第十章 天然高分子
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第一章测试1【判断题】 (10分)材料是人类社会生活的精神基础。
A.对B.错2【判断题】 (10分)青铜是铜锡合金。
A.对B.错3【判断题】 (10分)芯片是各种集成电路和原件刻蚀在线路板上的一个综合体。
A.错B.对4【判断题】 (10分)日常生活中家庭用到的空调洗衣机、冰箱电视的壳体材料基本是塑料这种高分子材料。
A.错B.对5【单选题】 (10分)材料是人类用于制造各种产品和有用物件的()。
A.生产力B.原料C.设备D.物质6【单选题】 (10分)恩格斯曾经这样论述,人类从低级阶段向文明阶段的发展,是从学会制开始的。
A.青铜器B.瓷器C.陶器D.铁器7【单选题】 (10分)目前风力发电机叶片所用的材料为。
A.高分子材料B.金属材料C.无机非金属材料D.复合材料8【多选题】 (10分)根据材料对社会历史发展作用,人类社会按照材料命名可以包括的时代为。
A.铁器时代B.新材料时代C.石器时代D.青铜器时代E.硅时代9【多选题】 (10分)以金属为主制造的建筑物包括。
A.金门大桥B.港珠澳大桥C.埃菲尔铁塔D.世界贸易中心大厦E.三峡大坝10【多选题】 (10分)超导计算机中的运算速度可以达到每秒8000万次,元件完全不发热。
这些优异性能主要基于超导陶瓷的基本特征。
A.完全抗磁性B.高度绝缘性C.完全导电性D.良好导热性E.完美半导体第二章测试1【判断题】 (10分)材料的组成与结构决定了材料的基本性质。
A.错B.对2【判断题】 (10分)材料合成是把原子和分子通过分子间作用力的方式结合起来,最终变成有着微观结构的宏观材料。
A.错B.对3【判断题】 (10分)原子的核外电子,包括原子核,是可以借助于显微镜这样的设备观察到的。
A.对B.错4【判断题】 (10分)金属键就是带正电荷的金属原子与核外带负电荷的自由电子通过静电作用而形成的化学键。
A.对B.错5【单选题】 (10分)材料的宏观尺度,就是通过人的肉眼可以见到的超过人眼极限分辨率以上的尺度。
第一章水溶性高分子水溶性高分子的性能:水溶性;2.增黏性;3.成膜性;4.表面活性剂功能;5.絮凝功能;6.粘接作用。
造纸行业中的水溶性高分子:(1)聚丙烯酰胺:1)分子量小于100万:主要用于纸浆分散剂;2)分子量在100万和500万之间:主要用于纸张增强剂;3)分子量大于500万:造纸废水絮凝剂(超高分子量);(2)聚氧化乙烯:用作纸浆长纤维分散剂,用作餐巾纸、手帕纸、茶叶袋滤纸,湿强度很高;(3)聚乙烯醇:强粘结力和成膜性;用作涂布纸的颜料粘合剂;纸张施胶剂;纸张再湿性粘合剂。
日用品、化妆品行业中的水溶性高分子:对乳化或悬浮状态的分散体系起稳定作用,另外具有增稠、成膜、粘合、保湿功能等。
壳聚糖:优良的生物相容性和成膜性;显著的美白效果;修饰皮肤及刺激细胞再生的功能水处理行业中的水溶性高分子:(1)聚天冬氨酸(掌握其一):1)以天冬氨酸为原料:(方程式);2)以马来酸酐为原料:(方程式);特点:生物降解性好;可用于高热和高钙水。
1996年Donlar公司获美国总统绿色化学挑战奖;(2)聚环氧琥珀酸(方程式)特点:无磷、无氮,不会引起水体的富营养化。
第二章、离子交换树脂离子交换树脂的结构与性能要求:(1)结构要求:1)其骨架或载体是交联聚合物,2)聚合物链上含有可以离子化的功能基。
(2)性能要求:a、一定的机械强度;b、高的热稳定性、化学稳定性和渗透稳定性;c、足够的亲水性;d、高的比表面积和交换容量;e、合适的粒径分布。
离子交换树脂的分类:(1)按照树脂的孔结构可以分为凝胶型(不含不参与聚合反应的其它物质,透明)和大孔型(含有不参与聚合反应物质,不透明)。
(2)根据所交换离子的类型:阳离子交换树脂(-SO3H);阴离子交换树脂(-N+R3Cl-);两性离子交换树脂离子交换树脂的制备:(1)聚苯乙烯型:(方程式)离子交换树脂的选择性:高价离子,大半径离子优先离子交换树脂的再生:a. 钠型强酸型阳离子交换树脂可用10%NaCl溶液再生;b. OH型强碱型阴离子交换树脂则用4%NaOH溶液再生。
第十章聚合物材料的力学性能§10-1聚合物材料的结构与性能特点分子质量大于1万以上的有机化合物称为高分子材料,是由许多小分子聚合而成,故又称为聚合物或高聚物。
原子之间由共价键结合,称为主价键;分子之间由范德瓦尔键连接,称为次价键。
分子间次价键力之和远超过分子中原子间主价键的结合力。
拉伸时常常先发生原子键的断裂。
聚合物的小分子化合物称为单体,组成聚合物长链的基本结构单元则称为链节。
聚合物长链的重复链节数目,称为聚合度。
天然的聚合物有木材、橡胶、棉花、丝、毛发和角等。
人工合成聚合物有工程塑料、合成纤维、合成橡胶等一、聚合物的基本结构1、高分子链的构型(近程结构)由化学键所固定的几何形状--指高分子链的化学组成、键接方式和立体构型等。
见图9-1。
(图9-2)。
长支链、短支链;线型交联分子链、三维交联分子链。
由两种以上结构单体聚合而成的聚合物称为共聚物。
聚合物的结晶很难完全。
(共聚物的几种形式如图9-3。
)2、高分子链的构象(远程结构)一根巨分子长链在空间的排布形象,称为巨分子链的构象。
无规则线团链、伸展链、折叠链、螺旋链等构象(图9-5)。
3、聚合物聚集态结构聚集态结构包括晶态结构、非晶态结构及取向。
晶区与非晶区共存。
结晶度<98%,微晶尺寸在100A左右。
非晶态结构的高分子链多呈无规则线团形态。
在外力作用下,聚合物的长链沿外力方向排列的形态称为聚合物的取向。
4、高分子材料结构特征归纳:⑴聚合物为复合物(∵各个巨分子的分子量不一定相同);⑵聚合物有构型、构象的变化;⑶分子之间可以有各种相互排列。
二、性能特点(1)密度小; (2)高弹性; (3)弹性模量小(刚度差);(4)粘弹性明显。
§10-2线型非晶态聚合物的变形线型非晶态聚合物是指结构上无交联、聚集态无结晶的高分子材料。
随温度不同而变化,可处于玻璃态、高弹态和粘流态三种力学状态(图9-7)tb一脆化温度 tg一玻璃化温度 tf一粘流温度图9-8为非晶态聚合物在不同温度下的应力一应变曲线。
天然高分子的研究与应用天然高分子是一类常见的高分子化合物,是从天然材料中提取的具有多个重复单元的大分子物质,具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和人们对健康、环保的要求越来越高,天然高分子的研究与应用也日益受到关注。
一、天然高分子的分类和性质天然高分子主要由多糖、多酚、蛋白质等组成,可以从各种植物、动物、微生物中提取。
其中,多糖是天然高分子中重要的一类,它们具有多种生物活性,如免疫调节、降血糖、抗肿瘤等作用。
多糖从结构上分为线性和支化两种,可根据不同的来源和结构进一步细分为葡聚糖、赤藓糖、半乳糖、壳聚糖、海藻酸等。
多酚是一类具有多个羟基的大分子,也被称为多羟类物质,常见的有树胶、鞣质、腺苷酸等。
多酚具有很高的抗氧化、抗菌、抗炎、抗过敏、免疫调节等生物活性,因此在护肤品、保健品、医药等领域有广泛的应用。
蛋白质是一类由氨基酸通过肽键连接而成的大分子,包括动物源和植物源两种。
蛋白质具有多种生物活性,如免疫调节、抗肿瘤、抗氧化等,也是体内的重要营养物质。
蛋白质可以通过水解、脱酸等方法得到多肽、寡肽等小分子物质,这些小分子具有更好的溶解性、稳定性和活性,也是蛋白质在营养、医药等领域的重要来源之一。
二、天然高分子的研究进展1. 天然高分子的提取和纯化技术天然高分子的提取和纯化技术是天然高分子研究中的基础,直接影响着后续的性质分析和应用研究。
目前,常用的提取方法包括水提、酸提、碱提、酶解等,纯化则常采用色谱、电泳、过滤、透析等技术。
此外,还有凝胶、沉淀、气相色谱、液相色谱、超滤、逆渗透等方法可供选择。
2. 天然高分子的结构与性质研究天然高分子的结构与性质研究对于深入解析其生物活性和应用潜力具有重要意义。
近年来,借助于现代技术,如核磁共振、大分子动力学模拟、X射线衍射等,天然高分子的结构与性质研究日益深入。
研究表明,天然高分子的结构中不仅包含了影响其生物活性的基础单元和分支结构,还存在着不同空间排布的不规则结构,这些结构对于天然高分子的生物活性具有重要的影响。
天然功能高分子材料摘要:高分子材料是材料领域之中的后起之秀,是在人们长期的生产实践和科学实验的基础上逐渐发展起来的。
近年来进行了通用高分子的合成和合成机理、功能高分子合成和应用的研究,利用先进技术和测试手段进行结构、性能、加工关系的探索,取得一定的成果。
关键词:高分子材料、天然高分子、功能高分子一、概述天然高分子是生命起源和进化的基础。
人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料,并掌握了其加工技术。
如利用蚕丝、棉、毛织成织物,用木材、棉、麻造纸等。
19世纪30年代末期,进入天然高分子化学改性阶段,出现半合成高分子材料。
功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料,或具体地指在原有力学性能的基础上,还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。
在合成或天然高分子原有力学性能的基础上,再赋予传统使用性能以外的各种特定功能(如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等)而制得的一类高分子。
一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团,其功能性的显示往往十分复杂,不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构,还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等,后者对生物活性功能的显示更为重要。
功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域,是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。
近年来,功能高分子材料的年增长率一般都在10%以上,其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50%。
二、性能和用途用于日常生活、基于可再生天然高分子的“绿色”材料,如再生纤维素丝、再生纤维素膜、甲壳素纤维、天然橡胶玩具、蛋白质塑料花盆等,这些天然高分子材料的优点和用途可概括如下:(1)再生纤维素纤维一般具有独特的光泽、良好的舒适感和悬垂感、天然透气性、抗静电性,从而深受青睐,成为世界第一大纤维素丝;再生纤维素膜具有亲水性、对蛋白质和血球吸附小、优良的耐γ射线及耐热性、安定性和安全性等特点,其中孔径在10 nm以下的再生纤维素膜还可用作包装材料和透析膜;再生纤维素无纺布可用作纱布、药棉、绷带、膏布底基、揩手布、卫生带等,如果对其葡萄糖C6选择性取代可大大提高其吸水性能;(2)改性淀粉基热塑性塑料具有与一般塑料相同的强度和稍低的伸长率,可以完全生物降解,已用于食品包装、餐具、缓冲材料、衣架、日用品、零件等;(3)蛋白质中加入增塑剂交联后,经过一定工艺流程可以制备出生物可降解性塑料,它们适用于各种一次性用品,如盒、杯、瓶、勺子、容器、片材以及玩具等日用品,育苗盆、花盆[79]等农林业用品,以及各种功能材料、旅游和体育用品等;(4)甲壳素具有消炎抗菌作用,是理想的医用材料,甲壳素手术缝合线的力学性能良好,能很好满足临床要求;壳聚糖具有促进皮肤损伤的创面愈合作用、抑制微生物生长、创面止痛等效果,用壳聚糖制备的人造皮肤、无纺布、膜、壳聚糖涂层纱布等多种医用敷料柔软、舒适,创伤面的贴合性好,既透气又有吸水性,而且具有抑制疼痛和止血功能以及抑菌消炎作用;(5)天然橡胶具有很强的弹性和良好的绝缘性、可塑性、隔水隔气、抗拉和耐磨等特点,广泛应用于工业、农业、国防、交通、运输、机械制造、医药卫生领域和日常生活等方面,其中,天然橡胶玩具由于无毒无害,已引起儿童玩具制造商关注。