功能高分子材料

功能高分子材料(總6頁)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOnel-CAL-本頁僅作為文檔封面，使用請直接刪除《功能高分子材料》復(fù)習(xí)1、說明離子交換樹脂的類型及作用機理？試述離子交換樹脂的主要用途。類型與作用機理：（1）離子交換樹脂分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩大類。能解離出陽離子、并能與外來陽離子進(jìn)行交換的樹脂被稱作陽離子交換樹脂；能解離出陰離子、并能與外來陰離子進(jìn)行交換的樹脂被稱作陰離子交換樹脂。（2）按其物理結(jié)構(gòu)的不同，可將離子交換樹脂分為凝膠型、大孔型和載體型三類。（3）氧化還原樹脂。指帶有能與周圍活性物質(zhì)進(jìn)行電子交換、發(fā)生氧化還原反應(yīng)的一類樹脂。在交換過程中，樹脂失去電子，由原來的還原形式轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸问?，而周圍的物質(zhì)被還原。（4）兩性樹脂。兩性樹脂中的兩種功能基團是以共價鍵連接在樹脂骨架上的，互相靠得較近，呈中和狀態(tài)。但遇到溶液中的離子時，卻能起交換作用。樹脂使用后，只需大量的水淋洗即可再生，恢復(fù)到樹脂原來的形式。（5）熱再生樹脂。在同一樹脂骨架中帶有弱酸性和弱堿性離子交換基團。（6）螯合樹脂。用途：（1）水處理。水處理包括水質(zhì)的軟化、水的脫鹽和高純水的制備等。（2）冶金工業(yè)。離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操作之一，離子交換樹脂還可用于選礦。（3）原子能工業(yè)。利用離子交換樹脂對核燃料進(jìn)行分離、提純、精制、回收等。離子交換樹脂還是原子能工業(yè)廢水去除放射性污染處理的主要方法。（4）海洋資源利用。利用離子交換樹脂，可從許多海洋生物中提取碘、漠、鎂等重要化工原料。（5）化學(xué)工業(yè)。離子交換樹脂普遍用于多種無機、有機化合物的分離、提純，濃縮和回收等。離子交換樹脂用作化學(xué)反應(yīng)催化劑，可大大提高催化效率。（6）食品工業(yè)。離子交換樹脂在制糖、釀酒、煙草、乳品、飲料、調(diào)味品等食品加工中都有廣泛的應(yīng)用。（7）醫(yī)藥衛(wèi)生。離子交換樹脂在醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)中被大量應(yīng)用。（8）環(huán)境保護。離子交換樹脂在廢水，廢氣的濃縮、處理、分離、回收及分析檢測上都有重要應(yīng)用。2、按膜的功能簡述高分子分離膜的分類及其分離機理。（1）分離功能膜（包括氣體分離膜、液體分離膜、離子交換膜、化學(xué)功能膜）（2）能量轉(zhuǎn)化功能膜（包括濃差能量轉(zhuǎn)化膜、光能轉(zhuǎn)化膜、機械能轉(zhuǎn)化膜、電能轉(zhuǎn)化膜，導(dǎo)電膜）（3）生物功能膜（包括探感膜、生物反應(yīng)器、醫(yī)用膜）膜分離的機理主要是兩種：過篩作用和溶解擴散作用。過篩作用類似于物理過篩過程，與常見的篩網(wǎng)材料相比，膜的孔徑要小的多。被分離物能否通過篩網(wǎng)取決于物質(zhì)粒徑尺寸和網(wǎng)孔的大小。溶解擴散作用是指當(dāng)膜材料對某些物質(zhì)具有一定溶解能力時，在外力作用下被溶解物質(zhì)能夠在膜中擴散運動，從膜的一側(cè)擴散到另一側(cè)，再離開膜。3、高吸水性樹脂為什么能大量吸水并保水答：高吸水性樹脂的分子中含有極性基團，并具有一定的交聯(lián)度，是一種三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其吸水方式既有物理吸附，又有化學(xué)吸附和網(wǎng)絡(luò)吸附，因此它具有神奇的吸水能力。4、試分析影響高吸水性樹脂吸水能力的因素。答：一，交聯(lián)度：交聯(lián)度要適中，未經(jīng)交聯(lián)一般不具備吸水性，交聯(lián)度過高又會抑制吸水性。二，水解度：高吸水性樹脂的吸水率一般隨水解度的增加而增加，但水解度過高，交聯(lián)劑部分也將發(fā)生水解而斷裂，使樹脂的網(wǎng)格受到破壞，從而影響吸水性。三，PH值與鹽分：因為酸、堿、鹽的存在，一方面影響親水的羧酸鹽基團的解離，另一方面由于鹽效應(yīng)而使原來在水中應(yīng)擴張的網(wǎng)格收縮，與水分子的親和力降低。5、分三個階段簡述SAP的吸水原理。（1）通過毛細(xì)管吸附和分散作用吸水。（2）水分子通過氫鍵與樹脂的親水基團作用，親水基團離解，離子之間的靜電排斥力使樹脂的網(wǎng)絡(luò)擴張。（3）隨著吸水量的增大，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的滲透壓差趨向于零；而網(wǎng)絡(luò)擴張的同時，其彈性收縮力也在增加，逐漸抵消陰離子的靜電排斥，最終達(dá)到吸水平衡。6、對醫(yī)用高分子材料的基本要求（簡單分析）。由于醫(yī)用高分子與人們的健康密切相關(guān)，因此對進(jìn)入臨床使用階段的醫(yī)用高分子材料具有嚴(yán)格的要求，要求有十分優(yōu)良的特性。歸納起來，應(yīng)具備了以下七個方面性能：化學(xué)隋性，不會因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)。因為人體環(huán)境對高分子材料有一些影響，因此不希望其因與體液接觸而發(fā)生反應(yīng)。有時候希望其分解的，要在分解過程中，不應(yīng)產(chǎn)生對人體有害的副產(chǎn)物。對人體組織不會引起炎癥或異物反應(yīng)。有些高分子材料本在合成、加工過程中不可避免地會殘留一些單體，或使用一些添加劑。這些單體和添加劑會引起炎癥或組織畸變，嚴(yán)重的可引起全身性反應(yīng)。不會致癌。因為高分子材料本身的性質(zhì)，如化學(xué)組成、交聯(lián)度、相對分子質(zhì)量及其分布、分子鏈構(gòu)象、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、高分子材料中所含的雜質(zhì)、殘留單體、添加劑都可能與致癌因素有關(guān)。具有良好的血液相容性。當(dāng)高分子材料用于人工臟器植入人體后，必然要長時間與體內(nèi)的血液接觸。因此，醫(yī)用高分子對血液的相容性是所有性能中最重要的。長期植入體內(nèi)不會減小機械強度。人工臟器一旦植入體內(nèi)，將長期存留。要求植入體內(nèi)的高分子材料，不會很快失去原有的機械強度。能經(jīng)受必要的清潔消毒措施而不產(chǎn)生變性。高分子材料能耐受蒸汽滅菌、化學(xué)滅菌、丫射線滅菌。易于加工成需要的復(fù)雜形狀。人工臟器往往具有很復(fù)雜的形狀，用于人工臟器的高分子材料應(yīng)具有優(yōu)良的成型性能。7、電致發(fā)光高分子材料的結(jié)構(gòu)，原理及其應(yīng)用結(jié)構(gòu)：有機、聚合物薄膜EL器件是通過電子、空穴載流子的注入和復(fù)合而發(fā)光的器件的結(jié)構(gòu)包括單層和多層兩大類。單層EL器件由陰極、發(fā)射層和陽極組成。為了提高載流子的注入效率和發(fā)光效率在陰極或陽極與發(fā)射層之問加入電子輸運層或空穴輸運層，從而得到了雙層或多層EL器件原理:1.載流子的注入從陰極和陽極注入。2.載流子的遷移電子和空穴分別向發(fā)光層遷移。3.載流子的空穴和遷移電子在發(fā)光層中相遇復(fù)合并產(chǎn)生激子。4.激子將能量傳遞給發(fā)光分子并激發(fā)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。5.電致發(fā)光激發(fā)態(tài)能量通過輻射耗散產(chǎn)生光子釋放出光能。應(yīng)用：主要材料：空穴注入材料，電子注入材料，電子傳輸層材料，熒光或磷光發(fā)射層材料；輔助材料：電子和空穴阻擋層材料，在發(fā)光層添加熒光染料和磷光染料8、設(shè)計一個實驗，制備苯乙烯系強酸型陽離子交換樹脂。將1gBPO溶于80g苯乙烯與20g二乙烯基苯（純度50%）的混合單體中。攪拌下加入含有5g明膠的500mL去離子水中，分散至所預(yù)計的粒度。從70°C逐步升溫至95°C，反應(yīng)8?10h，得球狀共聚物。過濾、水洗后于100?120°C下烘干。即成“白球”。將100g干燥球狀共聚物置于二氯乙烷中溶脹。加入500g濃硫酸（98%），于95?100C下加熱磺化5?10h。反應(yīng)結(jié)束后，蒸去溶劑，過剩的硫酸用水慢慢洗去。然后用氫氧化鈉處理，使之轉(zhuǎn)換成Na型樹脂，即得成品。9、造紙廠的廢水中通常含有短鏈纖維，無機堿，有機小分子和水，請結(jié)合膜分離設(shè)計一個合理的分離工藝。首先用超濾膜分離出短鏈纖維；2.用納濾膜分離出有機小分子；3.用反滲透膜分離出無機堿和水。10、簡述熱再生樹脂的工作原理。熱再生樹脂的工作原理如下：在室溫下，樹脂與鹽溶液接觸，反應(yīng)向右進(jìn)行，羧酸基中的H+轉(zhuǎn)移到弱堿性的胺基上，形成銨鹽。羧酸根離子起了陽離子交換基團的作用，弱堿性￡團則與水中郵：頃羧酸基轉(zhuǎn)移來也構(gòu)成鹽。R_COONa+R'NR”HC1這種由弱酸和弱堿將成的鹽的平衡對熱十分敏庖。當(dāng)加熱到80C左右時，水的2解離大約比在25C時高30倍。大量生成的H+和OH一離子抑制了樹脂原來的解離，使樹脂中交換基團構(gòu)成的鹽的水解，從而平衡向左移動，好像外加了酸或堿一樣，達(dá)到了再生的目的。11、功能高分子材料的化學(xué)制備方法通常有功能單體的高分子化和高分子材料的功能化兩種方式，簡述各自的優(yōu)缺點。（1）功能單體的高分子化：優(yōu)點：可以使生成的功能高分子功能基分布均勻，生產(chǎn)的聚合物結(jié)構(gòu)可以通過小分子分析和聚合機理加以測定，產(chǎn)物的穩(wěn)定性較好。缺點：在功能型小分子中需要引入可聚合單體，而這種引入常常需要復(fù)雜的合成反應(yīng)；要求在反應(yīng)中不破壞原有分子結(jié)構(gòu)和功能；當(dāng)需要引入的功能基穩(wěn)定性不好時需要加以保護；引入功能基后對單體聚合活性的影響也常是需要考慮的因素。（2）高分子材料的功能化：優(yōu)點：可以利用廉價的商品化聚合物，并且通過對高分子材料的選擇，使得到的功能高分子材料機械性能比較有保障。缺點：共混物不夠穩(wěn)定，在使用條件下（如溶脹、成膜等）功能聚合物容易由于功能性小分子的流失而逐步失去活性。12、簡述離子交換樹脂的種類和主要功能，舉出兩個制備的實例（以反應(yīng)方程式簡要描述）。按照交換基團的性質(zhì)分類可以分為陰、陽離子交換樹脂兩大類，又各分強、弱兩種類型。主要功能有離子交換功能、吸附功能、脫水功能、催化功能等。苯乙烯與二乙烯苯共聚再經(jīng)過磺化反應(yīng)和中和反應(yīng)得到強酸型陽離子交換樹脂，苯乙烯與二乙烯苯共聚物經(jīng)過氯甲基化和胺基化反應(yīng)可得到強堿型陰離子交換樹脂。13、闡述高吸水性樹脂的吸水和保水機理，以及影響吸水性能的主要因素。（1）吸水：從化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)看，高吸水性樹脂是分子中含有親水性基團和疏水性基團的交聯(lián)型高分子;從直觀上理解，當(dāng)親水性基團與水分子接觸時，會相互作用形成各種水合狀態(tài)。（2）保水：水分子進(jìn)入高分子網(wǎng)格后，由于網(wǎng)格的彈性束縛，水分子的熱運動受到限制，不易重新從網(wǎng)格中逸出，因此，具有良好的保水性。（3）影響因素：交聯(lián)度：（高吸水性樹脂在未經(jīng)交聯(lián)前，一般是水溶性的，不具備吸水性或吸水性很低，因此通常需要進(jìn)行交聯(lián)，交聯(lián)密度過高對吸水性并無好處。交聯(lián)密度過高，一方面，網(wǎng)格太小而影響水分子的滲透，另一方面，橡膠彈性的作用增大，也不利于水分子向網(wǎng)格內(nèi)的滲透，因此造成吸水能力的降低。）水解度：（高吸水性樹脂的吸水率一般隨水解度的增加而增加。當(dāng)水解度高于一定數(shù)值后，吸水率反而下降。這是因為隨著水解度的增加，親水性基團的數(shù)目固然增加，但交聯(lián)劑部分也將發(fā)生水解而斷裂，使樹脂的網(wǎng)格受到破壞，從而影響吸水性。）被吸液的pH值與鹽分：（高吸水性樹脂是高分子電解質(zhì)，水中鹽類物質(zhì)的存在和pH值的變化都會顯著影響樹脂的吸水能力。酸、堿、鹽的存在，一方面影響親水的羧酸鹽基團的解離，另一方面由于鹽效應(yīng)而使原來在水中應(yīng)擴張的網(wǎng)格收縮，與水分子的親和力降低，因此吸水率降低。）樹脂形態(tài)：（在樹脂的化學(xué)組成、交聯(lián)度等因素都確定之后。高吸水性樹脂的吸水速度主要受其形態(tài)所影響，樹脂的表面積越大，吸水速度也越快。）14、寫出相轉(zhuǎn)化法制備高分子分離膜的流程圖，并簡述膜分離的可能機理。微孔過濾（是以靜壓差為推動力，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過程。）超濾（超濾技術(shù)的核心部件是超濾膜，分離截留的原理為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過膜上的微孔，而大于孔徑的微粒則被截留。）反滲透（這一過程的推動力是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增大。當(dāng)液面升高至一定時，滲透達(dá)到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為滲透壓。滲透過程達(dá)到平衡后，水不度差為傳質(zhì)動力，使料液中待分離溶質(zhì)在膜內(nèi)相富集濃縮，分離待分離物質(zhì)。）納濾（納濾是在壓力差推動力作用下，鹽及小分子物質(zhì)透過納濾膜，而截留大分子物質(zhì)的一種液液分離方法）滲析（利用半透膜能透過小分子和離子但不能透過膠體粒子的性質(zhì)從溶膠中除掉作為雜質(zhì)的小分子或離子的過程。）電滲析（在直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，實現(xiàn)溶液的淡化、濃縮及鈍化；也可通過電滲析實現(xiàn)鹽的電解，制備氯氣和氫氧化鈉等。）液膜（它利用選擇透過性原理，以膜兩側(cè)的溶質(zhì)化學(xué)濃的推動力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達(dá)到分離目的的一種膜分離方法。）滲透蒸發(fā)（指液體混合物在膜兩側(cè)組分的蒸氣分壓差再有滲透，滲透通量為零。）蓮花效應(yīng)（論述）蓮花效應(yīng)主要是指蓮花表面具有超疏水以及自潔的特性。由于蓮葉具有疏水、不吸水的表面，落在葉面上的雨水會因表面張力的作用形成水珠。在表面張力作用下，水與超疏水表面會有一接觸角，水與葉面的接觸角（contactangle）會大于140度，只要葉面稍微傾斜，水珠就會滾離葉面。因此，即使經(jīng)過一場傾盆大雨，蓮葉的表面總是能保持干燥；滾動的水珠會順便把