功能高分子材料
第二章反应型高分子材料
第一节反应型高分子材料概述
反应型功能高分子材料是指具有化学活性，并且应用在化学反应过程中的功能高分子材料，包括高分子试剂和高分子催化剂两大类。
一．与高分子试剂和高分子催化剂相关的一些概念
1.高分子化学反应试剂小分子试剂经过高分子化，在聚合物骨架上引入反应活性基团，得到的具有化学试剂功能的高分子化合物被称为高分子化学反应试剂。高分子化学反应试剂在反应体系中具有不溶性、立体选择性和良好的稳定性。
2.高分子化学反应催化剂通过聚合、接枝等方法将小分子催化剂高分子化，使具有催化活性的化学结构与高分子骨架相结合，得到的具有催化活性的高分子材料称为高分子化学反应催化剂。
3.均相化学反应在化学反应中如果原料、试剂、催化剂相互间互溶，在反应体系中处在同一相态中（相互混溶或溶解），称此反应为均相化学反应。均相催化剂多为小分子化合物。
4.多相化学反应在化学反应中如果原料、试剂、催化剂中至少有一种在反应体系中不溶解或不混溶，因而反应体系不能处在同一相态中，称此反应为多相化学反应。化学反应只能在两相的界面进行。
二．反应型高分子材料的应用特点
1.表现出所谓的无限稀释效应、立体选择效应，邻位协同效应等由于高分子骨架的参与而产生的特殊性能。
2.反应型高分子试剂不溶性、多孔性、高选择性和化学稳定性等性质
3.可回收再用性质
三．发展高分子化学试剂和高分子催化剂的目的
1.简化操作过程一般来说，经高分子化后得到得高分子反应试剂和催化剂在反应体系中仅能溶胀，而不能溶解。
2.有利于贵重试剂和催化剂的回收和再生
3.可以提高试剂的稳定性和安全性
4.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
5．提高化学反应的选择性
6.可以提供在均相反应条件下难以达到的反映环境利用高分子试剂中的官能团相互间的难接近性和反应活性中心之间的隔离性，可以避免在化学反应中的试剂“自反应”现象，从而避免或减少副反应的发生。
不利之处：增加试剂生产的成本；降低化学反应速度。
四．反应型高分子材料的分类
反应型高分子材料主要包括高分子化学试剂和高分子催化剂两大类。
第二节高分子化学反应试剂
一．高分子化学反应试剂概述
高分子反应试剂最重要的特点有两点：一是可以简化分离过程；二是高分子试剂可以回收，经再生重新使用。
二．高分子氧化还原试剂
（一）氧化还原型高分子试剂
既有氧化作用，又有还原功能，自身具有可逆氧化还原特性的一类高分子化学反应试剂。可以分为五种结构类型，即含醌式结构的高分子试剂、含硫醇结构高分子试剂、含吡啶结构高分子试剂、含二茂铁结构高分子试剂和含多核杂环芳烃结构高分子试剂。在化学反应中氧
化还原活性中心与起始物发生反应，是试剂的主要活性部分，而聚合物骨架在试剂中一般只起对活性中心的担载作用。
1.氧化还原型高分子试剂的制备方法
一是从合成具有氧化还原活性的单体出发，首先制备含有氧化还原反应活性中心结构、同时具有可聚合基团的活性单体，再利用聚合反应将单体制备成高分子反应试剂；第二种方法是以某种商品聚合物为载体，利用特定高分子化学反应，将具有氧化还原反应活性中心结构的小分子试剂接枝到聚合物骨架上，构成具有同样氧化还原反应活性的高分子反应试剂。前一种方法得到的试剂其氧化还原活性中心在整个聚合物中分布均匀，活性中心的密度较大；后一方法得到的高分子试剂其氧化还原活性中心一般主要分布在聚合物表面和浅层，活性点担载量较小，试剂的使用寿命受到一定限制。
2. 氧化还原型高分子试剂的应用
醌式结构的高分子试剂在不同条件下可以使不同有机化合物氧化脱氢，生成不饱和键。
烟酰胺是乙醇脱氢酶（ADH）辅酶（NDA）的活性结构中心，其在生命过程中的氧化还原反应中起着重要作用，其氧化还原反应是二电子型的。具有烟酰胺和联吡啶结构的高分子试剂不仅作为常规的氧化还原试剂，同时也都是重要的电子转移催化剂，或称为聚合物电子载体。
二茂铁高分子试剂可以与四价砷、对笨醌和稀硝酸等发生反应，可逆地被氧化成三价的二茂铁离子。
（二）高分子氧化试剂
根据其试剂的化学结构可以分成有机氧化试剂和无机氧化试剂。氧化剂的高分子化主要作用是在保持试剂活性的前提下，通过高分子化提高分子量，减低试剂的挥发性和敏感性，增加其物理和化学稳定性。
高分子过氧酸最常见的是以聚苯乙烯为骨架的聚苯乙烯过氧酸。过氧酸与常规羧酸相比，羧基中多含一个氧原子构成过氧键。过氧基团不稳定，易于其他化合物发生氧化反应失掉一个氧原子，自身转变成普通羧酸。低分子过氧酸极不稳定，在使用和储存的过程中容易发生爆炸或燃烧，而高分子化的过氧酸则克服了上述缺点。
高分子硒试剂可以选择性地将烯烃氧化成为临二羟基化合物，或者将环外甲基氧化成醛。
（三）高分子还原试剂
常见的高分子还原试剂主要是在高分子骨架上引入还原性有机金属化合物，如有机锡；或者还原性基团，如肼类基团。
高分子锡还原试剂可以将苯甲醛、苯甲酮和叔丁基甲酮等临位具有能稳定正碳离子基团的含羰基化合物还原成相应的醇类化合物，并具有良好的反应速率。特别是对此类化合物中的二元醛有良好的单官能团还原选择性。该还原剂还能还原脂肪族或芳香族的卤代烃类化合物，使卤素基团定量的转变成氢原子。
高分子磺酰肼反应试剂主要用于对碳碳双键的加氢反应，在加氢反应过程中对同为不饱和双键的羰基没有影响。
在高分子化过程中，小分子氧化和还原试剂除了以共价键的形式与聚合物骨架相连之外还可以通过离子键或者配位键与聚合物作用。
三．高分子卤代试剂
常见的高分子卤代试剂主要有二卤化磷型、N-卤代酰亚胺型、三价碘型三种类型。
有三苯基化磷结构的化合物经常作为化学试剂或催化剂的母体，其中含有三苯基二氯化磷结构的高分子可以作为卤代试剂。二卤化磷型的高分子氯化试剂的主要用途之一是用于从羧酸制取酰氯和将醇转化为氯代烃。
N-卤代酰亚胺通常采用酰亚胺与苯乙烯共聚来实现的高分子化。N-溴代酰亚胺（NBS）在反应过程中不产生卤化氢气体，高分子化的NBS不仅可以对羟基等基团进行溴代反应，而且对其他活泼氢也可以进行溴代反应。
三价碘高分子卤代试剂通常应用在氯和氟等体积比较小的卤族元素的卤代反应。当采用三价碘高分子氟化剂进行氟的双键加成反应时，常常伴有重排反应发生，得到的产物常为谐二氟化合物。
四．高分子酰基化试剂
高分子酰基化试剂在反应体系中的难溶性，使其在反应后的分离过程中具有明显的优势。应用较多的高分子酰基化试剂有高分子活性酯和高分子酸酐。高分子活性酯在结构上可以分为两步分：高分子骨架和与之相连的酯基。高分子活性酯酰基化试剂主要用于肽的合成，高分子化的活性酶可以将溶液合成转变为固相合成。含有酸酐结构的高分子酰基化试剂可以使含有硫和氮原子的杂环化合物上的氨基酰基化。
第三节在高分子载体上的固相合成
一．固相合成的概述
从广义讲，固相合成是指那些在固体表面发生的合成反应。固相合成包括无机固相合成和有机固相合成两种类型。无机固相合成反应利用固相间反应制取固态化合物或固溶体粉料。利用无机固相合成法可以合成具有特定晶型的无机晶体，以及利用固相模板合成法制备锂离子电池电极材料。狭义上的固相合成一般指有机固相合成法。有机固相合成是指在合成过程中采用在反应体系中不溶的有机高分子试剂作为载体进行的合成反应。
固相合成用的高分子试剂必须具备一下两种结构：即对有机合成反应起担载作用，在反应体系中不溶解的载体和起连接反应性小分子和高分子载体，并能够用适当的化学方法断键的连接结构两部分。
（1）载体
1.要求载体在反应体系中不溶解，保证合成反应在固相上进行。
2.要求载体具有高比表面积或者在溶剂中有一定的溶胀性。
3.要求载体能高度功能化，其功能基在载体中的分布尽可能均匀。
4.要求载体可以用相对简单的方法再生重复利用。
（2）连接结构
连接结构的主要功能首先是能够参与与反应的小分子发生化学反应，并在两者间生成具有一定稳定性要求的化学键，要保证在随后的合成反应中该键不断裂，在整个合成过程中十分稳定。其次，生成的连接键又要有一定的化学活性，能够采用特定的方法使其断裂，而不破坏反应产物的结构，保证固相合成反应后可以定量地切割下反应产物。
二．多肽的固相合成
固相合成的最早应用是用来合成天然大分子多肽。在肽的固相合成中最常用的载体是氯甲基苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物，以及它们的衍生物，它们具有良好的力学性能和理想的活性基团。
首先氨基得到保护的氨基酸与高分子载体反应，分子间脱氯化氢。然后再保证生成的酯键不断裂的条件下进行脱氨基保护反应。第三步是取另外一个氨基受到保护的氨基酸与载体上的氨基发生酰化反应，或者通过与活性酯的酯交换反应形成酰胺键。最后用适宜的酸水解解除端基保护，并使载体和肽之间的酯键断裂制得预期序列的多肽。
在多肽的固相合成中需要使用两种脱除试剂，一种是氨基酸保护基团的脱除试剂，用于脱除氨基酸中氨基或羧基的脱保护，要求该试剂对保护基团的脱除要完全，同时又不能造成已经形成的肽键和固化键的断裂。第二种脱除试剂用于断开固化键，同样，在断开固化键的同时不能影响形成肽键的稳定。
第四节高分子催化剂
高分子催化剂的广义定义是具有催化化学反应能力的高分子。狭义定义是带有聚合骨架，骨架上引入活性官能团，且该官能团能促进特定反应发生的物质。催化反应按照反应体系的外观特征分为均相催化反应和多相催化反应。
一．高分子酸碱催化剂
高分子酸碱催化剂的制备多数是以苯乙烯为主要原料，二乙烯苯作为交联剂，通过乳液等聚合方法形成多孔性交联聚苯乙烯颗粒。在苯环上引入强酸性基团——磺酸基或者强碱性基团——季氨基，分别构成阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
二．高分子金属络合物催化剂
制备高分子金属络合物催化剂最关键的步骤是在高分子骨架上引入配位基团和在金属离子之间进行络合反应。最常见的方法是通过共价键使金属络合物中的配位体与高分子骨架相连接，构成的高分子配位体再与金属离子进行络合反应形成高分子金属络合物。
高分子配位体的合成方法主要分成以下几类：1.利用聚合物的接枝反应，将配位体直接键合到聚合物载体上，得到高分子化配位体；2.首先合成含配位体单体，然后通过均聚或共聚反应得到高分子配位体。合成得到的配位体单体也可以先与金属离子络合，生成络合物型单体后在进行聚合反应，完成高分子化过程。
三．高分子相转移催化剂
相转移催化剂一般是指在反应中能与阴离子形成离子对，或者含O、P、N等孤对电子的化合物与阳离子形成络合物，从而增加这些离子型化合物在有机相中的溶解度的物质。这类物质主要包括亲脂性有机离子化合物和非离子型的冠醚类化合物。
四．其他种类的高分子催化剂
高分子刘易斯酸和过酸催化剂、聚合物脱氢和脱羰基催化剂、聚合物型pH指示剂和聚合物型引发剂
第五节酶的固化及其应用
一．固化酶的制备方法
酶的固化其主要目的是改变其水溶性。从固化方法的原理划分，酶的固化方法分成化学法和物理法。化学法是通过化学反应生成新的化学键，将酶连接到一定载体上；或者采用交联剂通过与酶表面的特定基团发生交联反应将酶交联起来，构成分子量更大的蛋白质使其溶解性降低，成为不溶性的固化酶。物理法包括包埋法和微胶囊法等。这两种方法是使酶被高分子包埋或用微胶囊包裹起来，使其不能在溶剂中自由扩散。
1.化学键合酶固化方法
通过化学键将酶键合到高分子载体上，对载体的要求除了不溶于反应溶剂等基本条件外，还要求载体分子结构中含有一定的亲水性基团，以保证有一定的润湿性。对键合反应的要求是反应条件必须温和，不能使用强酸、强碱和某些有机溶剂，反应温度也有一定限制。
最常用的用于酶固化的聚合物载体骨架为聚苯乙烯，在苯环上引入重氮盐基团，利用在重氮盐基团与酶蛋白质中存在的络氨酸中的苯酚基，或者与组氨酸的咪唑基进行偶联反应，可以在高分子载体上连接淀粉糖化酶、胃蛋白酶和核糖核酸酶等形成固化酶催化剂。
含有缩醛结构的聚合物可以与蛋白质中广泛存在的氨基发生缩合反应，在载体与酶之间生成碳氮双键，以此可以固化大多数酶。在聚合物骨架中引入内酸酐基团，利用内酸酐基团与蛋白质中的氨基反应，很容易形成稳定的内酰胺键而实现酶的固化。
除此之外，一些聚酰胺或多肽高分子化合物经过活化预处理后也可以作为载体与酶结合形成不溶性的固定化酶。一些无机材料也可以作为固化酶载体的选择材料。也有人选用离子交换树脂作为固化酶的载体。
2.化学交联酶固化法
这种方法是利用一些带有双端基官能团的化学交联剂，通过与酶蛋白中固有的活性基团进行化学反应，生成新的共价键将各个酶单元连接起来，形成不溶性链状或网状结构，从而将酶固化。
3.酶的物理固化法
酶固化的物理方法是使用具有对酶促反应中采用的反应物和生成的产物有选择性透过性能的材料将酶大分子固定，而使那些参与反应的小分子透过的酶固定方法。1.包埋法：将酶溶解在含有合成载体的单溶液中。在均相体系中进行合成载体的聚合反应，聚合反应进行过程中时溶液中的酶被包埋在反应形成的聚合物网络之中，不能自由扩散，从而达到酶固化的目的。2.微胶囊法：用半通透性能的聚合物膜将酶包裹在中间，构成酶藏在微囊中的固化酶。在酶催化反应中反应物小分子可以通过半透膜与酶接触进行酶促反应，生成物可以通过半透膜逸出囊外，而酶则由于体积较大被留在膜内。
二．固化酶的特点
制作固化酶的目的地利用酶催化剂的高活性和高选择性。
第三章导电高分子材料
第一节导电高分子材料概述
一．导电的基本概念
材料的导电性能通常是指材料在电场作用下传到载流子的能力。
二．聚合物的导电类型
导电高分子材料根据材料的组成可以分成复合型导电高分子材料和本征型导电高分子材料两大类，后者也被称为结构导电高分子材料。根据导电过程中载流子的不同，本征型导电高分子材料还可以分为电子导电高分子材料、离子导电高分子材料和氧化还原型导电高分子。
第二节复合型导电高分子材料
一．复合型导电高分子材料的结构与导电机理
复合型导电高分子材料是指以结构型高分子材料与各种导电性质，通过分散复合、层积复合、表面复合或梯度复合等方法构成的具有导电能力的材料。
1.复合型导电高分子材料的结构
（1）分散复合结构分散复合型导电高分子通常选用物理性能适宜的高分子材料作为基体材料，导电性粉末、纤维等材料采用化学或物理方法均匀分散在基体材料中作为分散相构成高分子复合材料。在一般情况下，复合导电高分子材料的电导率随着导电材料的填充量的增加，随着导电粒子粒度的减小，以及分散度的增加而增加。
（2）层状复合结构在这种复合体中导电层独立存在并与同样独立存在的聚合物基体层复合。这种材料的导电性能具有各向异性。
（3）表面复合结构通常指一种物质附着在另一种物质表面构成。
（4）梯度复合结构指两种材料，如金属和高分子材料各自构成连续相，两个连续相之间有一个浓度渐变的过渡层，通常可以通过电解和电渗透共同作用来制备。
2.复合型导电高分子材料的组成
复合型导电高分子材料主要由高分子基体材料、导电填充材料和助剂等构成。
（1）高分子基体材料高分子基体材料作为复合型导电材料的连续相和粘结体起两方面的作用：发挥基体材料的物理化学性质和固定导电分散材料。高分子材料与导电材料的相容性和目标复合材料的使用性能是选择基体材料经常考虑的主要因素。一般认为，结晶度高有利于电导率提高，交联度高导电稳定性增加。
（2）导电填充材料目前常用的导电填充材料主要有碳系材料、金属材料、金属氧化物材料、结构型导电高分子四种。
3.复合型导电高分子材料的导电机理
目前比较流行的有两种理论：一是宏观的渗流理论，即导电通道学说；另一种是量子力学的隧道效应和场致发射效应学说。
二.复合型导电高分子材料的制备方法
复合型导电高分子材料制备工艺研究主要目的是如何将连续相聚合物与分散相导电添加材料均匀分散结合在一起。在制备过程中有以下内容：高分子基体材料和导电填充材料的选择与处理，复合方法与工艺研究，复合材料的成型与加工研究等。
1.导电材料的选择
目前可供选择的导电添加材料主要有金属材料、碳系材料、金属氧化物和本征型导电聚合物四类。改添加金属粉料为金属纤维，这样更容易在较低浓度下在连续相中形成导电网络。或者在其他材料颗粒表面涂覆金属，构成膜壳型添加剂，同样可以在保证较低电阻率的情况下减少金属用量。
碳系材料是导电性能最好无机材料，主要包括石墨、炭黑、碳纤维三种。作为分散体系的添加材料，主要是使用炭黑粉体，而且粉体的粒度越小，比表面积越大，越容易分散，形成导电网络的能力越强，从而导电能力越高。
金属氧化物的突出特点是无色或浅色，能够制备无色透明或者浅色导电复合材料。
2.聚合物基体材料的选择
聚合物基体的选择主要依靠导电材料的用途进行，考虑的因素包括机械强度、物理性能、化学稳定性、温度稳定性和溶解性能等。聚合物基体的热学性质也是重要考虑因素之一。
3.导电聚合物的混合工艺
从混合型导电复合材料的制备工艺而言，目前主要有三种方法：即反应法、混合法和压片法。
三.复合型导电高分子材料的性质与应用
1.复合型导电塑料
复合型导电塑料是指经过物理改性后具有导电性的塑性高分子材料。从材料结构上划分，包括添加型、共混型和表面涂覆型导电塑料。根据用途不同，复合型导电塑料可以制成薄膜、板材和结构复杂的构件。复合型导电塑料的基体材料可以采用热塑性或者热固性聚合物，其中热塑性塑料还可以划分为无定形和结晶性两类。
复合型导电塑料主要有添加型导电塑料、共混型导电塑料、表面涂覆型导电塑料和导电性泡沫塑料四大类。
2.复合型导电橡胶
复合型导电橡胶是以普通橡胶为基体，配入导电性添加剂混合而成。在导电橡胶中使用的导电添加剂大致分为碳系类和金属类。碳系添加剂又分为粉体炭黑和碳纤维。
3.复合型导电涂料
导电涂料具有导电和排除积累静电荷的能力，是由膜物质、颜色填料、助剂及溶剂等组成。根据膜物质是否具有导电性，导电涂料可分为添加型导电涂料与非添加型导电涂料；根据应用特性，可将导电涂料归纳为4大类：作为导电体使用的涂料、辐射屏蔽涂料、抗静电涂料、其他如电致变色涂层等。
4.导电黏合剂
导电黏合剂一般由导电性填料、胶黏剂、溶剂、添加剂构成。导电黏合剂按干燥及固化条件可分为常温干燥型、常温固化型、热固化型、UV固化型等。
四.复合型导电高分子材料的其他性质与应用
1. 复合型导电高分子材料PTC效应的应用
所谓的PTC效应是指材料的电阻率能够随着温度的升高而升高的现象。当温度升高
1℃，电阻值增加的幅度称为PTC强度，用以衡量材料的温度敏感效应。复合型导电高分子材料具有高PTC效应，在温度敏感范围内，在恒定电压情况下，电阻率随着温度的升高而迅速提高，造成通过的电流或产生的电热功率迅速下降，因此可以作为电加热材料具有温控限流和自控温特性。
2. 复合型导电高分子材料的压敏性质
压敏性质是指材料受到外力作用时，材料的电学性能发生明显变化的现象。对复合型导电高分子材料而言，主要是电阻发生明显变化。一般复合型导电高分子材料具有负压力敏感特性，即压力增大，电阻减小。如果外力的施加能够导致材料发生形变或密度发生变化，必然会造成导电网络的变化，从而引起电阻率的变化。
第三节电子导电型聚合物
高分子材料本身具有导电能力的被称为本征型导电高分子材料，根据载流子的属性和导电形式划分，包括电子导电高分子材料、离子导电高分子材料和氧化还原导电高分子材料。
一．导电机理与结构特征
根据定义，在电子导电聚合物的导电过程中载流子是聚合物中的自由电子或空穴，导电过程需要载流子在电场作用下能够在聚合物内做定向迁移形成电流。因此，在聚合物内部具有有定向迁移能力的自由电子或空穴是聚合物导电的关键。
1. 内层电子这种电子一般在紧靠原子核的原子内层，受到原子核的强力束缚，一般不参与化学反应，在正常电场作用下没有迁移能力。
2. σ价电子能够参与化学反应，并在形成化学键中起关键作用的是外层电子，包括价电子和非成键电子。σ键能较高，电子离域性很小，被称为定域电子，对材料的导电性能贡献很小。
3. n电子这种电子被称为非成键外层电子。当孤立存在时也没有离域性，对导电能力贡献也很小。
4.π价电子两个成键原子中p电子相互重叠后产生π键，构成π键的电子称为π价电子。当π电子孤立存在时这种电子具有有限离域性。当两个π键通过一个σ键连接时，π电子可以在两个π键之间移动，这种分子结构称为共轭π键。随着π电子共轭体系的增大，电子的离域性会显著增加。
多数聚合物分子主要由以定域电子或者有限离域电子构成的共价键连接各种原子而构成。有机高分子成为导体的必要条件是应有能使其内部某些电子或空穴具有跨键离域移动能力的大共轭结构。事实上，所有已知的电子导电型高分子材料的共同结构特征为分子内部具有非常大的共轭π电子体系，具有跨键移动能力的π价电子成为这一类导电高分子材料的唯一载流子。
电子的相对迁移是导电的基础，电子如若要在共轭π电子体系中自由移动，首先要克服价带与导带之间的能级差，因为价带与导带在分子结构中是相互间隔的。这一能级差的大小决定了共轭型聚合物的导电能力的高低。减少能带分裂造成的能级差是提高共轭型导电聚合物点导率的主要途径。实现这一目标的首要手段之一就是所谓的“掺杂”法来改变能带中电子的占有情况，压制Peierls过程，减小能级差。这里所指的“掺杂”过程实际上是采用氧化还原反应改变导带或价带中电子的占有情况，使其能级发生变化，从而减小能带差。
所谓孤子是指在分子共轭体系中单双键德交替排列是不均匀一致的，在某些位置会发生单个p电子不能配对成键情况，这种类似于自由基的电子被称为孤子。
二．电子导电聚合物的性质
1.掺杂过程、掺杂剂及掺杂量与电导率之间的关系
“掺杂”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物质，以改变半导体材料中空穴和自由电子的分布状态和密度。对线型共轭聚合物进行掺杂常用的有两种方
法：一是通过加入第二种具有不同氧化态的物质进行所谓的“物质掺杂”；二是通过聚合材料的电极表面进行电化学氧化或还原反应直接改变聚合物的荷电状态的“非物质掺杂”。在特殊情况下还有三种掺杂方法：其一是酸碱化学掺杂；其二是光掺杂；其三是电荷注入掺杂。
在制备导电高分子材料时根据掺杂方法不同，分成p-型掺杂和n-型掺杂两种。其中p-型掺杂是在高分子材料的价带中除掉一个电子，形成半充满能带，也称为氧化型掺杂。n-型掺杂是在高分子材料的导带中加入一个电子，形成半充满能带，也称为还原型掺杂。在化学掺杂过程中，典型的p-型掺杂剂均为氧化剂，是电子接受体；n-型掺杂剂都是还原剂，是电子给予体。
2.温度与电子导电聚合物电导率之间的关系
电子导电高分子材料的温度系数是负的，即随着温度的升高，电阻率减小，电导率增加，属于负温度效应范畴。
3.聚合物电导率与分子中共轭链长度之间的关系
聚合物内的价电子更倾向于沿着线型共轭的分子内部移动，而不是在两条分子链之间。线型共轭导电聚合物的电导率随着其共轭链长度的增加而呈指数快速增加。
第四节离子导电型高分子材料
以正负离子为载流子的导电聚合物被称为离子导电高分子材料。
一．有关离子导电的一些基本概念
1.离子导电和离子导电聚合物
离子导电过程是通过外加电场驱动力作用下，由一种负载电荷的微粒——离子的定向移动来实现的导电过程。
2.离子导电过程和离子导电体的特征
构成离子导电必须具备两个条件：首先是具有独立存在的正负离子，而不是离子对，只有独立存在的正负离子才能受到电场力的作用；其次是离子可以自由移动。溶剂合离子是阻止正负离子由于静电引力而复合成离子对或生成化合物的重要条件。
二.固态离子导电机理
1.固体电解质的种类
真正固态电解质主要分成两类：一类是以某些无机盐为代表的晶体型或半晶体型固体电解质，另外一类就是以玻璃态或高弹态存在的离子导电高分子材料。
2.固体离子导电机理
目前已有的离子导电理论主要包括缺陷导电、无扰亚晶格离子迁移导电和非晶区传导导电三种类型
（1）缺陷导电是基于某些无机盐晶体中存在着晶格的不完整性，即缺陷，如空格和填隙子。这些缺陷可以由晶体本身在热的作用下形成，也可以由事先设计的或偶然的掺杂过程形成。由于温度可以提高离子的能量，因此缺陷导电晶体的离子电导率随着温度的提高而迅速提高。
（2）无扰亚晶格离子迁移导电碘化银或碘化铜在常温下如同其他盐类一样离子电导性很小，但被加热到一定温度，晶体结构会发生变化，即所谓的β-α一级相变过程，离子导电性随之提高几个数量级。碘化银晶体呈体心立方晶系，在这样的晶格体系中，在电场作用下体积较小的银离子在相邻晶胞体心之间的移动一般不会破坏整个体系的结构，因而移动所受到的阻力较小，这种导电过程被称为亚晶格离子迁移导电。
（3）非晶区扩散传导离子导电高分子材料多是非晶态或不完全结晶物质，在非晶区呈现较大的塑性，由于链段的热运动，内部物质包括离子具有一定迁移性质，依据这种性质发生的离子导电过程被称为非晶区传导离子导电。
4.离子导电聚合物的自由体积导电理论
根据自由体积理论，在一定温度下聚合物分子要发生一定幅度的振动，其振动能量足以抗衡来自周围的静压力，在分子周围建立起一个小的空间来满足分子振动的需要。在电场力的作用下，聚合物中包含的离子受到一个定向力，在此定向力的作用下离子通过热振动产生的自由体积而定向迁移。因此自由体积越大，越有利于离子的扩散运动，从而增加离子电导能力。
三.离子导电聚合物的结构特征和性质与离子导电能力之间的关系
1.聚合物玻璃化转变温度的影响
在玻璃化转变温度以下，聚合物链段处于冻结状态，不能产生自由体积，离子不能通过分子链段的热运动进行扩散，没有离子导电能力。因此聚合物的玻璃化转变温度是作为高分子固体电解质使用的下限温度。降低分子间力和提高聚合物中饱和键比例可以降低聚合物的玻璃化转变温度。
2.聚合物溶剂化能力的影响
聚合物对离子的溶剂化能力决定正负离子能否解离，并独立存在。溶剂化能力一般可以用介电常数衡量，即介电常数大的聚合物溶剂化能力强。增加聚合物分子中的极性键的数量和强度，或者增加极性取代基的比例，有利于提高聚合物的溶剂化能力。
3.聚合物其他因素的影响
聚合物分子量的大小、分子的聚合程度等内在因素以及温度和压力等外在因素也会对离子导电聚合物的电学性能产生一定影响。根据实验结果，作为固态电解质使用，其使用温度应高于该聚合物玻璃化转变温度100℃为宜。
四.离子导电聚合物的制备
离子导电聚合物主要由以下三类：即聚醚、聚酯和聚亚胺。
导电聚合物的性能改进方法主要有：
（1）采用共聚方法降低材料的玻璃化转变温度和结晶性能
（2）采用交联方法降低材料的结晶性
（3）采用共混方法提高导电性能
（4）采用增塑方法降低材料的玻璃化转变温度和结晶度
五.离子导电聚合物的应用
离子导电聚合物最主要的应用领域是作为固体电解质在各种电化学器件中替代液体或半固体电解质使用。
第四章电活性高分子材料
第一节电活性高分子材料概述
电活性高分子材料的定义和分类
（1）高分子导电材料是指施加电场后，材料内部有明显电流通过，或者导电能力发生明显变化的高分子材料。
（2）高分子驻极体材料是指在电场作用下材料荷电状态或分子取向发生变化，引起材料永久或半永久性极化，因而表现出某些压电或热电性质的高分子材料。
（3）高分子电致变色材料在电场作用下，材料内部化学结构发生变化，因而引起可见光吸收波普发生变化的高分子材料。
（4）高分子电致发光材料在电场作用下，分子生成激发态后发生光辐射效应，能够将电能直接转换成可见光或紫外光的高分子材料。
（5）高分子介电材料在电场作用下材料具有较大瞬间极化能力，能够在电容性中以极化方式储存电荷的高分子材料。
（6）高分子电极修饰材料用于对各种电极表面进行修饰的高分子材料，这种材料可以改变和调整电极性质，从而达到扩大使用范围、提高使用效果。
第二节高分子驻极体和压电、热电现象
一．高分子驻极体的物理属性
驻极体是指在无外加电场条件下，也能够长期储存空间电荷或极化电荷，具有宏观电矩的电介质材料。长期荷电是形成驻极体的基本条件，宏观电矩是驻极体的基本性质。
根据形成驻极体的材料不同，可以分成高分子驻极体、无机陶瓷驻极体和由高分子材料与压电陶瓷构成的复合型驻极体三类。根据在形成和应用过程中采用电极系统的不同，还可以将驻极体分成无电极驻极体、单电极驻极体和双电极驻极体三种形式。
所谓的极化性质是指材料中的电荷在外加电场的作用下发生重新分布的性质，这种电荷重新分布过程就是极化过程。在撤销外加电场的情况下，如果高分子材料的极化状态能够较长时间保持，具有这种性质的材料即被称为高分子驻极体。
驻极体中的电荷可以是单极性的实电荷，也可以是偶极极化的极化电荷。实电荷是通过注入载流子的方式获得的，实电荷可以保留在高分子材料的表面，称为表面电荷也可以穿过材料表层进入材料内部而称为空间电荷或体电荷。极化电荷是在电场作用下，材料本身发生极化，偶极子发生有序排列，造成材料内部电荷分离，在材料表面产生剩余电荷。
由于其空间电荷分布的不均匀性，或者宏观电矩的存在，驻极体一般表现出压电特性（机械能与电能转换）、热电效应（热能与电能转换）和铁电特性（自发极化性质）。
二．高分子驻极体的结构特征与压电、热电作用机理
1.高分子驻极体的压电性质
物质的压电特性是指当物体受到一个应力时，材料发生应变，在材料表面能够诱导产生电荷Q，从而改变其极化状态的性质。衡量材料压电能力的标准是压电常数。材料的压电性质是一个可逆过程，是指这些材料受到外力作用时产生电荷，该电荷可以被测量或输出；反之，材料受到电压作用会产生形变，该形变可以产生机械功。施加外力使材料两端电压发生变化的性质称为正压电效应；施加电压使材料发生形变的性质称为逆压电效应。
2.高分子驻极体的热电性质
热电性质是指材料由于自身温度的变化能够引起其极化状态的变化，从而导致在材料表面的电荷发生变化，最终表现为材料两端电压发生改变。这种变化也是可逆的。热电强度用热电系数p表示。由于热电性质是由于材料的极化状态随温度的变化而变化，极化强度的改变使束缚电荷失去平衡，多余的电荷会被释放出来，因此也称为热释电效应。随着温度的改变时材料极化状态发生改变，导致材料两端电压发生变化称为正热电效应；当对材料施加电压，材料温度发生变化时，称其为逆热电效应。此外，热电效应还可以分成一次热电效应和二次热电效应。一次热电效应是指在恒定应变条件下的极化强度随温度的变化规律，而二次热电效应则发生于样品的热膨胀引起的压电效应。
具有较大压电常数的材料称为压电体，具有较大热电常数的材料称为热电体。
三．高分子驻极体的形成方法
驻极体的形成主要是在介电材料中产生极化电荷或者在材料局部注入电荷，构成永久性极化。
1.热极化形成法：主要制备极化型高分子驻极体。当材料本身被加热到玻璃化转变温度以上，使其内部分子具有自由旋转能力，然后施加电场使材料中偶极子发生取向变化，沿电场方向有序排列而产生宏观电矩；在电场继续保持的同时，降低材料温度至玻璃化转变温度之下，使极化结构被“冻结”。
2.电晕放电极化法：在常压大气中，利用一个非均匀电场引起空气的局部击穿，由电晕电场导致空气电离后，将产生的离子束轰击电介质，并沉积于电介质表面和浅层内部。利用电晕充电法能形成横向均匀分布的高电荷密度驻极体。
3.液体接触极化法：一种把电荷通过导电液体转移到待极化电介质表面的高分子驻极体
制备方法。
4.电子束注入法：通过电子束发射源将适当能量的电子直接注入合适厚度的聚合物中构成高分子驻极体。
5.光驻极体行程法：如果在电场作用下，通过光辐照能将电介质中的电子从基态或深捕态激发至导带，进而形成准永久分布的空间电荷驻极体，这种驻极体称为光驻极体。
第三节电致发光高分子材料
一．高分子电致发光器件结构和发光机理
1. 高分子电致发光器件结构
高分子电致发光器件结构一般采用三种基本形式：空穴注入电极/聚合物发光层/电子注入电极；空穴注入电极/聚合物发光层/电子传输层/电子注入电极和空穴注入电极/空穴传输层/聚合物发光层/电子注入电极；空穴注入电极/空穴传输层/聚合物发光层/电子传输层/电子注入电极
2.有机材料的电致发光过程
（1）电荷注入过程注入电荷是电致发光的第一步，其实质是在材料的两端分别注入电子和空穴。空穴的注入通过阳极反应完成，电子的注入通过阴极过程完成。
（2）电荷传输过程经过电荷注入，在材料两侧积累大量带有负电荷和正电荷的分子，构成载流子。受到电极产生的电场力作用，载流子将向反电极相向迁移，这种迁移即电荷传输过程。
（3）空穴与电子的复合——激子的形成过程在阳极注入的空穴和在阴极注入的电子经过相向迁移后，将在电致发光材料中相遇，并发生复合过程，产生了一个在成键轨道和反键轨道中分别拥有一个电子的中性分子，由于这种分子在结构上和光激发产生的激态分子相同，因此被称为激子。
（4）激子的辐射发光过程复合过程中产生的激子处在高能态，处在LUMO中的电子具有进入缺一个电子、能量较低的HOMO的趋势。当该过程发生时，多余的能量会以辐射的方式给出，即表现为辐射发光。
3.影响聚合物电致发光性质的因素
电致发光材料性质包括电致发光光谱、电致发光量子效率、电致发光驱动电压、电荷传输性质以及物理化学稳定性。
（1）材料的化学结构与电致发光光谱的关系电致发光材料的发射光谱性质是材料在电场力作用下其电能与光能的能量转换表现形式。
（2）电致发光过程中的电-光能量转换效率指输入或消耗的电能与发出的光能之间的转换效率。它取决于电致发光过程中的各个过程中能量转换效率的乘积。
（3）载流子的注入效率与电致发光驱动电压的关系载流子的注入是通过直接与有机材料结合的电子注入电极和空穴注入电极实现的。电荷注入与驱动电压成正比，即采用的驱动电压越高，电荷注入效率越高，发光强度越大。
（4）有机材料的空穴和电子的传输性质与材料结构的关系在有机分子型材料中电荷的迁移能力要比金属材料低的多；由于分子结构的差异，对于带不同符号的电荷在同种材料中的迁移能力是不同的。
（5）影响有机电致发光材料内量子效率的因素正负电荷注入效率、正负电荷构成激子的复合效率、激子的辐射效率构成电致发光材料的内量子效率。
（6）影响电致发光材料外量子效率的因素包括电极材料、电荷传输材料、电致发光材料对所发射光的吸收、反射、散射等造成的光能损失。
二．高分子电致发光材料的种类
主要包括空穴注入材料、电子注入材料、电子传输层材料、空穴传输层材料、荧光或磷
光发射层材料等。
三．高分子电致发光器件的制作方法
主要包括面状发光器件的单层和多层成型工艺、点阵化发光器件的成型工艺、多发光点组成全彩色器件的形成工艺等。
第四节高分子电致变色材料
通常所指的电致变色现象是指材料的吸收光谱在外加电场和电流作用下产生可逆变化的一种现象。电致变色实质是一种电化学氧化还原反应，材料的化学结构在电场作用下发生改变，在可见区域其最大吸收波长或者吸收系数发生了较大变化，在外观上表现出颜色的可逆变化。
一．高分子电致变色材料的种类与变色机理
1.无机电致变色材料主要指某些过渡金属的氧化物、络合物、水合物以及杂多酸等。过渡金属氧化物电致变色材料中属于阴极变色的主要是ⅥB族金属氧化物；属于阳极变色的主要是ⅧB族金属氧化物。
2.有机小分子电致变色材料主要包括有机阳离子盐类和带有有机配位体的金属络合物。
3.高分子电致变色材料
（1）主链共轭型导电聚合物电致变色材料主链共轭型导电聚合物在发生电化学掺杂时能引起其颜色发生变化，而这种掺杂过程完全可逆的。既可以氧化掺杂也可以还原掺杂。
（2）侧链带有电致变色结构的高分子材料通过接枝或共聚反应等高分化手段，将小分子电致变色化学结构组合到聚合物的侧链上。
（3）高分子化的金属配合物电致变色材料将具有电致变色作用的金属配合物通过高分子化方法连接到聚合物主链上可以得到具有高分子特征的金属配合物电致变色材料。其电致变色特征主要取决于金属络合物，而力学性能取决于高分子骨架。
（4）共混型高分子电致变色材料
二．固体电解质层
镀膜的方法有湿法和干法。湿法成膜主要包括浸涂法、旋涂法、化学沉积法、电化学沉积法等。干法成膜主要有真空蒸镀和溅射法。
三．电致变色高分子材料的应用
颜色变化的可逆性、颜色变化的方便性和灵敏性、色深度的可控性、颜色记忆性、驱动电压低、多色性、环境适应性强
第五章高分子液晶材料
第一节高分子液晶概述
某些物质的晶体受热熔融或被溶解后，虽然失去了固态物质大部分特性，外观呈液态物质的流动性，但是与正常的液态物质不同，可能仍然保留着晶态物质分子的部分有序排列，从而在物理性质上呈现各向异性，形成一种兼有晶态和液体部分性质的过渡中间相态，被称为液晶态，处于这种状态下的物质称为液晶。其主要特征是在一定程度上既类是于晶体，分子呈现有序排列；另一方面类似于各向同性的液体，有一定的流动性。
一．高分子液晶的分类与命名
1.根据聚合物液晶分子特征分类
能形成液晶的物质分子通常由刚性和柔性两部分组成，刚性部分多由芳香和脂肪型环状结构组成，柔性部分多由可以自由旋转的σ键连接起来的饱和链构成。根据刚性结构在分子中的相对位置和连接次序，可以将其分成主链型高分子液晶和侧链型高分子液晶。主链型液晶：α型液晶、β型液晶、γ型液晶、δ型液晶；侧链型高分子液晶：ε型液晶、φ型液晶、κ型液晶、θ型液晶；组合型液晶：λ型液晶、ψ型液晶、σ型液晶、ω型液晶。
2．按结晶的形态分
（1）向列型液晶用符号N表示。在向列型液晶中液晶分子刚性部分之间相互平行排列，但是其重心排列无序，只保持着一维有序性。
（2）近晶型液晶用S表示。在近晶型液晶中分子刚性部分互相排列，并构成垂直于分子长轴方向的层状结构。在层内分子可以沿着层面相对运动，保持其流动性，这类液晶具有二维以上有序性
（3）胆甾醇型液晶构成液晶的分子基本上是扁平型的，依靠端基的相互作用，彼此平行排列成层状结构，它们的长轴与层面平行，分子的长轴取向依次规则地旋转一定角度，层层旋转，构成一个螺旋面结构。
3.根据高分子液晶的形成过程分类
热致液晶和溶致液晶
二．高分子液晶的分子结构与性质
1.高分子液晶的典型结构
从外形上看，刚性部分通常呈现近似棒状或片状，这样有利于分子有序堆砌。在高分子液晶中这些刚性部分被柔性链以各种方式连接起来。在常见的液晶中，这种刚性结构通常有两个苯环，或者脂肪环，或者芳香杂环，通过一个刚性结构连接起来，这个刚性结构能够阻止两个环的旋转。
2.影响聚合物液晶形态与性能的因素
影响聚合物液晶形态与性能的因素包括外在因素和内在因素。内在因素为分子结构、分子组成和分子间力。分子中刚性部分的规整性越好，越容易使其排列整齐；分子间力增大，也更容易生成稳定的液晶相。在热致型液晶中，分子间力大和分子规整度高有利于液晶的形成，但相转变温度也会提高，使液晶形成温度提高，不利于液晶的加工和使用。刚形体呈棒状，易于生成向列型或近晶型液晶；刚性体呈片状，有利于胆甾型或盘型液晶的形成。同时聚合物骨架、刚性体和聚合物骨架之间的柔性连的长度和体积对刚性体的旋转和平移会产生影响。
外在因素主要包括环境温度和环境组成（包括溶剂组成）。
第二节高分子液晶的性能分析和合成方法
一.溶致型侧链高分子液晶
溶致型液晶的定义为：当溶解在溶液中的液晶分子的浓度达到一定值时，分子在溶液中能够按一定规律有序排列，形成具有晶体性质的聚集体，此时称这一溶液体系为溶致型液晶。根据液晶分子中刚性部分在聚合物中的位置，将溶致型高分子液晶分为主链溶致型高分子液晶和侧链溶致型高分子液晶。
1.溶致型侧链高分子液晶的合成
溶致型高分子液晶在溶液中表现出表面活性剂的性质，原因在于分子中具有两类截然不同性质的区域，即亲水区和亲油区。A型高分子液晶中聚合物主链一般为亲油性，亲水性端基从聚合物主链伸出。主要有两种合成方法：一是通过加聚反应形成侧链高分子液晶；二是通过接枝反应与高分子骨架连接构成侧链高分子液晶。而合成B型聚合物单体多具有亲水性可聚合基团，形成的聚合物亲水一端在主链上。
2.溶致型侧链聚合物液晶的晶相结构与性质
溶致型高分子液晶在溶液中通常可以形成三种晶相，即近晶相得层状液晶、向列型六角形紧密排列液晶和立方晶相液晶。
3.溶致型侧链聚合物液晶的应用
溶致型侧链聚合物液晶的应用在于制备各种特殊性能高分子膜材料和胶囊，用于混合物的分离纯化和药物的控制释放。
二.溶致型主链高分子液晶
溶致型主链高分子液晶的结构特征是刚性结构位于聚合物骨架的主链上。溶致型主链高分子液晶分子一般并不具有两亲结构，在溶液中也不形成胶束结构。
1. 溶致型主链高分子液晶的结构和制备方法
（1）聚芳香胺类高分子液晶的合成这一类液晶是通过缩合反应形成酰胺键将单体连接成聚合物。
（2）芳香杂环主链高分子液晶的合成这一类高分子液晶也称为梯形聚合物这类聚合物可以得到高性能的纤维。
2. 溶致型主链高分子液晶的晶相结构和特性
溶致型主链高分子液晶最主要的用途在于研究和制备高强和高模量纤维和膜材料。液晶高分子材料是高度取向的，具有非常优异的力学性能。
3.液晶相结构与纤维的力学和热性质
溶致型主链聚合物液晶最大的特点在于从这种液晶态溶液纺出的纤维有很高的拉伸强度和很好的热稳定性。产生这种性质的原因是纤维中分子取向度的提高和分子间力的增大。
三.热致侧链型高分子液晶
热致高分子液晶指高分子固体在加热熔融过程中形成的液晶相，或者高分子熔融态在冷却过程中形成的液晶态。具有上述性质的高分子称为热致型液晶高分子。
1. 热致侧链型高分子液晶的结构特征
（1）聚合物骨架的影响在侧链液晶中使用的聚合物骨架一般都是具有良好的柔性，起着将小液晶分子连接在一起，并对其运动范围进行一定限制作用。柔性好的聚合物链对液晶相的形成干扰较小，对液晶的形成有利。随着聚合度的提高，相转变温度也有提高，但聚合度也有一个临界值，在此值以上相转变温度基本不随聚合度的升高而提高。
（2）空间间隔体的影响柔性空间间隔体在聚合物骨架和刚性体部分起缓冲作用，减小骨架运动对液晶晶相结构的影响。空间间隔体对液晶形成产生的影响的结构因素包括链长度、链组成和连接方式等三类。
（3）刚性体的影响刚性体主要有三部分组成：环形结构、环形结构间的连接部分和环上的取代基。液晶聚合物的双折射现象主要取决于刚性体的共轭程度。介电常数的各向异性取决于环上取代基的位置和性质。形成的晶相结构取决于刚性体的结构、形状、尺寸和性质。刚性体上取代基取代位置的不同可以分成两种情况：一种取代位置在刚性体与间隔体相对的一端，另一种在刚性结构的侧面。
2.热致侧链型高分子液晶的合成方法
（1）利用端基双键的均聚反应（2）利用一端双功能团的缩聚反应（3）利用端活性基与聚合物骨架中活性点之间的接枝反应
四. 热致主链型高分子液晶.
1. 热致主链型高分子液晶的结构与性质
热致主链型高分子液晶主要由芳香型单体通过缩聚反应得到，刚性部分处在聚合物主链上。刚性好的分子有利于达到分子的有序排列。减弱聚合物分子的规整度是减少分子间力的有效方法：（1）在聚合链中加入体积不等的聚合单体进行共聚（2）在聚合物刚性链段中加入柔性链段（3）聚合单体之间进行非线性连接
2.热致主链型高分子液晶的合成方法
热致主链型高分子液晶的早期合成方法曾采用界面聚合或者高温溶液聚合。目前大多数热致主链型高分子液晶是通过酯交换反应制备的。
3. 热致主链型高分子液晶的性质
（1）流变性与常规同分子量的聚合物相比，其剪切黏度要小很多，在从各向同性态
向液晶态转变时熔体黏度也有明显下降。
（2）力学性质聚合物的力学性质，特别是拉伸强度和硬度与聚合物分子的取向度有密切关系。主链高分子液晶的拉伸强度甚至要优于玻璃纤维增强的各向同性的热塑性塑料。高度取向的表面层是材料硬度提高的主要因素。机械强度也大大提高。由于结晶度高，液晶聚合物的吸潮率很低。还显示出良好的热尺寸稳定性。透气性非常低。同时高分子液晶还表现出对有机溶剂的良好耐受性和很强的抗水解能力。在酸或碱性环境下也有较好的稳定性。
高分子材料环氧树脂综述
高分子材料环氧树脂综述 摘要：环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，因此它是一种热固性树脂。本文将简单介绍环氧树脂的结构、性能、应用及研究现状，重点介绍环氧树脂的应用前景和研究现状。 关键词：高分子材料；环氧树脂；结构；研究现状 一、前言 在世界范围内, 高分子材料的制品属于最年轻的材料.它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势, 将是 21 世纪最活跃的材料支柱. 面向21 世纪的高科技迅猛发展, 带动了社会经济和其他产业的飞跃, 高分子已明确地承担起历史的重任, 向高性能化、多功能化、生物化三个方向发展.21 世纪的材料将是一个光辉灿烂的高分子王国. 环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，因此它是一种热固性树脂。双酚A 型环氧树脂不仅产量最大，品种最全，而且新的改性品种仍在不断增加，质量正在不断提高。我国自1958年开始对环氧树脂进行了研究，并以很快的速度投入了工业生产，至今已在全国各地蓬勃发展，除生产普通的双酚A-环氧氯丙烷型环氧树脂外，也生产各种类型的新型环氧树脂，以满足国防建设及国家经济各部门的急需。 二、基本分类 1.分类标准 环氧树脂的分类目前尚未统一，一般按照强度、耐热等级以及特性分类，环氧树脂的主要品种有16种，包括通用胶、结构胶、耐高温胶、耐低温胶、水中及潮湿面用胶、导电胶、光学胶、点焊胶、环氧树脂胶膜、发泡胶、应变胶、软质材料粘接胶、密封胶、特种胶、潜伏性固化胶、土木建筑胶16种。 2.几种分类 对环氧树脂胶黏剂的分类在行业中还有以下几种分法： （1）按其主要组成分为纯环氧树脂胶黏剂和改性环氧树脂胶黏剂； （2）按其专业用途分为机械用环氧树脂胶黏剂、建筑用环氧树脂胶黏剂、电子环氧树脂胶黏剂、修补用环氧树脂胶黏剂以及交通用胶、船舶用胶等； （3）按其施工条件分为常温固化型胶、低温固化型胶和其他固化型胶； （4）按其包装形态可分为单组分型胶、双组分胶和多组分型胶等； 还有其他的分法，如无溶剂型胶、有溶剂型胶及水基型胶等。但以组分分类应用较多。 三、几种常见环氧树脂结构
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功能高分子材料
《功能高分子材料》复习 1、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。 类型与作用机理：（1）离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂被称作阳离子交换树脂；能解离出阴离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂被称作阴离子交换树脂。 （2）按其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型三类。 （3）氧化还原树脂。指带有能与周围活性物质进行电子交换、发生氧化还原反应的一类树脂。在交换过程中，树脂失去电子，由原来的还原形式转变为氧化形式，而周围的物质被还原。 （4）两性树脂。两性树脂中的两种功能基团是以共价键连接在树脂骨架上的，互相靠得较近，呈中和状态。但遇到溶液中的离子时，却能起交换作用。树脂使用后，只需大量的水淋洗即可再生，恢复到树脂原来的形式。 （5）热再生树脂。在同一树脂骨架中带有弱酸性和弱碱性离子交换基团。（6）螯合树脂。 用途：（1）水处理。水处理包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备等。（2）冶金工业。离子交换是冶金工业的重要单元操作之一，离子交换树脂还可用于选矿。（3）原子能工业。利用离子交换树脂对核燃料进行分离、提纯、精制、回收等。离子交换树脂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。利用离子交换树脂，可从许多海洋生物中提取碘、溴、镁等重要化工原料。（5）化学工业。离子交换树脂普遍用于多种无机、有机化合物的分离、提纯，浓缩和回收等。离子交换树脂用作化学反应催化剂，可大大提高催化效率。（6）食品工业。离子交换树脂在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品等食品加工中都有广泛的应用。（7）医药卫生。离子交换树脂在医药卫生事业中被大量应用。（8）环境保护。离子交换树脂在废水，废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检测上都有重要应用。
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(发展战略)光功能高分子材料的研究发展及应用
论光功能高分子材料的研究发展及应用综述 吴俊杰 化工081班 前言：光功能高分子材料研究是光化学和光物理科学的重要组成部分，近年来随着现代科学技术的发展，光功能高分子材料研究在功能材料领域占有越来越重要的地位，光功能高分子材料日益受到重视。光功能高分子材料的应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,正在快速发展之中，光功能高分子材料研究与应用也将越来越广。 1光功能高分子材料及分类 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。 表1 光功能高分子材料的分类 剂等构成。 光致抗蚀剂：主要包括正性光致抗蚀剂和负性光致抗蚀剂等。 高分子光稳定剂：主要包括光屏蔽剂、激发态狙灭剂抗氧剂和聚合型光稳定剂等。 光致变色高分子材料：主要包括含硫卡巴腙络合物的光致变色聚合物、含偶氮苯的光致变色高分子和含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子等。 光导电高分子材料：由光导电聚合物材料构成。
2光功能高分子材料的类别和应用 表2 光功能高分子材料的类别和应用 3光功能高分子材料的发展概况 1954年,美国柯达公司的Minsk等人开发出光功能高分子聚乙烯醇肉桂酸酯,并成功应用于印刷制版。而现在光功能高分子材料应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,发展之势方兴未艾。 光功能高分子材料能够对光能进行传输、吸收、储存、转换．塑料光导纤维是利用高分子的光曲线传播性而制成的非线性光学元件。塑料光纤一般以有机玻璃为芯材，以含氟透明树脂为皮层，用柔软的有机硅树脂进行一次包覆，然后用硬质高分子材料进行二次包覆。有机玻璃、含氟透明树脂、有机硅树脂都是高分子材料，芯材有高折光率，皮层为低折光率材料。光纤的直径范围为几十到约1000微米，光纤在光纤芯内通过反复反射而向前传输，由于塑料光纤在目前传输损耗仍较高，主要应用于飞机、舰船和汽车内部的短距离光通信系统。此外，还应用于光纤显示器、图像的缩小和放大、火焰及高温监视器、光开关、巨点折象器、阅读穿孔卡片、道路标志和装饰照明等。近来，对有机玻璃采用重氢化技术，已使塑料光纤的传输损耗有所降低，为较长距离应用创造了条件。 以高性能有机玻璃或聚碳酸酯透明塑料的高分子材料为基材制成的光盘，是80年代新开发成功的先进信息、记录、储存元件，适应了激光技术的发展和对大容量、高信息密
功能高分子材料讲义
第三章功能高分子材料 3．1 概述 功能高分子是高分子化学的一个重要领域，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。 3．1．1 功能高分子材料的概念和分类 高分子材料按其使用性能可以分为结构高分子材料和功能高分子材料，结构高分子材料具有较高的比刚度和比强度，可以代替金属作为结构材料，如我们熟知的工程塑料和聚合物基复合材料。 对功能高分子材料，目前尚未有明确的定义，一般认为是指
除了具有一定的力学功能之外还具有特定功能（如导电性、光敏性、化学性和生物活性等）的高分子材料，所谓材料的功能，从根本上说，是指向材料输入某种能量，经过材料的传输转换等过程，再向外界输出的一种作用。材料的这种作用与材料分子中具有的特殊功能的基团和分子结构分不开的。 请注意，不可将功能高分子和功能高分子材料混为一谈，这两者是有明显区别的。功能高分子材料从组成和结构上可以分为结构型和复合型两大类。结构型功能高分子材料是指在高分子链中具有特定功能基团的高分子材料，这种材料所表现的特定功能是由高分子本身的因素决定的。构成结构型功能高分子材料中的高分子叫功能高分子，而复合型功能高分子材料，是指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能（如导电、导磁）的其它材料进行复合而制得的功能高分子材料，这种材料的特殊功能不是由高分子本身提供的。 功能高分子材料涉及范围广、品种繁多，还未有统一的分类方法，一般按其使用功能来分类，大致可以分为以下几类：（1）化学功能高分子材料 主要包括离子交换树脂，高分子催化剂、高分子试剂、螯合树脂、高分子絮凝剂和高吸水性树脂等。
电致发光高分子材料综述
电致发光高分子材料综述 作者：张祺夏沣任彤尧汤伟 摘要：高分子发光二极管（PLED）是由英国剑桥大学的杰里米伯勒德及其同事首先发现的。聚合物大多由小的有机分子以链状方式结合在一起，以旋涂法形成高分子有机发光二极管，因其巨大的科学和商业价值而得到了广泛的关注，是近来国际上的研究热点。对于各种新材料的不断开发和深入研究，PLED器件日益实用化。本文主要综述了近几年国内外关于高分子聚合物在电致发光材料领域的研究进展，介绍了有机高分子发光材料的发展现状，概述了其市场前景及相关的应用，并展望了高分子电致发光材料的发展趋势。 关键词：高分子；电致发光；研究现状 Abstract:Polymer light-emitting diode (PLED) first discovered by Jerry Mibo Lede of the University of Cambridge and his colleagues. Most organic polymer molecules from the small ones to chain together by a spin-coating to form polymer organic light-emitting diodes, because of its great scientific and commercial value ,it has been widespread concerned, and becomes the recent international researchs’ focus. For the continuous development of new materials and in-depth researchs, PLED devices become increasingly practical. This paper mainly overviews the recent years’domestic and foreign polymer progress of research in electroluminescent materials, describes the recent status of the development of organic polymer light-emitting materials, overviews the market prospects and related applications, and prospects of polymer electroluminescent material trends. Keywords：Polymer; EL; Research status
现代高分子材料综述(非常好!!)
现代高分子材料综述 材料学王晓梅学号：112408 摘要 高分子材料作为新时期的全新全能型材料，是现代人类发展的重要支柱，是发展高新科技的基础与先导，高分子材料的应用将会使人类支配改造自然的能力和社会生产力的发展带到一个新的水平，对人类的发展将会出现前所未有的促进。本文将从高分子材料的定义、主要种类、应用和以塑料为例介绍与人类生活息息相关的高分子材料的相关常识。本文综述了各类高分子材料的研究及发展，主要论述了导电高分子材料、功能高分子材料、工程高分子材料、复合高分子材料以及生物高分子材料等应用领域。 前言 高分子材料是由相对分子质量比一般有机化合物高得多的高分子化合物为主要成分制成的物质。一般有机化合物的相对分子质量只有几十到几百，高分子化合物是通过小分子单体聚合而成的相对分子质量高达上万甚至上百万的聚合物。巨大的分子质量赋予这类有机高分子以崭新的物理、化学性质：可以压延成膜；可以纺制成纤维；可以挤铸或模压成各种形状的构件；可以产生强大的粘结能力；可以产生巨大的弹性形变；并具有质轻、绝缘、高强、耐热、耐腐蚀、自润滑等许多独特的性能。于是人们将它制成塑料、橡胶、纤维、复合材料、胶粘剂、涂料等一系列性能优异、丰富多彩的制品，使其成为当今工农业生产各部门、科学研究各领域、人类衣食住行各个环节不可缺少、无法替代的材料[1]。 由于高分子化学反应和合成方法对高分子化学学科发展的推动，促进了高分子合成材料的广泛应用。同时，随着高分子材料的发展，纳米技术与生物技术之间的界限变得越来越小，并与更多的传统分子科学与技术相结合。因此，我们相信，高分子技术的发展促使使各类高分子材料得到更加迅速的发展，推广和应用。 1
功能高分子材料发展概述
功能高分子材料发展概述 1.速干衣 速干的由来：所谓速干实际上是由英文QUICK-DRY或DRY-EASY等类似单词直译过来的，而速干是指该面料的衣物与毛质或棉质的衣物相比时，在外界条件相同的情况下，更容易将水分挥发出去，干得更快。速干衣顾名思义就是干的比较快的衣服，它并不是把汗水吸收，而是将汗水迅速地转移到衣服的表面，通过空气流通将汗水蒸发，从而达到速干的目的，一般的速干衣的干燥速度比棉织物要快50%。 速干衣物最初的设计理念主要是 基于两个方面的考虑：A、内部因素， 由于从事野外活动的人比较容易出 汗。如果运动量大的时候，全身则会 大汗淋漓。如果此时你穿的是普通的 衣物，那么它们会紧紧贴在你的皮肤 上，特别难受。但速干衣物呢，它们 能使挥发的汗水迅速得以挥发到体 外；B、外部因素，野外行走时，早 晨的露珠或是毛毛细雨都会将你的 衣物打湿，如果裤腿紧贴在腿上，那 会带来不舒服的感觉。如果是速干衣 物，那么它们的速干性能及防泼水性 能就会使你免除这些不必要的麻烦。 速干的面料：市场上的速干衣物 品牌林林总总，所使用的面料也 是数不胜数，更是令人眼花缭 乱。其实常见的户外速干衣物所 采用的面料无非是以下几种常见 面料，COOLMAX这是一种最为常 见，使用范围相对较为广泛的一 种面料，由杜邦公司研制。该面 料的突出特点是具有很强的吸汗 排汗功能，这得归功于COOLMAX 的中空结构，但选购时必须看清 楚COOLMAX在面料中所含的比 例；THEMOLITE这种聚脂纤维的保 暖性能不错，属于中空涤纶纤维 系列，但缺点是排汗性能相对要 差一些；MONI-DRY属于吸湿速干 面料，有COLUMBIA公司研制出品。其主要特点是超强的挥发性和吸水性，比一般的棉布要强2--3倍，从而有效地保持穿着者的舒适干爽；CIBAULTRAPHIL这
功能高分子材料论文
生物医用高分子材料 摘要：简述了对功能高分子材料的认识，功能高分子材料的特征和功能高分子材料的分类，接着重点写生物医用高分子的发展前景和趋势，对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。 关键词：功能高分子材料，生物医用高分子材料。 功能高分子材料 功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％ 所谓功能性高分子材料，一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料，但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括，不一定很确切，较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出，这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多，而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。 功能高分子材料按照功能特性通常可分成以下几类： （1）分离材料和化学功能材料；（2）电磁功能高分子材料；（3）光功能高分子材料；（4）生物医用高分子材料。功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。 随着时代的发展，在医学领域中越来越迫切地需要开发出能应用于医疗的各种新型材料，经多年的研究已发现有多种高分子化合物可以符合医用要求，我们也把它归属于功能性高分子材料。 一般归纳起来医用高分子材料应符合下列要求： 1、化学稳定性好，在人体接触部分不能发生影响而变化； 2、组织相容性好，在人体内不发生炎症和排异反应； 3、不会致癌变；
最新功能高分子材料综述
功能高分子材料综述
功能高分子材料综述 【文摘】功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 【关键词】材料；高分子；高分子材料；功能材料； 功能高分子材料的定义为：与常规聚合物相比具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊功能的聚合物大分子(主要指全人工和半人工合成的聚合物)都应归属于功能高分子材料范畴。而以这些材料为研究对象，研究它们的结构组成、构效关系、制备方法，以及开发应用的科学，应称为功能高分子材料科学。 功能高分子材料科学是研究功能高分子材料规律的科学，是高分子材料科学领域发展最为迅速，与其他科学领域交叉度最高的一个研究领域。它是建立在高分子化学、高分子物理等相关学科的基础之上，并与物理学、医学甚至生物学密切联系的一门学科。功能高分子材料是对物质、能量、信息具有传输、
转换或贮存作用的高分子及其复合材料的一类高分子材料，有时也被称为精细高分子或者特种高分子(包括高性能高分子) 。其于20 世纪60年代末迅速发展起来的新型高分子材料，内容丰富、品种繁多、发展迅速，已成为新技术革命必不可少的关键材料。 功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。它们之所以具有特定的功能，是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团，或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合，或者二者兼而有之。例如吸水树脂，它是由水溶性高分子通过适度交联而制得，遇水时将水封闭在高分子的网络内，吸水后呈透明凝胶，因而产生吸水和保水的功能。 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。 1 功能高分子材料研究 1.1 导电高分子材料 近几年来，导电性高分子的研究取得了长足的发展，形成了一个十分活跃的边缘学科领域，它对电子工业、信息工业及新技术的发展具有重大的意义。现有的研究成果表明，发展导电高分子不仅可以满足人们对导电材料的需要，而且由于它兼具有机高分子材料的性能及半导体和金属的电性能，具有重量
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功能高分子材料 Fun cti onal Polymer Materials 课程编号：07370420 学分：2 学时：45 （其中：讲课学时：30自学学时：15 实验学时：0上机学时：0）先修课程：有机化学、无机化学、分析化学、物理化学、高分子物理、高分子化学适用专业：高分子材料与工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、复合材料与工程、化学工程与工艺、化学等专业本科四年级学生选修课 教材：王国建.功能高分子材料?北京：化学工业出版社,2010年第一版开课学院：材料科学与工程学院 一、课程的性质与任务： 功能高分子课程是一门高分子材料专业的专业选修课。它是建立在高分子物理，高分子化学和高分子结构与性能基础上，并与物理学、医学、甚至生物学密切联系的一门学科。它是研究功能高分子材料化学规律的一门科学，是高分子材料科学领域发展最为迅速，与其他科学领域交叉度最高的一个研究领域，对于设计和制备高性能高分子材料起着指导作用。 功能高分子课程的基本任务： 通过课堂讲授和研究进展介绍，使学生能了解几种重要的功能高分子材料的制备方法、性能与结构的一般关系等，对功能高分子材料科学有一个概括性认识，能理解功能的产生机理，并可根据所需功能设计出一些简单的具有相应功能基团的高分子材料。 本课程主要介绍功能高分子材料的发展状况，功能高分子的种类与功能，功能高分子材料的结构与性能的关系，功能高分子材料的制备策略，并结合近年来国际，国内在功能高分子材料方面的研究成果详细介绍常用的物理化学功能高分子（高吸水性树脂、离子交换树脂、高分子试剂及催化剂等）、电功能高分子（复合导电型、电子导电型、离子导电型等导电高分子材料、电致发光、电致变色等电活性高分子材料）、光功能高分子（感光性树脂、光致变色高分子、光降解、光转换高分子材料等）、生物医用高分子（生物惰性、生物降解、组织工程、药物高分子材料等）、高分子助剂（高分子絮凝剂、高分子电解质、高分子染料、高分子食品添加剂等）其它一些类型功能高分子材料制备方法，机理，应用。 二、课程的基本内容及要求：第一章功能高分子材料概述 1. 教学内容 1）功能高分子材料的研究对象和研究内容 2）功能高分子材料的发展历程
功能高分子材料讲课教案
功能高分子材料 ▲1、什么是功能高分子？什么是特种高分子？两者的区别和关系如何？ （1）功能高分子：是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应输出的高分子材料。 功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料。 （2）特种高分子材料：是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料的范畴。 （3）功能高分子属于特种高分子材料的范畴。特种高分子材料可细分为功能高分子和高性能高分子两类。 ▲2、功能和性能有什么区别？功能高分子和高性能高分子有什么不同？ （1）性能：材料对外部作用的抵抗特性。（2）功能：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变化而产生输出的特性。 （3）功能高分子：是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应输出的高分子材料。 （4）高性能高分子：是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。 （从实用的角度看，对功能材料来说，人们着眼于它们所具有的独特的功能； 而对高性能材料，人们关心的是它与通用材料在性能上的差异。） 3B、功能高分子材料的类型 （1）力学功能材料：①强化功能材料，②弹性功能材料。 （2）化学功能材料：①分离功能材料，②反应功能材料，③生物功能材料。 （3）物理化学功能材料：①耐高温高分子，②电学功能材料，③光学功能材料，④能量转换功能材料。 （4）生物化学功能材料：①人工脏器用材料，②高分子药物，③生物分解材料。 这一分类，实际上包括了所有特种高分子材料。国内一般采用按其性质、功能或实际用途划分为8种类型。 （1）反应性高分子材料，（2）光敏型高分子，（3）电性能高分子材料，（4）高分子分 离材料，（5）高分子吸附材料，（6）高分子 智能材料，（7）医药用高分子材料，（8）高 性能工程材料。 ▲1、什么是活性聚合？阴离子活性聚合的 特征是什么？ （1）活性聚合：是指引发速度远远大于增 长速度，并且在特定条件下不存在链终止反 应和链转移反应，亦即活性中心不会自己消 失的反应。二氯乙基氯/乙酸乙酯引发 （2）阴离子活性聚合的基本特点：①聚合 反应速度极快；②单体对引发剂有强烈的选 择性；③无链终止反应；④多种活性种共存； ⑤相对分子质量分布很窄。 ▲2、通过哪些途径可实现阳离子活性聚 合？哪些单体适合进行阳离子活性聚合？ （1）途径①设计匹配性亲核反离子，如 采用HI/I2引发体系引发烷基乙烯基醚进行 阴离子活性聚合②适当的lewis酸碱配对 引发，如采用二氯乙基铝/乙酸乙酯引发 （2）目前，烷基乙烯基醚、异丁烯、苯乙 烯及其衍生物、1, 3 —戊二烯、茚和α-蒎烯 等都已经实现了阳离子活性聚合。 ▲3、为什么基团转移聚合也属于活性聚合 范畴？ 基团转移聚合与阴离子型聚合一样，属“活 性聚合”范畴。基团转移聚合是以不饱和酯、 酮、酰胺和腈类等化合物为单体，以带有硅、 锗、锡烷基等基团的化合物为引发剂，用阴 离子型或路易士酸型化合物作催化剂，选用 适当的有机物为溶剂，通过催化剂与引发剂 之间的配位，激发硅、锗、锡等原子与单体 羰基上的氧原子结合成共价键，单体中的双 键与引发剂中的双键完成加成反应，硅、锗、 锡烷基团移至末端形成“活性”化合物的过 程。 包括①链引发反应，②链增长反应，③链终 止反应。 ▲4、自由基活性可控聚合有哪几类？ 阴离子活性聚合、阳离子可控聚合、基团转 移聚合、原子转移自由基聚合、活性开环聚 合、活性开环歧化聚合等 ▲5、什么是高分子的化学反应？他们与小 分子的化学反应有什么异同点？影响高分 子化学反应的因素有哪些？ （1）高分子的化学反应：可以将天然和合 成的通用高分子转变为具有新型结构与功 能的聚合物的化学反应。 （2）与小分子的化学反应的相同点： 高分子可以进行与低分子同系物相同的化 学反应。例如含羟基高分子的乙酰化反应和 乙醇的乙酰化反应相同；聚乙烯的氯化反应 和己烷的氯化反应类似。 （3）与小分子的化学反应的不同点： ①在低分子化学中，副反应仅使主产物产率 降低。而在高分子反应中，副反应却在同一 分子上发生，主产物和副产物无法分离，因 此形成的产物实际上具有类似于共聚物的 结构。 （4）高分子的反应活性的影响因素： ①聚集态结构因素：结晶和无定形聚集态结 构、交联结构与线性结构、均相溶液与非均 向溶液等结构因素均会对高分子的化学反 应造成影响。 ②化学结构因素：a）几率效应：当高分子 的化学反应涉及分子中相邻基团作无规成 对反映时，某些基团由于反应几率的关系而 不能参与反应，结果在高分子的分子链上留 下孤立的单个基团，使转化程度受到限制。 b）邻近结构效应：分子链上邻近结构的某 些作用，如静电作用和位阻效应，均可使基 团的反应能力降低或增加。 6、有哪些制备特种与功能高分子的制备方 法？各有什么优缺点？ （1）功能高分子的制备方法主要有以下四 种类型： ①功能性小分子的高分子化；②已有高分子 材料的功能化；③多功能材料的复合；④已 有功能高分子的功能扩展。 （2）制备方法各自的优缺点： ①功能性小分子的高分子化：对功能性小分 子进行高分子化反应，赋予其高分子的功能 特点。 包括：a）带有功能性基团的单体的聚合，b） 带有功能性基团的小分子与高分子骨架的 结合，c）功能性小分子通过聚合包埋与高 分子材料结合。 主要优点是可以使生成的功能高分子功能 基分布均匀，聚合物结构可以通过聚合机理 预先设计，产物的稳定性较好。 精品文档
高分子材料聚合工艺综述
高分子材料聚合工艺综述 姓名：王庆阳 班级：高分子材料与工程1301班 学号：0707130104
高分子材料聚合工艺综述 高分子材料与工程1301班王庆阳 0707130104 摘要:介绍高分子材料的主要工业合成工艺，以及产品的形貌及使用性能。 关键词:高分子材料；合成工艺；自由基聚合；缩合聚合；逐步加成聚合 一、前言 高分子材料作为新时期的全新全能型材料，是现代人类发展的重要支柱，是发展高新科技的基础与先导，高分子材料的应用将会使人类支配改造自然的能力和社会生产力的发展带到一个新的水平，对人类的发展将会出现前所未有的促进。 而作为高分子材料生产的工业基础，高分子材料的合成工艺及其重要，因为它不仅关乎到高分子材料后续产品的性能，并且易于改良、优化从而提高材料的综合性能；因此，本文将对高分子材料的主要合成工艺，即：自由基聚合工艺、缩合聚合工艺、逐步加成聚合工艺，作简单的探讨，为今后在高分子材料工业合成方面的学习及工作奠定基础。 二、自由基聚合工艺 2.1综述 自由基聚合反应是当前高分子合成工业中应用最广泛的化学反应之一。工业中，我们将自由基聚合工艺定义为：单体借助于光、热、辐射、引发剂的作用，使单体分子活化为活性单体自由基，再与单体连锁聚合形成高聚物的化学反应；通过高分子化学的学习，我们知道自由基聚合化学反应主要包括链引发、链增长和链终止三个“基元反应”；同时，在链引发阶段，我们通常选择引发剂作为产生自由基的物质，并通过改变自由基的种类来适应不同的聚合生产工艺。 通常而言，我们将自由基聚合工艺，以实施方法的为分类标准，继续细分为本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合和溶液聚合。每种聚合方法聚合体系、产品形态、产品用途各具特色，具体可见表2-1高聚物生产中采用的聚合方法、产品形态与用途。 下面，我们将对这几种自由基聚合工艺的聚合体系组成、产品形貌及性能、适用范围做详细介绍。
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功能高分子材料综述 【文摘】功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 【关键词】材料；高分子；高分子材料；功能材料； 功能高分子材料的定义为：与常规聚合物相比具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊功能的聚合物大分子(主要指全人工和半人工合成的聚合物)都应归属于功能高分子材料范畴。而以这些材料为研究对象，研究它们的结构组成、构效关系、制备方法，以及开发应用的科学，应称为功能高分子材料科学。 功能高分子材料科学是研究功能高分子材料规律的科学，是高分子材料科学领域发展最为迅速，与其他科学领域交叉度最高的一个研究领域。它是建立在高分子化学、高分子物理等相关学科的基础之上，并与物理学、医学甚至生物学密切联系的一门学科。功能高分子材料是对物质、能量、信息具有传输、转换或贮存作用的高分子及其复合材料的一类高分子材料，有时也被称为精细高分子或者特种高分子(包括高性能高分子) 。其于20 世纪60年代末迅速发展起来的新型高分子材料，内容丰富、品种繁多、发展迅速，已成为新技术革命必不可少的关键材料。 功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。它们之所以具有特定的功能，是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团，或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合，或者二者兼而有之。例如吸水树脂，它是由水溶性高分子通过适度交联而制得，遇水时将水封闭在高分子的网络内，吸水后呈透明凝胶，因而产生吸水和保水的功能。 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。 1 功能高分子材料研究 1.1 导电高分子材料 近几年来，导电性高分子的研究取得了长足的发展，形成了一个十分活跃的边缘学科领域，它对电子工业、信息工业及新技术的发展具有重大的意义。现有的研究成果表明，发展导电高分子不仅可以满足人们对导电材料的需要，而且由于它兼具有机高分子材料的性能及半导体和金属的电性能，具有重量轻，易加工成各种复杂的形状，化学稳定性好及电阻率可在较大范围内调节等特点。此外在电子工业中的应用日趋广泛，促进了现代科学技术的发展。因此，自然引起了学术界和工业界的广泛兴趣。 导电高分子材料根据材料的组成可以分成复合型导电高分子材料(composite conductive polymers)和本征型导电高分子材料(intrinsic conductive polymers)两大类。复合型导电高分子材料是由普通高分子结构材料与金属或碳等导电材料，通过分散、层合、梯
材料概论
第二章 1 普通的混凝土中有几种相？请分别写出各种相的名称。若在其中加入钢筋，则钢筋起到什么作用？此时又有几种相？ 答：3相；砂子、碎石、水泥浆；增强作用；4。 2 比较晶体与非晶体的结构特性，了解晶体的结构不完整性有哪些类型？并区分三大材料的结构类型与比较其各自的特点。 答：晶体结构的基本特征是原子或分子在三维空间呈周期性的规则而有序地排列,即存在长程的几何有序。 结构的不完整性：实际上，极大多数晶体都有大量的与理想原子排列的轻度偏离存在，依据其几何形状而分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。 金属材料的结构：一般都是晶体。金属键无方向性，晶体结构具有最致密的堆积方式。体心立方、面心立方和紧密堆积六方结构，金刚石结构。 无机非金属材料的结构：金刚石型结构；硅酸盐结构; 玻璃结构; 团簇及纳米材料 高分子材料的结构包括高分子链的结构及聚集态结构 各自的特点： 3 高分子材料其聚集态结构可分为：晶态和非晶态(无定形)两种，与普通的晶态和非晶态结构比较有什么特点？ 答：晶态有序程度远小于小分子晶态，但非晶态的有序程度大于小分子物质液态。 4 如何区分本征半导体与非本征半导体材料？ 答：本征半导体：材料的电导率取决于电子-空穴对的数量和温度的材料。 非本征半导体：通过加入杂质即掺杂剂而制备的半导体，杂质的多少决定了电荷载流子的数量。
5 极大多数晶体实际上都存在有种种与理想原子排列的轻度偏离，依据结构不完整性的几何形状可分为哪几种缺陷类型？按溶质原子在溶剂晶格中的位置不同，固溶体可分成哪几种类型？ 答：依据其几何形状而分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。 按溶质原子在溶剂晶格中的位置不同，固溶体可分成： 置换型固溶体(或称取代型)：溶剂A晶格中的原子被溶质B的原子取代所形成的固溶体。原子A同B的大小要大致相同。 填隙型固溶体(也称间隙型)：在溶剂A的晶格间隙内有溶质B的原子填入(溶入)所形成的固溶体。B原子必须是充分小的，如C和N等是典型的溶质原子。 6 比较热塑性高分子材料和热固性高分子材料的结构特点，并说明由于结构的不同对其性能的影响。 答：线型结构的高分子化合物：在适当的溶剂中可溶胀or溶解，升高温度时则软化、流动，∴易加工，可反复加工使用，并具有良好的弹性和塑性。(热塑性) 交联网状结构高分子：性能特点：较好的耐热性、难溶剂性、尺寸稳定性和机械强度，但弹性、塑性低，脆性大。∴不能进行塑性加工，成型加工只能在网状结构形成前进行，材料不能反复加工使用。(热固性) 7 聚二甲基硅氧烷的结构式为？其柔顺性怎么样？ 答：非常好 8 何为材料的力学强度？影响力学强度的主要因素有哪些？按作用力的方式不同，材料的力学强度可分为哪几种强度？ 答：材料在载荷作用下抵抗明显的塑性变形或破坏的最大能力。 通常材料中缺陷越少、分子间键合强度越大，材料的强度也越高。 按作用力的方式不同，可分为：拉伸强度；压缩强度；弯曲强度；冲击强度；疲劳强度等。 9 区分高分子材料的大分子之间的相互作用中的主价力和次主价力，比较两者对其性能的影响。 答：大分子链中原子间、链节间的相互作用是强大的共价键这种结合力称为主价力，大小取决于链的化学组成→键长和键能。对性能，特别是熔点、强度等有重要影响。 大分子之间的结合力是范德华力和氢键，称为次价力，比主价力小得多(只有主价力1-10％)，但对高分子化合物的性能影响很大。如乙烯呈气态，而聚乙烯呈固态并有相当强度，∵后者的分子间力较前者大得多。 10 按电阻率的大小，可将材料分成哪几类？何谓超导性？ 答：按电阻率的大小，可将材料分：超导体；导体；半导体；绝缘体。 超导性：一旦T< Tc(超导体临界T)时，电阻率就跃变为零。Tc依赖于作用于导体的磁场强度。
纳米结构高分子材料综述
纳米结构高分子材料的制备、表征、应用前景 花生 (湖南工程学院化学化工学院湖南湘潭 411104) 摘要:纳米结构高分子材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料。本文综述了纳米结构高分子材料的结构、性能和表征技术,并对其 应用进行了讨论。 关键字：纳米结构高分子材料插层复合溶胶-凝胶纳米改性 Preparation ,Characterization, Application of Nano-structural Polymer Materials huasheng (College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Engineering,Xiangtan Hunan 411104,China ) Abstract:Nano-structural polymer materials are a class of composite materials which are Compound from polymer and nano-materials. This article introduces nano-structured polymer materials as follow: structure , properties , characterization techniques and its applications . Key word：Nano-structural polymer materials intercalation solution-gel modification of polymer 纳米结构聚合物材料由于具有独特的性能而在机械、光、电、 磁、微处理器件、药物控释、环境保护、纳米反应器及生物化学等方 面具有广阔的应用前景，近年来掀起了对纳米结构聚合物材料研究的 热潮。各国学者分别在化学分子设计、结构分析、组装方法和应用等 方面进行了广泛的研究。我国的科学工作者也对其开展了许多卓有成 效的工作。关于纳米结构超薄膜的综述文献已有很多，本文主要就