第六章功能高分子材料

第六章功能高分子材料

Functionalpolymers三大支柱產(chǎn)業(yè)能源材料信息是能源和信息發(fā)展的基礎(chǔ)材料有機(jī)合成材料是材料工業(yè)的一個(gè)重要方面時(shí)代的劃分常以材料為標(biāo)志石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代、鋼鐵時(shí)代、高分子時(shí)代6.1高分子材料科學(xué)的歷史回顧高分子的概念始于20世紀(jì)20年代，但應(yīng)用更早。1839年，美國人Goodyear發(fā)明硫化橡膠。1855年，英國人Parks用硝化纖維素與樟腦混合制得賽璐珞。1889年，法國人DeChardonnet（夏爾多內(nèi)）發(fā)明人造絲。1907年，酚醛樹脂誕生。1920年，德國人Staudinger發(fā)表了“論聚合”的論文，提出了高分子的概念，并預(yù)測了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的結(jié)構(gòu)。1935年，Carothes發(fā)明尼龍66，1938年工業(yè)化。30年代，一系列烯烴類加聚物被合成出來并工業(yè)化，PVC（1927～1937），PVAc（1936），PMMA（1927～1931），PS（1934～1937），LDPE（1939）。自由基聚合發(fā)展。高分子溶液理論在30年代建立，并成功測定了聚合物的分子量。Flory為此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。40年代，二次大戰(zhàn)促進(jìn)了高分子材料的發(fā)展，一大批重要的橡膠和塑料被合成出來。丁苯橡膠（1937），丁腈橡膠（1937），丁基橡膠（1940），有機(jī)氟材料（1943），ABS（1947），滌綸樹脂（1940～1950）。50年代，Ziegler和Natta發(fā)明配位聚合催化劑，制得高密度PE和有規(guī)PP，低級(jí)烯烴得到利用。1956年，美國人Szwarc發(fā)明活性陰離子聚合，開創(chuàng)了高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先河。50年后期至60年代，大量高分子工程材料問世。聚甲醛（1956），聚碳酸酯（1957），聚砜（1965），聚苯醚（1964），聚酰亞胺（1962）。60年代以后，特種高分子和功能高分子得到發(fā)展。特種高分子：高強(qiáng)度、耐高溫、耐輻射、高頻絕緣、半導(dǎo)體等。

功能高分子：分離材料（離子交換樹脂、分離膜等）、導(dǎo)電高分子、感光高分子、高分子催化劑、高吸水性樹脂、醫(yī)用高分子、藥用高分子、高分子液晶等。80年代以后，新的聚合方法和新結(jié)構(gòu)的聚合物不斷出現(xiàn)和發(fā)展。新的聚合方法：陽離子活性聚合、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合、活性自由基聚合、等離子聚合等等；新結(jié)構(gòu)的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星狀聚合物、樹枝狀聚合物、超支化聚合物、含C60聚合物等等。功能：指從外部向材料輸入信號(hào)時(shí)，材料內(nèi)部發(fā)生質(zhì)和量的變化而產(chǎn)生輸出的特性。例如，材料在受到外部光的輸入時(shí)，材料可以輸出電性能，稱為材料的光電功能；材料在受到多種介質(zhì)作用時(shí)，能有選擇地分離出其中某些介質(zhì)，稱為材料的選擇分離性。此外，如壓電性、藥物緩釋放性等，都屬于功能的范疇。

6.1.1．功能高分子材料1、功能高分子材料的涵義具有新型骨架結(jié)構(gòu)的高分子材料和在天然或合成高分子的主鏈或支鏈上引入某種功能的官能團(tuán)，使其顯示出在光、電、磁、聲、熱、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等方面的特殊功能的高分子。功能高分子光敏高分子導(dǎo)電高分子高分子催化劑與試劑微生物降解高分子生物醫(yī)藥高分子高分子吸附劑高分子膜高吸水性樹脂交換型高分子感光樹脂光致變色高分子光導(dǎo)電高分子高分子半導(dǎo)體高分子導(dǎo)體超導(dǎo)高分子離子交換樹脂電子交換樹脂高分子藥物醫(yī)用高分子仿生高分子6.1.2、功能高分子材料的品種和分類6.1.3功能高分子材料的發(fā)展與展望6.1.3.1功能高分子發(fā)展的背景1.經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要自從1920年施道丁格（H.Staudinger）建立大分子概念以來，高分子材料以驚人的速度得到發(fā)展。至20世紀(jì)60年代，高分子材料工業(yè)化已基本完善，解決了人們的衣著、日用品和工業(yè)材料等需求。通用高分子和工程用高分子的世界總產(chǎn)量已超過幾千萬噸/年，特種高分子則為幾十萬噸/年。2.科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求80～90年代，科學(xué)技術(shù)有了迅速發(fā)展。能源、信息、電子和生命科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)高分子材料提出了新的要求。即要求高分子材料具有迄今還不曾有過的高性能和高功能，甚至要求既具有高功能亦具有高性能的高分子材料。

新能源的要求太陽能和氫將成為今后的主要能源。光電轉(zhuǎn)換材料就成為太陽能利用的關(guān)鍵。硅材料已進(jìn)入了實(shí)用階段。然而，按現(xiàn)在的能量轉(zhuǎn)換效率，對(duì)單晶硅的需要量實(shí)在太大。以日本為例，若利用太陽能達(dá)到當(dāng)前日本電力的1％，就需100μ的單晶硅至少2.7萬噸。這相當(dāng)于日本目前單晶硅總產(chǎn)量的90倍。為此，人們把注意力轉(zhuǎn)向可高效轉(zhuǎn)換太陽能的功能高分子材料。如換能型高分子分離膜的利用。

交通和宇航技術(shù)的要求既高速又節(jié)約能源是交通運(yùn)輸和宇航事業(yè)迫切需要解決的課題。采用功能高分子材料，在一定程度上解決了該難題。就目前的成就來看，波音757，767飛機(jī)采用Kavlar增強(qiáng)材料（一種由高分子液晶紡絲而成的高強(qiáng)纖維增強(qiáng)的材料），可省油50％。汽車工業(yè)采用高分子材料而實(shí)現(xiàn)輕型化，從而達(dá)到省油和高速的目的。

微電子技術(shù)的要求。高度集成化是微電子工業(yè)發(fā)展的趨勢。存儲(chǔ)容量將從目前的16K發(fā)展到256K。此時(shí)相應(yīng)的電路細(xì)度僅為1.5μm。因此，高功能的光致抗蝕材料（感光高分子）已成為微電子工業(yè)的關(guān)鍵材料之一。

生命科學(xué)的要求。人類對(duì)生命奧秘的探索，對(duì)建立一個(gè)潔凈、安全的世界的渴望，對(duì)征服癌癥等疾病的努力，均對(duì)高分子材料提出了功能的要求。例如，生物分離介質(zhì)的研制成功，使生命組成的各種組分能得以精細(xì)地分級(jí)，對(duì)生命科學(xué)的貢獻(xiàn)將是十分重大的。可降解性高分子材料的問世，將大大減緩白色公害對(duì)人類的危害?？傊δ芨叻肿硬牧显趪窠?jīng)濟(jì)建設(shè)和日常生活中將發(fā)揮越來越重要的作用，發(fā)展前景不可估量。當(dāng)然，目前的成就尚處于十分初級(jí)的階段，有待于進(jìn)一步研究和探索。6.2功能高分子材料功能設(shè)計(jì)與制備簡述

特種與功能高分子材料的特點(diǎn)在于他們特殊的“性能”和“功能”，因此在制備這些高分子材料的時(shí)候，分子設(shè)計(jì)成為十分關(guān)鍵的研究內(nèi)容。

設(shè)計(jì)一種能滿足一定需要的功能高分子材料高分子化學(xué)研究的一項(xiàng)主要目標(biāo)。具有良好性質(zhì)與功能的高分子材料的制備成功與否，在很大程度上取決于設(shè)計(jì)方法和制備路線的制定。

功能高分子材料的制備是通過化學(xué)或者物理的方法按照材料的設(shè)計(jì)要求將功能基與高分子骨架相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的。從上一世紀(jì)50年代起，活性聚合等一大批高分子合成新方法的出現(xiàn)，為高分子的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的手段，功能高分子的制備越來越“隨心所欲”。

目前采用的制備方法來看，功能高分子材料的制備可歸納為以下四種類型：功能性小分子材料的高分子化；已有高分子材料的功能化；多功能材料的復(fù)合；已有功能高分子材料的功能擴(kuò)展。

6.3具有化學(xué)反應(yīng)和分離功能的高分子材料6.3.1離子交換樹脂離子交換樹脂——是指具有離子交換基團(tuán)的高分子化合物。它具有一般聚合物所沒有的新功能——離子交換功能，本質(zhì)上屬于反應(yīng)性聚合物。離子交換樹脂是最早出現(xiàn)的功能高分子材料，其歷史可追溯到上一世紀(jì)30年代。1935年英國的Adams和Holmes發(fā)表了關(guān)于酚醛樹脂和苯胺甲醛樹脂的離子交換性能的工作報(bào)告，開創(chuàng)了離子交換樹脂領(lǐng)域，同時(shí)也開創(chuàng)了功能高分子領(lǐng)域。離子交換樹脂可以使水不經(jīng)過蒸餾而脫鹽，既簡便又節(jié)約能源。因此根據(jù)Adams和Holmes的發(fā)明，帶有磺酸基和氨基的酚醛樹脂很快就實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)并在水的脫鹽中得到了應(yīng)用。1944年D’Alelio合成了具有優(yōu)良物理和化學(xué)性能的磺化苯乙烯-二乙烯苯共聚物離子交換樹脂及交聯(lián)聚丙烯酸樹脂，奠定了現(xiàn)代離子交換樹脂的基礎(chǔ)。

陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂此后，Dow化學(xué)公司的Bauman等人開發(fā)了苯乙烯系磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化；Rohm&Hass公司的Kunin等人則進(jìn)一步研制了強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂和弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂。這些離子交換樹脂除應(yīng)用于水的脫鹽精制外，還用于藥物提取純化、稀土元素的分離純化、蔗糖及葡萄糖溶液的脫鹽脫色等。離子交換樹脂發(fā)展史上的另一個(gè)重大成果是大孔型樹脂的開發(fā)。20世紀(jì)50年代末，國內(nèi)外包括我國的南開大學(xué)化學(xué)系在內(nèi)的諸多單位幾乎同時(shí)合成出大孔型離子交換樹脂。與凝膠型離子交換樹脂相比，大孔型離子交換樹脂具有機(jī)械強(qiáng)度高、交換速度快和抗有機(jī)污染的優(yōu)點(diǎn)，因此很快得到廣泛的應(yīng)用。

60年代后期，離子交換樹脂除了在品種和性能等方面得到了進(jìn)一步的發(fā)展，更為突出的是應(yīng)用得到迅速的發(fā)展。除了傳統(tǒng)的水的脫鹽、軟化外，在分離、純化、脫色、催化等方面得到廣泛的應(yīng)用。例如離子交換樹脂在水處理以外的應(yīng)用由80年代以前占離子交換樹脂總用量的不足10％增加到目前的30％左右。離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)離子交換樹脂是一類帶有可離子化基團(tuán)的三維網(wǎng)狀高分子材料，其外形一般為顆粒狀，不溶于水和一般的酸、堿，也不溶于普通的有機(jī)溶劑，如乙醇、丙酮和烴類溶劑。常見的離子交換樹脂的粒徑為0.31.2nm。一些特殊用途的離子交換樹脂的粒徑可能大于或小于這一范圍。聚苯乙烯型陽離子交換樹脂的示意圖從圖中可見，樹脂由三部分組成：①三維空間結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)骨架；②骨架上連接的可離子化的功能基團(tuán)；③功能基團(tuán)上吸附的可交換的離子。強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂的功能基團(tuán)是-SO3-H+，它可解離出H+，而H+可與周圍的外來離子互相交換。功能基團(tuán)是固定在網(wǎng)絡(luò)骨架上的，不能自由移動(dòng)。由它解離出的離子卻能自由移動(dòng)，并與周圍的其他離子互相交換。這種能自由移動(dòng)的離子稱為可交換離子。6.3.1.1離子交換樹脂的分類

離子交換樹脂的分類方法有很多種，最常用和最重要的分類方法有以下兩種。按交換基團(tuán)的性質(zhì)分類按交換基團(tuán)性質(zhì)的不同，可將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。陽離子交換樹脂可進(jìn)一步分為強(qiáng)酸型、中酸型和弱酸型三種。如R—SO3H為強(qiáng)酸型，R—PO(OH)2為中酸型，R—COOH為弱酸型。習(xí)慣上，一般將中酸型和弱酸型統(tǒng)稱為弱酸型。陰離子交換樹脂又可分為強(qiáng)堿型和弱堿型兩種。如R3—NCl為強(qiáng)堿型，R—NH2、R—NR’H和，R—NR”2為弱堿型。兩性樹脂將陰、陽兩種離子交換樹脂配合，可以除去溶液中的陰、陽離子，達(dá)到去鹽的目的。但在再生時(shí)，也需要將兩種樹脂分別用酸、堿處理，手續(xù)較繁瑣。為了克服這些缺點(diǎn)，研制了將陰、陽交換基團(tuán)連接在同一樹脂骨架上的兩性樹脂。熱再生樹脂離子交換樹脂的最大不足是需要用酸堿再生。為了克服這種缺點(diǎn)，已經(jīng)發(fā)明了兩性樹脂。但普通的兩性樹脂再生時(shí)需用大量的水淋洗，仍覺不夠方便。為此，澳大利亞的科學(xué)家發(fā)明了能用熱水簡單再生的熱再生樹脂。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。不同物理結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的模型6.3.1.2按樹脂的物理結(jié)構(gòu)分類1）凝膠型離子交換樹脂凡外觀透明、具有均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)的離子交換樹脂統(tǒng)稱為凝膠型離子交換樹脂。這類樹脂表面光滑，球粒內(nèi)部沒有大的毛細(xì)孔。在水中會(huì)溶脹成凝膠狀，并呈現(xiàn)大分子鏈的間隙孔。大分子鏈之間的間隙約為2～4nm。一般無機(jī)小分子的半徑在1nm以下，因此可自由地通過離子交換樹脂內(nèi)大分子鏈的間隙。在無水狀態(tài)下，凝膠型離子交換樹脂的分子鏈緊縮，體積縮小，無機(jī)小分子無法通過。所以，這類離子交換樹脂在干燥條件下或油類中將喪失離子交換功能。2）大孔型離子交換樹脂

針對(duì)凝膠型離子交換樹脂的缺點(diǎn)，研制了大孔型離子交換樹脂。大孔型離子交換樹脂外觀不透明，表面粗糙，為非均相凝膠結(jié)構(gòu)。即使在干燥狀態(tài)，內(nèi)部也存在不同尺寸的毛細(xì)孔，因此可在非水體系中起離子交換和吸附作用。大孔型離子交換樹脂的孔徑一般為幾納米至幾百納米，比表面積可達(dá)每克樹脂幾百平方米，因此其吸附功能十分顯著。3）載體型離子交換樹脂

載體型離子交換樹脂是一種特殊用途樹脂，主要用作液相色譜的固定相。一般是將離子交換樹脂包覆在硅膠或玻璃珠等表面上制成。它可經(jīng)受液相色譜中流動(dòng)介質(zhì)的高壓，又具有離子交換功能。此外，為了特殊的需要，已研制成多種具有特殊功能的離子交換樹脂。如螯合樹脂、氧化還原樹脂、兩性樹脂等。6.3.1.3離子交換樹脂的功能

離子交換樹脂最主要的功能是離子交換，此外，它還具有吸附、催化、脫水等功能。吸附樹脂則以其巨大的表面積而具有優(yōu)異的吸附性為其主要功能。①離子交換功能

離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸和多元堿，它們可發(fā)生下列三種類型的離子交換反應(yīng)。中性鹽復(fù)分解反應(yīng)中和反應(yīng)復(fù)分解反應(yīng)從上面的反應(yīng)可見，所有的陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂均可進(jìn)行中和反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng)。僅由于交換功能基團(tuán)的性質(zhì)不同，交換能力有所不同。中性鹽反應(yīng)則僅在強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂和強(qiáng)堿型離子交換樹脂的反應(yīng)中發(fā)生。所有上述反應(yīng)均是平衡可逆反應(yīng)，這正是離子交換樹脂可以再生的本質(zhì)。只要控制溶液的pH值、離濃度和溫度等因素，就可使反應(yīng)向逆向進(jìn)行，達(dá)到再生的目的。②脫水功能強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂中的－SO3H基團(tuán)是強(qiáng)極性基團(tuán)，相當(dāng)于濃硫酸，有很強(qiáng)的吸水性。干燥的強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂可用作有機(jī)溶劑的脫水劑。圖3—5是以強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂作為脫水劑，對(duì)各種有機(jī)溶劑進(jìn)行脫水的實(shí)驗(yàn)曲線。③催化功能小分子酸和堿是許多有機(jī)化學(xué)反應(yīng)和聚合反應(yīng)的催化劑。離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸和多元堿，也可對(duì)許多化學(xué)反應(yīng)起催化作用。與低分子酸堿相比，離子交換樹脂催化劑具有易于分離、不腐蝕設(shè)備、不污染環(huán)境、產(chǎn)品純度高、后處理簡單等優(yōu)點(diǎn)。如用強(qiáng)酸型陽離于交換樹脂可作為酯化反應(yīng)的催化劑。④吸附功能

無論是凝膠型或大孔型離子交換樹脂，還是吸附樹脂相對(duì)來說，均具有很大的比表面積。根據(jù)表面化學(xué)的原理，表面具有吸附能力。原則上講，任何物質(zhì)均可被表面所吸附，隨表面性質(zhì)、表面力場的不同，吸附具有一定的選擇性。吸附功能不同于離子交換功能，吸附量的大小和吸附的選擇性，決定于諸多因素，其中最主要決定于表面的極性和被吸附物質(zhì)的極性。吸附是范德華力的作用，因此是可逆的，可用適當(dāng)?shù)娜軇┗蜻m當(dāng)?shù)臏囟仁怪馕?。?duì)烷基越大的醇，吸附性越好。這是由于樹脂表面的非極性大分子與醇中烷基的親和力不同所引起的。離子交換樹脂的吸附功能隨樹脂比表面積的增大而增大。因此，大孔型樹脂的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于凝膠型樹脂。大孔型樹脂不僅可以從極性溶劑中吸附弱極性或非極性的物質(zhì)，而且可以從非極性溶劑中吸附弱極性的物質(zhì)，也可對(duì)氣體進(jìn)行選擇吸附。6.3.1.4離子交換樹脂的應(yīng)用（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。水處理是離子交換樹脂最基本的用途之一。（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。在鈾、釷等超鈾元素、稀土金屬、重金屬、輕金屬、貴金屬和過渡金屬的分離、提純和回收方面，離子交換樹脂均起著十分重要的作用。離子交換樹脂還可用于選礦。在礦漿中加入離子交換樹脂可改變礦漿中水的離子組成，使浮選劑更有利于吸附所需要的金屬，提高浮選劑的選擇性和選礦效率。（3）原子能工業(yè)離子交換樹脂在原子能工業(yè)上的應(yīng)用包括核燃料的分離、提純、精制、回收等。用離子交換樹脂制備高純水，是核動(dòng)力用循環(huán)、冷卻、補(bǔ)給水供應(yīng)的唯一手段。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（例如海帶）中提取碘、溴、鎂等重要化工原料。在海洋航行和海島上，用離子交換樹脂以海水制取淡水是十分經(jīng)濟(jì)和方便的。（5）化學(xué)工業(yè)離子交換樹脂在化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生產(chǎn)上已經(jīng)和蒸餾、結(jié)晶、萃取和過濾一樣，成為重要的單元操作，普遍用于多種無機(jī)、有機(jī)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，簡化后處理操作，避免設(shè)備的腐蝕。離子交換樹脂的功能基連接上作為試劑的基團(tuán)后，可以當(dāng)作有機(jī)合成的試劑，成為高分子試劑，用來制備許多新的化合物。這種方法具有控制及分離容易、副產(chǎn)物少、純度高等特點(diǎn)。目前在有機(jī)化合物的?；?、過氧化、溴化二硫化物的還原、大環(huán)化合物的合成、肽鏈的增長、不對(duì)稱碳化合物的合成、羥基的氧化等方面都已取得顯著的效果。強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂能強(qiáng)烈吸水，可用作干燥劑，吸收有機(jī)溶劑或氣體中的水分。（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。特別在酒類生產(chǎn)中，利用離子交換樹脂改進(jìn)水質(zhì)、進(jìn)行酒的脫色、去渾、去除酒中的酒石酸、水楊酸等雜質(zhì)，提高酒的質(zhì)量。酒類經(jīng)過離子交換樹脂的去銅、錳、鐵等離子，可以增加貯存穩(wěn)定性。經(jīng)處理后的酒，香味純，透明度好，穩(wěn)定性可靠，是各種酒類生產(chǎn)中不可缺少的一項(xiàng)工藝步驟。用離子交換樹脂可調(diào)節(jié)乳品的組成，增加乳液的穩(wěn)定性，延長存放時(shí)間。此外，用離子交換樹脂來調(diào)節(jié)牛奶中鈣的含量，除去乳品中離子性雜質(zhì)，如鍶(Sr)、碘(I2)等污染物，均是很成功的。在味精生產(chǎn)中，利用離子交換樹脂對(duì)谷氨酸的選擇性吸附，可除去產(chǎn)品中的雜質(zhì)和對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行脫色。這一方法在國內(nèi)亦已大規(guī)模地使用。（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。如在藥物生產(chǎn)中用于藥劑的脫鹽、吸附分離、提純、脫色、中和及中草藥有效成分的提取等。離子交換樹脂本身可作為藥劑內(nèi)服，具有解毒、緩瀉、去酸等功效，可用于治療胃潰瘍、促進(jìn)食欲、去除腸道放射物質(zhì)等。對(duì)于外敷藥劑，用離子交換樹脂粉末可配制軟膏、粉劑及嬰兒護(hù)膚用品，用以吸除傷口毒物和作為解毒藥劑。將各種藥物吸附在離子交換樹脂上，可有效地控制藥物釋放速率，延長藥效，減少服藥次數(shù)。利用離子交換樹脂吸水后體積迅速膨脹的特點(diǎn)，將其與藥劑混合制成藥片，服后可迅速脹大崩解，更快更好地發(fā)揮藥物的作用。離子交換樹脂還是醫(yī)療診斷、藥物分析檢定的重要藥劑，如血液成分分析、胃液檢定、藥物成分分析等。具有檢測速度快、干擾少等優(yōu)點(diǎn)。（8）環(huán)境保護(hù)

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，已普遍用于電鍍廢水、造紙廢水、礦冶廢水、生活污水，影片洗印廢水、工業(yè)廢氣等的治理。例如影片洗印廢水中的銀是以Ag(SO3)23-等陰離子形式存在的，使用Ⅰ型強(qiáng)堿性離子交換樹脂處理后，銀的回收率可達(dá)90％以上，既節(jié)約了大量的資金，又使廢水達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。又如電鍍廢水中含有大量有毒的金屬氰化物，如Fe(CN)63-，F(xiàn)e(CN)64-等，用抗有機(jī)污染力強(qiáng)的聚丙烯酰胺系陰離子交換樹脂處理后，可使金屬氰化物的含量降至10ppm以下。

為適應(yīng)各行各業(yè)的特殊需要，發(fā)展了各種具有特殊功能基團(tuán)的離子交換樹脂，螯合樹脂就是對(duì)分離重金屬、貴金屬應(yīng)運(yùn)而生的樹脂。在分析化學(xué)中，常利用絡(luò)合物既有離子鍵又有配價(jià)鍵的特點(diǎn)，來鑒定特定的金屬離子。將這些絡(luò)合物以基團(tuán)的形式連接到高分子鏈上，就得到螯合樹脂。從結(jié)構(gòu)上分類，螯合樹脂可分為側(cè)鏈型和主鏈型兩類。從原料來分類，則可分為天然的（如纖維素、海藻酸鹽、甲殼素、蠶絲、羊毛、蛋白質(zhì)等）和人工合成的兩類。6.3.2螯合樹脂式中，ch為功能基團(tuán)，對(duì)某些金屬離子有特定的絡(luò)合能力，因此能將這些金屬離子與其他金屬離子分離開來。

螯合樹脂由于具有特殊的選擇分離功能，很有發(fā)展前途。已研究成功的有30多種類型的產(chǎn)品，但目前真正實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化的產(chǎn)品并不多。下面介紹一些最常用的品種。

①胺基羧酸類（EDTA類）乙二胺四乙酸（EDTA）是分析化學(xué)中最常用的分析試劑。它能在不同條件下與不同的金屬離子絡(luò)合，具有很好的選擇性。仿照其結(jié)構(gòu)合成出來的螯合樹脂也具有良好的選擇性。例如，下面兩種結(jié)構(gòu)的樹脂就是應(yīng)用十分成功的螯合樹脂。EDTA類螯合樹脂的制備路線

②肟類

肟類化合物能與金屬鎳（Ni）形成絡(luò)合物。在樹脂骨架中引入二肟基團(tuán)形成肟類螫合樹脂，對(duì)Ni等金屬有特殊的吸附性。肟類螫合樹脂的制備方法如下：

肟基近旁帶有酮基、胺基、羥基時(shí)，可提高肟基的絡(luò)合能力．因此，肟類螫合樹脂常以酮肟、胺肟、酚肟等形式出現(xiàn)，吸附性能優(yōu)于單純的肟類樹脂。肟類螯合樹脂與Ni的絡(luò)合反應(yīng)如下式所示：

③8-羥基喹啉類

8-羥基喹啉是有機(jī)合成和分析化學(xué)中常用的絡(luò)合物。將其引入高分子骨架中，就形成具有特殊絡(luò)合能力的8-羥基喹啉螫合樹脂。8-羥基喹啉螫合樹脂能選擇吸附多種貴金屬離子，如對(duì)Cr2+，Ni2+，Zn2+等離子的吸附容量可高達(dá)2.39～2.99mmol/g。

④聚乙烯基吡啶類

高分子骨架中帶有吡啶基團(tuán)時(shí)，對(duì)Cu2+，Ni2+，Zn2+等金屬離子有特殊的絡(luò)合功能。若在氮原子附近帶有羧基時(shí)，其作用更為明顯。這類整合樹脂的結(jié)構(gòu)有以下幾種類型：6.3.3吸附樹脂吸附樹脂的結(jié)構(gòu)

吸附樹脂的外觀一般為直徑為0.3～1.0mm的小圓球，表面光滑，根據(jù)品種和性能的不同可為乳白色、淺黃色或深褐色。吸附樹脂的顆粒的大小對(duì)性能影響很大。粒徑越小、越均勻，樹脂的吸附性能越好。但是粒徑太小，使用時(shí)對(duì)流體的阻力太大，過濾困難，并且容易流失。粒徑均一的吸附樹脂在生產(chǎn)中尚難以做到，故目前吸附樹脂一般具有較寬的粒徑分布。吸附樹脂手感堅(jiān)硬，有較高的強(qiáng)度。密度略大于水，在有機(jī)溶劑中有一定溶脹性。但干燥后重新收縮。而且往往溶脹越大時(shí)，干燥后收縮越厲害。使用中為了避免吸附樹脂過度溶脹，常采用對(duì)吸附樹脂溶脹性較小的乙醇、甲醇等進(jìn)行置換，再過渡到水。吸附樹脂必須在含水的條件下保存，以免樹脂收縮而使孔徑變小。因此吸附樹脂一般都是含水出售的。吸附樹脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。從掃描電子顯微鏡下可觀察到，樹脂內(nèi)部像一堆葡萄微球，葡萄珠的大小約在0.06～0.5μm范圍內(nèi)，葡萄珠之間存在許多空隙，這實(shí)際上就是樹脂的孔。研究表明葡萄球內(nèi)部還有許多微孔。葡萄珠之間的相互粘連則形成宏觀上球型的樹脂。正是這種多孔結(jié)構(gòu)賦予樹脂優(yōu)良的吸附性能，因此是吸附樹脂制備和性能研究中的關(guān)鍵技術(shù)。吸附樹脂的分類

吸附樹脂有許多品種，吸附能力和所吸附物質(zhì)的種類也有區(qū)別。但其共同之處是具有多孔性，并具有較大的表面積。吸附樹脂目前尚無統(tǒng)一的分類方法，通常按其化學(xué)結(jié)構(gòu)(基團(tuán)的極性大小)分為以下幾類。（1）非極性吸附樹脂

指樹脂中電荷分布均勻，在分子水平上不存在正負(fù)電荷相對(duì)集中的極性基團(tuán)的樹脂。代表性產(chǎn)品為由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附樹脂。（2）中極性吸附樹脂

這類樹脂的分子結(jié)構(gòu)中存在酯基等極性基團(tuán)，樹脂具有一定的極性。（3）極性吸附樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有酰胺基、亞砜基、腈基等極性基團(tuán)，這些基團(tuán)的極性大于酯基。（4）強(qiáng)極性吸附樹脂強(qiáng)極性吸附樹脂含有極性很強(qiáng)的基團(tuán)，如吡啶、氨基等。吸附樹脂的應(yīng)用（1）有機(jī)物的分離由于吸附樹脂具有巨大的比表面，不同的吸附樹脂有不同的極性，所以可用來分離有機(jī)物。例如，含酚廢水中酚的提取，有機(jī)溶液的脫色等等。（2）在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用吸附樹脂可作為血液的清洗劑。這方面的應(yīng)用研究正在開展，已有搶救安眠藥中毒病人的成功例子。（3）藥物的分離提取在紅霉索、頭孢菌素等抗菌素的提取中，已采用吸附樹脂提取法。由于吸附樹脂不受溶液pH值的影響，不必調(diào)整抗菌素發(fā)酵液的pH值，因此不會(huì)造成酸、堿對(duì)發(fā)酵液活性的破壞。用吸附樹脂對(duì)中草藥中有效成分的提取研究工作正在開展，在人參皂甙、絞股蘭、甜葉菊等的提取中已取得卓著的成績。（4）在制酒工業(yè)中的應(yīng)用酒中的高級(jí)脂肪酸脂易溶于乙醇而不溶于水，因此當(dāng)制備低度白酒時(shí)，需向高度酒中加水稀釋。隨著高級(jí)脂肪酸脂類溶解度的降低，容易析出而呈渾濁現(xiàn)象，影響酒的外觀。吸附樹脂可選擇性地吸附酒中分子較大或極性較強(qiáng)的物質(zhì)，較小或極性軟弱的分子不被吸附而存留。如棕櫚酸乙酯、油酸乙酯和亞油酸乙酯等分子較大的物質(zhì)被吸附，而已酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯等相對(duì)分子質(zhì)量較小的香味物質(zhì)不被吸附而存留，達(dá)到分離、純化的目的。6.3.3高分子催化劑高分子負(fù)載均相絡(luò)合催化劑Ⅰ高分子載體廣泛用于制備各類負(fù)載型功能高分子化合物，如催化劑、各種試劑以及助劑等。分有機(jī)載體和無機(jī)載體。常以二乙烯基苯交聯(lián)的大孔或凝膠型聚苯乙烯珠狀樹脂為有機(jī)載體；二氧化硅為無機(jī)載體。Ⅱ制備配位基取代法和直接配位法。Ⅲ特點(diǎn)

①不易失活；②大大提高催化效能；③有更好的選擇性；④可實(shí)現(xiàn)多步催化反應(yīng)。

高分子負(fù)載酶催化劑它是由氨基酸構(gòu)成的天然高分子化合物。大多是水溶性的。Ⅰ特點(diǎn)催化效率高，選擇性好，常溫常壓下可催化化學(xué)反應(yīng)。Ⅱ缺點(diǎn)易變質(zhì)，怕高溫，壽命不長，在有機(jī)溶劑中不太穩(wěn)定。Ⅲ應(yīng)用形成酶膜反應(yīng)器，如用于生產(chǎn)一些氨基酸。模擬酶催化劑把酶中具有特性的活性基團(tuán)引入各種聚合物鏈中，或在聚合物鏈中引入疏水或親水基團(tuán)提供酶催化的微環(huán)境。6.3.4高分子試劑高分子試劑包括高分子氧化還原試劑、高分子傳遞試劑、高分子綜合試劑和固相合成的高分子載體等。制備通常采用具有反應(yīng)功能的單體進(jìn)行聚合或利用高分子載體進(jìn)行高分子化反應(yīng)。特點(diǎn)反應(yīng)選擇性較好，反應(yīng)條件較溫和，有的可在反應(yīng)柱中進(jìn)行，利于連續(xù)生產(chǎn)；比較安全；可再生，重復(fù)作用。6.3.5具有分子識(shí)別功能的材料分子識(shí)別——是受體對(duì)于底物（或者說主體對(duì)于客體）的選擇性結(jié)合，它是基于抗原~抗體、酶~底物特異性結(jié)合現(xiàn)象提出的概念?？尚蜗蟊扔鳛椤拌€匙孔”與“鑰匙”的關(guān)系。它廣泛存在于化學(xué)及生物體系中，是從分子水平研究生物現(xiàn)象的重要化學(xué)概念，已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)課題之一。具有分子識(shí)別功能的物質(zhì)：大環(huán)化合物（冠醚、穴醚）、環(huán)糊精、金屬配位化合物等。用途：分離、純化（利用分子識(shí)別可在保持生物物質(zhì)活性前提下，高效地分離氨基酸、糖、多肽、藥物核蛋白等生物物質(zhì)）；臨床藥物分析；親和分析和生物傳感器。6.3.6模板聚合模板聚合(matrixpolymerization)——就是把一種高分子作為鑄模，高分子單體在其存在下進(jìn)行聚合和縮合反應(yīng)，最終所制成的高分子具有模板上某種信息，如具有立構(gòu)規(guī)整性，限定分子量分布或旋光性等。6.3.7高吸水性樹脂1)概述

自古以來，吸水材料的任務(wù)一直是由紙、棉花和海綿以及后來的泡沫塑料等材料所承擔(dān)的。但這些材料的吸水能力通常很低，所吸水量最多僅為自身重量的20倍左右，而且一旦受到外力作用，則很容易脫水，保水性很差。60年代末期，美國首先開發(fā)成功高吸水性樹脂。這是一種含有強(qiáng)親水性基團(tuán)并通常具有一定交聯(lián)度的高分子材料。它不溶于水和有機(jī)溶劑，吸水能力可達(dá)自身重量的500～2000倍，最高可達(dá)4000倍，吸水后立即溶脹為水凝膠，有優(yōu)良的保水性，即使受壓也不易擠出。吸收了水的樹脂干燥后，吸水能力仍可恢復(fù)。由于上述的奇特性能，高吸水性樹脂引起了人們較大的興趣。問世30多年來，發(fā)展極其迅速，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。如在石油、化工等部門中被用作堵水劑、脫水劑等；在醫(yī)療衛(wèi)生部門中用作外用藥膏的基材、緩釋性藥劑、抗血栓材料等；在農(nóng)業(yè)部門中用作土壤改良劑等。在日常生活，用作吸水性抹布、一次性尿布、插花材料等。高吸水性樹脂是一類高分子電解質(zhì)。水中鹽類物質(zhì)的存在會(huì)顯著影響樹脂的吸水能力，在一定程度上限制了它的應(yīng)用。提高高吸水性樹脂對(duì)含鹽液體（如尿液，血液、肥料水等）的吸收能力，將是今后高吸水性樹脂研究工作中的一個(gè)重要課題。此外，對(duì)高吸水性樹脂吸水機(jī)理的理論研究工作也將進(jìn)一步開展，以指導(dǎo)這一類功能高分子材料向更高水平發(fā)展。2)高吸水性樹脂的基本特性高吸水性作為高吸水性樹脂，高的吸水能力是其最重要的特征之一。從目前已經(jīng)研制成功的高吸水性樹脂來看，吸水率均在自身重量的500～1200倍左右，最高可達(dá)4000倍以上，是紙和棉花等材料吸水能力的100倍左右。加壓下的保水性與紙張、棉花和海綿等材料的物理吸水作用不同，高吸水性樹脂的吸水能力是由化學(xué)作用和物理作用共同貢獻(xiàn)的。即利用分子中大量的羧基、羥基和酰氧基團(tuán)與水分子之間的強(qiáng)烈范德華力吸收水分子，并由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的橡膠彈性作用將水分子牢固地束縛在網(wǎng)格中。一旦吸足水后，即形成溶脹的凝膠體。這種凝膠體的保水能力很強(qiáng)，即使在加壓下也不易擠出來。吸氨性高吸水性樹脂一般為含羧酸基的高分子，為提高吸水能力，必須進(jìn)行皂化，使大部分羧酸基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)轸人猁}基團(tuán)。但通常樹脂的水解度僅70％左右，另有30％左右的羧酸基團(tuán)保留下來，使樹脂呈現(xiàn)一定的弱酸性。這種弱酸性使得它們對(duì)氨那樣的堿性物質(zhì)有強(qiáng)烈的吸收作用。高吸水性樹脂的這種吸氨性，特別有利于尿布、衛(wèi)生用品和公共廁所等場合的除臭。因?yàn)槟蛞菏巧矬w的排泄物，其中含有尿素酶。在尿素酶的作用下，尿液中的尿素逐漸分解成氨。而高吸水性樹脂不僅能吸收氨，使尿液呈中性，同時(shí)還有抑制尿素酶的分解作用的功能，從而防止了異味的產(chǎn)生。2)高吸水性樹脂的類型

根據(jù)原料來源、親水基團(tuán)引入方法、交聯(lián)方法、產(chǎn)品形狀等的不同，高吸水性樹脂可有多種分類方法。其中以原料來源這一分類方法最為常用。按這種方法分類，高吸水性樹脂主要可分為淀粉類、纖維素類和合成聚合物類三大類。下面分別介紹之。淀粉類

淀粉類高吸水性樹脂主要有兩種形式。一種是淀粉與丙烯腈進(jìn)行接枝反應(yīng)后，用堿性化合物水解引入親水性基團(tuán)的產(chǎn)物，由美國農(nóng)業(yè)部北方研究中心開發(fā)成功；另一類是淀粉與親水性單體（如丙烯酸、丙烯酰胺等）接枝聚合，然后用交聯(lián)劑交聯(lián)的產(chǎn)物，是由日本三洋化成公司首開先河的

淀粉改性的高吸水性樹脂的優(yōu)點(diǎn)是原料來源豐富，產(chǎn)品吸水倍率較高，通常都在千倍以上。缺點(diǎn)是吸水后凝膠強(qiáng)度低，長期保水性差，在使用中易受細(xì)菌等微生物分解而失去吸水、保水作用。纖維素類纖維素改性高吸水性樹脂也有兩種形式。一種是纖維素與一氯醋酸反應(yīng)引入羧甲基后用交聯(lián)劑交聯(lián)而成的產(chǎn)物；另一種是由纖維素與親水性單體接枝共聚產(chǎn)物。纖維素改性高吸水性樹脂的吸水倍率較低，同時(shí)亦存在易受細(xì)菌的分解失去吸水、保水能力的缺點(diǎn)。

合成聚合物類合成高吸水性樹脂目前主要有四種類型：（1）聚丙烯酸鹽類這是目前生產(chǎn)最多的一類合成高吸水性樹脂，由丙烯酸或其鹽類與具有二官能度的單體共聚而成。制備方法有溶液聚合后干燥粉碎和懸浮聚合兩種。這類產(chǎn)品吸水倍率較高，一般均在千倍以上。（2）聚丙烯腈水解物將聚丙烯腈用堿性化合物水解，再經(jīng)交聯(lián)劑交聯(lián)，即得高吸水性樹脂。如將廢晴綸絲水解后用氫氧化鈉交聯(lián)的產(chǎn)物即為此類。由于氰基的水解不易徹底，產(chǎn)品中親水基團(tuán)含量較低，故這類產(chǎn)品的吸水倍率不太高，一般在500～1000倍左右。（3）醋酸乙烯酯共聚物將醋酸乙烯酯與丙烯酸甲酯進(jìn)行共聚，然后將產(chǎn)物用堿水解后得到乙烯醇與丙烯酸鹽的共聚物，不加交聯(lián)劑即可成為不溶于水的高吸水性樹酯。這類樹脂在吸水后有較高的機(jī)械強(qiáng)度，適用范圍較廣。（4）改性聚乙烯醇類這類高吸水性樹脂由聚乙烯醇與環(huán)狀酸酐反應(yīng)而成，不需外加交聯(lián)劑即可成為不溶于水的產(chǎn)物。這類樹脂由日本可樂麗公司首先開發(fā)成功，吸水倍率為150～400倍，雖吸水能力較低，但初期吸水速度較快，耐熱性和保水性都較好，故是一類適用面較廣的高吸水性樹脂。3)高吸水性樹脂的應(yīng)用（1）日常生活嬰兒一次性尿布、宇航員尿巾、婦女衛(wèi)生用品、餐巾、手帕、繃帶、脫脂棉等。（2）農(nóng)用保水劑（3）用作醫(yī)療衛(wèi)生材料（4）工業(yè)吸水劑（5）食品工業(yè)包裝材料、保鮮材料、脫水劑、食品增量劑等。

尿不濕這是用有高吸水性的高分子材料制作的，可吸收自重幾百倍的水，但仍保持干爽。6.4.1.1概念物質(zhì)按電學(xué)性能分類可分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體四類。高分子材料通常屬于絕緣體的范疇。但1977年美國科學(xué)家黑格（A.J.Heeger）、麥克迪爾米德（A.G.MacDiarmid）和日本科學(xué)家白川英樹（H.Shirakawa）發(fā)現(xiàn)摻雜聚乙炔具有金屬導(dǎo)電特性以來，有機(jī)高分子不能作為導(dǎo)電材料的概念被徹底改變。導(dǎo)電性聚乙炔的出現(xiàn)不僅打破了高分子僅為絕緣體的傳統(tǒng)觀念，而且為低維固體電子學(xué)和分子電子學(xué)的建立打下基礎(chǔ)，而具有重要的科學(xué)意義。上述三位科學(xué)家因此分享2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。6.4電和磁功能有機(jī)材料6.4.1導(dǎo)電高分子材料黑格（AlanJ.Heeger，1936～）小傳1936年12月22日生于美國衣阿華州1957年畢業(yè)于內(nèi)布拉斯加大學(xué)物理系，獲物理學(xué)土學(xué)位1961年獲加州大學(xué)伯克利分校物理博士學(xué)位。1962年至1982年任教于賓夕法尼亞大學(xué)物理系，1967年任該校物理系教授。后轉(zhuǎn)任加利福尼亞大學(xué)圣芭芭拉分校物理系教授并任高分子及有機(jī)固體研究所所長20世紀(jì)70年代末，在塑料導(dǎo)電研究領(lǐng)域取得了突破性的發(fā)現(xiàn)，開創(chuàng)導(dǎo)電聚合物這一嶄新研究領(lǐng)域1990年創(chuàng)立UNIAX公司并自任董事長及總裁2000年，因在導(dǎo)電聚合物方面的貢獻(xiàn)榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

共獲美國專利40余項(xiàng)．發(fā)表論文635篇（統(tǒng)計(jì)至1999年6月）。據(jù)SCI所作的10年統(tǒng)計(jì)（1980～1989），在全世界各研究領(lǐng)域所有發(fā)表論文被引用次數(shù)的排名中（包括所有學(xué)科）他名列第64名，是該l0年統(tǒng)計(jì)中唯一進(jìn)入前100名的物理學(xué)家。在聚合物導(dǎo)電材料方面開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)有：1973年發(fā)表對(duì)TTF—TCNQ類具有金屬電導(dǎo)的有機(jī)電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的研究，開創(chuàng)了有機(jī)金屬導(dǎo)體及有機(jī)超導(dǎo)體研究的先河1976年發(fā)表對(duì)聚乙炔的摻雜研究，開創(chuàng)了導(dǎo)電聚合物的研究領(lǐng)域1991年提出用可溶性共軛聚合物實(shí)現(xiàn)高效聚合物發(fā)光器件，為聚合物發(fā)光器件的實(shí)用開辟了新途徑

1992年提出“對(duì)離子誘導(dǎo)加工性”的新概念，從而實(shí)現(xiàn)了人們多年來發(fā)展兼具高電導(dǎo)及加工性的導(dǎo)電聚合物的夢想，為導(dǎo)電聚合物實(shí)用化提出了新方向1996年首次發(fā)表共軛聚合物固態(tài)下的光泵浦激光。座右銘：去冒險(xiǎn)吧！麥克迪爾米德小傳

（AlanG.MacDiarmid，1929～）發(fā)表過六百多篇學(xué)術(shù)論文擁有二十項(xiàng)專利技術(shù)1927年生于新西蘭。曾就讀于新西蘭大學(xué)、美國威斯康星大學(xué)以及英國劍橋大學(xué)。1955年開始在賓夕法尼亞大學(xué)任教。1973年開始研究導(dǎo)電高分子2000年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

白川英樹（HidekiShirakawa，1936～）小傳1983年他的研究論文《關(guān)于聚乙炔的研究》獲得日本高分子學(xué)會(huì)獎(jiǎng)，還著有《功能性材料入門》、《物質(zhì)工學(xué)的前沿領(lǐng)域》等書。1961年畢業(yè)于東京工業(yè)大學(xué)理工學(xué)部化學(xué)專業(yè)，畢業(yè)后留校于該校資源化學(xué)研究所任助教1976年到美國賓夕法尼亞大學(xué)留學(xué)1979年回國后到筑波大學(xué)任副教授1982年升為教授。2000年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

所謂導(dǎo)電高分子是由具有共軛π鍵的高分子經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)“摻雜”使其由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體的一類高分子材料。它完全不同于由金屬或碳粉末與高分子共混而制成的導(dǎo)電塑料。通常導(dǎo)電高分子的結(jié)構(gòu)特征是由有高分子鏈結(jié)構(gòu)和與鏈非鍵合的一價(jià)陰離子或陽離子共同組成。即在導(dǎo)電高分子結(jié)構(gòu)中，除了具有高分子鏈外，還含有由“摻雜”而引入的一價(jià)對(duì)陰離子（P型摻雜）或?qū)﹃栯x子（N型摻雜）。

導(dǎo)電高分子不僅具有由于摻雜而帶來的金屬特性（高電導(dǎo)率）和半導(dǎo)體（P和N型）特性之外，還具有高分子結(jié)構(gòu)的可分子設(shè)計(jì)性，可加工性和密度小等特點(diǎn)。為此，從廣義的角度來看，導(dǎo)電高分子可歸為功能高分子的范疇。導(dǎo)電高分子具有特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能使它在能源、光電子器件、信息、傳感器、分子導(dǎo)線和分子器件、電磁屏蔽、金屬防腐和隱身技術(shù)方面有著廣泛、誘人的應(yīng)用前景。

6.4.1.2導(dǎo)電高分子的類型按照材料的結(jié)構(gòu)與組成，可將導(dǎo)電高分子分成兩大類。一類是結(jié)構(gòu)型（本征型）導(dǎo)電高分子，另一類是復(fù)合型導(dǎo)電高分子。1）結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子本身具有“固有”的導(dǎo)電性，由聚合物結(jié)構(gòu)提供導(dǎo)電載流子（包括電子、離子或空穴）。這類聚合物經(jīng)摻雜后，電導(dǎo)率可大幅度提高，其中有些甚至可達(dá)到金屬的導(dǎo)電水平。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)體材料的特點(diǎn):由平面共軛結(jié)構(gòu)分子的電子給予體~受體形成復(fù)合物，分子摻雜是必需的；形成離子自由基，離子自由基是導(dǎo)體的載流子；電導(dǎo)體均顯出強(qiáng)烈的各向異性。導(dǎo)電高分子摻雜：P型摻雜——即導(dǎo)電聚合物部分氧化N型摻雜——即導(dǎo)電聚合物部分還原導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用雷達(dá)吸波材料電磁屏蔽材料顯示材料電導(dǎo)體導(dǎo)電液晶材料抗靜電材料二次電池的電極材料、太陽能電池材料電致變色材料自然溫發(fā)熱材料6.4.2光電轉(zhuǎn)換高分子材料光電導(dǎo)——一種物質(zhì)在光激發(fā)下產(chǎn)生電子、空穴載流子后，在外電場作用下，電子移向正極，空穴移向負(fù)極，因而在電路中有電流通過，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)。光電高分子類型：鏈中含有共軛鍵的聚合物，如聚乙炔、聚席夫堿等；側(cè)鏈或主鏈中含有稠合芳烴基的聚合物；側(cè)鏈或主鏈中具有雜環(huán)的聚合物，如聚乙烯咔唑及其衍生物；一些生物高分子及其類似物。用途：光通訊、太陽能電池、靜電復(fù)印、電子照明、傳真、顯像、自動(dòng)控制等領(lǐng)域的傳感器。6.4.3高分子壓電材料壓電高分子——具有機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換性能的高分子材料。材料的壓電性與材料晶體的對(duì)稱性和其聚集態(tài)有關(guān)。壓電高分子類型：光活性高分子，如蛋白質(zhì)、多糖、核酸；熱電極性高分子，如PVC、PVDF等；鐵電高分子，如一些共聚物用途：能量轉(zhuǎn)換材料；火警測警器、人體熱敏測重儀等。6.4.4高分子磁性材料高分子磁性材料分類：結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型結(jié)構(gòu)型高分子磁性材料——指本身具有強(qiáng)磁性的聚合物。按照聚合物類型的不同，結(jié)構(gòu)型磁性高分子主要可分為以下3類：

1）純有機(jī)磁性高分子；2）金屬有機(jī)絡(luò)合型磁性高分子；3）二茂金屬有機(jī)磁性高分子。復(fù)合型高分子磁性材料——主要是以橡膠或合成樹脂與金屬磁粉混合加工而成。又有橡膠型和塑料型之分。制備方法：一為磁粉與樹脂的混煉；二是含磁性無機(jī)物的高聚物混合加熱、成型，然后磁場處理。所用磁粉：鐵氧體類、稀土類。高分子磁性材料的應(yīng)用高存儲(chǔ)信息的新一代記憶材料輕質(zhì)、寬帶微波吸收材料磁控傳感器的開發(fā)生物體中的藥物定向輸送低磁損通訊器材感光性高分子——是指在吸收了光能后，能在分子內(nèi)或分子間產(chǎn)生化學(xué)、物理變化的一類功能高分子材料。而且這種變化發(fā)生后，材料將輸出其特有的功能。從廣義上講，按其輸出功能，感光性高分子包括光導(dǎo)電材料、光電轉(zhuǎn)換材料、光能儲(chǔ)存材料、光記錄材料、光致變色材料和光致抗蝕材料等。其中開發(fā)比較成熟并有實(shí)用價(jià)值的感光性高分子材料主要是指光致抗蝕材料和光致誘蝕材料，產(chǎn)品包括光刻膠、光固化粘合劑、感光油墨、感光涂料等。6.5光敏高分子材料所謂光致抗蝕，是指高分子材料經(jīng)過光照后，分子結(jié)構(gòu)從線型可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀不可溶性，從而產(chǎn)生了對(duì)溶劑的抗蝕能力。而光致誘蝕正相反，當(dāng)高分子材料受光照輻射后，感光部分發(fā)生光分解反應(yīng)，從而變?yōu)榭扇苄?。如目前廣泛使用的預(yù)涂感光版，就是將感光材料樹脂預(yù)先涂敷在親水性的基材上制成的。曬印時(shí)，樹脂若發(fā)生光交