功能高分子思考题及答案

第一章绪论

1.什么是功能高分子？

带有特殊功能基团并具有功能性的聚合物就是功能高分子。

一般认为：其具有普通高分子的结构性质，同时具有一定的功能，主要指具有物质、能量和信息的贮存、传递、转化等作用的高分子。

一次功能：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属同种形式，材料只能起到能量传送部件的作用，这种功能称为一次功能。（如导电、导热）

二次功能：当向材料输入的能量和输出的能量是不同形式时，材料起能量转换部件的作用，这种功能称为二次功能。

高分子的功能：（1）化学功能－离子交换、催化、氧化还原（2）物理功能－导电、热电、压电、磁记录。（3）生物功能－医用高分子

2.功能高分子的主要种类？（1）离子交换树脂（2）高分子吸水材料（3）高分子功能膜（4）液晶高分子（5）导电高分子6）医用高分子（7）感光高分子（8）其他功能高分子（智能高分子磁性高分子高分子催化剂树形高分子超疏水材料）

1.离子交换树脂是由交联结构的高分子骨架与能离解的基团两组分构成的不溶性、多孔的、高分子电解质。

? 功能：能在液相中与带相同电荷的离子进行交换，此交换反应可逆的，即可用适当的电解质冲洗，使树脂恢复到原有状态（再生），可反复使用。

3.合成功能高分子的一般方法？

通过化学或者物理的方法将功能基与高分子骨架相结合，实现预定功能。

①. 分子合成化学方法：分子结构设计、官能团设计、引入感光功能集团则赋予了材料感光性。措施：共聚、接枝、嵌段共聚、交联、官能团的引入、模板聚合等

②. 特殊加工物理方法：把高分子加工成极薄的膜，把高分子纤维化，如人造羊毛（介绍其主体结构）有些功能高分子极难加工，如光缆、导电、聚丙烯

③. 复合手段：如将高分子中掺入银粉得到导电高分子。复合两种或几种高分子：纤维复合、层叠复合、细粒复合、互穿网络等方法，可得新功能。(1、功能性小分子的高分子材料化2、高分子材料的功能化)聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET)----涤纶丙烯腈-丙烯酸酯共聚物----腈纶聚己二酰己二胺纤维(PA66)----锦纶66聚乙烯醇缩甲醛----维纶聚丙烯纤维(PP)----丙纶聚胺酯弹性纤维(PU)----氨纶聚间苯二甲酰间苯二胺纤维----芳纶1313聚氯乙烯纤维(PVC)----氯纶

第二章离子交换树脂

1. 什么是离子交换树脂？ 离子交换树脂是由交联结构的高分子骨架与能离解的基团两个基本组分所构成的不溶性、多孔的、固体高分子电解质。 2什么是交换容量？ 交换容量是表示树脂交换能力大小的量，常以每克干树脂能交换的离子毫克当量数表示。

2. 离子交换树脂的类型 （一）根据离解的基团的性质，可分为：

①阳离子交换树脂〈1〉强酸性（聚苯乙烯系），交换基：磺酸－SO 3H 〈2〉中酸性（聚苯乙烯系）交换基：—P=O(OH)2〈3〉弱酸性（甲基丙烯酸系）交换基：羧基—COOH 或酚基—OH ②阴离子交换树脂 《1》强碱性（聚苯乙烯系）交换基：季胺叔胺 弱碱性（聚苯乙烯系）交换基：氨基—NH 2（二）根据高分子基体（即骨架）分：苯乙烯体系树脂；丙烯酸—甲基丙烯酸酯体系树脂；苯酚—间苯二胺体系树脂；环氧氯丙烷体系树脂 （三）特殊的离子交换树脂按性能分:螯合树脂；两性离子交换树脂；耐热性离子交换树脂；氧化还原树脂

① 写出聚苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂的合成路线

② 说明离子交换树脂的离子交换机理。

机理：化学吸附

历程①溶液内离子扩散至树脂表面②由表面扩散到树脂内部③离子交换④被交换的离子从树脂内部扩散至表面⑤被交换的离子再扩散至溶液中

机械强度是由高分子骨架的化学结构和交联度、骨架空间结构、颗粒粒度和形状决定的

③ 说明离子交换树脂的用途。

⑴水处理：是离子交换树脂应用最广泛的一个领域，如硬水软化，无离子水生产⑵铀的提取和贵金属的分离回收⑶医药、食品等有机化合物分离与提纯①用弱酸性阳离子交换树脂提取生物碱等，②用强碱性阴离子交换树脂回收黄金工业生产废水中的氰化物。⑷用作催化剂几乎所有普通无机酸、碱催化反应均可用阳、阴树脂催化剂来代替

树脂催化的优点（一）树脂催化剂与一般液体酸、碱催化剂相比主要有以下优点：（1）选择性好，副反应低，收率高；（2）无腐蚀性，设备损失小，没有待处理的废酸碱液，环境污染很小，这对环保有着重要意义；（3）产物与催化剂易分离，便于实现连续化生产，工艺简单。（二）和一般固体酸、固体碱催化剂相比优点有：a:反应条件温和；b:催化剂的孔结构易合成控制，反应界面大。 缺点是：耐热性（限120℃以下使用）比无机催化剂低许多，酸碱强度比一般的液体强酸、碱要小，所以反应的活性要低于后者。1.采用强酸性阳离子交换树脂催化剂合成乙酸己酯，催化活性高，反应时间短，反应条件温和。 2.强酸性阳离子交换树脂性质稳定，价廉易得，易于保存，使用方便。 3.酯化反应液不需碱洗、水洗等工序，后处理工艺简单，大大减少了废液排放，不污染环境。 4.催化剂留在反应器内可直接回用，是一种高效、经济、环保型的酯化反应催化剂。

+DVB CH 2CH CH 2CH CH 2CH CH 2CH H 2SO 4H Cl SO 3SO 3CH 2CH

CH 2CH

CH 2CH CH 2CH CH 2CH S O 3S O 3H H R SO 3-H +Na +Cl -R SO 3-Na +H +Cl -

++

第三章

高吸水材料的结构

高分子骨架：适度交联的网状结构吸水官能团: -COONa -SO3Na -CONH2 -CH2-NH2 -CH2-OH -C≡N --CH2—O—CH2---

吸水原理阶段1 较慢。通过毛细管作用吸水。

阶段2通过氢键与树脂的亲水基团作用, 亲水基团离解, 离子之间的静电斥力使树脂的网络扩张。网络内外产生渗透压, 水份进一步渗入，起决定性作用。

阶段3随着吸水量的增大,网络内外的渗透压趋向于零; 而网络扩张的同时,其弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡。

吸水能力保水能力抗盐能力稳定性

（1）生理卫生用品卫生巾、婴儿一次性尿布、宇航员尿巾、餐巾、手帕、绷带、脱脂棉、手术衬垫等。

（2）农业、林业方面农业：土壤保墒、种子发芽、播种保苗、种子营养器、改造沙漠；林业：育苗、植树、造林、无土栽培、贵重树木的移栽、运输、可提高成活率。

（3）（3）工业：化妆品的增稠剂、石油工业中的堵漏剂、水泥制品养护剂。

（4）（4）医学方面：吸水绑带、病床垫。

高吸水树脂的制备方法

（1）天然高分子的改性物（2）烯类单体的共聚物

2.解释离子交换树脂与超高吸水性高分子的结构、性能的异同点，它们的本质区别是什么?

相同点：结构上都是交联结构，都有两部分组成即骨架和功能集团；不同点：离子交换树脂的骨架为刚性的，基团为强电解质，吸水树脂的高分子骨架为柔性的，基团有SO3Na等与水作用产生的。本质：1.分子骨架柔性不同2.交联度不同离子交换树脂交联度很高，小球刚性很强，吸水树脂的交联度很小。

3.说明吸水树脂的吸水机理。①微孔吸附作用、渗透压作用共同使水向吸水剂结构内扩散，吸水剂网状结构扩张，②H-键、离子电荷作用使水变成：（1）靠H-键或离子电荷作用的水（2）亲水基周围的极化水层（3）微孔中的水（4）颗粒间隙和大孔的水

4.评价吸水树脂性能的指标有哪些？①吸水能力：以每克吸水剂能吸收水的克数表示，②保水能力---吸水后再失水情况③抗盐能力：是指吸水剂能力受水中含离子种类和数量的影响④稳定性是指生物降解性：在土壤保墒方面，高分子吸水剂不易发霉，不易被细菌破坏，寿命长⑸无毒性：⑹吸氨能力：⑺增粘性高吸水性材料可分为二类：（1）天然高分子的改性物（2）烯类单体的共聚物

5.举例说明吸水树脂的应用。

⑴农业、林业方面：①农业：土壤保墒、种子发芽、播种保苗、种子营养器、改造沙漠；②林业：育苗、植树、造林、无土栽培、贵重树木的移栽、运输、可提高成活率。

⑵工业：化妆品的增稠剂、石油工业中的堵漏剂、干燥剂、水泥制品养护剂。

⑶医学方面：吸水绑带、病床垫

6、吸水树脂的制备途径？

①由淀粉接枝丙烯腈水解制备②丙烯酸系聚合剂③废腈纶经水解交联法④醋酸乙烯酯和丙烯酸酯的嵌段共聚物

水解法⑤聚乙烯醇与酸（顺丁烯=酸酐邻苯=酸酐）反应法⑥其它：用淀粉接枝丙烯酸；聚乙烯醇接枝物

9.说明吸水膨胀橡胶的作用机理及其应用领域。

⑴作用机理：吸水膨胀橡胶既具有高弹性又有吸水能力和保水性能的特种橡胶。当与水接触时，吸水膨胀橡胶可吸收一定量的水，体积发生膨胀，且仍具有必要的高弹性和良好能力。⑵应用领域：建筑等的防水密封若水中有大量的Na+、Clˉ、Ca2+等离子存在，这些离子能和水形成水合离子，破坏树脂中的亲水基与水形成的极化水层；（2）离子的存在，减弱了渗透压作用，大大降低吸水剂的吸水能力；（3）－COONa,－COOH能和Ca2+络合，使树脂形成过多的交联。解决办法：设计：使吸水剂树脂骨架有笼状结构改变吸水基的种类，如：使骨架上多带磺酸基

淀粉接枝丙烯腈水解制备①氮气保护下，把加有20倍左右蒸馏水的淀粉浆在80~85℃糊化 30~40 min，然后冷却到20~4 0℃。②将硝酸铈铵用1mol/L的硝酸配成质量浓度为0.1g/ml 的溶液，并与丙烯腈混合。③将丙烯腈的硝酸铈铵溶液加入到淀粉糊中，在20~40℃下反应 1~2 h。（接枝）④用稀氢氧化钠溶液调节pH 值至7，加适量蒸馏水，加热至80℃，保温30 min，除去未反应的丙烯腈。然后加入丙烯腈10 倍左右的2mol/L 氢氧化钠溶液，于100℃皂化2 h 。⑤冷却至室温，用乙酸调节pH 值至7~7.5，用乙醇沉析，真空抽滤，于60~80℃下真空干燥，粉碎即得到高吸水树脂。

【第四章高分子分离膜】

1.高分子分离膜的种类？

按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜按膜结构：对称性膜、不对称膜、复合膜按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜

原理：由高分子材料制成的具有分离功能的膜材料。通常是利用选择性渗透，压力差，浓度差或电位差、孔隙大小等的作用实现流体或气体混合物的分离。

2.举例说明高分子分离膜的应用？

与水有关：①反渗透技术用于海水淡化②膜过滤用于污水处理：a、反渗透法处理污水 b、超滤处理污水 c、浓缩油乳液③制药工业：生产杆菌肽、四环素、链霉素、新霉素、胰岛素、无热源水。④生物技术：超滤技术，除掉微生物，制酶、多糖、氨基酸⑤食品工业和饮料工业：超滤和反渗透技术广泛应用于乳品、食品工业、生产蛋白质和多糖等：a、浓缩食品和饮料；c、浓缩啤酒、葡萄酒、果汁 b、超滤浓缩血浆、明胶。⑥气体渗透：利用有机膜对某些气体具有选择性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化的目的。

3.哪些聚合物常用于制备高分子分离膜？

常用于制备分离膜的合成高分子材料有聚砜、聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合物等。聚烯烃及其共聚物，脂肪族或芳香族聚酰胺类聚合物，全氟磺酸共聚物，全氟羧酸共聚物，聚碳酸酯

4.膜组件的形式主要有哪些？

⑴管式膜组件：①内压式膜组件②外压式膜组件⑵中空纤维膜组件：中空纤维膜组件分为外压式和内压式⑶螺旋卷式膜组件(4)折叠式组件(5) 板框式膜组件

第五章

1.什么是液晶？某些结晶熔化时要经过一种兼有液体和晶体的部分性质的流体的过渡态这种既有液体的流动性，又有晶体的分子排列整齐、各向异性的状态，叫做物质的液晶态。

2.小分子液晶的分子外型特征？

①刚性分子结构，分子间作用力，分子的长/宽比：R=L / D 远大于 1 棒状或片状

②晶体，固态，刚性；浑浊液体，流动性与水相近，光学双折射；透明液体，各向同性

3.小分子液晶有哪几种类型？

⑴按结构①近晶型——接近结晶结构。棒状分子依靠所含官能团提供垂直于分子长轴方向的强有力相互作用，互相平行排列成层状结构。分子的长轴垂直于层片平面；在层内，分子排列保持着大量二维固体有序性。②向列型：棒状分子虽然也平行排列，但长短不一，不分层次，只有一维有序，在外力作用下发生流动时，棒状分子易沿流动方向取向。

③胆甾型这类液晶，许多是胆甾醇衍生物，被称为胆甾型。分子是扁平的，依靠端基的相互作用，彼此平行排列成层状结构，长轴在层片平面上。⑵按液晶的形成条件和组成：

①热致性：温度引起物质达到其液晶态（相）的，单一组分，液晶态只能在一定温度范围内出现。②、

溶致性由符合一定结构要求的化合物与溶剂组成的液晶体系。水和表面活性剂（如硬脂酸钠）可形成液晶体系

4.高分子液晶有哪些性质？

a.有一定的Tc，Tm～Tc区间为液晶态。

b. 各向异性：电、光、磁各向异性 c .粘度高分子液晶的粘度特性很特别，它具有独特的流动性，使液晶高分子加工过程中自动取向，决定了液晶高分子材料（如纤维）具有高强度、耐高温、耐化性等优良性能。

5.高分子液晶在结构上有哪些特点？（1）几何因素：长径比≧

6.4（2）分子间作用力：有特定基团（3）链结构：刚、柔结合。

6.举例说明高分子液晶的应用。

⑴液晶（小分子的）开始用于（属应用研究）电子工业、航空、激光、微波、超声波、全息、照相、核磁共振、气液色谱。

⑵1967年R.Williams发表了液晶的电光效应后，液晶受到广泛地重视，大大扩展其应用范围，如液晶显示技术等。

⑶目前得到广泛应用的液晶高分子，仅有Kevlar和Xydar等少数品种，属高技术产品，用于飞机、导弹结构材料，轮胎帘子线、船壳、军事构件、防弹服、电器、汽车、医疗设备等。⑷Xydar可制成粒状物，用通常的槽模注模成型，即用常规设备加工成型，可代替金属、陶瓷

【第六章导电高分子】

1导电高分子的类型及其导电机理？（导电高分子材料的共同特征－交替的单键、双键共轭结构）类型①复合型：普通聚合物+导电粉末（如防静电塑料袋、导电胶）②本征型：依靠分子结构导电

⑵导电机理①在有机共轭分子中，σ键是定域键，构成分子骨架；而垂直于分子平面的p轨道组合成离域

π键，所有π电子在整个分子骨架内运动。离域π键的形成，增大了π电子活动范围，使体系能级降低、能级间隔变小，增加物质的导电性能。②在共轭有机分子中σ电子是无法沿主链移动的，而π电子虽较易移动，但也相当定域化。移去主链上的电子(氧化)或注入电子(还原)，这些空穴或额外电子可以在分子链上移动，使高分子成为导电体。

导电高分子是指其本身或经过“掺杂”后具有导电性的一类高分子材料。

1.举例说明结构型导电高分子的分子结构特征。

导电高分子材料的共同特征－交替的单键、双键共轭结构例如：聚乙炔由长链的碳分子以sp2键链接而成，每一个碳原子有一个价电子未配对，且在垂直于sp2面上形成未配对键。其电子云互相接触，会使得未配对电子很容易沿着长链移动，实现导电能力。

2什么是掺杂？掺杂起什么作用？在共轭有机分子中σ电子是无法沿主链移动的，而π电子虽较易移动，但也相当定域化。移去主链上的电子(氧化)或注入电子(还原)，这些空穴或额外电子可以在分子链上移动，使高分子成为导电体。作用：半导体到导体的实现途径

2.与传统导电材料相比，导电高分子的有什么特性？

①电导率范围宽②掺杂-脱掺杂过程可逆③具有电致变色性④响应速度快

3.说明结构型导电高分子的应用前景。

发光二极管颜色可调、可弯曲、大面积和低成本，分子导线用于超大规模集成电路高分子的线宽 0.1-0.2nm，二次电池复充放电上千次。，传感器，雷达隐身，电磁屏蔽，信息存储显示，光开关，光计算机，隐身伪装检测吸波特性密度小—轻易加工—薄

4..复合型导电高分子的用途

在本身不具备导电性的高分子材料中掺混入导电物质，如炭黑、金属粉、铝箔等，通过分散复合、表面复合等方法构成的复合材料。导电吸塑片材。炭黑填充金属纤维填充有机无机材料填充：抗静电材料，也可以作为面状发热体。电极材料及电磁屏蔽材料

【第七章医用高分子】

1.举例说明医用高分子的分类。

医用高分子可分三类：

①高分子药物②医疗器械、用具：输液输血袋、缝合线、医用胶粘剂、高吸水树脂、塑料注射器等，用量最大。

③人工脏器：心、肺、肾、肝、胰、气管、眼、耳、喉等。人工组织：人工骨、关节、血管、心脏瓣膜、皮肤、血液、神经、肌腱、晶状体等。

2.举例说明药用高分子的应用。

具有药理作用，可以治病。如：（1）天然高分子：明胶，山东的“阿胶”，胰岛素等。⑵把小分子药物结合到高分子载体上

3.药用高分子的性能要求。

1）本身有药理作用的：有药效，副作用小。（2）高分子载体： a. 无毒，不致 b.完成药物输送后能发生降解，及时排出体外。 c. 达到医用标准，避免单体、引发剂等有毒残留物

4.说明人工脏器用高分子材料的性能要求。

组织相容性----无排异、过敏、致畸、致癌血液相容性-----无凝血反应

耐生物老化或可生物降解

【第八章感光性高分子】

1.感光性高分子的类型有哪些？

（1）根据光反应的类型光交联型，光聚合型，光分解型等。

（2）根据感光基团的种类重氮型，叠氮型，肉桂酰型，丙烯酸酯型等。

（3）根据物理变化光致不溶型，光致溶化型，光降解型，光导电型，光致变色型等。

（4）根据骨架聚合物种类PVA系，聚酯系，尼龙系，丙烯酸酯系，环氧系，氨基甲酸酯（聚氨酯）系等。

（5）根据聚合物的形态和组成感光性化合物（增感剂）+ 高分子型，带感光基团的聚合物型，光聚合型等。

2.什么是光致抗蚀？什么是光致诱蚀？

光致抗蚀——材料经光照后，分子结构从线型可溶性转变为网状不可溶性，产生了对溶剂的抗蚀能力。

光致诱蚀——材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从而变为可溶性。

3.举例说明感光性高分子的用途。

①光刻胶：是微电子技术中细微图形加工的关键材料之一。促进了大规模和超大规模集成电路的发展。②光

固化粘合剂：牙齿修补粘合剂，用光固化方法操作，安全又卫生、③感光油墨、④感光涂料：纸箱UV上光油

4.感光性高分子材料的制备方法主要有哪些？

⑵高分子化合物＋增感剂：由高分子化合物与增感剂混合而成

⑵具有感光基团的高分子①.在聚合物主链上接枝上感光基团；②.把带有感光基团的单体进行聚合。(a)接枝反应法:b）感光性单体聚合法

5.举例说明感光基团的作用原理。

1.重铬酸盐+亲水性高分子首先五价铬吸收光后还原成三价，然后三价铬与具有酮结构的PVA配位形成交联固

化结构。2芳香族重氮化合物+高分子有自由基和离子两种形式