第5章-功能高分子
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第五章第三节功能高分子材料汇总页数:13
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第5章第3节功能高分子材料教案页数:4
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人教选修5第五章 第三节 功能高分子材料页数:29
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第五章 第三节 功能高分子材料解析页数:15
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高中化学选择性必修三 第5章第2节 功能高分子材料练习下学期(解析版)
第五章合成高分子第二节高分子材料第二课时功能高分子材料一、单选题1.2018年10月24日上午9时，港珠澳大桥正式通车。
举世瞩目的港珠澳大桥是世界上最长的跨海大桥，也是中国交通史上技术最复杂，建设要求及标准最高的工程之一，被英国卫报誉为“新世界七大奇迹”。
下列有关化学物质的说法不正确的是A. 港珠澳大桥海底隧道由33节巨型沉管和1个合龙段接头组成，沉管管节的结构形式主要有钢壳结构和钢筋混凝土结构。
混凝土中所需的水泥是新型无机非金属材料B. 港珠澳大桥沥青混凝土路面使用寿命标准为15年，浇筑式沥青为其中的重要成分。
除天然沥青外，沥青来源于煤和石油C. 港珠澳大桥全线夜景照明分为功能性照明和装饰性照明两部分。
其中通航孔桥中配置的变色LED投光灯内部用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用。
环氧树脂通过聚合反应制得D. 港珠澳大桥采用由多层新型高阻尼橡胶和钢板交替叠置结合而成的隔震支座实现抗震。
这种新型高阻尼橡胶是人工合成高分子物质【答案】A【解析】A.水泥是传统无机非金属材料，故A错误；B.沥青除天然沥青外，有的沥青来源于煤和石油，故B正确；C.环氧树脂属于合成有机高分子材料，通过聚合反应制得，故C正确；D.新型高阻尼橡胶属于人工合成高分子物质，故D正确。
故选A。
2.下列有关物质的性质、用途及变化说法正确的是A. 糖类化合物都具有相同的官能团，利用粮食酿酒经过了淀粉葡萄糖乙醇的化学变化过程。
B. 酯类物质是形成水果香味的主要成分，油脂的皂化反应生成脂肪酸和丙醇。
C. 合成纤维、人造纤维及碳纤维都属于有机高分子材料，聚乙烯塑料的老化是由于发生了加成反应。
D. 蛋白质水解的最终产物是氨基酸，氨基酸溶于水过量氢氧化钠溶液中生成离子，在电场作用下向正极移动。
【答案】D【解析】略3.下列材料中属于功能高分子材料的是有机玻璃合成橡胶高分子分离膜生物高分子材料隐身材料液晶高分子材料光敏高分子材料智能高分子材料A. B. C. D.【答案】C【解析】塑料、合成橡胶、合成纤维属于三大传统合成材料，高分子分离膜生物高分子材料隐身材料液晶高分子材料光敏高分子材料智能高分子材料属于功能高分子材料，故C正确。
第五章第三节
项中光敏高分子材料、C 项中高吸水性树脂、D 项中导电高分子材 料均属于功能高分子材料。 答案 B
自 主 探 究 精 要 解 读 实 验 探 究 活页规范训练
【体验 1】下列各组中，对相应高分子材料的分类、功能的说 法正确的是( 序号 A B C D )。 高分子材料 黏合剂 涂料 类型 功能高分子材料 传统高分子材料 功能 黏合作用 保护作用
自 主 探 究
精 要 解 读
实 验 探 究
活页规范训练
新型高分子材料
功能高分子材料 概 念 既有传统高分子的机械性 能，又有一些特殊性能的 高分子材料
复合材料 两种或两种以上材料组合 成的一种新型的材料。含 有基体和增强剂两种材料
自 主 探 究
精 要 解 读
实 验 探 究
活页规范训练
【例 2】在下列关于新型有机高分子材料的说法中，不正确的 是( )。
了单一材料在性能上的缺陷。 3．应用 宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康等 方面。
自 主 探 究
精 要 解 读
实 验 探 究
活页规范训练
【慎思 1】 在橡胶工业中，制造橡胶要经过硫化工艺，将顺丁 橡胶的线型结构连接为网状结构。在制备高吸水性树脂时也要 加入交联剂，以得到具有网状结构的树脂。为什么要做成网状 结构？目的是否相同？ 提示 橡胶工业中将线型结构连接为体型结构是为增加橡胶
自 主 探 究 精 要 解 读 实 验 探 究 活页规范训练
【例 1】高分子材料发展的主要趋势是高性能化、功能化、复合化、 精细化和智能化，下列材料不属于功能高分子材料的是( A．用于生产光盘等产品的光敏高分子材料 B．用于制造 CPU 芯片的良好半导体材料单晶硅 C．能用于生产“尿不湿”的高吸水性树脂 D．能导电的掺杂聚乙炔 解析 B 项中半导体材料单晶硅，属于传统的无机非金属材料。A )。
功能高分子05第6章光敏高分子材料
在橡胶膜上制备微米级导线
导电聚合物一般都具有共轭结构。具有共轭结构 的导电聚合物尽管和金属相比具有重量轻和其他一 些特点，但它不像一般塑料那样容易加工成型，这 限制了导电高分子材料的广泛使用。
1988年发现聚异戊二烯（Байду номын сангаас然橡胶）在经碘处理 后也具有导电性，橡胶易溶于溶剂，可以涂布成膜， 因此可扩大导电高分子材料的用途。
根据上述结果，利用光致顺反异构的原理，在 绝缘的顺丁橡胶上制备出了微米级的导电线条。
原理：顺式的聚丁二烯在光照下可以转变为反 式聚丁二烯，而反式聚丁二烯可以在碘的作用下 转变为导体。
制备微米级导线 的过程可用图来说明。
这一成果虽然看来 简单，但它却为导电 聚合物在印刷电路、 集成电路、光盘等器 件上的使用起到了积 极的作用。
将半成品从升降台上取出， 用溶剂洗涤后臵于紫外灯下加 温烘烤、全面曝光，最终得到 成品。
立体光刻是制造模型，它对所制备物件的精确 性和各种性能要求非常严格，因而对光固化树脂提 出了严格的要求，具体说来有如下几点：
（1）黏度低，流动性好，由于是层层固化，要 求液体的树脂在前一层上迅速流平。
（2）固化时收缩小。 （3）半成品的强度高，以保证后固化过程不发 生形变、膨胀、起泡及层间分离。
1、什么是光敏高分子？
2、什么是光致顺反异构？举例说明。
1、什么是光敏高分子？ 光敏高分子在光作用下能迅速发生化学和物理变化的高分子，
或者通过高分子或小分子上光敏基团所引起的光化学反应（如
聚合、二聚、异构化和光解等）和相应的物理性质（如溶解度、 颜色和导电性等）变化而获得的高分子材料。 2、什么是光致顺反异构？举例说明。 光致顺反异构是光致异构化反应的一种，它是指两个化学基 团在双键两侧位置上的变化，是一种光化学反应。 例如，顺式的聚丁二烯在光照下可以转变为反式聚丁二烯。
第五章第2节高分子材料第2课时 课件 2021-2022学年高二化学人教版（2019）选择性必修3
B.CH2==CH—COOH
C.CH3—CH(OH)—COOH D.H2N—CH2—COOH
随堂巩固
3.X是一种性能优异的高分子材料，其结构简式为
，
已被广泛应用于声、热、光的传感等方面，它是由HC≡CH、(CN)2、CH3COOH三种 单体通过适宜的反应形成的。由X的结构简式分析合成过程中发生反应的类型有
很难溶解，但往往有一定程 度的胀大
性能
具有热塑性，无固定熔点
具有热固性，受热不熔化
强度大、绝缘性好、有可塑 特性 强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好
性
常见 物质
聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶
酚醛树脂、硫化橡胶
小结
随堂巩固
1.手术缝合线、人造器官等人体用的功能高分子要求无毒且与人体有较好的相容性。
根据有关化合物的性质及生物学知识可知，下列高分子不宜用作手术缝合线或人造
②合成新的带有强亲水基团的高分子。
如CH2==CH—COONa —一交—定联—条—剂件→
聚丙烯酸钠(网状结构)
学习任务三：高吸水性树脂
3.性能： 不溶于水，也不溶于有机溶剂，与水接触后在很短的 时间内溶胀，可吸收其本身质量的数百倍甚至上千倍 的水，同时保水能力要强，还能耐一定的挤压作用。
《时代周刊》评出20世纪最伟 大的100项发明，其中“尿不 湿”榜上有名
器官材料的是 A.聚乳酸
B.聚氨酯
C
C.氯纶
D.聚乙烯醇
随堂巩固
2.用高分子塑料骨钉取代钛合金骨钉是医学上的一项新技术，这种塑料骨钉不仅具
有相当的强度，而且可在人体内水解，使骨科病人免遭拔钉的痛苦。合成这种塑料
骨钉的原料能与强碱溶液反应，也能在浓硫酸条件下形成环酯。则合成这种塑料骨
功能高分子导电高分子
第五章 导电高分子
1.3.2 复合型导电高分子 复合型导电高分子是在本身不具备导电性的 高分子材料中掺混入大量导电物质，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。
第五章 导电高分子
与结构型导电高分子不同，在复合型导电高分 子中，高分子材料本身并不具备导电性，只充当了 粘合剂的角色。导电性是通过混合在其中的导电性 的物质如炭黑、金属粉末等获得的。由于它们制备 方便，有较强的实用性，因此在结构型导电高分子 尚有许多技术问题没有解决的今天，人们对它们有 着极大的兴趣。复合型导电高分子用作导电橡胶、 导电涂料、导电粘合剂、电磁波屏蔽材料和抗静电 材料，在许多领域发挥着重要的作用。
导电高分子 (Conducting Polymers)
本章主要内容
一、前言 二、导电高聚物的定义，分类 三、导电高聚物的导电机理
四、导电高聚物的应用
一、前言
1
2 3
绝缘体
半导体 导体 超导体
< 10-10
按电学性能分类
10-10~102
>102
4
电导率 , s/cm （西门子/厘米） 通常，聚合物材料属于绝缘体范畴。
座右铭：去冒险吧
麦克迪尔米德小传 （Alan G. MacDiarmid，1929～）
1927年生于新西兰。 曾就读于新西兰大学、美国 威斯康星大学以及英国剑桥 大学。 1955年开始在宾夕法尼亚大 学任教。 1973年开始研究导电高分子 2000年获诺贝尔化学奖
发表过六百多篇学术论文 拥有二十项专利技术
2、导电高分子的发现
1970’s
1971 1862 1916 1957 1967 1968
第五章高分子材料ppt课件
当外力不是静力，而是交变力（即应力大小呈周期性变化）时，应力和应变的关系就会呈现出滞后现象。所谓滞后现象，是指应变随时间的变化一直跟不上应力随时间的变化的现象。当应力与应变有相位差时，每一次循环变化过程中要消耗功，称为力学损耗或内耗。链段运动跟得上外力变化，则内耗很小，反之完全跟不上也小；当链段运动稍微滞后于外力的变化，内耗最大。
能结晶；160C
能结晶；160C
不结晶；75C
双烯类高分子主链上存在双键。由于取代基不能绕双键旋转，因而内双键上的基团在双键两侧排列的方式不同而有顺式构型和反式构型之分，称为几何异构体。以聚1,4-丁二烯为例，有顺1,4和反1,4两种几何异构体。反式结构重复周期为0.51nm（图b），比较规整，易于结晶，在室温下是弹性很差的塑料；反之顺式结构重复周期为0.91nm（图a），不易于结晶，是室温下弹性很好的橡胶。类似地聚1,4-异戊二烯也只有顺式才能成为橡胶(即天然橡胶)。对于聚丁二烯，还可能有1,2加成，双键成为侧基。因而与单烯类高分子一样，有全同（图d）和间同（图c）两种有规旋光异构体。
1.缨状微晶胞模型
2.折叠链结晶模型 基于的实验事实：电子衍射研究结果表明高分子单晶都具有一般共同的形态，即厚度约10纳米，长、宽约几微米尺寸的薄片晶，而且高分子链方向垂直于片晶平面。
3.聚合物结晶度： 结晶度即结晶部分的含量；利用比容、量热法、X射线衍射、红外光谱法。 影响结晶度的因素： 1.聚合物结构：规整结构的聚合物可以达到很高结晶度，分支、结构不规整的聚合物结晶度较； 2.结晶条件：缓慢降温比急冷更容易高的结晶度。
高分子柔顺性与单链内旋转难易程度有关。原子间的联结作用阻碍了单键的内旋转，使大分子链的运动以相连接的链段运动来实现。链段越短柔顺性越大。 高分子链的柔顺性是高聚物许多性质不同于低分子物质的重要原因，尤其对高聚物的弹性和塑性有重要影响。
高中化学第五章进入合成有机高分子化合物的时代5.3.1功能高分子材料课件新人教选修5.ppt
你知道吗？
分离膜具有神奇的魔术师般的本领，从下 面的实验中不难领会。将一瓶含酒精4.5％的 普通啤酒用水稀释成两瓶，然后倒入玻璃容 器内，只要将这种溶液通过薄薄的一层分离 膜，就能够在几分钟内提取出酒精浓度达 93 ％的乙醇。这种乙醇用一根火柴就能点燃。 这个实验中在分离膜的表面施加了高频电场， 促使乙醇溶解、扩散、和水分离，所耗电能 仅为蒸馏法的十分之一。在过去要从液体中 分离另一种液体，只能使用蒸馏法。
用有高吸水性的高分子材料制作的，可吸收自重几百倍的水，但 仍保持干爽。
成分：聚乙烯醇、聚丙烯酸盐交联可得。
［启示］ 食品保鲜、人造皮肤、防止土壤沙漠化。
（请你想一想）角膜接触镜，俗称隐形 眼镜。目前大量使用的软质隐形眼镜， 它常用以下哪种材料制成的（D）
（A）有机玻璃
（B）硅氧烷和丙烯酸酯的共聚物
二、复合材料
1．复合材料：指两种或两种以上材料组合 成的一种新型材料。其中一种做为基体，另 外材料做为增强剂。
2．复合材料的性能：具有强度高、质量轻、 耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上 超过了单一材料。
复合材料－玻璃钢
三、有机高分子材料的发展趋势
1．对重要的通用有机高分子材料继续进行 改进和推广，使他们的性能不断提高，应 用范围不断扩大。如新型导电和电磁屏蔽 材料。 2 ．与人类自身密切相关、具有特殊功能的 材料的研究也在不断加强，并且取得了一 定的进展，如仿生高分子材料、高分子智 能材料等。
解答：A、D。
启示：高分子材料的研究方面是一方面对重要的通用有机高分 子材料继续改进和推广。另一方面研究与人类自身密切相关，具有 特殊功能材
练习：
1、下列物质不属于有机高分子化合物的是( C )
A、淀粉 B、蛋白质 C、酒精 D、电木
功能高分子材料知识点
第一章1、什么是功能高分子材料？与普通高分子材料的区别、什么是功能高分子材料？与普通高分子材料的区别? 功能高分子材料是指那些具有独特物理特性（如光，电，磁灯）或化学特性（如反应，催化等）或生物特性（治疗，相容，生物降解等）的新型高分子材料。
区别：区别：常规高分子材料由于其分子量巨大，分子内缺少活性官能团，通常表现为难以形成完整晶体，难溶于常规溶剂，没有明显熔点，不导电，并呈现化学惰性等共同特性。
功能高分子材料带有特殊物理化学性质和功能，其性能和特征都大大超出了常规高分子。
第二章1、高分子试剂与普通试剂相比的优缺点。
、高分子试剂与普通试剂相比的优缺点。
优点：a) 简化操作过程。
b) 有利于贵重试剂和催化剂的回收和再生。
c) 可提高实际的稳定性和安全性。
d) 所谓的固相合成工艺可以提高化学反应的机械化和自动化程度。
e) 提高化学反应的选择性。
f) 可以提供在均相反应条件下难以达到的反应环境。
缺点：a) 增加实试剂生产的成本。
b) 降低化学反应速度。
2、常用试剂的辨认（种类、判断官能团）、常用试剂的辨认（种类、判断官能团）。
高分子氧化剂（高分子过氧酸）：稳定性好，贮存、运输、使用方便高分子还原剂（高分子锡还原试剂）：稳定性好、无气味、低毒性、还原某些羰基化合物、选择性还原二醛中的一个、定量的将卤代烃中的卤素转变为氢优点：选择性高，可再生。
3、常用的氧化还原试剂，卤代试剂，酰基化试剂分别有哪些、常用的氧化还原试剂，卤代试剂，酰基化试剂分别有哪些？常用的氧化还原试剂：醌型，硫醇型，吡啶型二茂铁型，多核芳香杂环型。
卤代试剂：二卤化磷型，N-卤代酰亚胺型，三价碘型。
酰基化试剂（分别使氨基，羧基和羟基生成酰胺，酸酐和酯类化合物）：高分子活性酯和高分子酸酐。
4、高分子氧化还原试剂——特点：能够在不同情况下表现出不同的反应活性。
——特点、高分子氧化还原试剂——特点：高分子氧化还原试剂具有可逆的氧化还原特性醌型硫醇型吡啶型二茂铁型多核芳香杂环型第三章1、复合型导电高分子材料的定义、构成，与本征型的区别。
高二化学选修5课件：5-3功能高分子材料
人 教 版 化 学
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
③高分子化学反应被广泛应用于纤维素的改性，可以 制黏胶纤维、硝化纤维和醋酸纤维等。 ④高分子化合物的降解过程也属于高分子化学反应。 在降解过程中，高分子化合物链节数变小。
人 教 版 化 学
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
2．新型有机高分子材料与传统的三大合成材料的区别 与联系 二者在本质上并没有区别，它们只是相对而言。从组 成元素看，都是由C、H、O、N、S等元素构成；从合成反 应看，都是由单体经加聚或缩聚反应形成；从结构看，都
人 教 版 化 学
有线型结构、体型结构。它们的重要区别在功能与性能上，
与传统材料相比，新型有机高分子材料的性能更优异，往
往具备传统材料所没有的特殊性能，可用于许多特殊领域。
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
【例4】
医用化学杂志曾报道，有一种功能高分子材
料为聚乙交酯纤维材料C，用这种功能高分子材料制成的手 术缝合线比天然高分子材料的肠线好。它们的合成过程如 下：
人 教 版 化 学
(3)指出下列转化的反应类型。
①B→C：________；②C→石墨化纤维：________。
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
【解析】
平均一个六边形含3个碳原子、1个氢原子、
1个氮原子。因此，构成石墨化纤维的N、H、C原子个数比 为1∶1∶3。CHCH与HCN加成生成A，A聚合成B，B又经 过加成反应生成C，C经过脱氢生成石墨化纤维。 【答案】 (1)N、H、C；1∶1∶3
人 教 版 化 学
能够把热能转换成电能等。因此，这种新型的高分子膜为
缓解能源和资源的不足、解决环境问题带来了希望。
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
③高分子化学反应被广泛应用于纤维素的改性，可以 制黏胶纤维、硝化纤维和醋酸纤维等。 ④高分子化合物的降解过程也属于高分子化学反应。 在降解过程中，高分子化合物链节数变小。
人 教 版 化 学
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
2．新型有机高分子材料与传统的三大合成材料的区别 与联系 二者在本质上并没有区别，它们只是相对而言。从组 成元素看，都是由C、H、O、N、S等元素构成；从合成反 应看，都是由单体经加聚或缩聚反应形成；从结构看，都
人 教 版 化 学
有线型结构、体型结构。它们的重要区别在功能与性能上，
与传统材料相比，新型有机高分子材料的性能更优异，往
往具备传统材料所没有的特殊性能，可用于许多特殊领域。
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
【例4】
医用化学杂志曾报道，有一种功能高分子材
料为聚乙交酯纤维材料C，用这种功能高分子材料制成的手 术缝合线比天然高分子材料的肠线好。它们的合成过程如 下：
人 教 版 化 学
(3)指出下列转化的反应类型。
①B→C：________；②C→石墨化纤维：________。
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
【解析】
平均一个六边形含3个碳原子、1个氢原子、
1个氮原子。因此，构成石墨化纤维的N、H、C原子个数比 为1∶1∶3。CHCH与HCN加成生成A，A聚合成B，B又经 过加成反应生成C，C经过脱氢生成石墨化纤维。 【答案】 (1)N、H、C；1∶1∶3
人 教 版 化 学
能够把热能转换成电能等。因此，这种新型的高分子膜为
缓解能源和资源的不足、解决环境问题带来了希望。
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
5 功能高分子材料
photosensitive polymers 感光性高分子是指在吸收了光能量后，能在分子内 或分子间迅速产生光化学反应（如降解、交联、异 构化等）和相应的物理性质（如溶解度、颜色和导 电性等）变化的一类功能高分子材料。
光交联型高分子
感光高分子材料 光分解型高分子
光致变色高分子
1．光交联型高分子
在光照下，分子链间能发生交联偶合反应的感光性高分子。
同时由于液晶分子的取向特性，纤维可以在较 低的拉伸倍率下获得较高的取向度，避免纤维在 高拉伸倍率下，产生内应力和损伤纤维，从而可 以获得高强度、高模量、综合性能好的纤维。
16
聚对苯二甲酰对苯二胺纤维不同纺丝方法 的力学性能对照 纺丝方法
纺丝液浓度（%） 纺丝液温度（oC） 纺丝液光学性质 纤维拉伸强度（克/袋） 断裂伸长率（%） 初始模量（克/袋）
弱碱性阴离子交换
大孔离子交换树脂
大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同的骨架结 构，在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再引 入化学功能基团，便可得到大孔离子交换树脂
优点：
通过在合成时加入惰性致孔剂，克服了普通凝胶 树脂由于溶胀现象，产生的“暂时孔”现象，从 而强化了离子交换的功能； 减少了凝胶树脂在离子交换过程中的“有机污染 ”现象（大分子不易洗脱）； 可以通过致孔剂选择调整孔径大小、树脂的比表 面积，以适应不同的分离要求。
离子交换树脂的应用——蛋白提纯
• 树脂预处理
• 离子交换吸附 • 洗脱
离子交换树脂的应用——水处理
工业用水里存在钙、镁、 两价和三价的铁离子，易使 管道和锅炉结垢。用聚苯乙 烯磺酸型离子交换树脂可以 对水进行软化处理 用于原子能、半导体、电 子工业、高温高压锅炉的水， 要求高质量的无离子水。采 用离子交换树脂混合床法可 使水去离子化
光交联型高分子
感光高分子材料 光分解型高分子
光致变色高分子
1．光交联型高分子
在光照下，分子链间能发生交联偶合反应的感光性高分子。
同时由于液晶分子的取向特性，纤维可以在较 低的拉伸倍率下获得较高的取向度，避免纤维在 高拉伸倍率下，产生内应力和损伤纤维，从而可 以获得高强度、高模量、综合性能好的纤维。
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聚对苯二甲酰对苯二胺纤维不同纺丝方法 的力学性能对照 纺丝方法
纺丝液浓度（%） 纺丝液温度（oC） 纺丝液光学性质 纤维拉伸强度（克/袋） 断裂伸长率（%） 初始模量（克/袋）
弱碱性阴离子交换
大孔离子交换树脂
大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同的骨架结 构，在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再引 入化学功能基团，便可得到大孔离子交换树脂
优点：
通过在合成时加入惰性致孔剂，克服了普通凝胶 树脂由于溶胀现象，产生的“暂时孔”现象，从 而强化了离子交换的功能； 减少了凝胶树脂在离子交换过程中的“有机污染 ”现象（大分子不易洗脱）； 可以通过致孔剂选择调整孔径大小、树脂的比表 面积，以适应不同的分离要求。
离子交换树脂的应用——蛋白提纯
• 树脂预处理
• 离子交换吸附 • 洗脱
离子交换树脂的应用——水处理
工业用水里存在钙、镁、 两价和三价的铁离子，易使 管道和锅炉结垢。用聚苯乙 烯磺酸型离子交换树脂可以 对水进行软化处理 用于原子能、半导体、电 子工业、高温高压锅炉的水， 要求高质量的无离子水。采 用离子交换树脂混合床法可 使水去离子化
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（2）官能团与聚合物骨架的协同作用
河 北 工 业 大 学 高 分 子 研 究 所
有些功能高分子的“功能”是通过官能团与聚合物骨架结合 才能发挥作用。如用于固相合成的高分子载体聚对氯甲基苯乙烯， 在固相合成中，甲基氯与小分子，如氨基酸等进行酯化反应生成 芳香酯，小分子试剂通过酯化被固化到聚合物载体上成为固化试 剂。氯甲基官能团和聚合物骨架间的协同作用，使该反应得以在 固相中进行。
（3）聚合物骨架本身具有官能团的作用 聚合物骨架与官能团在形态上不可区分，官能团是聚合物骨 架的一部分。如主链型聚合物液晶和导电聚合物，如苯乙炔、芳 香烃以及芳香杂环聚合物等，这些聚合物的线性共轭结构既是高 分子骨架的一部分，又对导电过程起主要作用。
（4）官能团起辅助作用
河 北 工 业 大 学 高 分 子 研 究 所
5.2
河 北 工 业 大 学 高 分 子 研 究 所
高吸水性高分子材料
义
5.2.1 定
高吸水性高分子材料又称为超级吸水高分子或超级吸 水剂，其含有很强的亲水性基团，并有一定的交联度，既 不溶于水，也不溶于有机溶剂，但是与水接触后在很短时 间内能够溶胀，可吸收比自身重几百倍至几千倍的水，且 保水能力极强。 1968 年，美国的 Fanta 等用硝酸铈铵为引发剂，在淀 粉上接枝 PAN 制备出最早的高吸水性树脂，高吸水性树脂 的产品及商品化始于 20世纪80年代初，日本占总产量的一 半，其中90％左右用于卫生材料。
（1）以小分子的官能团为设计基础
当小分子材料具备所需要的主要功能时，为了克服小分子 材料的不如意之处，对已知功能的小分子进行高分子化，使小 分子的功能与高分子结构或骨架的性能相结合，以期开发出新 的功能高分子材料。 这种功能性小分子高分子化的制备或合成方法主要可采用 两种途径：一是使含有功能基的小分子成为可聚合的单体，通 过单体小分子的加聚或缩聚等反应制取；二是将特定官能团引 入到现有的高分子结构中去。 小分子经高分子化后，所产生的高分子化效应主要表现在 以下几个方面：材料的挥发性、溶解性下降，稳定性提高。例 如：将小分子液晶与高分子链连接形成高分子液晶后，可克服 小分子液晶流动性强、不易加工处理的欠缺，扩大其使用范围。 将小分子染料制成高分子染料后可以减少流失，提高色牢度。 将小分子经过高分子化后，还可将某些小分子在液相中的用途 或功能拓宽到固相中，如将液相显色剂转变为固相显色剂；将 液相反应活性点转变为固相反应活性点等。
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采用功能基单体聚合方法的特点：功能基在分子链上分布 均匀，含量高。但是，功能基单体合成比较困难，价格较贵， 在合成中一般需要保护功能基。 采用小分子与高分子结构反应方法的特点：高分子结构或 骨架现成，供选择的高分子载体品种多，价格相对低。但是， 小分子与高分子载体进行高分子化反应时，不能百分之百地完 成，功能基在高分子链上的分布不均匀。 因此，以功能小分子为基础设计功能高分子的基本原则是： 一是高分子化过程应尽量不破坏小分子功能材料的作用部分， 如功能基；二是引入的高分子骨架应不破坏或有利于小分子原 有功能的发挥，且能尽量弥补小分子的不足。
二、研究的内容
功能高分子材料研究的主要内容是聚合物结构或骨架、 功能性基团、分子组成以及材料的宏观结构形态与材料功能 间的关系，具体包括功能高分子材料的制备、化学与物理结 构、性能与机理研究等。其研究的主要目的是探求聚合物结 构与功能间的关系，并以此作为理论基础，指导开发功能更 强更新的高分子材料。
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（2）淀粉—混合单体共聚
除了淀粉、丙烯腈外，还可加入第二种单体在淀粉链上接 枝共聚。如将α-丙烯酰胺-２-甲基丙烷磺酸（AASO3H）与 丙烯腈混合，与玉米淀粉进行接枝共聚制成共聚物，其吸收能 力（吸水、尿等）均比单独使用丙烯腈要高。最高可达5300倍， 且皂化时间低于40min，比原来节省时间一半以上。 （3）淀粉或交联淀粉—聚丙烯酸钠接枝共聚 淀粉与聚丙烯酸钠水溶液加热混炼得到接枝共聚物，以混 炼加热代替引发剂。
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把溶剂水换成水与甲醇的混合溶剂后，上述操作比较容易进行。 除铈（四价）引发剂外，还有三价锰盐［Ｍｎ（Ｈ２Ｐ２Ｏ７）３］３－和 Ｈ２Ｏ２／Ｆｅ２＋盐。
除化学引发剂外，还有Co60、γ—射线引发等。
除丙烯腈有机单体外，还有其它丙烯基单体，如丙烯、甲基丙烯 酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、醋酸乙烯等都可与淀粉接枝共聚，接枝 效率以前两个最高。
5.2.2
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种类与特征
高吸水性树脂的种类主要有天然高分子改性体系及 合成树脂体系，主要品种有淀粉一丙烯腈、羧甲基纤维素、 藻酸盐、聚丙烯酸盐、醋酸乙烯—丙烯酸酯共聚物、聚氧 乙烯、聚烯烃等。 高吸水性树脂的形状有粉末、膜及纤维状等。 天然高分子改性的高吸水性树脂主要以纤维素和淀粉为 主要原料，用有机高分子单体进行改性得到，其特点是生 产成本低、吸水能力高，产品具有生物降解性，但生产过 程较复杂，产品容易变质。 合成高吸水性树脂生产工艺简单，产品质量比较稳定， 但成本较高，树脂吸水率偏低，缺乏生物降解性。
5.2.4.2
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应用
高吸水性树脂用途广泛，用于多种领域：
在卫生及医疗领域，制成妇女卫生巾、尿布，医用敷贴膏用于润湿、 药物缓释等； 在农业上，作为土壤改良剂与保水剂，将保水保温高吸水性树脂与 土壤混合，改善土壤的团粒结构，增加透水、透气性等，有利于作物 生长，节约灌溉用水。例如：法国将高吸水性树脂与土壤混合制成 “水合土”，在沙漠中试种庄稼。 在化工、建筑及日化等领域可作为脱水剂、增稠剂，水封材料、堵 漏剂、固化剂、防雾剂、保鲜剂等。 此外，它还具有将化学能转变成机械能的功能，可用于制备相应 的机械装臵，也可用以制成pH传感器等测量设备。
5.2.35ຫໍສະໝຸດ 2.3.1河 北 工 业 大 学 高 分 子 研 究 所
制备
淀粉体系高吸水性树脂的制备
普通的淀粉的形状为颗粒状，包括圆形、椭圆形和三角形。 淀粉的相对密度为1.6，不溶于水，冷水中搅拌可形成淀粉乳。继 续加热可吸水溶胀，温度升高，吸水量和粘度增大，最后淀粉彻 底解体，分子全部进入溶液即淀粉发生糊化。 淀粉能够与丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸、丁二烯、苯乙烯 等高分子单体发生接枝共聚制成以淀粉为主链的共聚物。 （1）淀粉—丙烯腈接枝共聚 淀粉 — 丙烯腈接枝共聚物是第一个工业化的高吸水性树脂， 商品名为 Super Sluper 。其制备方法是在低于 90℃的条件下将淀 粉糊化，然后冷却到 25℃，再加入丙烯腈，采用硝酸铈（四价） 铵为催化剂，在 30℃以上进行接枝共聚反应。共聚产物在强碱作 用下加水分解，将接枝的PAN部分转变成聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠， 最后精制、干燥得到产品。反应式如下：
纵观高分子材料的发展历史，功能高分子材料是 高分子材料领域中发展最快、具有重要理论研究和实 际应用意义的新领域，对国民经济的发展具有十分重 要的战略意义。功能高分子材料以其特殊的电学、光 学、医学、仿生学等诸多物理化学性质构成功能材料 学科研究的主要组成部分，功能高分子材料的研究必 将为人类探寻和提供更多更好的具有高附加值的各种 新型材料，这些材料将有力地促进高技术的发展。当 今世界各国实力竞争的实质是国家科学技术水平的竞 争，因此，研究、利用与开发功能高分子材料，对于 开发新材料、促进科技进步、增强国民经济实力都具 有非常重要和深远的战略意义。
（3）功能高分子材料的复合及现有功能的拓展
将两种或两种以上具有不同功能的高分子材料进行复合，制 成复合型功能高分子材料。例如：通过特殊加工工艺，改变聚合 物分子的排列结构、结晶状态和使其微孔化等，来赋予高分子膜 等材料的分离功能、渗透功能。
5.1.３
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功能高分子材料的研究意义
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第 5章
功能高分子材料
(Materials of Functional Polymers)
5.1 概述
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5.1.1 功能高分子材料的内容和分类
一、定义 功能高分子材料是指具有特定的功能作用，可做功能材 料使用的高分子化合物。
（2）利用小分子与聚合物结构或骨架的协同作用进行 设计
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单一的小分子或单一的聚合物骨架都不具备某种特殊的功能， 但是将特定的小分子与高分子骨架结合制成高分子材料后，其具 备一定的功能性，这种现象称为协同作用。目前，小分子与高分 子骨架的协同作用机理尚不十分清楚。有关设计思路主要为利用 功能基与高分子骨架的邻位协同作用和利用高分子骨架的空间位 阻作用。
聚合物骨架是实现“功能”的主体，其中所谓的官能团仅仅 起辅助作用。例如，在主链型液晶聚合物中的芳香环上引入一定 体积的取代基用于降低玻璃化转变温度，这一基团仅起降低使用 温度的目的，而与其“液晶”功能无关；在高分子膜材料中引入 极性基团以改变其浸润性等。总之，这类官能团的引入仅用于改 善材料的溶解性、浸润性、降低玻璃化转变温度和提高强度等， 不是功能高分子的“主体功能”。
5.2.3.２ 合成树脂类高吸水性树脂的制备 （1）聚丙烯酸体系
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如甲基丙烯酸甲酯与醋酸乙烯的共聚物在碱的作用下加压 水解，形成相应的羧基和羟基，制成高吸水剂。 （2）聚丙烯腈体系 如82％丙烯腈、甲基丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺共聚物的 纺丝，浸渍于浓硫酸中，干燥后得到高吸水性树脂。 （3）改性聚乙烯醇 PVA与粉状酸酐（如马来酸酐、苯酐等）反应制成改性PVA 高吸水性树脂。如将马来酸酐溶于溶剂中，然后加入PVA粉末， 加热、搅拌进行非均相反应，是PVA上的部分羟基酯化引入羧基， 再用碱处理得到高吸水性的聚乙烯醇树脂。