降解高分子和功能度高模量高分子材料、阻燃性高分子材料、生物可降解高分子和功能纤维材料等。纤维材料等。9.1.1功能高分子材料及其分类功能高分子材料及其分类本讲稿第四页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photosensitive Polymer)9.2.1 概述概述感光性高分子是指吸收了光能后能在分子内或分子间产生化学、物理变化的一类功感光
5、性高分子是指吸收了光能后能在分子内或分子间产生化学、物理变化的一类功能高分子材料。这种变化发生后,材料将输出其特有的功能。目前开发比较成熟、能高分子材料。这种变化发生后,材料将输出其特有的功能。目前开发比较成熟、有实用价值的光致抗蚀材料和光致诱蚀材料,产品包括光刻胶、光固化粘合剂、感有实用价值的光致抗蚀材料和光致诱蚀材料,产品包括光刻胶、光固化粘合剂、感光油墨、感光涂料等。光油墨、感光涂料等。本讲稿第五页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photosensitive Polymer)所谓光致抗蚀材料,是指高分子材料经光照辐射后,分子结构从线型可溶性的转变为体型所谓光致抗蚀材料,是
6、指高分子材料经光照辐射后,分子结构从线型可溶性的转变为体型不可溶的,从而产生了对溶剂的抗蚀能力。不可溶的,从而产生了对溶剂的抗蚀能力。而光致诱蚀材料正相反,当高分子材料受光照辐射后,感光部分发生光分解反应,从而光致诱蚀材料正相反,当高分子材料受光照辐射后,感光部分发生光分解反应,从而变成可溶性。目前广泛使用的预涂感光版,简称而变成可溶性。目前广泛使用的预涂感光版,简称PS版式(版式(Presensitized Plate),就),就是将感光材料树脂预先涂在亲水性的基材(如阳极氧化铝板)上制成的。晒印时,树是将感光材料树脂预先涂在亲水性的基材(如阳极氧化铝板)上制成的。晒印时,树脂若发生光交联反
7、应,则溶剂显像时未曝光的树脂被溶解,感光部分的树脂保留了下脂若发生光交联反应,则溶剂显像时未曝光的树脂被溶解,感光部分的树脂保留了下来,这种来,这种PS版称为负片型;而晒印时发生光分解反应,则溶剂将曝光分解部分的树脂溶版称为负片型;而晒印时发生光分解反应,则溶剂将曝光分解部分的树脂溶解,这种解,这种PS版称为正片型。版称为正片型。本讲稿第六页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photosensitive Polymer)9.2.2 具有感光基团的高分子及其合成方法具有感光基团的高分子及其合成方法在有机化学中,许多基团具有光学活性,其中以肉桂酰基最为著名,此外,重在有机化学中,许多
8、基团具有光学活性,其中以肉桂酰基最为著名,此外,重氮基、叠氮基都可引入高分子形成感光性高分子。氮基、叠氮基都可引入高分子形成感光性高分子。(1)聚乙烯醇肉桂酸酯及其类似高分子:聚乙烯醇肉桂酸酯及其类似高分子:肉桂酸在光照下,双键能够发生肉桂酸在光照下,双键能够发生2+2环合反应,反应式如下:环合反应,反应式如下:本讲稿第七页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photosensitive Polymer)聚乙烯醇肉桂酸酯由聚乙烯醇和肉桂酰氯反应制备,反应式:聚乙烯醇肉桂酸酯由聚乙烯醇和肉桂酰氯反应制备,反应式:本讲稿第八页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photos
9、ensitive Polymer)聚乙烯醇肉桂酸酯在光照下侧基可发生二聚反应,形成环丁烷基而交联聚乙烯醇肉桂酸酯在光照下侧基可发生二聚反应,形成环丁烷基而交联:本讲稿第九页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photosensitive Polymer)聚乙烯醇的肉桂酸聚乙烯醇的肉桂酸-二元酸混合酯,分子链中的肉桂酰基赋予了感光性,二元酸混合酯,分子链中的肉桂酰基赋予了感光性,羧基则提供碱可溶性,从而可用碱水显影。羧基则提供碱可溶性,从而可用碱水显影。本讲稿第十页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photosensitive Polymer)丙烯酸系肉桂酸类感光性高分
10、子:丙烯酸系肉桂酸类感光性高分子:本讲稿第十一页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photosensitive Polymer)环氧树脂的肉桂酸酯类感光性高分子:环氧树脂的肉桂酸酯类感光性高分子:本讲稿第十二页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photosensitive Polymer)(2)聚乙烯苄叉苯乙酮:聚乙烯苄叉苯乙酮:可通过以下合成路线制备:可通过以下合成路线制备:本讲稿第十三页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photosensitive Polymer)(3)含含-苯基马来酰亚胺基的感光性高分子:苯基马来酰亚胺基的感光性高分子:本讲稿第
11、十四页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photosensitive Polymer)可通过以下合成路线制备:可通过以下合成路线制备:本讲稿第十五页,共三十三页9.2 感光性高分子(感光性高分子(Photosensitive Polymer)(4)叠氮型感光树脂:叠氮型感光树脂:本讲稿第十六页,共三十三页9.3 导电高分子(导电高分子(Conducting Polymer)9.3.19.3.1 导电高分子的特性:导电高分子的特性:(1 1)室温电导率范围大:)室温电导率范围大:导电高分子室温电导率可在绝缘体导电高分子室温电导率可在绝缘体-半导体半导体-金属态范金属态范围内(围内(
12、1010-9-9 S/cm10 S/cm105 5S/cmS/cm)变化。)变化。(2 2)掺杂)掺杂/脱掺杂的过程完全可逆:导电高分子不仅可以掺杂,而且还可以脱掺杂,脱掺杂的过程完全可逆:导电高分子不仅可以掺杂,而且还可以脱掺杂,这是导电高分子独特的性能之一。导电高分子可成为二次电池的理想电极材料,从而这是导电高分子独特的性能之一。导电高分子可成为二次电池的理想电极材料,从而可能实现全塑固体电池。又是目前快速切换的隐身技术的首选材料。还可以利用这一可能实现全塑固体电池。又是目前快速切换的隐身技术的首选材料。还可以利用这一特性制造选择性高、灵敏度高和重复性好的气体或生物传感器。特性制造选择性高
13、、灵敏度高和重复性好的气体或生物传感器。(3 3)氧化)氧化/还原过程完全可逆:导电高分子的掺杂实质是氧化还原过程完全可逆:导电高分子的掺杂实质是氧化/还原反应,而且氧化还原反应,而且氧化/还原反应是完全可逆的。在掺杂还原反应是完全可逆的。在掺杂/脱掺杂的过程中伴随着完全可逆的颜色变化。因此,脱掺杂的过程中伴随着完全可逆的颜色变化。因此,导电高分子这一特性可能实现电致变色或光致变色。这不仅在信息存储、显示上导电高分子这一特性可能实现电致变色或光致变色。这不仅在信息存储、显示上有应用前景,而且也可用于军事目标的伪装和隐身技术上。有应用前景,而且也可用于军事目标的伪装和隐身技术上。本讲稿第十七页,
14、共三十三页9.3 导电高分子(导电高分子(Conducting Polymer)9.3.2 导电高分子的类型导电高分子的类型按照材料的结构与组成,可将导电高分子分成两大类。一类是结构型(或称本征按照材料的结构与组成,可将导电高分子分成两大类。一类是结构型(或称本征型)导电高分子,另一类是复合型导电高分子。型)导电高分子,另一类是复合型导电高分子。(1)结构型导电高分子)结构型导电高分子结构型(或称本征型)导电高分子本身具有结构型(或称本征型)导电高分子本身具有“固有固有”的导电性,由聚合物结构提供导的导电性,由聚合物结构提供导电载流子(电子、离子或空穴)。这类聚合物经掺杂后,电导率可大幅度提高
15、,其中电载流子(电子、离子或空穴)。这类聚合物经掺杂后,电导率可大幅度提高,其中有些甚至可达到金属的水平。有些甚至可达到金属的水平。迄今为止,国内外对结构型导电高分子研究较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、迄今为止,国内外对结构型导电高分子研究较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及聚对苯撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ(9,9,10,10-四氰二次甲基苯醌)传荷络四氰二次甲基苯醌)传荷络合聚合物等。合聚合物等。本讲稿第十八页,共三十三页9.3 导电高分子(导电高分子(Conducting Polymer)(2)复合型导电高分子)复合型导电高分子复合型导电
16、高分子是在不具备导电性的高分子材料中掺杂混入大量导电物质,如炭黑、金属粉、复合型导电高分子是在不具备导电性的高分子材料中掺杂混入大量导电物质,如炭黑、金属粉、箔等,通过分散复合、层积复合、表面复合等方法构成的复合材料,其中以分散复合最为常用。箔等,通过分散复合、层积复合、表面复合等方法构成的复合材料,其中以分散复合最为常用。目前所选择的高分子材料主要有:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、目前所选择的高分子材料主要有:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、环氧树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、有机硅树脂等。丁基橡胶、丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、
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