下载文档原格式
浅谈：功能高分子材料分类与性能应用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。
通常，人们对特种和功能高分子的划分普遍采用按其性质、功能或实际用途划分的方法，可以将其分为八种类型。
1、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、光敏性高分子材料包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料、非线性光学材料、光电材料及光致变色材料等。
3、电性能高分子材料包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料及其他电敏感性材料。
4、高分子分离材料包括各种分离膜、缓释膜和其他半透明膜材料、离子交换树脂、高分子絮凝剂、高分子螯合剂等。
5、高分子吸附材料包括高分子吸附树脂、吸水性高分子等。
6、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、pH值、压力感应材料等。
7、医用高分子材料包括医用高分子材料、药用高分子材料和医用辅助材料等。
8、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。
常见的几种功能高分子材料离子交换树脂它是最早工业化的功能高分子材料。
经过各种官能化的聚苯乙烯树脂，含有H 离子结构，能交换各种阳离子的称为阳离子交换树脂，含有OH-离子结构能交换各种阴离子的称为阴离子交换树脂。
它们主要用于水的处理。
离子交换膜还可以用于饮用水处理、海水炎化、废水处理、甘露醇、柠檬酸糖液的钝化、牛奶和酱油的脱盐、酸的回收以及作为电解隔膜和电池隔膜。
高分子催化剂催化生物体内多种化学反应的生物酶属于高分子催化剂。
它具有魔法般的催化性能，反应在常温、常压下进行，催化活性极高，几乎不产生副产物。
近十年来，国内外多有研究用人工合成的方法模拟酶，将金属化合物结合在高分子配体上，开发高活性、高选择性的高效催化剂，这种高分子催化剂称为高分子金属催化剂。
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。
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％。
按照功能来分类1化学功能离子交换树脂、螯合树脂、感光性树脂、氧化还原树脂、高分子试剂、高分子催化剂、高分子增感剂、分解性高分子等.2.物理功能导电性高分子（包括电子型导电高分子、高分子固态离子导体、高分子半导体）、高介电性高分子（包括高分子驻极体、高分子压电体）、高分子光电导体、高分子光生伏打材料、高分子显示材料、高分子光致变色材料等.3.复合功能高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子表面活性剂、高分子染料、高分子稳定剂、高分子相溶剂、高分子功能膜和高分子功能电极等.4.生物、医用功能抗血栓、控制药物释放和生物活性等 .按照功能特性通常可分成以下几类（1）分离材料和化学功能材料（2）电磁功能高分子材料（3）光功能高分子材料（4）生物医用高分子材料编辑本段离子交换树脂它是最早工业化的功能高分子材料。
经过各种官能化的聚苯乙烯树脂，含有H 离子结构，能交换各种阳离子的称为阳离子交换树脂，含有OH一离子结构能交换各种阴离子的称为阴离子交换树脂。
它们主要用于水的处理。
离子交换膜还可以用于饮用水处理、海水炎化、废水处理、甘露醇、柠檬酸糖液的钝化、牛奶和酱油的脱盐、酸的回收以及作为电解隔膜和电池隔膜。
编辑本段高分子催化剂和高分子试剂催化生物体内多种化学反应的生物酶属于高分子催化剂。
它具有魔法般的催化性能，反应在常温、常压下进行，催化活性极高，几乎不产生副产物。
目前，人们试图用人工合成的方法模拟酶，将金属化合物结合在高分子配体上，开发高活性、高选择性的高效催化剂，这种高分子催化剂称为高分子金属催化剂。
101 高吸水性树脂的特点及性能高吸水性树脂的三维结构和亲水性基团使其具有很好的亲水特性，表现出很好的保水性和吸水性。
当高吸水性树脂吸收水分时，会膨胀成为一种水凝胶，即便是在压力作用下，水也很难从凝胶中分离出来[1]。
与传统的吸水材料相比较，高吸水性树脂的吸水速度更快，吸水量更多，能够达到其自身数量的百倍乃至千倍。
因此，高吸水性树脂被广泛应用于生理卫生用品、农林园艺以及医药等领域。
2 高吸水性树脂的种类2.1 淀粉类高吸水性树脂淀粉是一种广泛存在于植物中的天然高分子聚合物。
利用淀粉制备高吸水性树脂不仅能够降低生产成本，而且制备的高吸水性树脂具有较好的生物降解性。
淀粉类高吸水性树脂的主要合成方法是接枝共聚，淀粉在引发剂的作用下与乙烯类有机单体进行接枝共聚。
该反应主要利用偶氮类、过氧化物以及氧化还原类引发剂进行反应，在特殊的情况下也可采用辐射引发[2]。
吴瑞红[3]在采用过硫酸钾引发红薯淀粉-丙烯酸-丙烯酰胺接枝共聚，实验结果表明，该高吸水性树脂具有较好的吸水性和耐盐性。
2.2 纤维素类高吸水性树脂纤维素的来源比较广泛，在市场上很容易获得，同时价格也比较便宜，在化学反应过程中自身的属性很容易发生改变。
因此，利用纤维素作为高吸水性树脂的原料也是一个重要的发展方向。
秦传高[4]在中以过硫酸钾为引发剂，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，麦秸秆纤维素和丙烯酸作为原料合成了高吸水性树脂，实验结果表明，该吸水性树脂对去离子水、自来水以及0.9%生理盐水的吸收率分别达到了322.7g/g、167.2g/g和30.6g/g。
2.3 合成树脂类高吸水性树脂合成树脂的发展起步比较晚，最开始是在日本及西方发达国家应用起来的。
目前，合成树脂类高吸水性树脂成为了主要的研究方向，其主要分为丙烯酸（盐）类、丙烯腈类以及聚乙烯醇类。
2.4 高吸水性树脂制备方法在使用高吸水性树脂时，由于对高吸水树脂的形貌、适用范围以及对其吸水能力的需求不尽相同，因此，在制作高吸水树脂时，要挑选针对性的合成工艺，其特性详见表1。
化学与生物工程2009,Vol.26No.9 Chemistry &Bioengineering7 收稿日期:2009-04-20作者简介:柳颖(1985-),女,内蒙古人,硕士研究生,主要从事环境友好技术的开发利用研究;通讯联系人:张洪林,教授。
E 2mail :f shbjly @ 。
高吸油树脂的研究及应用进展柳 颖1,徐 明2,张洪林1,李长波1,马慧贤3(1.辽宁石油化工大学环境工程系,辽宁抚顺113001;2.辽宁石油化工大学化工工艺系,辽宁抚顺113001;3.清原县环保局检测站,辽宁抚顺113300) 摘 要:如何消除含油污水的危害并有效回收污水中的油品是环境保护工作面临的突出问题。
高吸油树脂吸油作为新兴的油污去除技术,日益受到人们的关注。
综述了高吸油树脂的吸油机理、制备方法、应用等方面的研究进展,重点阐述了高吸油树脂处理含油污水在国内外的最新研究状况及其发展前景。
关键词:高吸油树脂;吸油机理;制备方法;吸油效果中图分类号:TQ 317 X 70311 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2009)09-0007-04 近年来,随着工业的快速发展和人民生活水平的迅速提高,石油开采加工及运输总量逐年增加,油污染问题也越来越严重。
为了对已泄入环境的污油进行迅速有效的处理,使污油对环境的污染降到最低,同时,为了消除生活用油造成的环境污染,迫切需要开发高效的吸油材料。
传统吸油材料不仅吸油率和保油率差,且不同程度地存在吸水、受压漏油和作用时需要加热等缺点[1],限制了其在油水混合体系中的应用。
高吸油树脂是一种具有三维网状交联结构的树脂,克服了传统吸油材料的缺点,具有吸油种类多、不吸水、体积小、回收方便及受压不漏油等诸多优点,可用作各种油处理剂、基材、油污过滤材料、橡胶改性剂和纸张用添加剂等[2],广泛应用于橡胶、农药及造纸等行业。
随着国民经济的迅速发展,人们对环境污染的日益重视,高吸油树脂的需求必然大增。
高吸油性树脂
摘要：高吸油性树脂是一种新型的吸油材料，在污染治理方面有着很广阔的应用前景。
本文主要介绍了高吸油性树脂的吸油机理、材料结构对性能的影响、目前存在的问题以及今后的发展方向，并简要介绍了高吸油性树脂在其他工业领域的应用。
关键词：高吸油性树脂吸油材料原油泄漏
2010年7月，大连新港输油管发生爆炸，近万吨原油流入海洋，给当地的水产品养殖业和旅游业造成了致命的打击。
2010年，美国墨西哥湾发生海上钻井平台爆炸事故，事故造成的经济损失难以估计，对环境的破坏更是毁灭性的(见图1)。
（图1）
近年来，由含油工业污水及油船、油罐泄漏而造成的环境污染日益严重。
因此，对于含油废水的处理研究势在必行，除了控制源头、预防污染，还要找到一种高效、高选择性、可回收的廉价吸油材料。
1966 年，美国道化学公司以烷基苯乙烯为单体，经二乙烯苯交联，首次制得高吸油树脂。
1973 年, 日本三井石油化学公司以烷基苯乙烯及丙烯酸烷基为单体进行聚合并交联，也获得了高吸油树脂。
1990年，日本触媒化学工业公司以
丙烯酸类单体为原料，制得了侧链上有长链烷基的高吸油树脂。
图2所示即为一种聚氨酯吸油材料：
（图2）
一、高吸油性树脂的吸油原理
高吸油性树脂, 是由亲油性单体的低交联度聚合物构成的。
聚合物呈三维交联网状结构, 内部具有一定的微孔。
当高吸油性树脂投入油中时，油分子扩散进入聚合物微孔中，通过树脂分子内的非极性链段与油分子的溶剂化作用, 使链段伸展，聚合物发生溶胀。
当油分子进入的足够多, 溶剂化作用充分, 链段伸展开来, 网络中只有共价键交联点存在, 此时由Flory-Huggins方程控制, 即由热力学推动力推动。
当高分子充分溶胀, 高分子链伸展到一定程度的时候, 由于存在弹性回缩力，使链段慢慢回缩，最终达到热力学平衡态。
一个好的吸油材料，首先是要有高的吸油能力，即单位质量或体积的高分子所能吸附油的最大数量，还要有较快的吸油速率，要能在高效吸油地同时减少吸水量，以提高治污效率。
此外，吸油材料的回收性和廉价性也很关键，这可避免二次污染并有效节省资源。
二、吸油性能的影响因素
1.单体结构
显然，单体极性越小，对于更低极性的油的吸附能力越强，而且对油水的吸附选择性也更好，当树脂脂与油品的溶解度参数相近时，树脂达到最大吸油率。
单体侧链的长短对吸油能力也有很大的影响：当侧链过短时，亲油基团较小，故吸油率较低；如果侧链过长，侧链占据了三维网络中的很多空间，导致有效容积降低，吸油率也将下降，实例如下表所示。
此外，如果侧链含有较多支链，则网络容积会显著增加，当然，这也会增加聚合的难度。
(表单体结构对吸油树脂性能的影响g二甲苯/g树脂)
2.交联度，即交联剂的用量
交联剂过少，即交联点间的距离过小，交联度过低, 树脂的三维网络没有完全形成, 树脂在油中的可溶性增加，甚至发生软化、塌陷，吸油率下降；交联度太高，树脂刚性过强，抑制了三维分子网的伸展, 加强了弹性收缩力, 因而也会使吸油率下降。
3.聚合工艺
主要包括聚合温度、时间、搅拌强度，它们会影响反应的转化率、聚合度、分子量分布以及交联程度等。
三、目前存在的问题
1.吸油速率慢
目前开发的吸油树脂的吸油速率都较慢，这是因为树脂吸油基于范德华力，需要发生溶剂化作用实现吸附，这一扩散过程所需的时间较长。
2.对于吸收原油的能力较小
目前研究的吸油树脂对苯和甲苯等有机物的吸附倍率明显高于对机油、煤油和柴油等成品油的吸附倍率，而对于高黏度的原油的吸收能力更小，这使得高吸油树脂在处理工业污水上有一定的优势，但是对于海洋原油泄漏的处理上却不能完全满足人们需要。
3.树脂的再生利用
目前处理带油树脂的方法大多是燃烧处置，如果能找出更有效的树脂吸油后处理技术，能使得树脂吸油后，在高压下重新释放油质，使得吸油树脂成为多次利用的材料，那么会大大降低成本。
4.强度较低
由于当前制备高吸油性树脂的单体都为柔性链状，因而在吸收油脂并溶胀后会变软塌陷、甚至成为蜡状。
这使其根本无法满足废水处置时树脂要耐受反复吸附一解吸附过程的要求，而与装备联合使用时也无法耐受强大的机械力。
四、未来的发展方向
1.扩充单体的选择范围
目前比较成熟的工业产品是聚丙烯酸酯类和聚甲基丙烯酸酯类，而事实上，很多的非极性单体都可以通过构建三维网络达到吸油效果，应该加大对其他单体聚合物的吸油能力测验。
2.加强基础研究
加强对吸油热力学和动力学、树脂结构与性能关系等方面的理论研究。
对这几个方面的研究在国内外鲜有报道，若能在这方面作深入探索，将为新型吸油材料的研究和开发提供理论基础。
3.提高现有材料的各种性能
即上文中提到的目前高吸油树脂存在的各种缺陷。
4.拓展高吸油树脂的其他领域的应用
该材料不仅仅能使用在吸油治污的领域，凭借它特有的保油疏水的特性，可以有很多相关的应用前景。
五、高吸油性树脂的其他用途
高吸油性树脂除了可以吸收海洋泄漏的原油、工业废水中的油性成分外，由于它本身具有保油疏水的特性，因而在其他领域也有很重要的应用，具体体现在：
1.作为芳香剂、杀虫剂、诱鱼剂等的基材
高吸油性树脂具有较强的吸油能力，能保存住较多的有机成分，同时又能根
据周围浓度的变化释放有机成分，因而可以作为药剂基材使用。
2.作为滤嘴添加剂
它可以有效截留烟草燃吸时产生的有害成分, 如焦油、尼古丁等，可以降低由吸烟导致的各种呼吸疾病的几率。
3.作为密封材料
在一些纤维基材中添加5％～30％(w)的高吸油性树脂，可以做成很好的油封材料，该材料遇油后吸收溶胀，从而可以起到防止油渗透的作用。
4.用作特殊材料的添加剂
可利用高吸油性树脂吸油的特点，将其制成乳液或者粉末，添加于有特殊要求的材料中，可以实现抗油渍等特性。
结束语：
随着研究的不断深入，不断改进吸油性能、优化生产流程，高吸油性树脂必将在环境保护中发挥愈来愈重要的作用，而随着有机制品的大规模生产与应用，除环保之外的其他相关领域也会对高吸油性树脂提出新的性能要求。
因此，系统开发新型高吸油树脂具有很大的社会、经济和生态效益，前景十分广阔。
参考文献：
[1].胡玉山,张政朴,何炳林,高吸油性树脂.离子交换与吸附,1999,15(4):378一384
[2].戴福阳,叶先邮,李晓,高吸油性树脂的合成及性能研究. 福建化工,2002-第4期
[3].蔺海兰,廖双泉,张桂梅,廖建和,高吸油性树脂的研究进展. 热带农业科学,2005年4
月,第25卷第2期
[4].魏徵,王源升,余红伟,高吸油性树脂的研究进展. 材料开发与应用,2010年12月
[5].蒋军,王刚,路建美,李华,徐庆锋,李娜君,高吸油性树脂的制备及其在环境污染处置
中的应用进展. 石油化工,2012年第41卷第7期
[6].陆晶晶,周美华,吸油材料的发展. 东华大学学报(自然科学版),20O2年2月,第28卷
第1期。
