功能高分子材料复习题

《功能高分子材料》复习题

一、功能高分子材料按其功能性可以分为几类？

功能高分子可从以下几个方面分类：

1.力学功能材料：

1)强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等；

2)弹性功能材料，如热塑性弹性体等。

2.化学功能材料：

1)分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等；

2)反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂；

3)生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。

3.物理化学功能材料：

1)耐高温高分子，高分子液晶等；

2)电学功能材料，如导电性高分子、超导高分子，感电子性高分子等；

3)光学功能材料，如感光高分子、导光性高分子，光敏性高分子等；

4)能量转换功能材料，如压电性高分子、热电性高分子等。

4.生物化学功能材料：

1)人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等；

2)高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等；

3)生物分解材料，如可降解性高分子材料等。

二、说明离子交换树脂的类型及作用机理？试述离子交换树脂的主要用途。

1.阳离子交换树脂。机理：解离出阳离子、并与外来阳离子进行交换；

R-SO3H+M+——R-SO3M+H+

2.阴离子交换树脂。机理：解离出阴离子、并与外来阴离子进行交换。

RN+H3OH-+X-——RN+H3X-+OH-

3.应用：

1）水处理：包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备。

2）冶金工业：分离、提纯和回收铀、钍等超铀元素、稀土金属、重金属、轻金属、贵金属和过渡金属。

3）原子能工业：包括核燃料的分离、提纯、精制、回收等，还是原子能工业废水去除放射性污染处理的主要方法。

4）海洋资源利用：从海洋生物（例如海带）中提取碘、溴、镁等重要化工原料，用以海水制取淡水。

5）食品工业：制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品等食品加工中都有广泛地应用。

6）医药工业：例如在药物生产中用于药剂的脱盐、吸附分离、中和及中草药有效成分的提取等。

7）化学工业：在化学实验、化工生产上是重要的单元操作，普遍用于多种无机、有机化合物的分离、提纯、浓缩和回收等。

8）环境保护：在废水、废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检测上都有重要应用，已普遍用于电镀废水、造纸废水、矿冶废水、生活污水、影片洗印废水、工业废气等治理。

三、按膜的功能简述高分子分离膜的分类及其分离机理。

1.微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳米滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜

等。

2.机理：

1）微孔膜：是以静压差为推动力，利用膜孔对溶液中的悬浮微粒的“筛分”作用进行分离的膜过程。小于孔径的微粒随溶剂一起透过膜上的微孔，大于孔径的微粒被截留。

2）超过滤膜：过滤粒径介于微滤和反渗透之间，约5～10nm，在0.1～0.5MPa 的静压差推动下截留各种可溶性大分子

3）反渗透膜：通过在待分离液一侧加上比渗透压高的压力，使得原液中的溶液压到半透膜的另一边。

4）纳米滤膜：截留粒径在0.1～1nm，分子量为1000左右的物质，可使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操作压（0.5～1MPa）。其被分离物质的尺寸介于反渗透膜和超滤膜之间。

四、在膜的分离过程中，可以有哪些驱动力？它们各自驱动的膜过程是什么？

有压力差、浓度差或电位差等驱动力。

1.压力差：通过在待分离液一侧加上比渗透压高的压力，使得原液中的溶液压

到半透膜的另一边。分离截留的机理为筛分，小于孔径的微粒随溶剂一起透过膜上的微孔，大于孔径的微粒被截留。

2.浓度差：高浓度水溶液向低浓度水溶液一侧迁移。

3.渗透压：低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移

4.反渗透：在高浓度水溶液一侧加压，使高浓度水溶液侧与低浓度水溶液侧的

压差大于渗透压，则高浓度水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧。

五、高吸水性树脂为什么能大量吸水并保水？

1.大量吸水的原因：

具有一定的交联度，少量交联后，吸水率会成百上千倍地增加，是一种三维空间网络结构，使其吸水方式既有物理吸附，又有化学吸附和网络吸附。

分子中含有亲水性基团和疏水性基团：当亲水性基团与水分子接触时，会相互作用形成各种水合状态。高分子网状结构中的疏水基团因疏水作用而易于斥向网格内侧，形成局部不溶性的微粒状结构，使进入网格的水分子局部冻结，失去活动性，形成“伪冰”（False ice）结构。

高吸水性树脂中的网状结构对吸水性有很大的影响。

2.分子中大量的-COOH、－OH和酰氧基团与H2O之间的强烈范德华力吸收

水分子，并由网状结构的橡胶弹性作用将水分子牢固地束缚在网格中，水分子的热运动受到限制，不易重新从网格中逸出。吸足水后，即形成溶胀的保水能力很强的凝胶体，即使加压也不易挤出。

六、试分析影响高吸水性树脂吸水能力的因素。

高吸水性树脂的吸水能力一般从吸水性和吸水率两个指标判断：

1.交联度对吸水性的影响：

在未经交联前，一般为水溶性，吸水性很低，少量交联后，吸水率会成百上

千倍地增加；但是交联密度过高，造成网格太小而影响水分子的渗透，同时，橡胶弹性的作用增大，不利于水分子向网格内的渗透，吸水能力降低。

2.水解度对吸水率的影响：

吸水率一般随水解度的增加而增加，但当水解度高于一定数值后，吸水率反而下降。

3.被吸液的pH值与盐分对吸水率的影响：

酸碱盐的存在一般会降低树脂的吸水率和吸水性。

4.受形状所影响：

树脂的比表面积越大，吸水速率也越快。

七、什么是掺杂？为什么掺杂后的共轭高聚物的电导率可大幅度提高？

“掺杂”一词源于半导体化学，指在纯净的无机半导体材料中加入少量具有不同价态的第二种物质，用以改变半导体材料中空穴和自由电子的分布状态。高聚物中因添加电子受体或电子给体而提高电导率的方法称为“掺杂”。

掺杂的结果是亚能带间的能量差减小，电子的移动阻力降低，使线性共轭导电聚合物的导电性能从半导体进入金属导电范围。

八、简述正性胶和负性胶的作用原理。

光致抗蚀剂根据光照后溶解度变化的不同分为正胶和负胶。

负性光刻胶是在光照下，涂层的溶解度下降，在溶解过程中（也称为显影过程）被保留下来，在化学腐蚀过程中（也称为刻蚀过程）保护氧化层。

正性光刻胶的性能正好相反，感光胶被光照后溶解度增加，在显影过程中被除去，其所覆盖部分在刻蚀过程中被腐蚀掉。

九、液晶分子的主要组成单元是什么？各自的作用是什么？

1.液晶分子的主要组成单元是致晶单元（X），连接单元（Y），柔性基团（Z）。

2.致晶单元通过刚性连接单元（Y），又称中心桥键，连接组成，这个刚性连接单元能够阻止两个环的旋转，扩大刚性部分尺寸的基团，使刚性单元的几何形状呈扁、平、长的形状。

在致晶单元的端部通常有一个柔软、易弯曲的基团Z，这个端基单元是各种极性或非极性基团，对形成液晶具有一定的稳定作用，是不可缺少的结构因素。

十、溶致型液晶高分子和热致型液晶高分子有哪些主要区别？

1.形成条件不同：热致型液晶是依靠温度的变化，在某一温度范围形成的液晶态物质。多数液晶是热致型液晶。溶致型液晶是因加入溶剂（在某一浓度范围内）而呈现液晶态的物质。

2.形成溶致型高分子液晶的分子结构必须符合两个条件：分子应具有足够的刚性和相当的溶解性。主要应用在高强度、高模量纤维和薄膜的制备方面。

3.从结构上看，热致型液晶高分子相当于在刚性的线型分子链中，嵌段地或无规地接入柔性间隔基团。这类液晶具有高结合度和高熔点，不能在热分解温度以上生成液晶相。

十一、对于医用高分子材料与常规高分子材料相比，其要求有何不同？

与常规高分子材料相比，医用高分子材料要求其具有生物功能性、生物相容性、生物安全性。