高分子材料功能材料

1、第四部分第四部分功能材料功能材料1986年，我國(guó)制定了年，我國(guó)制定了高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃綱高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃綱要要，被評(píng)選列入的，被評(píng)選列入的是是生物技術(shù)生物技術(shù)、信息技術(shù)信息技術(shù)、激光技術(shù)激光技術(shù)、航天技術(shù)航天技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)、新能源技術(shù)新能源技術(shù)和和。一般認(rèn)為，一般認(rèn)為，有有晶須晶須材料、材料、非晶非晶材料、材料、超超塑性合金塑性合金、形狀記憶形狀記憶材料、材料、功能功能陶瓷、陶瓷、功能有機(jī)功能有機(jī)材材料、料、超導(dǎo)超導(dǎo)材料、材料、碳纖維碳纖維、能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換材料等。材料等。已經(jīng)從已經(jīng)從轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向。隨著時(shí)代的發(fā)展，人類將進(jìn)入一個(gè)信息時(shí)代。為了解決隨著時(shí)代的發(fā)展，人類將進(jìn)入一個(gè)信息時(shí)代。為了解

2、決生產(chǎn)高速發(fā)展以及由此所產(chǎn)生的能源、環(huán)境等一系列的問(wèn)題，生產(chǎn)高速發(fā)展以及由此所產(chǎn)生的能源、環(huán)境等一系列的問(wèn)題，更需要用高科技的方法和手段來(lái)生產(chǎn)更需要用高科技的方法和手段來(lái)生產(chǎn)新型的新型的、功能性的功能性的產(chǎn)品，產(chǎn)品，以獲得各種優(yōu)良的綜合性能。近年來(lái)以獲得各種優(yōu)良的綜合性能。近年來(lái)新型功能材料新型功能材料層出不窮，層出不窮，得到了突破性的進(jìn)展。得到了突破性的進(jìn)展。日本和歐美各國(guó)對(duì)日本和歐美各國(guó)對(duì)新型功能材料新型功能材料的研究十分的研究十分注意，這是因?yàn)楣δ懿牧鲜悄茉?、?jì)算機(jī)、通訊、注意，這是因?yàn)楣δ懿牧鲜悄茉?、?jì)算機(jī)、通訊、電子、激光等電子、激光等現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)，功能材料在未來(lái)，功

3、能材料在未來(lái)的社會(huì)發(fā)展中具有重大戰(zhàn)略意義。的社會(huì)發(fā)展中具有重大戰(zhàn)略意義。 近近10年來(lái)，功能材料成為年來(lái)，功能材料成為材料科學(xué)和工程領(lǐng)材料科學(xué)和工程領(lǐng)域中域中最為活躍的部分。每年以最為活躍的部分。每年以5以上的速度增以上的速度增長(zhǎng)，相當(dāng)于每年有長(zhǎng)，相當(dāng)于每年有1.25萬(wàn)種新材料問(wèn)世。未來(lái)世萬(wàn)種新材料問(wèn)世。未來(lái)世界需要更多的性能優(yōu)異的功能材料，功能材料正界需要更多的性能優(yōu)異的功能材料，功能材料正在滲透到現(xiàn)代生活的各個(gè)領(lǐng)域。在滲透到現(xiàn)代生活的各個(gè)領(lǐng)域。 一、功能材料的概念一、功能材料的概念 功能材料是指通過(guò)功能材料是指通過(guò)等作用等作用后具有后具有的材料。的材料。 在國(guó)外，常將這類材料稱為在國(guó)外，常

4、將這類材料稱為(Functional Materials)、(Speciality Materials)或或(Fine Materials)。涉及面較廣，具體包括涉及面較廣，具體包括、，等。等。這類材料相對(duì)于通常的這類材料相對(duì)于通常的而言，一般除而言，一般除了具有機(jī)械特性外，還具有其他的功能特性。了具有機(jī)械特性外，還具有其他的功能特性。材料的材料的與材料的與材料的是相聯(lián)系的。是相聯(lián)系的。如對(duì)于如對(duì)于導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物來(lái)說(shuō)，它一般具有來(lái)說(shuō)，它一般具有長(zhǎng)鏈共軛雙鍵長(zhǎng)鏈共軛雙鍵；金屬結(jié)構(gòu)中由于金屬結(jié)構(gòu)中由于彈性馬氏體相變彈性馬氏體相變能產(chǎn)生記憶效應(yīng)，能產(chǎn)生記憶效應(yīng)，因此出現(xiàn)了因此出現(xiàn)了形狀記憶合金

5、形狀記憶合金；壓電陶瓷晶體必須有極；壓電陶瓷晶體必須有極軸等。軸等。 功能材料是一門(mén)新的學(xué)科，目前對(duì)它進(jìn)行功能材料是一門(mén)新的學(xué)科，目前對(duì)它進(jìn)行尚有一定的難度，就像許多化學(xué)變尚有一定的難度，就像許多化學(xué)變化中存在著物理現(xiàn)象、高級(jí)運(yùn)動(dòng)中總是伴隨著化中存在著物理現(xiàn)象、高級(jí)運(yùn)動(dòng)中總是伴隨著低級(jí)運(yùn)動(dòng)一樣，功能材料既遵循材料的低級(jí)運(yùn)動(dòng)一樣，功能材料既遵循材料的和和又具有其又具有其。因此可認(rèn)。因此可認(rèn)為是為是 二、二、 隨著技術(shù)的發(fā)展和人類認(rèn)識(shí)的擴(kuò)展，新型的功能材料隨著技術(shù)的發(fā)展和人類認(rèn)識(shí)的擴(kuò)展，新型的功能材料不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，因此對(duì)其也產(chǎn)生了許多不同的分類方不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，因此對(duì)其也產(chǎn)生了許多不同的分類方法

6、。從法。從考慮，可將功能材料分為以下四類。考慮，可將功能材料分為以下四類。 主要是指主要是指和和，如高，如高結(jié)晶材料、超高強(qiáng)材料等。結(jié)晶材料、超高強(qiáng)材料等。 功能材料：如功能材料：如分離膜分離膜，離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂、高分子絡(luò)合物高分子絡(luò)合物；功能材料；如功能材料；如高分子試劑高分子試劑、高分子催化劑高分子催化劑；功能材料：如功能材料：如固定化菌固定化菌，生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器等等。功能材料：如功能材料：如超導(dǎo)體超導(dǎo)體，導(dǎo)電高分子導(dǎo)電高分子等；等；功能材料：如功能材料：如光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維、感光性高分子感光性高分子等等；材料：如材料：如壓電材料壓電材料、光電材料光電材料。功能材料：人工臟器用材

7、料如功能材料：人工臟器用材料如人工腎人工腎、人工心肺人工心肺，可降解的可降解的醫(yī)用縫合線醫(yī)用縫合線、骨釘骨釘、骨板骨板等；等；：如：如緩釋性高分子緩釋性高分子，藥物活性高分子藥物活性高分子，高分高分子農(nóng)藥子農(nóng)藥等；等；材料材料 下圖為材料顯示功能的示意圖。下圖為材料顯示功能的示意圖。輸入輸入材料材料輸出輸出材料的材料的是指向材料輸入某種能量，經(jīng)過(guò)材料是指向材料輸入某種能量，經(jīng)過(guò)材料的傳輸或轉(zhuǎn)換等過(guò)程，再作為輸出而提供給外部的一種作用。的傳輸或轉(zhuǎn)換等過(guò)程，再作為輸出而提供給外部的一種作用。功能材料按其功能材料按其又可分為又可分為和和。 當(dāng)向材料當(dāng)向材料和從材料和從材料屬于屬于時(shí)，材料起到時(shí)，材料

8、起到部件的部件的作用。材料的這種功能稱為一次功能。作用。材料的這種功能稱為一次功能。以一次功能為使用目的的材料又稱為以一次功能為使用目的的材料又稱為。功能。如功能。如慣性慣性、粘性粘性、流動(dòng)性流動(dòng)性、潤(rùn)滑性潤(rùn)滑性、成型性成型性、超塑性超塑性、恒彈性恒彈性、高彈性高彈性、振動(dòng)性振動(dòng)性和和防震性防震性。功能。如功能。如隔音隔音性、性、吸音吸音性。性。功能。如功能。如傳熱傳熱性、性、隔熱隔熱性、性、吸熱吸熱性和性和蓄熱蓄熱性等。性等。功能。如功能。如導(dǎo)電導(dǎo)電性、性、超導(dǎo)超導(dǎo)性、性、絕緣絕緣性和性和電阻電阻等。等。功能。如功能。如硬磁性硬磁性、軟磁性軟磁性、半硬磁性半硬磁性等。等。功能。如功能。如遮光

9、性遮光性、透光性透光性、折射光性折射光性、反射光性反射光性、吸吸光性光性、偏振光性偏振光性、分光性分光性、聚光性聚光性等。等。功能。如功能。如吸附作用吸附作用、氣體吸收性氣體吸收性、催化作用催化作用、生物生物化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)、酶反應(yīng)酶反應(yīng)等。等。功能。如功能。如放射特性放射特性、電磁波特性電磁波特性等。等。 當(dāng)向材料當(dāng)向材料和從材料和從材料屬于屬于時(shí)，材料起時(shí)，材料起部件作用，材料的部件作用，材料的這種功能稱為這種功能稱為二次功能二次功能或或高次功能高次功能。有人認(rèn)為這種。有人認(rèn)為這種材料才是真正的功能材料。材料才是真正的功能材料。二次功能按二次功能按可分為如下四類可分為如下四類。能與其他形式

10、能量的轉(zhuǎn)換；能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換； 能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換；能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換；能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換；能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換；能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換。能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換。如如反應(yīng)、反應(yīng)、反應(yīng)、反應(yīng)、反應(yīng)、反應(yīng)、，反應(yīng)，反應(yīng)，效應(yīng)和效應(yīng)和效應(yīng)。效應(yīng)。能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換如如效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)和效應(yīng)和效應(yīng)等效應(yīng)等。能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換如如效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)和效應(yīng)和效應(yīng)等。效應(yīng)等。能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換。如如效應(yīng)、效應(yīng)、

11、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)、效應(yīng)和效應(yīng)和效應(yīng)等。效應(yīng)等。按按分，功能材料還可分為：分，功能材料還可分為：功功能材料、能材料、功能材料和功能材料和功能材料。功能材料。無(wú)論哪種功能材料，其無(wú)論哪種功能材料，其或者或者所涉及的微觀過(guò)程都與所涉及的微觀過(guò)程都與固體物理固體物理和和固體化學(xué)固體化學(xué)相相聯(lián)系。正是這兩門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)為新興學(xué)科聯(lián)系。正是這兩門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)為新興學(xué)科功能材料功能材料科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，從而也推動(dòng)了功能材料的研科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，從而也推動(dòng)了功能材料的研究和應(yīng)用。它們把功能材料推進(jìn)到究和應(yīng)用。它們把功能材料推進(jìn)到的時(shí)代。的時(shí)代。所謂所謂，就是賦予材料以

12、，就是賦予材料以或或特性的科學(xué)方法。有人認(rèn)為特性的科學(xué)方法。有人認(rèn)為21世紀(jì)將逐世紀(jì)將逐漸實(shí)現(xiàn)漸實(shí)現(xiàn)材料。材料。v為了避免穩(wěn)定化時(shí)PAN纖維因過(guò)熱而導(dǎo)致鏈斷裂，必須用低的加熱速率v在正常的穩(wěn)定化溫度下并沒(méi)用完全達(dá)到穩(wěn)定化的目的，直到300400才能較好地實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定化，此時(shí)纖維中發(fā)生芳環(huán)化和分子內(nèi)交聯(lián)。芳環(huán)化和分子內(nèi)交聯(lián)芳環(huán)化和分子內(nèi)交聯(lián) 熱穩(wěn)定化的熱穩(wěn)定化的PAN纖維結(jié)構(gòu)纖維結(jié)構(gòu) v第一階段：室溫到第一階段：室溫到600，加熱速率應(yīng)較低，以，加熱速率應(yīng)較低，以便使質(zhì)量轉(zhuǎn)移較慢。便使質(zhì)量轉(zhuǎn)移較慢。v因?yàn)樵谳^快的加熱速率下質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率加快，而因?yàn)樵谳^快的加熱速率下質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率加快，而氣體等副產(chǎn)物的

13、擴(kuò)散則形成孔洞形式的不規(guī)則表氣體等副產(chǎn)物的擴(kuò)散則形成孔洞形式的不規(guī)則表面。此區(qū)段非常關(guān)鍵，它包含了大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)面。此區(qū)段非常關(guān)鍵，它包含了大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)和可揮發(fā)產(chǎn)物的釋放。和可揮發(fā)產(chǎn)物的釋放。v第二階段：加熱區(qū)在第二階段：加熱區(qū)在600到到1500，加熱速率，加熱速率可以較快可以較快v因?yàn)榉艧岱磻?yīng)和副產(chǎn)物揮發(fā)的破壞性降低。隨炭因?yàn)榉艧岱磻?yīng)和副產(chǎn)物揮發(fā)的破壞性降低。隨炭化過(guò)程熱處理溫度的升高，纖維的強(qiáng)度和模量逐化過(guò)程熱處理溫度的升高，纖維的強(qiáng)度和模量逐漸增加，直到漸增加，直到1500時(shí)纖維的強(qiáng)度最高。時(shí)纖維的強(qiáng)度最高。v當(dāng)熱處理溫度超過(guò)當(dāng)熱處理溫度超過(guò)1500時(shí)，纖維的強(qiáng)度降低，時(shí)，纖維的強(qiáng)度

14、降低，而模量仍緩慢增加。炭化時(shí)為避免纖維高溫氧化，而模量仍緩慢增加。炭化時(shí)為避免纖維高溫氧化，惰性氣氛是必須的。惰性氣氛是必須的。v隨著炭化過(guò)程的完成，纖維已經(jīng)具有小結(jié)晶，需來(lái)隨著炭化過(guò)程的完成，纖維已經(jīng)具有小結(jié)晶，需來(lái)用高于用高于1500熱處理溫度，通過(guò)結(jié)晶的增長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)熱處理溫度，通過(guò)結(jié)晶的增長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)排列得到理想的結(jié)構(gòu)。排列得到理想的結(jié)構(gòu)。v如果在情性氣氛中于張力下加熱到如果在情性氣氛中于張力下加熱到2500至至3000，即可得到結(jié)晶較完整的石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維，也稱石即可得到結(jié)晶較完整的石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維，也稱石墨纖維。墨纖維。形狀記憶聚氨酯與智能型防水透濕織物形狀記憶聚氨酯與智能型防水透濕織物

15、第二章第二章液晶材料結(jié)構(gòu)性能與應(yīng)用液晶材料結(jié)構(gòu)性能與應(yīng)用v什么是高分子液晶呢？什么是高分子液晶呢？v高分子液晶是一種性能介于液體和晶體之間的一高分子液晶是一種性能介于液體和晶體之間的一種有機(jī)高分子材料，它既有液體的流動(dòng)性，又有種有機(jī)高分子材料，它既有液體的流動(dòng)性，又有晶體結(jié)構(gòu)排列的有序性。晶體結(jié)構(gòu)排列的有序性。v低溫下它是晶體結(jié)構(gòu)，高溫時(shí)則變?yōu)橐后w，在中低溫下它是晶體結(jié)構(gòu)，高溫時(shí)則變?yōu)橐后w，在中間溫度則以液晶形態(tài)存在間溫度則以液晶形態(tài)存在。高分子液晶的結(jié)構(gòu)高分子液晶的結(jié)構(gòu)v高分子液晶是由高分子液晶是由剛性部分剛性部分和和柔性部分柔性部分組成。組成。v從外形上看，剛性部分通常呈現(xiàn)近似棒狀從外形上

16、看，剛性部分通常呈現(xiàn)近似棒狀或片狀的形態(tài)，因?yàn)檫@樣有利于分子的有或片狀的形態(tài)，因?yàn)檫@樣有利于分子的有序堆積。序堆積。v剛性部分通常由兩個(gè)苯環(huán)或脂肪環(huán)或芳香雜剛性部分通常由兩個(gè)苯環(huán)或脂肪環(huán)或芳香雜環(huán)通過(guò)一個(gè)剛性連接單元連接組成。這個(gè)剛環(huán)通過(guò)一個(gè)剛性連接單元連接組成。這個(gè)剛性連接單元的作用是阻止兩個(gè)環(huán)的旋轉(zhuǎn)。性連接單元的作用是阻止兩個(gè)環(huán)的旋轉(zhuǎn)。v如反式偶氮基如反式偶氮基NNNN 反式乙烯基反式乙烯基C CC C高分子液晶的結(jié)構(gòu)高分子液晶的結(jié)構(gòu)高分子液晶的結(jié)構(gòu)高分子液晶的結(jié)構(gòu)v在剛性部分的端部還有一個(gè)柔軟，在剛性部分的端部還有一個(gè)柔軟，易彎曲的基團(tuán)易彎曲的基團(tuán)R R按單體結(jié)構(gòu)分類的高分子液晶按單體結(jié)

17、構(gòu)分類的高分子液晶單單體體兩親分子兩親分子非兩親分子非兩親分子棒狀棒狀盤(pán)狀盤(pán)狀聚聚合合物物液液晶晶相相的的性性質(zhì)質(zhì)溶致性溶致性熱致性或熱致性或溶致性溶致性熱致性熱致性 熱致性熱致性熱致性熱致性 高分子液晶的特性高分子液晶的特性v取向方向的高拉伸強(qiáng)度和高模量取向方向的高拉伸強(qiáng)度和高模量v最突出的特點(diǎn)是在外力場(chǎng)中容易發(fā)生分子鏈取最突出的特點(diǎn)是在外力場(chǎng)中容易發(fā)生分子鏈取向向, ,在取向方向上呈現(xiàn)高拉伸強(qiáng)度和高模量。在取向方向上呈現(xiàn)高拉伸強(qiáng)度和高模量。 如如Kevlar Kevlar 的比強(qiáng)度和比模量均達(dá)到鋼的的比強(qiáng)度和比模量均達(dá)到鋼的1010倍倍。v耐熱性突出耐熱性突出 由于高分子液晶的剛性部分大多

18、由芳環(huán)構(gòu)成由于高分子液晶的剛性部分大多由芳環(huán)構(gòu)成, ,其耐性相對(duì)比較突出。其耐性相對(duì)比較突出。如：如：XydarXydar 的熔點(diǎn)為的熔點(diǎn)為421,421,空氣中的分解溫度達(dá)空氣中的分解溫度達(dá)到到560,560,其熱變形溫度也可達(dá)其熱變形溫度也可達(dá)350,350,明顯高于絕大明顯高于絕大多數(shù)塑料。多數(shù)塑料。高分子液晶的特性高分子液晶的特性v阻燃性優(yōu)異阻燃性優(yōu)異 高分子液晶分子鏈由大量芳香環(huán)所構(gòu)成高分子液晶分子鏈由大量芳香環(huán)所構(gòu)成, ,除了除了含有酰肼鍵的纖維外含有酰肼鍵的纖維外, ,都特別難以燃燒。都特別難以燃燒。 如：如：Kevlar Kevlar 在火焰中有很好的尺寸穩(wěn)定性在火焰中有很好的

19、尺寸穩(wěn)定性, ,若若在其中添加少量磷等在其中添加少量磷等, ,高分子液晶的阻燃性能更好。高分子液晶的阻燃性能更好。高分子液晶的特性高分子液晶的特性v電性能和成型加工性優(yōu)異電性能和成型加工性優(yōu)異 高分子液晶的絕緣強(qiáng)度高和介電常數(shù)低,而且兩者都很少隨溫度的變化而變化,并導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能低。 由于分子鏈中柔性部分的存在，其流動(dòng)性能好,成型壓力低,因此可用普通的塑料加工設(shè)備來(lái)注射或擠出成型,所得成品的尺寸很精確。高分子液晶的特性高分子液晶的特性高分子液晶的應(yīng)用v高強(qiáng)度高模量材料高強(qiáng)度高模量材料 在外力場(chǎng)容易發(fā)生分子鏈取向，在取向方向上可以得到高強(qiáng)度高模量。 如：kelvar纖維可在-45200使用。阿波

20、羅登月飛船軟著陸降落傘帶就是用kevlar29 制備的。kevlar纖維還可用于防彈背心,飛機(jī)、火箭外殼材料和雷達(dá)天線罩等。v液晶高分子在信息儲(chǔ)存方面的應(yīng)用液晶高分子在信息儲(chǔ)存方面的應(yīng)用 帶有信息的激光束照射液晶存儲(chǔ)介質(zhì)時(shí)，局部溫度升高，液晶聚合物熔融成各向同性的液體，從而失去有序度。激光束消失以后，又凝結(jié)成為不透光的固體，信號(hào)被記錄。 液晶高分子用于存儲(chǔ)顯示壽命長(zhǎng)、對(duì)比度高、存儲(chǔ)可靠、擦除方便,因此有極為廣闊的發(fā)展前景。高分子液晶的應(yīng)用v精密溫度指示材料精密溫度指示材料 向列型液晶和膽甾型液晶的混合物呈平行并順次扭轉(zhuǎn)的螺旋結(jié)構(gòu)，而且其螺距隨溫度變化而發(fā)生顯著變化。 被測(cè)物體的表面溫度若有變化

21、，液晶分子排列的螺距即發(fā)生變化，偏振光的旋轉(zhuǎn)角度也隨之發(fā)生變化，因而返回光的強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化。 人們利用此現(xiàn)象制造出微溫傳感器。高分子液晶的應(yīng)用奇幻冰晶微觀花園v高分子液晶顯示材料高分子液晶顯示材料 目前小分子液晶是主要的顯示材料。由于高分子的粘度比小分子液晶大得多,它的工作溫度，響應(yīng)時(shí)間都不及小分子液晶。 但是液晶高分子在電場(chǎng)作用下從無(wú)序透明態(tài)到有序不透明態(tài)的性質(zhì)使其理論上也可用于顯示器件，但目前尚未進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。高分子液晶的應(yīng)用高分子液晶的發(fā)展前景v液晶學(xué)已成為一門(mén)新興科學(xué)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于當(dāng)代各個(gè)工業(yè)部門(mén)。而且由于物質(zhì)的液晶態(tài)結(jié)構(gòu)普遍存在于生物體中，液晶結(jié)構(gòu)及變化與生命現(xiàn)象之間的關(guān)系，

22、也正在引起人們的重視。v英國(guó)著名生物學(xué)家指出:“生命系統(tǒng)實(shí)際上就是液晶,更精確地說(shuō),液晶態(tài)在活的細(xì)胞中無(wú)疑是存在的”v細(xì)胞膜中的磷脂可形成溶致型液晶;v構(gòu)成生命的基礎(chǔ)物質(zhì)DNA 和RNA 屬于生物性膽甾液晶,它們的螺旋結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為生物分子構(gòu)造中的共同特征;v植物中起光合作用的葉綠素也表現(xiàn)液晶的特性;v大多數(shù)生物體組織,如腦、神經(jīng)、肌肉、血液等和生命現(xiàn)象關(guān)系密切的主要組織是由溶致性大分子液晶構(gòu)成的。高分子液晶的發(fā)展前景v隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們將逐漸掌握蛋白質(zhì)、核酸、酶和類脂化合物的合成,并了解生物體活動(dòng)中使這些大分子發(fā)生結(jié)構(gòu)相變的環(huán)境,即形成液晶的環(huán)境,從而合成或“加工”出各種生物體組織,進(jìn)而能

23、夠得到各種人造器官、人造血液,為人類服務(wù)。v另一方面,人們可以細(xì)胞為藍(lán)本,設(shè)計(jì)并制造出具有自檢測(cè)、自判斷、自結(jié)論和自指令的新型“智能”材料,應(yīng)用于人類生命活動(dòng)中。高分子液晶的發(fā)展前景v可見(jiàn),由于高分子液晶作為一種較新的高分子材料,人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)還不足,但可以肯定在不遠(yuǎn)的將來(lái),高分子液晶的應(yīng)用會(huì)愈來(lái)愈廣泛,對(duì)人類的生存和發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。高分子液晶的發(fā)展前景熱致性高分子液晶熱致性高分子液晶 主鏈型熱致性高分子液晶中，最典型最重要主鏈型熱致性高分子液晶中，最典型最重要的代表是聚酯液晶。的代表是聚酯液晶。 1963年，年，卡布倫敦公司（卡布倫敦公司（Carborundum Co）首先成功地制備了首先

24、成功地制備了對(duì)羥基甲酸的均聚物對(duì)羥基甲酸的均聚物（PHB）。但由于）。但由于PHB的熔融溫度很高（的熔融溫度很高（600），在熔融之前，分子鏈已），在熔融之前，分子鏈已開(kāi)始降解。所以并沒(méi)有什么實(shí)用價(jià)值。開(kāi)始降解。所以并沒(méi)有什么實(shí)用價(jià)值。 70年代中，年代中，美國(guó)柯達(dá)公司的杰克遜美國(guó)柯達(dá)公司的杰克遜(Jackson)等人將等人將對(duì)羥對(duì)羥基苯甲酸與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基苯甲酸與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）共聚，成功獲）共聚，成功獲得了熱致性高分子液晶得了熱致性高分子液晶。 從結(jié)構(gòu)上看，從結(jié)構(gòu)上看，PET/PHB 共聚酯相當(dāng)于在剛性共聚酯相當(dāng)于在剛性的線性分子鏈中，嵌段地或無(wú)規(guī)地接入柔性間隔基的線

25、性分子鏈中，嵌段地或無(wú)規(guī)地接入柔性間隔基團(tuán)。改變共聚組成或改變間隔基團(tuán)的嵌入方式，可團(tuán)。改變共聚組成或改變間隔基團(tuán)的嵌入方式，可形成一系列的聚酯液晶。形成一系列的聚酯液晶。 PET/PHB共聚酯的制備包含了以下步驟：共聚酯的制備包含了以下步驟：1）對(duì)乙酰氧基苯甲酸（）對(duì)乙酰氧基苯甲酸（PABA）的制備）的制備HOCOOH+ CH3COOHNaAcOCOOH+ H2OCH3CO 2）在）在 275和惰性氣氛下，和惰性氣氛下，PET 在在 PABA作用下酸解，然后與作用下酸解，然后與PABA縮合成共聚酯。縮合成共聚酯。COCOOCH2CH2O+OCOOHCH3CO275N2COCOOH +COOC

26、H2CH2OOCH3CO減壓COCOOCOOCH2CH2O+ CH3COOH3）PABA的自縮聚的自縮聚 從以上反應(yīng)式可見(jiàn)，產(chǎn)物是各種均聚物和共聚從以上反應(yīng)式可見(jiàn)，產(chǎn)物是各種均聚物和共聚物的混合物。這種共聚酯的液晶范圍在物的混合物。這種共聚酯的液晶范圍在260410之間，之間，T高達(dá)高達(dá)150左右。左右。 以后，又研究成功了性能更好的第二代熱致性以后，又研究成功了性能更好的第二代熱致性聚酯液晶和第三代熱致性聚酯液晶。聚酯液晶和第三代熱致性聚酯液晶。 除了除了聚酯液晶聚酯液晶外，外，聚甲亞胺、聚芳醚砜、聚氨聚甲亞胺、聚芳醚砜、聚氨酯酯等主鏈型熱致性液晶也都有不少研究報(bào)道。等主鏈型熱致性液晶也都有

27、不少研究報(bào)道。OCOOHCH3COnCH3CO OCOn+（2n-1) CH3COOH主鏈型高分子液晶的相行為主鏈型高分子液晶的相行為 通過(guò)對(duì)共聚酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)與液晶相行為的關(guān)系通過(guò)對(duì)共聚酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)與液晶相行為的關(guān)系的大量研究，發(fā)現(xiàn)的大量研究，發(fā)現(xiàn)分子鏈中柔性鏈段的含量與分分子鏈中柔性鏈段的含量與分布、相對(duì)分子質(zhì)量、間隔基團(tuán)的含量和分布、取代布、相對(duì)分子質(zhì)量、間隔基團(tuán)的含量和分布、取代基的性質(zhì)基的性質(zhì)等因素均影響液晶的相行為。等因素均影響液晶的相行為。（1）共聚酯中柔性鏈段含量與分布的影響）共聚酯中柔性鏈段含量與分布的影響 研究表明，完全由剛性基團(tuán)連接的分子鏈由于熔融溫度研究表明，完全由剛性基

28、團(tuán)連接的分子鏈由于熔融溫度太高而無(wú)實(shí)用價(jià)值，必須引入柔性鏈段才能很好呈現(xiàn)液晶太高而無(wú)實(shí)用價(jià)值，必須引入柔性鏈段才能很好呈現(xiàn)液晶性。性。PET/PHB共聚酯為例，當(dāng)共聚酯為例，當(dāng)PET和和PHB的比例為的比例為40/60，50/50，60/40，70/30，80/20時(shí)，均呈現(xiàn)液晶性，而以時(shí)，均呈現(xiàn)液晶性，而以40/60的相區(qū)間溫度最寬。的相區(qū)間溫度最寬。 柔性鏈段越長(zhǎng)，液晶轉(zhuǎn)化溫度越低，相區(qū)間溫度范圍也越柔性鏈段越長(zhǎng)，液晶轉(zhuǎn)化溫度越低，相區(qū)間溫度范圍也越窄。柔性鏈段太長(zhǎng)則失去液晶性窄。柔性鏈段太長(zhǎng)則失去液晶性。 研究還表明，柔性鏈段的分布顯著影響共聚酯研究還表明，柔性鏈段的分布顯著影響共聚酯的

29、液晶性。的液晶性。交替共聚酯無(wú)液晶性，而嵌段和無(wú)規(guī)分交替共聚酯無(wú)液晶性，而嵌段和無(wú)規(guī)分布的共聚酯均呈現(xiàn)液晶性布的共聚酯均呈現(xiàn)液晶性。（2）相對(duì)分子質(zhì)量的影響）相對(duì)分子質(zhì)量的影響 研究表明，共聚酯液晶的清亮點(diǎn)研究表明，共聚酯液晶的清亮點(diǎn)Tcl隨其相對(duì)分隨其相對(duì)分子質(zhì)量的增加而上升。當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量增大至一定子質(zhì)量的增加而上升。當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量增大至一定數(shù)值后，清亮點(diǎn)趨于恒定。數(shù)值后，清亮點(diǎn)趨于恒定。布魯斯坦布魯斯坦(Blurmstein)據(jù)此總結(jié)出一經(jīng)驗(yàn)公式為：據(jù)此總結(jié)出一經(jīng)驗(yàn)公式為：其中，其中，C1和和C2為常數(shù)為常數(shù)。n21LCMCCT1（3）連接單元的影響）連接單元的影響 主鏈型高分子液晶中致

30、晶基團(tuán)間的連接單元主鏈型高分子液晶中致晶基團(tuán)間的連接單元的的結(jié)構(gòu)明顯影響其液晶相的形成。結(jié)構(gòu)明顯影響其液晶相的形成。間隔基團(tuán)的柔性越間隔基團(tuán)的柔性越大，液晶清亮點(diǎn)就越低大，液晶清亮點(diǎn)就越低。例如將連接單元。例如將連接單元CH2與與O相比，后者的柔性較大。其清亮點(diǎn)較低。相比，后者的柔性較大。其清亮點(diǎn)較低。又比如具有又比如具有(CH2)n連接單元團(tuán)的高分子液晶，連接單元團(tuán)的高分子液晶，隨隨n增大，柔性增加，則清亮點(diǎn)降低。增大，柔性增加，則清亮點(diǎn)降低。 （4）取代基的影響）取代基的影響 非極性取代基的引入影響了分子鏈的長(zhǎng)徑比和非極性取代基的引入影響了分子鏈的長(zhǎng)徑比和減弱了分子間的作用力，往往使高分子

31、液晶的清亮減弱了分子間的作用力，往往使高分子液晶的清亮點(diǎn)降低。點(diǎn)降低。 極性取代基使分子鏈間作用力增加。因此極性取代基使分子鏈間作用力增加。因此取代取代基極性越大，高分子液晶的清亮點(diǎn)越高。取代基的基極性越大，高分子液晶的清亮點(diǎn)越高。取代基的對(duì)稱程度越高，清亮點(diǎn)也越高對(duì)稱程度越高，清亮點(diǎn)也越高。 （5）結(jié)構(gòu)單元連接方式的影響）結(jié)構(gòu)單元連接方式的影響 分子鏈中結(jié)構(gòu)單元可有頭分子鏈中結(jié)構(gòu)單元可有頭頭連接、頭頭連接、頭尾連尾連接、順式連接、反式連接等連接方式。研究表明，接、順式連接、反式連接等連接方式。研究表明，頭頭頭連接和順式連接使分子鏈剛性增加，清亮點(diǎn)頭連接和順式連接使分子鏈剛性增加，清亮點(diǎn)較高。

32、頭較高。頭尾連接和反式連接使分子鏈柔性增加，尾連接和反式連接使分子鏈柔性增加，則清亮點(diǎn)較低則清亮點(diǎn)較低。 TLCP在基體（在基體（TP）中成纖條件分析）中成纖條件分析vTLCP與與TP的粘度比小于或接近的粘度比小于或接近1；v由成纖機(jī)理可知，微纖形成的直接誘因是連續(xù)施加在分散相上的粘結(jié)力，兩組分的粘度比越小，由連續(xù)相施加到分散相上的粘結(jié)力就越大，微纖的長(zhǎng)徑比會(huì)越大，聚向度會(huì)越高。結(jié)果證明，當(dāng)分散相/連續(xù)相1時(shí),分散相很難發(fā)生形變；而分散相/連續(xù)相 9596%NanofiltrationUltrafiltrationMicrofiltrationAllows monovalent ions to

33、 passMgSO4 rejection 99%Allows salts, sugars, organic acids and smaller peptides to passPore size 0.11 mOnly suspended solids, bacteria and fat globules are rejectedmembraneSEM CharacterizationTypical UF(MF) membrane structure (cross-section)Non-woven support paperMembranePP or PE non-woven復(fù)合制膜工藝復(fù)合制

34、膜工藝 由由LS法制的膜，起分離作用的僅是接觸空氣法制的膜，起分離作用的僅是接觸空氣的極薄一層，稱為表面致密層。它的厚度約的極薄一層，稱為表面致密層。它的厚度約0.251m，相當(dāng)于總厚度的，相當(dāng)于總厚度的1/100左右。理論研究表明可左右。理論研究表明可知，膜的透過(guò)速率與膜的厚度成反比。而用知，膜的透過(guò)速率與膜的厚度成反比。而用LS法法制備表面層小于制備表面層小于0.1m的膜極為困難。為此，發(fā)展的膜極為困難。為此，發(fā)展了了復(fù)合制膜工藝復(fù)合制膜工藝。多孔支持膜涂覆交聯(lián)加熱形成超薄膜親水性高分子溶液的涂覆復(fù)合膜形成超薄膜的溶液交聯(lián)劑復(fù)合制膜工藝流程框圖復(fù)合制膜工藝流程框圖3.3 膜的結(jié)構(gòu)膜的結(jié)構(gòu)

35、膜的結(jié)構(gòu)主要是指膜的形態(tài)、膜的結(jié)晶態(tài)和膜膜的結(jié)構(gòu)主要是指膜的形態(tài)、膜的結(jié)晶態(tài)和膜的分子態(tài)結(jié)構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)的研究可以了解膜結(jié)構(gòu)與性能的分子態(tài)結(jié)構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)的研究可以了解膜結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，從而指導(dǎo)制備工藝，改進(jìn)膜的性能。的關(guān)系，從而指導(dǎo)制備工藝，改進(jìn)膜的性能。膜的形態(tài)膜的形態(tài) 用電鏡或光學(xué)顯微鏡觀察膜的截面和表面，可以用電鏡或光學(xué)顯微鏡觀察膜的截面和表面，可以了解膜的形態(tài)。了解膜的形態(tài)。1. 微孔膜微孔膜具有開(kāi)放式的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有開(kāi)放式的網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 微孔膜具有開(kāi)放式的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，形成機(jī)理為：微孔膜具有開(kāi)放式的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，形成機(jī)理為：制膜液成膜后，溶劑首先從膜表面開(kāi)始蒸發(fā)，形成制膜液成膜后，溶劑首先從膜表面開(kāi)始

36、蒸發(fā)，形成表面層。表面層下面仍為制膜液。溶劑以氣泡的形表面層。表面層下面仍為制膜液。溶劑以氣泡的形式上升，升至表面時(shí)就形成大小不等的泡。這種泡式上升，升至表面時(shí)就形成大小不等的泡。這種泡隨著溶劑的揮發(fā)而變形破裂，形成孔洞。此外，氣隨著溶劑的揮發(fā)而變形破裂，形成孔洞。此外，氣泡也會(huì)由于種種原因在膜內(nèi)部各種位置停留，并發(fā)泡也會(huì)由于種種原因在膜內(nèi)部各種位置停留，并發(fā)生重疊，從而形成大小不等的網(wǎng)格。生重疊，從而形成大小不等的網(wǎng)格。 開(kāi)放式網(wǎng)格的孔徑一般在開(kāi)放式網(wǎng)格的孔徑一般在0.11m之間，可以之間，可以讓離子、分子等通過(guò)，但不能使微粒、膠體、細(xì)菌讓離子、分子等通過(guò)，但不能使微粒、膠體、細(xì)菌等通過(guò)。等

37、通過(guò)。 2 微孔過(guò)濾技術(shù)微孔過(guò)濾技術(shù) 微孔過(guò)濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，是以微孔過(guò)濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，是以靜靜壓差為推動(dòng)力壓差為推動(dòng)力，利用篩網(wǎng)狀過(guò)濾介質(zhì)膜的，利用篩網(wǎng)狀過(guò)濾介質(zhì)膜的“篩分篩分”作用進(jìn)行分離的膜過(guò)程。實(shí)施微孔作用進(jìn)行分離的膜過(guò)程。實(shí)施微孔過(guò)濾的膜稱為過(guò)濾的膜稱為微孔膜微孔膜。 微孔膜是均勻的多孔薄膜，微孔膜是均勻的多孔薄膜，厚度在厚度在90150m左右，過(guò)濾粒徑在左右，過(guò)濾粒徑在0.02510m之間，操作壓在之間，操作壓在0.010.2MPa。到目前為止，國(guó)內(nèi)外商品化的微孔。到目前為止，國(guó)內(nèi)外商品化的微孔膜約有膜約有13類，總計(jì)類，總計(jì)400多種。多種。 微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)為：微

38、孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)為： 孔徑均勻，過(guò)濾精度高。能將液體中所有大孔徑均勻，過(guò)濾精度高。能將液體中所有大于制定孔徑的微粒全部截留；于制定孔徑的微粒全部截留； 孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度為孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度為107孔孔/cm2，微孔體積占膜總體積的，微孔體積占膜總體積的7080。由。由于膜很薄，阻力小，其過(guò)濾速度較常規(guī)過(guò)濾介質(zhì)快于膜很薄，阻力小，其過(guò)濾速度較常規(guī)過(guò)濾介質(zhì)快幾十倍；幾十倍； 無(wú)吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在無(wú)吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90150m之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。 無(wú)介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子材料，無(wú)介質(zhì)脫落

39、。微孔膜為均一的高分子材料，過(guò)濾時(shí)沒(méi)有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的過(guò)濾時(shí)沒(méi)有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液。濾液。 微孔膜的缺點(diǎn)：微孔膜的缺點(diǎn)： 顆粒容量較小，易被堵塞；顆粒容量較小，易被堵塞； 使用時(shí)必須有前道過(guò)濾的配合，否則無(wú)法正使用時(shí)必須有前道過(guò)濾的配合，否則無(wú)法正常工作。常工作。微孔過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域微孔過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 微孔過(guò)濾技術(shù)目前主要在以下方面得到應(yīng)用：微孔過(guò)濾技術(shù)目前主要在以下方面得到應(yīng)用：（1）微粒和細(xì)菌的過(guò)濾。）微粒和細(xì)菌的過(guò)濾?？捎糜谒母叨葍艋⒖捎糜谒母叨葍艋?、食品和飲料的除菌、藥液的過(guò)濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣食品和飲料的除菌、藥液的過(guò)濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化

40、和除菌等。凈化和除菌等。（2）微粒和細(xì)菌的檢測(cè)。）微粒和細(xì)菌的檢測(cè)。微孔膜可作為微粒和細(xì)微孔膜可作為微粒和細(xì)菌的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測(cè)定。菌的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測(cè)定。（3）氣體、溶液和水的凈化。）氣體、溶液和水的凈化。大氣中懸浮的塵埃、大氣中懸浮的塵埃、 纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。的微小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。（4）食糖與酒類的精制。）食糖與酒類的精制。微孔膜對(duì)食糖溶液和啤、微孔膜對(duì)食糖溶液和啤、黃酒等酒類進(jìn)行過(guò)濾，可除去食糖中的雜質(zhì)、酒類黃酒等酒類進(jìn)行過(guò)濾

41、，可除去食糖中的雜質(zhì)、酒類中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純度和中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純度和酒類產(chǎn)品的清澈度，延長(zhǎng)存放期。由于是常溫操酒類產(chǎn)品的清澈度，延長(zhǎng)存放期。由于是常溫操作，不會(huì)使酒類產(chǎn)品變味。作，不會(huì)使酒類產(chǎn)品變味。（5）藥物的除菌和除微粒。）藥物的除菌和除微粒。以前藥物的滅菌主要采以前藥物的滅菌主要采用熱壓法。但是熱壓法滅菌時(shí)，細(xì)菌的尸體仍留在用熱壓法。但是熱壓法滅菌時(shí)，細(xì)菌的尸體仍留在藥品中。而且對(duì)于熱敏性藥物，如胰島素、血清蛋藥品中。而且對(duì)于熱敏性藥物，如胰島素、血清蛋白等不能采用熱壓法滅菌。對(duì)于這類情況，微孔膜白等不能采用熱壓法滅菌。對(duì)于這類情況，微孔膜有

42、突出的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)微孔膜過(guò)濾后，細(xì)菌被截留，有突出的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)微孔膜過(guò)濾后，細(xì)菌被截留，無(wú)細(xì)菌尸體殘留在藥物中。常溫操作也不會(huì)引起藥無(wú)細(xì)菌尸體殘留在藥物中。常溫操作也不會(huì)引起藥物的受熱破壞和變性。物的受熱破壞和變性。 許多液態(tài)藥物，如注射液、眼藥水等，用常規(guī)的許多液態(tài)藥物，如注射液、眼藥水等，用常規(guī)的過(guò)濾技術(shù)難以達(dá)到要求，必須采用微濾技術(shù)。過(guò)濾技術(shù)難以達(dá)到要求，必須采用微濾技術(shù)。 微孔過(guò)濾、超濾和反滲透技術(shù)的原理和操作特微孔過(guò)濾、超濾和反滲透技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較如表所示。點(diǎn)比較如表所示。 反滲透、超濾和微孔過(guò)濾技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較反滲透、超濾和微孔過(guò)濾技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較分離技術(shù)類型

43、分離技術(shù)類型反滲透反滲透超濾超濾微孔過(guò)濾微孔過(guò)濾膜的形式膜的形式表面致密的非對(duì)稱膜、復(fù)合膜等表面致密的非對(duì)稱膜、復(fù)合膜等非對(duì)稱膜，表面有微孔非對(duì)稱膜，表面有微孔微孔膜微孔膜膜材料膜材料纖維素、聚酰胺等纖維素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等聚丙烯腈、聚砜等纖維素、纖維素、PVC等等操作壓力操作壓力 /MPa21000.10.50.010.2分離的物質(zhì)分離的物質(zhì)分子量小于分子量小于500的小分子物質(zhì)的小分子物質(zhì)分子量大于分子量大于500的大分子和的大分子和細(xì)小膠體微粒細(xì)小膠體微粒0.110m的粒子的粒子分離機(jī)理分離機(jī)理非簡(jiǎn)單篩分，膜的物化性能對(duì)分離非簡(jiǎn)單篩分，膜的物化性能對(duì)分離起主要作用起主要作用篩分，

44、膜的物化性能對(duì)分篩分，膜的物化性能對(duì)分離起一定作用離起一定作用篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)對(duì)分離起決定作用對(duì)分離起決定作用水的滲透通量水的滲透通量 /(m3.m-2.d-1)0.12.50.55202002 納濾技術(shù)納濾技術(shù)納濾膜的特點(diǎn)納濾膜的特點(diǎn) 納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，出來(lái)的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，早期被稱作早期被稱作低壓反滲透膜低壓反滲透膜或或松散反滲透膜松散反滲透膜。目前，。目前，納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來(lái)，成為獨(dú)立的分納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來(lái)，成為獨(dú)立的

45、分離技術(shù)。離技術(shù)。 納濾膜主要用于納濾膜主要用于截留粒徑在截留粒徑在0.11nm，分子量，分子量為為1000左右的物質(zhì)，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)透左右的物質(zhì)，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)透過(guò)，具有較小的操作壓（過(guò)，具有較小的操作壓（0.51MPa）。其被分離。其被分離物質(zhì)的尺寸介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述物質(zhì)的尺寸介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述兩種膜有所交叉。兩種膜有所交叉。 目前關(guān)于納濾膜的研究多集中在應(yīng)用方面，而有目前關(guān)于納濾膜的研究多集中在應(yīng)用方面，而有關(guān)納濾膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機(jī)理等的研究還關(guān)納濾膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機(jī)理等的研究還不夠系統(tǒng)、全面。進(jìn)一步改進(jìn)納濾膜的制作工藝

46、，不夠系統(tǒng)、全面。進(jìn)一步改進(jìn)納濾膜的制作工藝，研究膜材料改性，將可極大提高納濾膜的分離效果研究膜材料改性，將可極大提高納濾膜的分離效果與清洗周期。與清洗周期。 納濾膜及其技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域納濾膜及其技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 納濾技術(shù)最早也是應(yīng)用于納濾技術(shù)最早也是應(yīng)用于海水及苦咸水的淡化海水及苦咸水的淡化方面。由于該技術(shù)對(duì)低價(jià)離子與高價(jià)離子的分離特方面。由于該技術(shù)對(duì)低價(jià)離子與高價(jià)離子的分離特性良好，因此在硬度高和有機(jī)物含量高、濁度低的性良好，因此在硬度高和有機(jī)物含量高、濁度低的原水處理及高純水制備中頗受矚目；在食品行業(yè)原水處理及高純水制備中頗受矚目；在食品行業(yè)中，納濾膜可用于中，納濾膜可用于果汁生產(chǎn)果汁生產(chǎn)，

47、大大節(jié)省能源；在醫(yī)，大大節(jié)省能源；在醫(yī)藥行業(yè)可用于藥行業(yè)可用于氨基酸生產(chǎn)、抗生素回收氨基酸生產(chǎn)、抗生素回收等方面；在等方面；在石化生產(chǎn)的石化生產(chǎn)的催化劑分離回收催化劑分離回收等方面更有著不可比擬等方面更有著不可比擬的作用。的作用。三元熱力學(xué)成膜體系相圖三元熱力學(xué)成膜體系相圖 分相線左移使初生態(tài)膜達(dá)到相分離所需凝固浴將減少，使得均相區(qū)變小，分相區(qū)變大，易于分相。 H2O5.07.510.012.515.0溶質(zhì)0.02.55.07.510.0DMAC85.087.590.092.595.0121.純PES； 2.PES/SiO2為80/20 膜分離動(dòng)力學(xué)膜分離動(dòng)力學(xué)3 氣體分離膜氣體分離膜氣體分離

48、膜的分離機(jī)理氣體分離膜的分離機(jī)理 氣體分離膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多孔氣體分離膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多孔膜。它們的分離機(jī)理各不相同。膜。它們的分離機(jī)理各不相同。（1）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴(kuò)散機(jī)理）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴(kuò)散機(jī)理 該理論認(rèn)為，氣體選擇性透過(guò)非多孔均質(zhì)膜分該理論認(rèn)為，氣體選擇性透過(guò)非多孔均質(zhì)膜分四步進(jìn)行：四步進(jìn)行：氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解的分子由于濃度梯度進(jìn)行活性擴(kuò)散，分子在膜的另的分子由于濃度梯度進(jìn)行活性擴(kuò)散，分子在膜的另一側(cè)逸出一側(cè)逸出。根據(jù)這一機(jī)理，研究結(jié)論如下：根據(jù)這一機(jī)理，研究結(jié)論如下： 1) 氣體的透過(guò)量氣體的透過(guò)量q與擴(kuò)

49、散系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)D、溶解度系數(shù)、溶解度系數(shù)S和氣體滲透系數(shù)成正比。而這些參數(shù)與膜材料的性和氣體滲透系數(shù)成正比。而這些參數(shù)與膜材料的性質(zhì)直接有關(guān)。質(zhì)直接有關(guān)。 2) 在穩(wěn)態(tài)時(shí)，氣體透過(guò)量在穩(wěn)態(tài)時(shí)，氣體透過(guò)量q與膜面積與膜面積A和時(shí)間和時(shí)間t成成正比。正比。 3) 氣體透過(guò)量與膜的厚度氣體透過(guò)量與膜的厚度l成反比。成反比。 擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)D和溶解度系數(shù)和溶解度系數(shù)S與物質(zhì)的擴(kuò)散活化能與物質(zhì)的擴(kuò)散活化能ED和滲透活化能和滲透活化能Ep有關(guān)，而有關(guān)，而ED 和和Ep又直接與分子大又直接與分子大小和膜的性能有關(guān)。小和膜的性能有關(guān)。分子越小，分子越小， Ep也越小，就越易也越小，就越易擴(kuò)散擴(kuò)散。 這就是膜具有選擇性分離作用的理論依據(jù)。這就是膜具有選擇性分離作用的理論依據(jù)。 高分子膜在其高分子膜在其Tg以上時(shí)，存在鏈段運(yùn)動(dòng)，自由以上時(shí)，存在鏈段運(yùn)動(dòng)，自由體積增大。因此，體積增大。因此，對(duì)大部分氣體來(lái)說(shuō)，在高分子膜對(duì)大部分氣體來(lái)說(shuō)，在高分子膜的的Tg前后，前后，D和和s的變化將出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折的變化將出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折。 值得指出，在實(shí)際應(yīng)用中，通常不是通過(guò)加大值得指出，在實(shí)際應(yīng)用中，通常不是通過(guò)加大兩側(cè)的壓力差（兩側(cè)的壓力差（p）來(lái)提高）來(lái)提高q值，而是采用增加表值，而是采用增加表面積面積A、增加膜的滲透系數(shù)和減小膜的厚度的方法、增加膜的滲透系數(shù)和減小膜的厚度的