功能高分子试题

一、概念

1. 什么是功能高分子？什么是高性能高分子？

2. 按高分子性质、功能或实际用途划分，功能高分子材料有哪几类？

3. 功能高分子材料的制备可归纳为哪几种类型？

4. 活性聚合有哪些特点？这些特点所导致的结果是什么？

5. 功能高分子制备方法有哪几种？

6. 什么是相转化制膜法？

7. 什么是可控聚合？目前有哪些可控聚合方法？

8. 阳离子聚合的引发剂都是（亲）电试剂，即（）体。

9. 在可控聚合中，GTP、RAFT、ATRP、RATRP

10. 简述高分子反应不用产率而用转化率描述反应的原因。

11. 简述聚甲基丙烯酰胺在强碱水溶液中水解程度一般仅为70%左右的原因。

12. 典型膜分离技术中MF、UF、RO、NF、D、ED、LM、PV分别表示什么含义？它们分离物质尺寸有什么特点

二、简述

1. 影响高分子化学反应的因素有哪些？

2. 分别写出聚苯乙烯强碱性阴离子离子交换树脂和强酸性阳离子型离子交换树脂分子结构示意图。

3. 什么是凝胶型离子交换树脂“中毒”现象？产生这一现象的主要原因是什么？指出解决这一问题的方法。

4. 结构型导电高分子和复合型导电高分子的差别是什么?

5. 什么是受阻共轭？它对高分子导电性有何影响？

6. 写出聚丙烯腈经热解环化、脱氢形成梯型含氮芳香结构导电高分子产物反应过程。

7．写出由3, 4, 9, 10—二萘嵌苯四酸二酐高温聚合制备聚萘反应过程。

8. 在复合导电材料中，如何解释如下图所示的电导率与导电填料关系曲线？虚线所对应的导电填料浓度称为什

9. 医用高分子材料的基本要求有哪些?

10. 反式聚乙炔的禁带宽度若为1.35eV，试计算π电子数N最低及聚合度最低值为多少时，即可能有自由电子13. 如果用Px表示共轭聚合物，A和D分别表示掺杂时的电子受体和电子给予体，写出形成结构型导电高分子移反应式。

14. 下图分别为含炭黑聚合物导电材料在低电场强度(左)和高电场强度(右)时电导率与温度的关系，试解释为什化趋势相反的曲线。

三、设计

某公司专门从事功能高分子材料开发工作，现承接以下三个研究项目，你作为一名公司研究成员之一，请选择其项目，写出你的设计方案。

（1）欲开发一种用于溶液中分子氧脱除的功能高分子材料，请设计一种可反复使用的除氧功能高分子材料。（2）交联壳聚糖薄膜具有较好的透光性，请以该薄膜为基质，设计制备一种透光性随温度变化的温敏性传感薄（3）金纳米粒子间距离变化时，颜色发生相应变化。请设计一种纳米金粒子水凝胶薄膜复合材料，使该材料随pH变化功能。

dfq0730(站内联系TA)

这么多啊！

我来开个头吧：功能高分子（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）的一类高分子。

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9、医用高分子基本要求：根据产品类别及临床应用的不同，其对应的生物性能应能符合要求，如：细胞毒性、激、热源、容血等

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思考题

1. 试述功能高分子、特种高分子、精细高分子之间的区别和联系。

功能高分子材料是指那些具有独特物理特性（如光、电、磁）或化学特性（如反应、催化等）的新型高分子材料特种高分子——有特定的性能（如耐高温、绝缘性能等）

精细高分子——产量小、产值高，制造工艺复杂，功能高分子是其重要部分。精细高分子是相对于通用高分子来功能高分子——具有某些特殊功能

性能：材料对外部作用或外部刺激（力、光、热）的抵抗性能。

功能：从外部向材料输入信号时，材料的内部发生的质和量的变化，或这些变化输出的信号。

2. 官能团的作用有哪几方面？高分子效应包括哪几方面？各举一例说明。

一个化合物表现出来的物理化学性质主要决定于化合物中官能团的种类和性能。

a) 功能高分子材料的性质主要取决于所含的官能团。

Eg:高分子氧化剂的氧化性能产生于所含的过氧羧基；

b) 功能高分子材料的性质取决于聚合物骨架与功能团的协同作用。

Eg:固相合成试剂（聚对氯甲基苯乙烯）

c) 官能团与骨架不能区分，官能团是骨架的一部分。

Eg:主链型聚合物液晶和导电聚合物。如聚乙炔和芳香烃及芳香杂环聚合物。

d) 官能团在高分子材料中仅起辅助作用。

Eg:引入官能团改善溶解性能，降低玻璃化温度，改变润湿性和提高机械强度等。

3. 功能高分子包括哪几种类型？

按照功能的性质划分：

a) 物理功能高分子，导电高分子、光导高分子、热电高分子、磁性高分子

b) 化学功能高分子：反应性高分子、离子交换树脂

c) 生物高分子及医用高分子

d) 其他：膜分离功能高分子，吸附性树脂

按照性质和功能划分：

e) 反应型高分子材料，包括高分子试剂和高分子催化剂，特别是高分子固相合成试剂和固化酶试剂等。

f) 光敏型高分子，包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材料等

g) 电活性高分子材料，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以及其他电敏材

h) 膜型高分子材料，包括各种分离膜、缓释膜和其他半透性膜材料。

i) 吸附型高分子材料，包括高分子吸附型树脂，离子交换型树脂、高分子鳌合剂、高分子絮凝剂和吸水性吸附剂等。

j) 高性能工程材料，如高分子液晶材料、功能纤维材料等。

k) 高分子智能材料，包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、电、磁、pH、压力感应材料等。

按实际用途划分：

医药用高分子、分离用高分子、高分子化学反应试剂、高分子染料等。

4. 什么是凝胶？什么是溶胀比、溶胀度？试述智能凝胶中水的作用。

高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体，这样一种特殊的分称作凝胶。

溶胀比：凝胶溶胀平衡时的质量减干凝胶的质量，比上干凝胶的质量。

SR=(W-W0)/ W0

溶胀度：凝胶的体积比上干胶的体积。

Q=V/V0

水分子与高分子相互作用，其中强度大小为

水-离子〉水-极性基团=水-水〉水-疏水部分

5. 什么是智能凝胶？哪些刺激可以引起智能凝胶的响应？什么是体积相转变？

具有传感、处理和执行功能的新型材料，能响应外界环境微小的物理或者化学刺激，这样的凝胶为智能凝胶。物理刺激—温度、光、电、磁……

化学刺激—pH值、化学物质、表面活性剂……

体积发生不连续的变化叫做体积相转变。

6. 医用高分子材料的分类方法有哪些？

按材料性质划分：生物惰性高分子材料、生物活性高分子材料、可生物降解高分子材料。

与人体接触程度划分：植入型制品、半植入型制品、体外型制品。

按照用途来划分：治疗用高分子材料、高分子药用材料、人造器官用材料

按原料来划分：天然高分子医用材料、合成高分子医用材料、医用复合高分子材料

材料自身功能和特点：生物相容高分子材料、生物降解性高分子材料、生物功能性高分子材料。

7. 举一例说明说明医用高分子的结构、制备和应用？

8. 医用生物惰性高分子、生物降解高分子的要求各有哪些？

生物惰性高分子材料是指在生物条件下呈现化学和物理惰性的材料。

1.材料本身对肌体无毒性，无刺激作用，无过敏反应，不致癌、致畸。

2.材料必须具有良好的生物相容性，不会对接触的肌体组织引起炎症或排异反应。

3.良好的血液相容性，不会引起血液的凝固而引起血栓，也不会引起溶血现象。

4.具有相当的化学稳定性，保证在使用的生物条件下不老化、分解、而失去使用功能。

生物降解材料在生物环境条件下，在完成医疗功能后可以在一定期限内被水解或酶解成小分子，通过代谢循环被收或排泄。

1. 血液相容性和组织相容性

2. 生物降解性，降解产物不具有毒性和刺激性，能够被人体组织代谢或者排泄。

9. 什么是生物惰性、生物降解性、生物相容性？

生物惰性是指材料在生物内部环境下自身不发生有害的化学反应和物理破坏，也不对生物体产生不利影响，即具相容性。

生物降解性，即材料仅有有限的使用寿命，使用期过后材料可被生物体分解和吸收。

生物相容性包括血液相容性和组织相容性。血液相容性是指材料在体内与血液接触后不发生凝血、溶血现象，不栓。组织相容性是指材料在与肌体组织接触过程中不发生不利的刺激反应，不发生炎症，不发生排斥反应，没有用，不发生钙沉着。

10. 什么是药用高分子材料？药物缓释的目的是什么？根据药物作用机理可以把高分子靶向药物分为哪几药用高分子材料包括直接用于治疗目的的高分子药物，控制药物释放的高分子制剂材料和药物导向高分子材料等药物缓释的目标是通过对药物释放剂量的有效控制，达到在一个较长的时间内维持有效药物浓度，降低药物的毒减少抗药性，提高药物有效利用率的目的。长效制剂还可以减少服药次数，减轻患者的痛苦，并且节省人力，物力。

根据药物控制释放机理，高分子药物控制释放体系可以分为四种，即扩散控制体系、化学反应控制体系、溶剂活和磁控制体系。

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思考题

11. 试述膜分离的两个最重要指标。

作为分离用膜，两个最重要的指标是透过性和选择性。

透过性是指物质单位时间透过单位面积分离膜的绝对量。标志膜的分离速度。

选择性是指在同等条件下测定物质透过量与参考物质透过量之比，标志膜的分离质量。

12. 鼓泡法测量孔径的原理是什么？恒压法测量孔径的原理是什么？

13. 膜分离机制包括哪些？膜分离过程驱动力包括哪些？

膜分离机制：

1. 过筛分离机制

2. 溶解扩散机制

3. 选择性吸附机制

膜分离过程的驱动力

1. 浓度差驱动力

2. 压力差驱动力

3. 电场驱动力

4. 化学势驱动力

14. 相转变法制备多孔膜的方法有几种？每种方法有什么特点？

1. 干法：干法是采用蒸发法，当高分子溶液中含有两种以上溶剂，并且良溶剂的沸点低，非溶剂（溶胀点较高时采用。

2. 湿法：非溶剂与良溶剂交换的方式改变溶解能力的方法。

3. 热法：利用改变温度来调整高分子溶液溶解度的方法。

4. 聚合物辅助法：利用两种不同溶解性能聚合物相互作用完成胶化和溶解过程。

15. 怎样判断溶剂对聚合物的溶解能力？

溶剂对聚合物的溶解能力，即溶剂分子与聚合物分子之间作用能力可以通过几种方式来进行测定，如通过测定溶度，溶液的浊度或者通过非溶剂滴定测定作用参数等方式求得。

黏度越大，溶剂对聚合物的溶解能力越强。

16. 怎样制备密度膜？

1. 聚合物溶液住膜成型法：将聚合物溶于合适的溶剂中制备浓度和黏度合适的聚合物溶液，其中溶剂体

要加入成孔剂，然后将制备好的溶液在适当的基材上铺展成液态膜，蒸发溶剂即可形成所需的密度膜。

2. 熔融拉伸成膜：首先将聚合物加热熔融拉伸，通过模板成型，然后冷却固化成分离膜。

3. 直接聚合成膜法：首先制备单体溶液，并直接荣单体溶液注膜成型；在注膜的同时加入催化剂，使聚膜形成同时完成，蒸发掉反应溶剂后即可得到密度分离膜。

17. 举例说明膜分离的应用。

1. 浓度梯度驱动膜分离过程：某些特殊气体的富集、调节环境气氛用于蔬菜、水果保鲜，合成氨工业中氢高纯气体制备。血液透析。控制释放，药物缓释。

2. 电场力驱动膜分离过程：电透析，柠檬汁脱酸。在电化学中应用，氯碱工业中。

3. 压力驱动膜分离过程;微滤，水溶液体系消毒过程，滤除溶液中微生物，除去水和非水溶液中的其他悬浮超滤，滤除大分子溶质。

18. 什么是高分子吸附剂？与其它吸附剂相比有哪些优势

吸附性高分子材料是功能高分子材料的一个重要组成部分。她是利用高分子材料与被吸附物质之间的物理或者化其中包括物理吸引，配位和静电等作用形式，使两者之间发生暂时或永久性结合，进而发挥各种功效的材料。聚合物作为吸附材料具有以下优势：

首先，通过分子设计，聚合物骨架内可以通过化学反应引入不同结构和性能的基团，从而比较容易得到各种性质剂。其次，通过调整制备工艺，可以制备各种规格的多孔性材料，大大增加吸附剂适用领域和使用性能。同时经列交联的聚合物在溶剂中不溶不熔，只能被一定程度溶胀，溶胀后充分扩张的三维结构又为吸附的动力学过程提条件。

19. 影响高分子吸附剂结构因素有哪些？它们怎样树脂的吸附性能？

1．化学组成及功能基团

（1）元素组成的影响：聚合物分子中含有配位原子，如O,N,S,P等，聚合物具有潜在的络合能力。

（2）功能基团的影响：功能基团的性质决定了吸附树脂的不同选择性。

（3）分子极刑的影响：分子极性变化将影响高分子吸附树脂的吸附性能和选择性能。

2．聚合物链结构和超分子结构：包括主链结构、分支结构、交联程度、结晶度、取向度。

3.吸附树脂的宏观结构：主要影响吸附剂的吸附量，机械强度和吸附速度等性能。

20. 非离子型吸附树脂包括哪些？

1. 聚苯乙烯-二乙烯苯交联吸附树脂

2. 聚甲基丙烯酸酯-双甲基丙烯酸乙二酯交联体吸附树脂

3. 其他类型高分子吸附树脂：聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚乙烯亚胺、纤维素衍生物等。

21. 离子型高分子吸附剂的原理是什么？

骨架上的离子基团与不同的反离子通过静电引力发生作用，从而吸附环境中的各种反离子。

22. 如何改善高吸水性高分子材料的性能？

1. 树脂化学结构的影响：提高亲水性基团、可离子化基团

2. 聚合物链段结构:适当的交联。交联度越高，机械强度越好；但是高交联度将限制溶胀程度，交联度与量成反比。

3. 外部因素：水溶液的组成、温度、压力等。

23. 以氧为配位原子的螯合基团有哪些？各有什么特点？

1. 醇类螯合树脂

2. β-二酮螯合树脂

3. 酚类螯合树脂

4. 羧酸型螯合树脂

5. 冠醚型螯合树脂

24. 螯合树脂、离子型高分子树脂、高吸水性高分子材料吸水能力的定义

螯合树脂—高分子螯合剂通常也称熬合树脂，是高分子骨架上连接有能够对金属离子进行配位的螯合功能基，对分子具有选择性螯合作用的材料。

离子型高分子树酯—离子型吸附树脂是一种在聚合物骨架上含有离子交换基团的功能高分子材料。

最大吸水量—达平衡时的吸水量被称为最大吸水量。有时也用24小时吸水量来代替最大吸水量。

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8.导电聚合物的分类

根据材料的组成分为复合型导电高分子材料和结构导电高分子材料。结构导电高分子材料按结构特征和导电机理流子为自由电子的电子导电聚合物，载流子为聚合物分子间迁移的正负离子的粒子性导电聚合物，以氧化还原为移机理的氧化还原性导电聚合物。

9.电导型聚合物的结构特征及常见的几种聚合物结构

线性共轭电子体系（共轭π-键）。碳-氮、碳-硫、氮-硫共轭体系。聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚

聚苯亚乙烯。

10.掺杂的涵义及机制

掺杂是指在纯净的无机半导体材料中，加入少量不同价态的第二种物质，改变半导体材料中空穴和自由电子的分-

在聚合物空轨道中加入电子或从占有轨道中拉出电子，改变现有л 电子能带的能级，出现能量居中的半充满能能带间的能量差，使自由电子和空穴迁移时的阻碍减小。

导电高分子在“掺杂”之后其链结构上存在着离子自由基，又称偶极子或孤子,这类偶极子（孤子）的存在与跃迁了导电性。

电荷转移络合物机制：掺杂时，高分子链给出或接受电子，掺杂剂将被还原或氧化，所形成的掺杂剂离子与高分成合物以保持电中性。

质子酸机制：高分子链与掺杂剂之间并无电子的迁移，而是掺杂剂的质子附加于主链的碳原子上，而质子所带电般共轭链上延展开来。

11.渗滤阀值的涵义

“渗滤阀值”现象----随导电粒子含量增加，开始时电导率增加极少，当加入的导电粒子达到某一含量后，电导率有剧增十个数量级以上。

12.导电复合材料的导电机理及常见性质

导电机制

粒子导电----从通过接触的导体粒子链来导电，粒子之间的接触电阻与接触数是决定导电的关键。

隧道导电机制----把非常薄的非导体夹在导体中时，电场作用下电子仅需越过非常低的势垒而移动的现象。

开关效应-----电压与电流的关系急剧发生变化的现象。表现：在一定温度下增加电压，在某一电压时有非导体剧体；在一定电压下升温，在某一温度区域由良导体变为绝缘体。

压敏、拉敏效应----在外场压力作用下，复合材料由高阻态转变为低阻态，称为压敏效应，反之在拉力作用下，转变为高阻态，则为拉敏效应。目前具有具有两种效应的导电复合材料的基体多限于弹性体。

热敏效应----电阻率随温度的升高而增加或降低可分为：正温度系数（PTC)材料和负温度系数(NTC)材料。13.离子导电聚合物的导电机理

离子同高分子链上的极性基团络合,在电场作用下,随着高弹区中分子链段的热运动,离子与极性基团不断发生络合解络合过程,从而实现离子的迁移。离子的迁移主要发生在聚合物的非晶区。

14.离子导电聚合物对高分子基质的要求

高分子基质具备的特征

1)含有一些给电子能力很强的原子或基团,它们能与阳离子形成配位键。

2)配位中心间距离适当以便形成多元配位键。

3)高分子链足够柔顺。

大多数高分子电解质以PEO（聚氧化乙烯）或改性PEO为基质。