高分子材料概论-功能高分子.doc

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1、第二章：高分子材料概论2.7功能高分子主要内容：2.7.1 功能高分子概述2.7.2 功能高分子的结构与性能2.7.3 功能高分子材料的获得2.7.4 重要的功能高分子2.7.5 思考题2.7.1 功能高分子概述一、功能高分子的定义什么是功能高分子材料?因为它是一直到20世纪70年代才形成的一个分支，对于它的确切定义一时还难于表述清楚。有入主张，功能高分子是性能“与众不同”的一类高分子。要问与“众”不同的这个“众”，指什么呢?回答说是指那些常规高分子，再问什么是常规高分子，则有人说绝大多数高分子材料是常规高分子，有人说常见的为常规高分子，有人说性能从众的随大流的叫常规高分子，还有人说塑料、橡胶

2、、合成纤维、粘合剂和涂料叫常规高分子。不属于常规高分子的就是功能高分子。 可能为大家基本接受的是研究性能、特性和功能之间的关系，或者寻找性能、特性和功能的区别。国外一些学者在七八十年代就去追究这个区别。因此，首先要弄清楚性能和功能的区别。通行的说法是，“性能”指材料对外部刺激的抵抗，所谓外部刺激指外力、光、热、电、磁等物理刺激，以及水、溶剂、药品、化学品等的化学刺激。这样强度、透明性、耐热性、耐化学腐蚀性等属于“性能”这个范畴。“功能”则指的是对某物质(材料)“输入”信号时，物质因发生质和量的变化(或其中任何一种变化)而产生的“输出”作用，根据这个定义，则分离、吸附、离子交换、氧化还原以及能量

3、转换等机械能转换成其它能、压电、热电等都属于功能。我们认为功能高分子本身是个模糊的概念，不必去下严格定义。一些专著将材料的功能宽泛地划分如下四类： 1）化学功能：主要指离子交换、催化、氧化还原、光聚合、光交联、光分解、降解、固体电解质、微生物分解等。 2）物理功能：上要指导电、热电、压电、焦电、电磁波透过吸收、热电子放射、超导、形状记忆、超塑性、低温韧性、磁化、透磁、电磁屏蔽、磁记录、光致变色、偏光性、光传导、光磁效应、光弹性、耐放射线、x射线透过、x射线吸收等。 3）介于化学和物理之间的功能：主要指吸附、膜分离、高吸水、表面活性等。 4）生物或生理功能：主要指组织适应性、血液适应性、生物体内

4、分解非抽出性、非吸附性等。二、功能高分子的分类 根据前面所述，不少材料都属于功能高分子的范畴，功能高分子材料一般可从按上述四个方面的功能进行分类，如下： 1）属于化学功能的功能高分子材料有：感光高分子、氧化还原树脂、离子交换树脂、高分子催化剂、高分子试剂、光降解塑料、固体电介质等。 2）属于物理功能为主的功能高分子材料有：导电高分子、压电高分子、高分子极驻体、旋光性高分子、高分子载体、磁记录高分子、高分子颜料及荧光体，高分子发光体等。3）属于化学、物理之间的复合的功能高分子材料有：高分子吸附剂、絮凝剂、表面活性剂、染料、功能膜、稳定剂、高吸水材料等。 4）属于生物生理功能的功能高分子材料有：医

5、用高分子、高分子医药、高分子农药、生物 降解性塑料。 另外，也有人将功能高分子按照性质和功能划分，划分为六种类型：（1）反应型高分子，包括高分子试剂和高分子催化剂；（2）光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料和光致变色材料等；（3）电活性高分子材料，包括导电聚合物、能量转换型聚合物和其它电敏材料；（4）膜型高分子材料，包括各种分离膜、缓释膜和其它半透性膜材料；（5）吸附型高分子材料，包括高分子吸附性树脂、高分子絮凝剂和吸水性高分子吸附剂等；（6）其它未能包括在上述各类中的功能高分子材料。2.7.2 功能高分子的结构与性能 功能高分子材料之所以能够在应用中表现出许多独特的性质，主要与其

6、结构中的两方面性质有关。一是分子中对表现出的特殊性质起关键作用的官能团的性质，如高分子化学反应试剂中的反应活性点的反应性质；二是连接并承载这些官能团的聚合物骨架的性质，如溶胀性或润湿性等。两者的结合构成功能高分子的构效关系。一、官能团为性能主体 当官能团的性质对材料的功能起主要作用时，高分子骨架仅仅起支撑、分隔、固定和降低溶解度等辅助作用。比如高分子氧化剂中的过氧羧基，具有电显示功能的N,N二取代联吡啶结构，侧链聚合物液晶中的刚性侧链，离子交换树脂中的季铵基和磺酸基等就属于这一类型官能团。它们常常在小分子中就能够表现出类似作用。高分子化过程往往使上述的这些性能得到改善和提高。在高分子过氧酸中过

7、氧羧基是氧化反应的活性官能团，聚苯乙烯高分子骨架在试剂中仅仅起提高试剂的稳定性和降低溶解性的作用，如下图1例。电活性聚合物中N，N二取代联吡啶结构是氧化还原中心，对氧化还原变色行为起主要作用，如下图2例。 也有以聚合物骨架为功能的主效应，而官能团为辅助效应的。如利用引入官能团改善溶解性能、降低玻璃化温度、改变润湿性和提高机械强度等作用；如在主链型液晶聚合物的芳香环上引入一定体积的取代基可以降低其玻璃化温度，从而降低使用温度。在高分子膜材料中引入极性基团可以改变润湿性。在这种情况下，这类官能团很重要，没有它们就别说功能，但是它们对功能的贡献是辅助结构。 二、聚合物骨架为功能主体 官能团与聚合物骨

8、架在形态上不能区分，也就是说官能团是聚合物骨架的一部分，或者说聚合物骨架本身起着官能团的作用。这方面的例子包括主链型聚合物液晶和导电聚合物。电子导电型聚合物是由具有线性共轭结构的大分子构成，如聚乙炔、芳香烃以及芳香杂环聚合物。线性共轭结构是高分子骨架，同时它们对导电过程起主要作用。主链型聚合物液晶也有类似的情况。三、功能材料中聚合物骨架的高分子效应 不难发现，带有同样功能官能团的高分子化合物与类似的低分子化合物，其化学和物理性质不尽相同。这是高分子骨架产生的高分子效应。这种效应表现在许多方面，有物理性质方面的，也有化学性质方面的。 (1)高分子骨架的物理效应 高分子骨架的引入，最直接的作用是使

9、小分子功能材料的挥发性和溶解性均大大下降，特别是引入交联型聚合物，使其在溶剂中只能溶胀，而不能溶解。可以提高功能材料的稳定性，同时有利于消除或降低某些材料的不良气味和毒性。使固相的功能材料易于与液相分离，使高分子试剂容易回收再生，高分子催化剂可以反复多次使用。重要的是使固相合成成为现实。将某些性能优异的络合剂、萃取剂等通过高分子化过程，可以制成用途广泛的络合树脂和吸附性树脂。利用其不溶性质在水处理、环境保护、化学分析等方面得到广泛应用。 (2)高分子骨架的机械支撑作用 由于大部分功能高分子材料中的功能基团是连接到高分子骨架上的，因此起支撑作用的高分子骨架对功能基的性质和功能产生许多重要影响。比

10、如，在相对刚性的聚合物骨架上稀疏地连接功能基，制成的高分子试剂具有类似合成反应中的“稀释”作用，各功能基团之间减少相互干扰。同样在聚合物骨架上相对密集地连接功能基团，可以得到由官能团相互作用而产生的“浓缩”状态。 (3)高分子骨架的邻位效应 在功能高分子材料中，高分子骨架上邻近功能基团的一些结构和基团对功能基具有影响，比如在离子交换树脂中离子交换基团附近如果有一个氧化还原基团，通过控制该基团的带电状态，将直接控制离子交换树脂的离子交换能力。 (4)高分子骨架的“模板效应” “模板效应”是指利用高分子骨架的空间结构，包括高分子构型和构象，在其周围建立起特殊的局部空间环境，在应用时提供一个场所或场

11、，形如浇铸过程中使用的模板。这种作用与酶催化反应有相近的效应，特别有利于立体选择性合成，甚至光学异构体的合成。 (5)聚合物的半透性和包络作用 多数聚合物都具有一定的半透性，即对某些气体或液体有一定透过性，而对另外一些物质没有透过性，或者透过性很小。交联聚合物在溶胀状态下形成的大网状结构，也为物质分子透过提供了条件。这种透过性在发挥功能材料的作用上有着重要意义。用物理法制备的固化酶正是利用了这种效应，使小分子得以透过聚合物与酶接触反应，而酶本身则被该聚合物包络固化。高分子缓释药物的缓释作用，聚合物修饰电极中聚合物修饰层的选择性都是依靠聚合物的半透性和包络作用。 2.7.3功能高分子材料的获得一

12、、功能型小分子材料的高分子化 这种方法是利用聚合反应将功能型小分子高分子化，使制备得到的功能材料同时具有聚合物和小分子的共同性质。功能型小分子与聚合物骨架的连接，有通过化学键连接的化学方法，如共聚、均聚等聚合反应；也可以通过物理作用力连接，比如通过形成聚合物时对功能小分子产生包埋作用。功能型小分子材料的高分子化主要可以分成以下两种类型。(1)功能型可聚合单体的聚合 主要包括下述两个步骤，其关键步骤是合成可聚合的功能型单体，有了单体进行聚合，并不难生成功能聚合物。合成可聚合的功能型单体的关键是在小分子功能化合物上引入可聚合基团，如端双键、吡咯基或噻吩等基团，如下图例：单体除了实行均聚合之外，采用

13、多种单体进行共聚也是一种常见的方法。特别是当需要控制含功能基的单体在生成聚合物内分布的密度时，或者需要调节生成聚合物的物理化学性质时，共聚是可行办法。在共聚反应中借助于改变单体的种类和两种单体的相对量，可以得到多种不同性质的聚合物，功能和性能得到改善。 (2)聚合物包埋法 在单体溶液中加入小分子功能化合物，在聚合过程中小分子被生成的聚合物所包埋。聚合物骨架与小分子功能化物之间没有化学键连接，固化作用通过聚合物的包络作用来完成。这种方法制备的功能高分子类似于用共混方法制备的产物，但是均匀性更好。另外一个优点是方法简便，功能小分子的性质不受聚合物性质的影响。通过聚合法制备功能高分子材料的主要优点是

14、功能基分布均匀，产物的稳定性较好，因此获得了较为广泛的应用。但在功能型小分子引入可聚合结构时，常常需要复杂的合成反应，要求在反应中不破坏原有结构和功能。二、高分子材料的功能化通过化学或物理方法对已有聚合物进行功能化，使常见的高分子材料具备特定功能，成为功能高分子材料。这种方法的好处是可以利用通用高分子材料，得到功能材料。通过高分子材料的功能化获得功能高分子材料，包括化学改性和物理共混两种方法。(1)高分子材料的化学方法功能化 这种方法主要是利用接枝反应在聚合物骨架上引入活性功能基，从而改变聚合物性质，赋予其新的功能。能够用于这种接枝反应的高分子材料都用通用高分子可以便宜地获得。常见的品种包括聚

15、苯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸衍生物、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、纤维素、聚酯、聚酰胺、聚环氧化合物、聚苯醚、聚氨酯、有机硅和一些无机高分子。(2)高分子材料的物理方法功能化 高分子的物理功能化方法主要是通过小分子功能化合物与高分子的共混来实现。共混方法主要有熔融态共混和溶液共混。熔融态共混与两种高分子共混相似，是将聚合物熔融，在熔融态加入功能型小分子，小分子如果能够在聚合物中溶解，将形成分子分散相，获得均相物。溶解性能直接影响得到共混物的相态结构。溶液共混是将高分子溶解在一定溶剂中，同时，将功能型小分子溶解在高分子溶液中，或者悬浮在溶液中成混悬体。该方法比较简便、快速，多数情况不受场地和设备的限制，

16、特别是不受聚合物和功能型小分子官能团反应活性的影响，适用范围宽，但是聚合物共混的主要缺点是共混体不够稳定，在使用条件下(如溶胀，成膜等)功能高分子容易由于功能型小分子的流失，而逐步失去作用。三、功能高分子材料的多功能复合与功能扩大(1)多功能复合 有时一种高分子功能材料难以满足某种特定需要，如单向导电高分子，必须要采用两种以上的功能材料加以复合才能实现。又如，聚合物型光电池中光电转换材料不仅需要光吸收和光电子激发功能，为了形成电池电势，还要具有电荷分离功能。这时也必须要有多种功能材料复合才能完成。有时为了满足某种需求，需要在同一分子中引入两种以上的功能基。如在聚合物中引入电子给予体和电子接受体

17、，使光电子转移过程在分子内完成。此外，某些功能高分子的功能单一，作用程度不够，也需要对其用化学的或物理的方法进行二次加工。这称为功能高分子材料的多功能复合。(2)在同一分子中引入多种功能基 在同一种功能材料中，甚至在同一个分子中引入两种以上的功能基团，也是制备新型功能高分子的一种方法。以这种方法制备的功能高分子，或者集多种功能于一身，或者两种功能协同，创造出新的功能。例如在离子交换树脂中，离子取代基邻位引入氧化还原基团，如二茂铁基团，以该法制成的功能材料对电极表面进行修饰，修饰后的电极对测定离子的选择能力受电极电势的控制。当电极电势升到二茂铁氧化电位以上时，二茂铁被氧化，带有正电荷，吸引带有负

18、电荷的离子交换基团，构成稳定的正负离子对，使其失去离子交换能力。(3)原有功能高分子材料功能的拓展与扩大 采用的方法多种多样，但是总体来说主要包括物理方法和化学方法两种。物理方法就是对功能高分子材料进行机械处理和加工，改变其宏观结构形态，使其具有新的功能。比如，离子交换树脂的成膜化，赋予其分离膜的性质，形成离子交换膜。将吸附性树脂微孔化，增加比表面积，用于微量成分的富集等均属于物理拓展功能法。用化学方法拓展已有的功能例如将离子交换树脂变成整合树脂，成为了固体酸或固体碱，除了作离子交换之外，还用于催化、医药、色谱等行业。2.7.4重要的功能高分子有人把医用高分子也算成功能高分子，由于医用高分子的

19、特殊性，我们在前面已专章论及，接下来介绍其他种类的功能高分子。一、离子交换树脂离子交换树脂是一种可以与接触的介质进行离子交换的高分子，它本身不溶解于介质中，只有相关的离子与介质交换。其组成与分类如下图：1）离子交换树脂的高分子骨架大多数情况下，用悬浮聚合方法制成一定粒度的高分子珠球，分凝胶型和大孔树脂型两类。 (1)凝胶型树脂 聚苯乙烯型树脂 用苯乙烯和二乙烯苯悬浮共聚合而得，如下图，二乙烯苯的反应活性高于苯乙烯，因此可以想见早期共聚交联密度高，后期交联密度低，交联点分布不均，影响渗透性能和离子交换速度。但这是目前使用最多的树脂。聚丙烯酸型树脂 用丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯同二乙烯苯、二甲基丙

20、烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸烯丙酯、三聚异氰酸三烯丙酯等作交联剂悬浮共聚，如将二乙烯苯与另外几种交联剂混用，收效略好。缩聚树脂 主要是各种酚醛类树脂。(2)大孔树脂 树脂本体仍如凝胶树脂，只是在其聚合过程中加入“致孔剂”，一般是加入的不良溶剂，也可以是较良溶剂或混合溶剂，在共聚合过程中被包容进入高分子珠球体中，再将致孔剂萃取提出，形成大孔树脂。2）功能基团进入高分子骨架材料(1) 强酸性交换树脂：(2) 弱酸性阳离子交换树脂：(3)强碱性交换树脂：(4)弱碱性交换树脂：(5) 螯合树脂 螯合树脂其基本特征是高分子骨架上连接有整合的功能基，对多种金属离子有选择性的螯合作用。从结构上来说有一类是整合基

21、团在高分子骨架主链上，另一类是整合基团作为侧基连于高分子骨架上。常见的为后者。螯合基团是含有多个配位原子的功能基团，目前常见的配位原于有O、P、S、N、Se等，如：螯合树脂对不同离子有不同的络合能力，例如，脂肪胺基整合树脂，对海水中重金属离子的富集作用很好，而芳香胺整合剂对金、锏、汞、镍、锌等有较强的络合作用，高分子偶氮化合物，常用于稀土元素的富集和浓缩等等。因此螯合树脂在许多重要部门得到奇特的应用。3）离子交换树脂应用离子交换树脂和离子交换膜在水处理上是应用最多的市场。离子交换树脂常用于处理工业废水，可以从废水中富集和回收金属，以及丙酮、乙醇等溶剂。如从照相废液中回收银，从化纤废水中回收铜，

22、从电镀废水中回收铬等。对于抗菌素的提取，阳离子交联树脂能收到奇效。在国防军工和核工业上有独特的作用，如阳离子树脂用于核燃料放射性元素的回收，可将235U和99Tc富集、浓缩、回收可以达到很好的净化效果。在处理氯碱工业废水废液、海水淡化等方面也有广泛的应用。离子交换树脂可以作为高分子酸性和碱性催化剂，广泛应用于基本有机合成工业，如用离子交换树脂法合成双酚A，代替古老的H2SO4法，方法简便、收率高、成本低，可以连续化生产，产物极易分离和提纯。 二、高分子吸附剂和吸附树脂吸附树脂同离子交换树脂类似，甚至于有人把二者统称为“吸附树脂”。只是我们这里说的“吸附树脂”是分子型吸附树脂，而离子交换树脂有人

23、会说成是离子型吸附树脂。吸附树脂不同于离子交换，它是靠分子间的微孔来起吸附作用的。现在对于吸水性能好的吸附树脂又单独称为高吸水树脂，某些特别的凝胶型的高分子吸附剂又被称为凝胶分子筛，因此，总的类型上可分为：1）聚苯乙烯型吸附树脂苯乙烯和二乙烯苯共聚物为骨架，不同的高联度有不同的微观结构。使用不同的致孔剂和不同量的致孔剂，可以严格控制树脂中微孔的粒径。在宏观上，实际商品对树脂的粒径和形状也有一定的要求，例如用作色谱固定相的树脂要有微球形状和小的粒径。聚苯乙烯型树脂如在苯环上引入基团，可制成极性不等的树脂，目前已生产了大量不同极性、不同用途的商品。虽然商品名称不同，但其结构和性能仍然很类似。比表面

24、积一般在300500m2/g之间，少数有高达800m2/g，也有小至100m2/g以下的。平均孔径一般在30以下，小的孔径4.4nm，更大的孔径的商品也有，有大至90、100、几百甚至1000nm的，同沸石分子筛有些相似。2）聚丙烯酸骨架和其它类型树脂聚甲基丙烯酸酯与双甲基丙烯酸乙二酯共聚物是仅次于聚苯乙烯体系最常用的树脂。具有中等极性，较好的耐热性。其它类型的树脂有丙烯腈二乙烯苯共聚物，是极性很强的树脂，还有聚乙烯醇、聚酰胺、纤维素衍生物等。3）凝胶分子筛聚丙烯酰胺凝胶俗名生物凝胶，化学稳定性好，可在很宽的pH值范围内使用，机械强度好，中性，无离子交换，不为微生物利用。它有许多牌号，可以分离

25、分子量从100到60万甚至200万的，用于凝胶色谱。4）高分子吸水树脂与水接触后，能迅速吸水的高分子材料，有的吸水率高达几十倍，称为高吸水性树脂。从结构上说应是具有大量亲水基团的交联高分子，不溶但吸水后能迅速溶胀，具有一定的强度的立体结构，分子量极高。常见的吸水树脂和高吸水树脂可分为：5）吸附树脂的应用在废水的处理上，吸附树脂相当于高分子分子筛。处理含酸废水，农药废水，含有机酸、有机溶剂、表面活性剂的废水，以及用于脱色。被富集的杂质，可以浓缩收集。用于富集回收有机物，提取香料、油脂、某些生物质的分离和吸附提取等。用它来分离复杂的混合物可以有选择性地吸收。吸附树脂分离和再生极容易，用于蛋白质、酶

26、的分离不要加热，不要溶剂，收到特别的效果。高吸水树脂不仅在卫生材料尿布、垫布、卫生巾、手术床垫等应用广泛，而且在无土栽培、农田保墒、保水、大棚栽培、污泥凝固等有重要的应用。一些国家在沙漠中用于沙漠农业，作根底层保水剂。三、光敏性高分子光敏高分子的分类：1）光刻胶和感光树脂(1)光致抗蚀剂 在集成电路制造中，半导体表面氧化层许多地方要除去，一些地方则要保留。除去氧化层的方法主要用化学腐蚀溶洗法。为了使需要保留的地方不受影响，就要用涂料保护起来。在集成电路制造中，利用一种感光性树脂涂在氧化层上，在紫外光或其它可控光源的照射下，材料在短时间内就会发生变化，使材料在光照下，溶解能力、熔融性能和附着力都

27、发生变化。只要用一个事先设计好的图案，掩蒙在表面上，进行像照相一样的用光源曝光，被光照的就可以用溶剂洗去可溶部分，也叫显影，同照相的术语一样。这种性能的感光性树脂叫光刻树脂、光刻胶或叫光致抗蚀剂等等。光刻胶分为正型和负型，正型是紫外光照射部分溶解，负型是紫外光照射部分不溶解。负型为常用，所以光刻胶又叫光抗蚀剂，即光照射下变得能抗腐蚀了，一般就是在聚合物中加有光交联剂可以达到。它又有水溶性和液态两种，水溶性性能特殊，液态附着力和稳定性好。根据光源不同，又分为紫外线、远紫外线、电子束，x射线、离子束光致抗蚀剂等几种。(2)印刷用感光树脂 凸版印刷则采用光聚合型感光树脂，经光固化聚合成型，显影后荧光

28、部分变成不溶的高分子，不受光部分可以洗去，制成凸版印刷材料。主要感光树脂成分如：不饱和聚酯丙烯酸单体、丙烯酸聚酯丙烯酸单体、纤维素聚乙烯醇、尼龙丙烯酸单体、聚乙烯醇丙烯酰胺。平版印刷(胶印)有PS版，常用铝板上涂有感光树脂。树脂常是线性酚醛树脂，接有官能团，官能团常常是叠氮化合物(负胶)。丝网印刷制版用PVA或PVAc，以重氮化合物为感光剂。2）光敏涂料、光聚合树脂光聚合树脂实际上是在光引发剂作用之下，引发聚合或者交联而达到固化。一般都是含有一定的不饱和双键的预聚物或聚合物，如不饱和聚酯、低聚环氧树脂、不饱和的聚氨酯、聚醚等。除了预聚物之外，光敏涂料中有时还要加人称为“稀释剂”的物质，实际上是

29、可以在光的作用下产生自由基，进行交联的低分子物或低分子预聚物，如苯乙烯、丙烯酸等。3）光变色聚合物小分子光变色物质早为人知，如偶氮苯在光作用下，由反式变成顺式，吸收波长变化改变了颜色。光变色高分子的常用合成方法是将高分子和变色低分子共混，方法简便；另一种方法是把光变色基团接枝到高分子侧基上。四、磁性记录材料用于磁性记录材料的有磁带的带基，录像磁带、计算机磁带、软磁盘(m)、硬磁盘(HD)、磁光盘和磁卡等等。带基材料主要用PET，光盘主要用PC。常用各种热塑性粘合剂，聚氨酯、聚氨酯弹性体等。五、高分子试剂和催化剂小分子试剂经过高分子化或者使聚合物骨架与化学反应活性官能团相连接，得到具有化学试剂功

30、能的高分子化合物，称为高分子试剂。这种试剂在化学反应体系中不溶，稳定，而且由于空间位阻等，存在着立体选择性，用于化学合成颇受人们欢迎。高分子催化剂有高分子酸碱催化剂、高分子金属络合物催化剂、高分子相转移催化剂、高分子固定化酶。 六、高分子膜材料膜材料的重要指标是透过率和选择性。高分子膜的制法有浸渍凝胶相转化法(Ls法)和复合膜法两类。复合法基材是一个多孔高分子支撑膜。膜基材可有多种，常用聚酯织物或无纺布，在其上涂上一层致密的高分子皮层，制成复合膜。而浸渍凝胶法，是制造皮层与支撑体同时形成的非对称分离膜。将高分子溶液涂于一平板上(液相)，使成均匀薄层然后连溶液带板放入一个液体槽(凝胶槽)中，槽中

31、凝胶液扩散到高分子溶液上，高分子溶液的溶剂扩散出来，一定程度后高聚物就从原来溶液变成固相沉积下来，板上的一层离分子溶液变成了一张高分子固体膜。高分子膜材料的主要分类方法有：按膜的功能分类：按用途分类：膜的应用很广泛，现在已经用于过滤、超滤、电渗析过程、气体分离和控制释放等(药物膜)。具体的应用领域有水的淡化工业、啤酒等食品工业、医药工业、石油化工行业、以及环保部门的应用等。1）水的净化 海水淡化反渗透膜 苦咸水淡化反渗透 超纯水采用电渗析反渗遣离子交换工艺 城市家庭水净化反渗透膜2）啤酒食品工业应用用超滤和反渗透膜分离脱水，去除杂质、去除酒类混浊和酒花树脂、蛋白质等。用超滤膜技术可以不用蒸发而

32、浓缩酶、果汁、茶叶抽提汁、甜菊糖、大豆蛋白等。常用醋酸纤维素材料制膜。3）医药工业应用用超滤膜去除药物中热原物质，主要是一些注射用药，如青霉素、链霉素、中药的黄芪注射液、氨基酸产品等去除热原。在提取中药有效成分时，使用膜技术有时可以不必加热，不要药品处理。用中空纤维可以从益母草、甘草的水溶液中分离出有效成分。4）石油化工行业应用可以用中空膜浓缩铀，从合成氨的施放气中用中空纤维复合膜可以回收H2，回收H2的平均浓度接近90，氢的回收率达95以上，有的达985。日产1000t合成氨厂，用膜回收H2，可增产50tNH3。在许多化工厂的废气中，含有有机物，采用膜分离法比活性炭或分子筛法都经济可行，可用

33、来分离回收醇、酮、酯、芳烃、烷烃、石脑油等。用硅氧烷为主制成的富氧膜可使透过的空气含氧量达28-35左右，采用富氧膜装置于燃烧系统，可节省燃料30-50；炼钢中用35富氧空气，不仅节能，而且减少钢铁损失3左右；用富氧膜系统助燃，使燃料充分燃烧，减少灰尘污染。用渗透蒸发法生产无水乙醇，设备体积小，能耗低，操作简便。5）环保部门应用和其它应用各国都使用超滤膜、反渗膜、中空纤维等很多技术来处理各种工业废水和城市污水，许多应用领域还在不断开拓和扩展，膜的技术也在不断进步。七、导电高分子除了在高分子中加入导电材料共混制成导电塑料之外，通常高分子都是绝缘的。日本的白川英树、美国的Heeger(黑格)等发现

34、了聚乙炔可以导电之后开辟了导电高分子的新领域。研究发现，导电高分子是由大共轭结构组成的，导电高分子的合成方法，采用直接由单体聚合的较少，乙炔或带取代基的乙炔可以用单体聚合，但取代乙炔电导率大大下降。有以芳杂环1，3，5三嗪为单体进行开环聚合，得到含碳原子的乙炔型聚合物。聚芳香烃和芳杂环导电高分子的研究，最为广泛。一般采用间接法合成，如环己二烯或苯合成聚苯导电高分子可以作导电材料使用，但由于导电聚合物不溶不熔，难于加工，在导电材料上与金属相比还有较大差距。但作为抗静电材料，有一定竞争力，用作电极材料轻便，而且电压特性也好，作为航天航空的可充电电池的研制，意义是十分明显的。导电高分子还可以用作电显

35、示材料，中性的聚吡咯是黄颜色，在紫外区和蓝色区有较强吸收。当被氧化后外观深棕色。聚3甲基噻吩，氧化态为蓝色，还原态为红色等。导电高分子还在分析化学、催化剂和化学敏感器的方面得到应用。经过掺杂的导电高分子，具有氧化还原催化功能。导电高分子的掺杂态与非掺杂志的电导率有7个数量级以上的差别，利用这个特性可以制造有机分子开关部件。八、高分子液晶和其它功能高分子某些高分子晶体受热熔融或被溶解后，虽然失去固态物质的形态，外观呈流动状态，但它仍在某个温度范围内保持晶态的有序排列，近程有序，远程有序，物性上表现结晶的特征，形态上又似可流动，这种相态叫液晶。高分子液晶有高模量、高强度等优异性能，又易于加工，适合

36、作高性能工程材料和高性能合成纤维，此外用在图形显示和信息储存材料已被重视。高分子液晶作为色谱分离材料，作色谱固定相是色谱研究中的重要开发课题。此外功能高分子还可以包括高分子染料、高分子药物、高分子表面活性剂、高分子农用功能材料以及高分子阻燃剂等等。可降解高分子的研究正在各国进行，其初衷是研究解决废弃高分子的污染问题，但这不是解决“白色污染”的好方法，然而，可降解高分子的研究，或高分子降解方案的研究，能从另一个角度提供一种新的功能高分子，用到特殊的场合。2.7.5 思考题1、功能高分子具有哪些类别？2、请说明功能高分子的结构与性能。3、制备功能高分子有哪些方法4、高分子离子交换树脂的骨架材料和功能团主要有哪些？5、请例举两种功能高分子，并说明他们的功能性与结构（或组分）的关系