精细化工试验技术 第十六章功能高分子材料 一、功能高分子材料及其分类 二、功能高分子材料的应用 三、功能高分子材料的发展概况 实验三十四高吸水性树脂的制备 实验三十五光致变色聚合物的制备
精细化工试验技术 第十六章 功能高分子材料 一、功能高分子材料及其分类 二、功能高分子材料的应用 三、功能高分子材料的发展概况 实验三十四 高吸水性树脂的制备 实验三十五 光致变色聚合物的制备
功能高分子材料 一、功能高分子材料及其分类 功能高分子材料( functional macromolecule materials)是指 与常规高分子材料相比具有明显不同的物理化学性质,并且 具有某些特殊功能的高分子材料。它所具有的功能大体上可 分为物理功能、化学功能、生物功能以及介于两者之间的复 合功能。 功能高分子材料从组成和结构上可分为结构型功能高分 子材料和复合型功能高分子材料。结构型功能高分子材料是 指在分子链上带有可起特定作用的功能基团的高分子材料, 而复合型功能高分子材料是指以常规高分子材料为基体或载 体,与具有特定功能的结构型功能高分子材料进行复合而得 的复合功能材料
功能高分子材料 一、功能高分子材料及其分类 功能高分子材料(functional macromolecule materials)是指 与常规高分子材料相比具有明显不同的物理化学性质，并且 具有某些特殊功能的高分子材料。它所具有的功能大体上可 分为物理功能、化学功能、生物功能以及介于两者之间的复 合功能。 功能高分子材料从组成和结构上可分为结构型功能高分 子材料和复合型功能高分子材料。结构型功能高分子材料是 指在分子链上带有可起特定作用的功能基团的高分子材料， 而复合型功能高分子材料是指以常规高分子材料为基体或载 体，与具有特定功能的结构型功能高分子材料进行复合而得 的复合功能材料
功能高分子材料 按性质和功能划分,可将功能高分子材料分为以下七种类型: (1)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。 (2)光敏型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、光导材料和光致变色材料等 (3)电活性高分子材料包括异电聚合物、能量转换型聚合物、 电致发光和电致变色材料等。 (4)吸附型高分子材料包括高分子吸附性树脂、离子交换树 脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂和吸水性高分子吸附剂等 (5)膜型高分子材料包括各种分离膜、缓释膜和其它半透性 膜材料。 (6)高性能工程材料如髙分子液晶材料、功能纤维材料等。 (⑦)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
功能高分子材料 按性质和功能划分，可将功能高分子材料分为以下七种类型： ⑴ 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。 ⑵ 光敏型高分子材料 包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材 料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材料等。 ⑶ 电活性高分子材料 包括异电聚合物、能量转换型聚合物、 电致发光和电致变色材料等。 ⑷ 吸附型高分子材料 包括高分子吸附性树脂、离子交换树 脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂和吸水性高分子吸附剂等。 ⑸ 膜型高分子材料 包括各种分离膜、缓释膜和其它半透性 膜材料。 ⑹ 高性能工程材料 如高分子液晶材料、功能纤维材料等。 ⑺ 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
功能高分子材料 二、功能高分子材料的应用 分离膜材料具有节能、工艺连续化以及装置紧凑等特点, 它又能够对低浓度、分子结构相似、分子间作用力相近等难 分离系统以及一些热敏性物质的分离,因此广泛应用于物质 的分离、浓缩、精制过程。 导磁高分子材料是正在开发研究中的高分子材料。我国 已经开发出一些品种并加以推广应用,如用于冰箱门的磁性 塑料。彩色显像管配套部件的汇聚片,是复合型高分子永磁 材料,汇聚片组合件在彩电中起着调聚色彩的重要作用
功能高分子材料 二、功能高分子材料的应用 分离膜材料具有节能、工艺连续化以及装置紧凑等特点， 它又能够对低浓度、分子结构相似、分子间作用力相近等难 分离系统以及一些热敏性物质的分离，因此广泛应用于物质 的分离、浓缩、精制过程。 导磁高分子材料是正在开发研究中的高分子材料。我国 已经开发出一些品种并加以推广应用，如用于冰箱门的磁性 塑料。彩色显像管配套部件的汇聚片，是复合型高分子永磁 材料，汇聚片组合件在彩电中起着调聚色彩的重要作用
功能高分子材料 医用高分子材料是当今研究较多以及应用较广的一种功 能高分子材料。由于有机硅材料具有生理惰性,人体适应性 强,抗凝血性好,以及耐老化、耐高压蒸汽消毒等特点,因 此是目前用于人体内永久性植入的主要高分子材料。我国已 经开发了“医用有机硅”级的有机硅橡胶、人工脏器、人工 关节、人工晶体、牙科复合树脂充填材料以及整形用材料等。 预计在新世纪将有更多的医用高分子材料问世。 功能高分子材料种类繁多,其应用也遍及各个领域,并且有 新的品种和新的功能在不断地开发研究之中。 三、功能高分子材料的发展概况
功能高分子材料 医用高分子材料是当今研究较多以及应用较广的一种功 能高分子材料。由于有机硅材料具有生理惰性，人体适应性 强，抗凝血性好，以及耐老化、耐高压蒸汽消毒等特点，因 此是目前用于人体内永久性植入的主要高分子材料。我国已 经开发了“医用有机硅”级的有机硅橡胶、人工脏器、人工 关节、人工晶体、牙科复合树脂充填材料以及整形用材料等。 预计在新世纪将有更多的医用高分子材料问世。 功能高分子材料种类繁多，其应用也遍及各个领域，并且有 新的品种和新的功能在不断地开发研究之中。 三、功能高分子材料的发展概况
功能高分子材料 实验三十四高吸水性树脂的制备 实验目标 1.理解高吸水性树脂制备的基本原理: 2.掌握实验室中沉析、真空干燥等常见的操作 、产品特性与用途 高吸水性树脂或称超吸水性树脂(SAR),是指能吸收 自身质量几百倍甚至上千倍水分的高分子聚合物,在日常生 活、农业、医药及其他工业部门有广泛用途。例如,高吸水 树脂可用作香料载体、尿不湿的吸水材料;农业上用作园艺 保水剂;工业上用作油水分离材料、污水处理剂、溶剂脱水 剂;医药上用作人工肾脏过滤材料、血液吸附剂等,其很多 用途正处于开发研究之中
功能高分子材料 实验三十四 高吸水性树脂的制备 一、实验目标 1．理解高吸水性树脂制备的基本原理； 2．掌握实验室中沉析、真空干燥等常见的操作。 二、产品特性与用途 高吸水性树脂或称超吸水性树脂（SAR），是指能吸收 自身质量几百倍甚至上千倍水分的高分子聚合物，在日常生 活、农业、医药及其他工业部门有广泛用途。例如，高吸水 树脂可用作香料载体、尿不湿的吸水材料；农业上用作园艺 保水剂；工业上用作油水分离材料、污水处理剂、溶剂脱水 剂；医药上用作人工肾脏过滤材料、血液吸附剂等，其很多 用途正处于开发研究之中
功能高分子材料 三、实验原理 本实验以淀粉、丙烯腈为原料制备高吸水性树脂,主要 的化学反应有两个,即接枝反应和水解反应。接枝反应是以 水为介质,以铈盐为引发剂,将丙烯腈接枝到已糊化的淀粉 链上。水解反应是在氢氧化钠的作用下,将接枝聚合物侧链 上的腈基转变为酰胺基和羧酸盐基。其反应式如下: 接枝反应: R+Ce4+R·+Ce3 st R·+nCH2=CH Rst-tCH2-CHm CN CN (R,代表淀粉,下同)
功能高分子材料 三、实验原理 本实验以淀粉、丙烯腈为原料制备高吸水性树脂，主要 的化学反应有两个，即接枝反应和水解反应。接枝反应是以 水为介质，以铈盐为引发剂，将丙烯腈接枝到已糊化的淀粉 链上。水解反应是在氢氧化钠的作用下，将接枝聚合物侧链 上的腈基转变为酰胺基和羧酸盐基。其反应式如下： 接枝反应： Rst+Ce4+Rst·+Ce3+ (Rst代表淀粉，下同)
功能高分子材料 水解反应 Rst-ICH2-CHim NaOH R+H2-HH2-单H CK COoNa CONH3 作为吸水材料必须具备两个条件:一个是自身带有较多 的吸水基团;二是本身不溶于水。本实验制备的树脂是以淀 粉为骨架,与丙烯腈接枝共聚成高分子化合物,不溶于水, 侧链上的腈基又经过水解转化为亲水性很强的羧酸盐基和酰 胺基,使其具有极强的吸水性。因此,水解反应是使接枝共 聚物实现其吸水性关键的一步反应,而水解反应条件选择的 好坏直接影响到高吸水性树脂吸水性的高低
功能高分子材料 水解反应： 作为吸水材料必须具备两个条件：一个是自身带有较多 的吸水基团；二是本身不溶于水。本实验制备的树脂是以淀 粉为骨架，与丙烯腈接枝共聚成高分子化合物，不溶于水， 侧链上的腈基又经过水解转化为亲水性很强的羧酸盐基和酰 胺基，使其具有极强的吸水性。因此，水解反应是使接枝共 聚物实现其吸水性关键的一步反应，而水解反应条件选择的 好坏直接影响到高吸水性树脂吸水性的高低
功能高分子材料 四、主要仪器与药品 主要仪器 电热恒温水浴锅,电动搅拌器,500mL三口烧瓶以及氮 气钢瓶等。 2.主要药品 玉米淀粉,市售;丙烯腈,AR;硝酸铈铵,AR;氢氧化 钠,AR;硝酸,AR;95%(v/v)乙醇,CP 五、实验内容与操作步骤 1.称量淀粉10克装入三口烧瓶内,加200mL蒸馏水搅拌 制成淀粉浆。在氮气保护下,在80~85℃C糊化30~40min, 然后冷却到20~40℃
功能高分子材料 四、主要仪器与药品 1．主要仪器 电热恒温水浴锅，电动搅拌器，500mL三口烧瓶以及氮 气钢瓶等。 2．主要药品 玉米淀粉，市售；丙烯腈，AR；硝酸铈铵，AR；氢氧化 钠，AR；硝酸，AR；95%(v/v)乙醇，CP。 五、实验内容与操作步骤 1. 称量淀粉10克装入三口烧瓶内，加200mL蒸馏水搅拌 制成淀粉浆。在氮气保护下，在80～85℃糊化30～40min， 然后冷却到20～40℃
功能高分子材料 2.将硝酸铈铵用1mol/L的硝酸配成0.lg/皿L的溶液,取 3硝酸铈铵溶液与16克丙烯腈混合,配制成丙烯腈的硝酸 铈铵溶液。 3.将丙烯腈的硝酸铈铵溶液加入到淀粉糊中,在20~ 40℃下搅拌反应1~2h。 4.用稀氢氧化钠溶液调节p值至7,加40mL蒸馏水,加 热至80℃,保温30min,除去未反应的丙烯腈。然后加入2 mol/L氢氧化钠溶液160mL,于100℃皂化2h。 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。 6.准确称取树脂约0.1g置于烧杯中,加去离子水约 50mL,静置1h后,滤去水分,称重,计算吸水倍率
功能高分子材料 2. 将硝酸铈铵用1mol/L的硝酸配成0.1g/mL的溶液，取 3mL硝酸铈铵溶液与16克丙烯腈混合，配制成丙烯腈的硝酸 铈铵溶液。 3. 将丙烯腈的硝酸铈铵溶液加入到淀粉糊中，在20～ 40℃下搅拌反应1～2 h。 4. 用稀氢氧化钠溶液调节pH值至7，加40mL蒸馏水，加 热至80℃，保温30 min,除去未反应的丙烯腈。然后加入2 mol/L氢氧化钠溶液160mL，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。 6．准确称取树脂约0.1g置于烧杯中，加去离子水约 150mL，静置1h后，滤去水分，称重，计算吸水倍率