第五章功能高分子-感光性

《功能高分子材料》知识清单一、什么是功能高分子材料功能高分子材料是指那些具有特定的功能作用，如电学、光学、磁学、生物学等性能，且这些性能显著超出了传统高分子材料范畴的一类高分子材料。

它们不仅具备高分子材料的基本特性，如重量轻、耐腐蚀、易加工等，还因其特殊的功能而在众多领域发挥着关键作用。

二、常见的功能高分子材料及其特点1、导电高分子材料导电高分子材料通常具有共轭结构，能通过掺杂等方式提高其电导率。

常见的如聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等。

它们在电子器件、防静电材料、电磁屏蔽等方面有着广泛的应用。

这类材料的特点是电导率可调控，能在一定范围内根据需求进行改变。

2、高分子分离膜具有选择性透过功能，能让某些物质通过而阻止其他物质。

例如反渗透膜、超滤膜等。

其特点是分离效率高、能耗低、操作简便。

在海水淡化、污水处理、食品加工等领域大显身手。

3、高分子吸附剂对特定的物质有较强的吸附能力，如离子交换树脂。

它可以有效地去除溶液中的离子或分子。

特点是吸附容量大、选择性好、可再生使用。

常用于废水处理、药物分离等。

4、生物医用高分子材料这类材料与生物体相容性好，包括人工器官材料（如心脏起搏器的外壳）、药物载体等。

其突出特点是无毒、无刺激性，能在体内稳定存在并发挥作用。

5、感光高分子材料在光的作用下能发生化学或物理变化，如光刻胶。

常用于印刷制版、集成电路制造等。

具有感光度高、分辨率好等特点。

三、功能高分子材料的制备方法1、分子设计从分子水平上设计具有特定功能基团和结构的高分子。

这需要对高分子的化学结构和性能之间的关系有深入的理解。

2、共聚与共混通过共聚将不同性能的单体结合在一起，或者通过共混将不同的高分子材料混合，以获得具有综合性能的功能高分子。

3、接枝与交联在高分子主链上接枝特定的功能侧链，或者通过交联提高高分子的性能和稳定性。

4、掺杂对某些高分子进行掺杂，改变其电子结构和导电性能。

四、功能高分子材料的性能测试1、电学性能测试包括电导率、介电常数、击穿电压等的测定，以评估其导电和绝缘性能。

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。

功能高分子功能高分子是在合成或天然高分子原有性能的基础上，再赋予其传统性能以外的各种特定功能（如化学活性，选择性分离性能，光、电、磁特性，导电性，电致发光，催化活性，生物相容性，生物降解性，液晶性等）而制得的高分子。

功能高分子是在202170年代发展起来的新领域，其研究范围很广，近年来取得了很大进展，是高分子科学最为活跃的研究领域之一。

（1）结构特点功能高分子一般在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是复杂的、协同的。

不仅决定于高分子链的化学结构，包括结构单元的顺序、相对分子质量及其分布等，还决定于高分子链的构象和聚集时的高级结构等，后者对于生物活性功能的显示更为重要。

功能高分子的特殊功能，主要由它的链结构，链上的功能基的种类、数量和分布，以及高分子的聚集态所决定。

许多研究工作表明，含有功能基的高分子与具有同样功能基的低分子单体模型化合物相比，在化学性质和物理性质上有很大差异。

这种差异往往很突出，功能高分子甚至表现出许多单体模型化合物所没有的特殊功能。

这种差异可统称为高分子效应。

高分子效应的表现是多方面的，归纳起来有以下5种。

①高分子的骨架支撑作用小分子聚合形成链状或网状结构的高分子像一个骨架，所有的功能基都连在骨架上，位置相对固定，表现出许多单体化合物所没有的特殊功能。

②功能基的相互作用骨架上相邻功能基之间的相互作用将影响材料的性质，如产生协同效应，使两个或更多的功能基同时与一个金属离子配位，提高了配合物的生成常数。

③高稀释或高浓缩效应当功能基在高分子链上固定后，若它们相距较远，相当于对功能基起稀释作用，相距较近则起浓缩作用。

例如，高分子作载体使用时，起催化作用的金属原子与功能基配位就能提高催化活性，功能基相对靠近又起到浓缩作用，能提高反应速率。

④模板作用当功能高分子作为模板（母体聚合物）时，可以使某些单体按一定顺序排列于模板上，聚合后再从模板上脱离，形成新的子体聚合物。

其子体聚合物相对分子质量的大小、序列结构等都受到母体聚合物的影响。

功能高分子功能高分子，英文名functional polymers。

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。

背景功能高分子材料从20世纪50年代才初露端倪，到70年代方成为高分子学科的一个分支，目前正处于成长时期。

功能高分子材料从功能上大致可分为四类：第一类是化学功能，包括离子交换、催化、光聚合、光分解、光降解等；第二类是物理功能，包括导电、热电、压电、超导、磁化、光弹性等；第三类是介于化学、物理之间的功能，包括吸附、膜分离、高吸水、表面活性等；第四类是生理功能，包括生理组织适应性，血液适应性等。

下面列举几种日常生活中可能遇到的功能高分子材料制品。

光敏高分子经光照吸收光能后在结构上发生化学变化或物理变化的高分子。

又称光敏树脂。

它广泛用于印刷版、光刻胶，光敏油墨、光敏油漆等方面。

有的高分子吸收不同波长的光后能使结构发生可逆的变化而引起吸收光谱的变化，这类高分子称光致变色高分子。

电学功能高分子有些共轭双键体系的高分子如聚乙炔等，具有半导体性质，称为高分子半导体，如在电子非定域化的分子间分子轨道相互作用很强，则由于载流子的生成和转移容易进行，会表现出很强的电学性能，这称为导电高分子；光照后能产生光生伏打效应的，称为光导高分子（聚乙烯咔唑／三硝基芴酮）；聚偏氟乙烯及其共聚物在热及压力作用下能产生热电及压电效应的，称为热电及压电高分子。

催化功能高分子酶是天然高分子催化剂，模仿天然酶、参照酶的活性中心，并与高分子效应结合而合成的高活性、高选择性催化剂叫模拟酶，如高分子催化剂及高分子金属催化剂；为克服酶的水溶性缺点，将酶用高分子限定在一定空间内，称固定化酶。

一绪论1 功能高分子的基本概念（1）功能高分子：在天然或合成高分子的主链或支链上引入某种功能的官能团，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、医学等方面的特殊功能的高分子。

（2）功能高分子材料学：以功能高分子材料为研究对象，探讨其结构组成、制备方法、功能特性的科学。

研究功能高分子材料的功能基团、分子组成和材料结构与性能之间的联系（3）高分子的发展方向：通用高分子的高性能化和高分子的多功能化2功能高分子的分类按其性质、功能或实际用途反应性高分子材料；光敏型高分子；电性能高分子材料；高分子分离材料；高分子吸附材料；高分子智能材料；医药用高分子材料；高性能工程材料。

二化学功能高分子材料1 高分子试剂和固相合成（1）高分子试剂①高分子试剂研究的主要内容：通过功能基化的方法把有机合成反应中的试剂、反应底物键合到聚合物上，然后用这种聚合物承载的试剂或反应底物进行合成反应。

②高分子试剂制备方法：通过小分子化学试剂的功能化方法制备，经过高分子化的化学反应试剂，保持原有试剂性能外，还具有一些其他功能。

③与相应小分子试剂相比，高分子试剂的特点：易于分离回收，操作过程简便；稳定性和安全性好，毒臭燃爆性降低；可利用高分子效应，提高反应选择性；可利用高分子效应，控制反应微环境；由于骨架的空阻，反应活性往往降低；由于制备复杂，试剂成本往往增加；耐热性差，不利于高温反应。

④主要包括：氧化-还原树脂；高分子氧化剂；高分子还原剂；高分子传递性试剂；其它：高分子缩合剂、高分子农药/药物等。

(2)高分子载体上的固相合成概念：高分子载体上的固相合成：采用不溶于反应体系的低交联度高分子材料作为载体，将反应试剂通过与高分子上活性基的反应固定于其上。

反应过程中中间产物始终与载体相连，从而使有机合成在固相上进行。

反应完成后再将产物从载体上脱下。

特点：分离纯化步骤简化；反应总产率高；合成方法可程序化、自动化进行；可进行分子设计，合成有特定序列的高分子。

光功能高分子材料光功能高分子材料是指能够对光进行传输、吸收、储存、转换的一类高分子材料。

这类高分子材料主要包括感光性树脂、光致变色材料、光降解材料及光导纤维。

感光性树脂是在光的作用下能迅速发生光化学反应 ,引起物理和化学变化的高分子。

这类树脂在吸收光能量后使分子内或分子间产生化学的或结构的变化。

吸收光的过程可由具有感光基团的高分子本身来完成 ,也可由加入感光材料中的感光性化合物(光敏剂)吸收光能后引发光化学反应来完成。

感光性树脂在印刷布线、孔板制造、集成电路和电子器件加工、精密机械加工及复印、照相等方面的应用愈来愈广泛。

含有光色基团的化合物受一定波长的光照射时发生颜色变化 ,而在另一波长的光或热的作用下又恢复到原来的颜色 ,这种可逆的变色现象称为光色互变或光致变色。

已经知道 ,硫代缩胺基脲衍生物与汞(Hg)能生成有色络合物 ,是化学分析上应用的灵敏显色剂。

在聚丙烯酸类高分子侧链上引入这种硫代缩胺基脲汞的基团 ,则在光照时由于发生了氢原子转移的互变异构 ,发生变色现象。

迄今为止 ,光致变色高分子的应用开发工作尚处在起步阶段 ,但其应用前景是十分诱人的。

光致变色材料在全息记录介质、计算机记忆元件、信号显示系统、感光材料等方面有广泛的应用。

例如 ,可作为窗玻璃或窗帘的涂层 ,从而调节室内光线;可作为护目镜从而防止阳光、激光以及电焊闪光等的伤害;在军事上 ,可作为伪装隐蔽色或密写信息材料;还可作为高密度信息存储的可逆存储介质等。

我国已把光致变色材料列入 863 高科技计划 ,国内一些单位已相继开展这方面的工作并已取得可喜的成果。

为了解决高分子废弃物所造成的公害 ,研究了用时稳定 ,不用时在阳光暴晒下能发生降解的光降解高分子。

要实现这种光降解 ,一是直接合成能被光降解的高分子;另一种方法是加入能促进降解的试剂。

在聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中加入 0105 %的光降解剂(如乙醛基水杨酸的铁、锰、铜盐) ,约经100h ,这些聚合物就发生降解。

第一章1.什么是材料的功能，什么是材料的性能，举例说明。

第1页材料的功能，从本质上来说是向材料输入某种能量和信息，经过材料的储存、传输或转换等过程，再向外输出的一种特性。

如化学性、导电性、磁性、光敏性、生物活性等。

材料的性能是指材料对外部作用的表征与抵抗的特性，如对外里的抵抗表现为强度、模量，对热的抵抗表现为耐热性，对光、电、化学药品的抵抗表现为材料的耐光性、绝缘性、耐化学药品性等。

2.功能高分子材料的制备方法以及各自的特点。

第4页方法：（1）功能性小分子的高分子化，高分子化学反应引入预期的功能基团。

功能性小分子的高分子化主要优点在于可以使生成的功能高分子功能基团分布均匀，生成的聚合物结构可以通过小分子分析和聚合机理加以预测，产物的稳定性高，但这种方法需在功能性小分子中引入可聚单体，从而使反应较为复杂，同时在反应中反应条件对功能基团会产生一定的影响，需对功能集团加以保护，使材料的成本增加。

例如，高吸水性树脂可以通过将亲水性基团的丙烯酸钠进行自由基聚合实现。

利用高分子化学反应制备功能高分子的主要优点在于合成或天然高分子骨架是现成的，可选择的高分子母体多，来源广，价格低廉。

但是在进行高分子化学反应时，反应不可能100%完成，尤其是在多不得高分子化学反应中，制的的产物中含有未反应的官能团，即功能集团较少，功能基团在分子链上的分布也不均匀。

例如聚苯乙烯、尼龙、淀粉都可以作为高分子母体。

（2）通过特殊加工赋予高分子的功能特性。

许多聚合物通过特定的加工方法和加工工艺，可以较精确地控制其聚集状态结构及宏观状态，从而使之体现出一定的功能性。

例如，许多塑料可以经过适当的制膜工艺，制成具有分离功能的多孔膜和致密膜。

（3）通过普通聚合物与功能材料的复合，制成复合型功能高分子材料。

这种制备方法简便快速，不受场地和设备限制，不受聚合物和功能性化合物官能团反应活性的影响，适用范围宽，功能基团的分布较均匀。

但其共混体不稳定，在使用条件下（如溶胀、成膜等）功能聚合物易由于功能小分子的流失而逐步失去活性，如固定化酶。