《功能高分子重點(diǎn)》PPT課件.ppt

功能高分子的含義,一般是指具有傳遞、轉(zhuǎn)換或貯存物質(zhì)、能量和信息作用的高分子及其復(fù)合材料，或具體地指在原有力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，還具有特殊的物理功能和化學(xué)功能的高分子及其復(fù)合材料。這些物理功能和化學(xué)功能包括光敏性、導(dǎo)電性、能量轉(zhuǎn)換性、磁性、選擇分離性、化學(xué)反應(yīng)活性、催化性、生物兼容性、藥理性等。,化學(xué)功能,包括離于交換，催化，氧化還原，光聚合，光交聯(lián)，光分解，光降解，固體電解質(zhì)，微生物分解等功能。 化學(xué)功能高分子材料有：感光性高分子材料，氧化還原樹脂，離子交換樹脂光降價(jià)性塑料，高分子試劑，固體電介質(zhì)。,物理功能,包括導(dǎo)電，熱電，壓電，焦電，電磁波的透過吸收，反射，熱電子放射，超導(dǎo)，形狀記億超塑性，低溫韌性，磁化，透磁，電磁屏蔽，磁記錄，光致變色，偏光性，光傳導(dǎo)，光磁效應(yīng)，光彈性，耐放射線、x射線透過，x射線吸收等功能。 以物理功能為主的功能高分子材料有： 導(dǎo)電聚合物，壓電高分子，高分子駐極體，旋光性高分子，高分子載體，磁記錄高分子材料，高分子顏料及熒光體，高分子發(fā)光體。,生理功能,包括組織適應(yīng)性血液適應(yīng)性，生物體內(nèi)分解非抽出性，非吸附性等功能。 生理功能為主的高分子材料有： 醫(yī)用高分子材料，醫(yī)藥，農(nóng)藥，生物降價(jià)性塑料。,第三節(jié) 功能高分子材料的構(gòu)效分析,一、官能團(tuán)性質(zhì)與聚合物功能的關(guān)系 功能高分子材料的性質(zhì)主要取決于所含的官能團(tuán)：如側(cè)鏈液晶型高分子，在柔性主鏈上接上剛性側(cè)鏈構(gòu)成，高分子氧化劑的氧化性取決于所含的過氧羧基，含季胺基和磺酸基的高分子材料具有離子交換功能 功能高分子材料的性質(zhì)主要取決于官能團(tuán)與聚合物骨架的協(xié)同作用：如固相合成試劑,官能團(tuán)與聚合物骨架不能區(qū)分： 具有電子導(dǎo)電功能的高分子材料含有共軛雙鍵，既是官能團(tuán)，也構(gòu)成聚合物骨架；具有離子導(dǎo)電功能的高分子材料起主要作用的醚氧結(jié)構(gòu)位于主鏈上；主鏈液晶型高分子，剛性主鏈在形成液晶時(shí)起主要作用 官能團(tuán)僅起輔助作用： 引入官能團(tuán)改善溶解性，潤濕性，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，氧化還原電位，穩(wěn)定性等,二、高分子骨架的作用-高分子效應(yīng) 溶解度下降：分子間力增大，導(dǎo)致溶解度下降 機(jī)械支撐作用 模板效應(yīng) 穩(wěn)定效應(yīng),三、聚合物骨架種類和形態(tài)的影響 聚合物骨架的種類和影響 1）烯類及環(huán)氧類單體制備的聚合物，主鏈為飽和結(jié)構(gòu)，鏈的柔順性好 2）以聚酯、聚酰胺為代表的，一般采用縮聚制備，強(qiáng)度較高 3）以天然高分子改性得到的聚合物分子，如改性纖維素、甲殼素等，生物相容性好 4）以聚吡咯、聚噻吩、聚苯、聚乙烯為代表的具有線性共軛結(jié)構(gòu)，具有電子傳輸性 5）以聚芳香內(nèi)酰胺為主鏈的梯形化合物，有超常的機(jī)械性能，可制備主鏈高分子液晶 6）聚均苯四甲內(nèi)酰胺，很高的拉伸強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性,第五節(jié)功能高分子材料制造的主要途徑,功能高分子材料從它們的組成和結(jié)構(gòu)可分成結(jié)構(gòu)型、復(fù)合型和混合型三種。 結(jié)構(gòu)型功能高分子材料是指在大分子鏈中有特定功能基因的高分子材料，對(duì)于它們的制備方法主要是化學(xué)合成為手段。 復(fù)合型功能高分于材料是指以普通高分子材料為基體或載體與具有特定功能的其它材料進(jìn)行復(fù)合，主要用物理加工手段。 功能高分子材料是既有結(jié)構(gòu)型又有復(fù)合型的特點(diǎn)稱作混合型,結(jié)構(gòu)型功能高分子材料的主要制備方法,分子設(shè)計(jì) 高分子化 功能復(fù)合 功能擴(kuò)大 系列化,表面處理技術(shù),由表面處理可以使高分子固體材料獲得如下功能； 被粘結(jié)性及可印刷性； 對(duì)物質(zhì)有選擇性的屏蔽功能或選擇性透過功能； 對(duì)能量有選擇性的屏蔽、透過及反射功能； 硬度及耐磨損性； 電磁特性 對(duì)生物體組織及生物功能的適應(yīng)性； 耐化學(xué)藥品性,使用聚合物試劑和催化劑進(jìn)行有機(jī)合成的最大優(yōu)點(diǎn)是，利用聚合物載體不溶解的性質(zhì)，在反應(yīng)結(jié)束后，通過簡單的過濾，就能將連接在聚合物載體上的反應(yīng)物、副產(chǎn)物、試劑或催化劑與液相成分分離開來這不僅避免了蒸餾、重結(jié)晶以及其他分離方法所帶來的損失，而且簡化了處理步驟，節(jié)省工時(shí)，從而提高了生產(chǎn)效率此外，聚合物試劑和催化劑尚具有選擇性高、副反應(yīng)少以及載體可回收重用等優(yōu)點(diǎn)，因而已被廣泛用于精細(xì)有機(jī)合成和多肽、糖、核苷酸、萜類、生物堿、激素等天然有機(jī)物的合成”,1、高分子化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn),相同點(diǎn)： 一般低分子化學(xué)反應(yīng)包括氧化、還原、取代、加成、消去、酯化、水解、氫化、鹵化、硝化、磺化、環(huán)化和配位等，也適用于高分子,高分子化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn),不同點(diǎn)： (l)高分子鏈含有大量具有反應(yīng)能力的功能基，當(dāng)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，并非所有的基團(tuán)都參與反應(yīng)，故不易分離出單一結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物 (2)高分子與化學(xué)試劑反應(yīng)，如屬非均相反應(yīng)，則試劑在高分子相內(nèi)的擴(kuò)散速度對(duì)反應(yīng)的程度影響很大 (3)由于高分子鏈很長，在物理或化學(xué)的因素作用下，容易發(fā)生降解或異構(gòu)化，甚至交聯(lián),2、影響高分子化學(xué)反應(yīng)的主要因素,l、靜電荷和位阻的影響 2結(jié)晶度對(duì)高分子化學(xué)反應(yīng)的影響 3溶解度或溶脹度的影響 4成對(duì)基團(tuán)的限制 5、鏈構(gòu)型的影響 6相溶性的影響,3、高分子效應(yīng)及其應(yīng)用,含有功能基的高分子的化學(xué)、物理性質(zhì)，不同于含有相同功能基的低分子模型化合物，這種差別有時(shí)表現(xiàn)得很突出，故此把引起這些差別的各方面的原因，總的概括起來，稱為高分子效應(yīng)。簡淺地說，高分子效應(yīng)是由于高分子鏈節(jié)之間存在著不可忽視的相互作用而引起的這些鏈節(jié)以共價(jià)鍵相連，即使在無限稀釋情況下，彼此仍不會(huì)遠(yuǎn)離，即鏈節(jié)“濃度”還很高，鏈節(jié)之間的相互作用是高分子效應(yīng)的內(nèi)在原因,幾種類型的高分子效應(yīng)及其應(yīng)用,(一)骨架的機(jī)械支架作用 (二)鄰基效應(yīng) (三)協(xié)同效應(yīng) （四）模板效應(yīng) （五）基位隔離效應(yīng),三相催化作用 相轉(zhuǎn)移催化劑結(jié)合到不溶性聚合物上，得到不溶性固體催化劑與一般非均相催化劑催化不同的是反應(yīng)體系存在著三個(gè)相，催化劑和每種反應(yīng)物都處于不同的相,反應(yīng)發(fā)生在固相催化劑和有機(jī)相界面，陰離子的交換在水-有機(jī)相界面進(jìn)行，而陽離子留在水相,三相催化反應(yīng)過程中，三個(gè)基本步驟控制著反應(yīng)速率：反應(yīng)物從液相傳遞到固體催化劑表面；反應(yīng)物從催化劑表面向活性點(diǎn)擴(kuò)散；在活性點(diǎn)上的反應(yīng)這些步驟中的每一個(gè)都由一個(gè)或幾個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)決定,輔酶的固定化,輔酶與相應(yīng)的酶蛋白有一定的親和性，所以聚合物載體固定化的輔酶可作為酶的親和吸附劑，用以制備固定化酶而輔酶經(jīng)聚合物載體固定化后，自身常顯示出一定的催化活性輔酶種類很多，它的固定化的方法亦多種多樣，但大都采用共價(jià)偶合法,細(xì)胞的固定化,細(xì)胞的固定化方法類似于酶的固定化方法，但使用較多的是包埋法和吸附法。,存在問題和今后研究方向,活性問題 大量的研究已證明，無論聚合物試劑或聚合物催化劑，它們的活性都低于其相應(yīng)的低分子試劑和催化劑造成這種情況的原因是多方面的，但功能基的微觀環(huán)境的影響是一個(gè)重要因素此外在合成功能聚合物時(shí)，異種結(jié)構(gòu)的形成，干擾基團(tuán)的引入，聚合物裁體表面存在雜質(zhì)，以及反應(yīng)物進(jìn)出功能聚合物孔道的擴(kuò)散限制，都會(huì)影響它們的活性研究還發(fā)現(xiàn)，聚合物裁體化反應(yīng)常常達(dá)不到理論產(chǎn)率，這可能由于位阻效應(yīng)和擴(kuò)散限制所致因此，今后在研制和篩選高活性的聚合物試劑和催化劑的同時(shí)，必須進(jìn)一步探明功能基反應(yīng)的微觀機(jī)理,工業(yè)應(yīng)用問題 迄今在已報(bào)道的大量的聚合物試劑和催化劑中，已經(jīng)納入工業(yè)規(guī)模使用的為數(shù)還不多究其原因主要是這一類功能聚合物生產(chǎn)成本較高，而機(jī)械強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性還不理想因 此，近年來已有一些研究從改變單體原料和改革合成工藝入手，研制和篩選性能更好、價(jià)格較低的新型聚合物試劑和催化劑看來，這仍然是今后一個(gè)十分重要的課題具有高活性和 一定機(jī)械強(qiáng)度的大網(wǎng)孔樹脂的出現(xiàn)，必將有助于這個(gè)問題的解決,分析測試問題 使用聚合物試劑進(jìn)行有機(jī)合成時(shí)，為了計(jì)算投入的劑量，必須測定聚合物試劑的功能基的濃度為了探明功能基反應(yīng)的進(jìn)程，還必須進(jìn)行聚合物鍵聯(lián)中間體的分析和反應(yīng)后功能聚合物最終產(chǎn)物分析實(shí)踐證明，化學(xué)分析法往往受到功能聚合物不溶性的限制，顯得既費(fèi)時(shí)而準(zhǔn)確度不高科學(xué)工作者曾討論固相合成中應(yīng)用物理分析方法的可能性紅外光譜法是當(dāng)今用于直接分析聚合物功能基存在，或者確定一個(gè)化學(xué)變化所進(jìn)行的程度的一個(gè)定性手段，在某些情況下也可以得到定量關(guān)系紫外光譜、核滋共振、順磁共振、紅外光譜、拉曼光譜、X射線反向散射法和放射性標(biāo)記顆粒的放射自顯影法，都已應(yīng)用于固相合成的功能基測定，并顯示出它們的有效性但至今還沒有一種物理方法能夠普遍適用于分析所有類型的聚合物試劑和催化劑這些方法的快速性、定量方面的精確度和杭干擾能力，尚有得于進(jìn)一步提高,絮凝機(jī)理,高分子絮凝劑的絮凝作用機(jī)理是；在穩(wěn)定的膠體分散體系中，一個(gè)長鏈大分子可同時(shí)吸附兩個(gè)或幾個(gè)膠粒，或是一個(gè)膠?？赏瑫r(shí)吸附兩個(gè)高分子鏈，因而形成“架橋”的形式把膠粒裹集起來而聚沉。也可能是大分子鏈中的極性基團(tuán)在膠粒表面上進(jìn)行無規(guī)則吸附而使膠粒聚沉。此外，有的絮凝劑也有中和懸浮物質(zhì)的電荷的作用。,高分子絮凝劑,高分子絮凝劑的類別和結(jié)構(gòu) 一般可按化學(xué)組成、產(chǎn)品形態(tài)或其它方式分類。根據(jù)分子的總電荷、絮凝劑通常可分為3類；陰離子、陽離子及非離子絮凝劑。,1陰離子絮凝劑。大多數(shù)陰離子絮凝劑是以聚丙烯酰胺結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。分子鏈中酰胺基部份水解為羧基，所以帶有負(fù)電荷，但電荷密度一般較低。由于分子鏈帶有負(fù)電荷，使大分子在水溶液中更好地伸展，從而增強(qiáng)了對(duì)懸浮粒子的捕集和架橋作用。 陰離于絮凝劑主要有聚丙烯酰胺和它的部份水解產(chǎn)物或是丙烯酰胺與丙烯酸的共聚物，此外，還有聚苯乙烯磺酸鈉等。,陽離子絮凝劑。陽離于絮凝劑一般是在側(cè)基或支鏈上帶有正電荷的陽離子聚電解質(zhì) 如高分子量聚丙烯酰胺的改性產(chǎn)物,非離子絮凝劑。這類絮凝劑主要有聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯等。,高分子絮凝劑的特點(diǎn),一般低分子無機(jī)鹽類混凝劑)是通過電荷中和作用使膠粒碰撞而聚集沉降的。就應(yīng)用的宏觀效果看，與無機(jī)混凝劑相比高分子絮凝劑的主要特點(diǎn)是用量少、效果好、適用范圍寬、所形成的絮體大、沉降快、污泥量少且易于脫水處理,高分子絮凝劑的適用范圍。,高分子絮凝劑的應(yīng)用,高分子絮凝劑在水處理技術(shù)中占有十分重要的地位，應(yīng)用日益廣泛。不僅可用于給水和廢水處理，而且還用于循環(huán)水的處理。它除了具有除濁、脫色作用之外，還可去除廢水中所含的高分子物質(zhì)、病毒、細(xì)菌、微生物、焦油、石油及其它油脂等有機(jī)物，表面活性劑、農(nóng)藥毒物、含氮、磷等富營養(yǎng)物質(zhì)以及汞、鉻、鎘、鉛等金屬和放射性物質(zhì)。,二、高吸水性樹脂的分子結(jié)構(gòu)和吸水機(jī)制,即在高分子電解質(zhì)的立體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的分子間，存在可移動(dòng)的離子對(duì)。由于顯示同分子電解質(zhì)電荷吸引力強(qiáng)弱的可移動(dòng)離于的濃度，在高吸水性樹脂內(nèi)側(cè)往往比外側(cè)高，即產(chǎn)生滲透壓。正由于這種滲透壓及水和高分子電解質(zhì)之間的親和力，從而產(chǎn)生了異常的吸水現(xiàn)象。,三、高吸水性樹脂的基本特性,（一）吸水性 吸水性是高吸水性樹脂最重要的特性。一般樹脂吸水量可達(dá)自重的500倍到l 000倍，最高可達(dá)5300倍。根據(jù)弗洛利公式，吸水能力與樹脂組成、交聯(lián)度有關(guān)，此外還與外部溶液的性質(zhì)有關(guān) (二)保水性 高吸水性樹脂與普通的紙、棉吸水不同，后者加壓幾乎可以完全把水?dāng)D出，而前者加壓失水不多。這是因?yàn)槲詷渲坏┪团砻洖槟z狀，高分子網(wǎng)鏈被擴(kuò)展而具有一定的彈性，因此，在加壓下也不易擠出水來，但吸水性樹脂可與環(huán)境水份保持平衡,(三)吸水狀態(tài)的凝膠強(qiáng)度 高吸水性樹脂的凝膠強(qiáng)度用受重物擠壓后凝膠的破碎程度來衡量。因樹脂有一定的交聯(lián)密度，所以凝膠強(qiáng)度較高，不易破碎，如飽和吸水約500倍的聚丙烯酸鹽壓壞強(qiáng)度是10一20kPa，吸水量較低時(shí)樹脂顯示的強(qiáng)度更大。 （四)吸氨性 高吸水性樹脂是含羧基的陰離子聚合物，由于部分羧基被中和，部分呈酸性，故可吸氨，具有除臭作用。 (五)其它性能 高吸水性樹脂吸水后成水凝膠比一般水溶性高聚物有更高的粘度，可用于化妝品增粘。此外，這類樹脂可與其它樹脂混合，如與EVA、橡膠共混，可獲得防霧性、水膨潤性等新性能，從而大大擴(kuò)展了其應(yīng)用領(lǐng)域。,離子交換與吸附樹脂,特點(diǎn)： 1、分離效率高 2、應(yīng)用范圍廣（無機(jī)、有機(jī)及高純 物的制備） 3、樹脂可反復(fù)使用（具有再生能力） 4、操作煩，周期長,離子交換與吸附樹脂的組成,離子交換樹脂出三部分組成： 一是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子骨架二是連接在骨架上的功能基團(tuán)，三是和功能基帶相反電荷的可交換離子。三者互為依存、統(tǒng)一于每粒離子交換的珠體之中。離于交換樹脂作為商品，它在運(yùn)輸、貯藏和使用時(shí)往往部含一定量的水份，因此水分子充滿于每粒離子交換樹脂的骨架、功能基和反離子之間。,離子交換與吸附樹脂的分類,依據(jù)樹脂骨架結(jié)構(gòu)不同，離子交換樹脂可分為凝膠型和大孔型兩大類。凝膠型離子交換樹脂又可依據(jù)交聯(lián)度不同分為低交聯(lián)度(交聯(lián)度8)樹脂；大孔型樹脂又可分為一般大孔樹脂和高大孔樹脂，一般大孔樹脂的交聯(lián)度通常為8，而高大孔樹脂的交聯(lián)度則要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于8。,根據(jù)所帶的功能基的特性，離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂和其它樹脂。帶有酸性功能基、并能與陽離子進(jìn)行交換的稱為陽離子交換樹脂，帶有堿性功能基并能與陰離子進(jìn)行交換的稱為陰離子交換樹脂。基于功能基上酸、堿有強(qiáng)弱之分，離子交換樹脂又可細(xì)分為強(qiáng)酸性(SO3H)、中強(qiáng)酸(PO (OH) 2)及弱酸性(COOH)、強(qiáng)堿(N+R3Cl)、弱堿性(NH2，NRH，NR2)離子交換樹脂。在強(qiáng)堿性離子交換樹脂中將含有(N+ (CH3) 3Cl-)的樹脂叫強(qiáng)堿型樹脂，含有(N+(CH3) 2 (CH2CH20H)的樹脂叫強(qiáng)堿型樹脂。帶有螯合基、氧化還原基、陽陰兩性基的樹脂；分別稱為螯合樹脂、氧化還原樹脂和兩性樹脂。 上述樹脂通常都用酸、堿、鹽再生，而弱酸弱堿的兩性樹脂可用熱水再生，故弱酸弱堿的兩性樹脂又稱熱再生樹脂.,吸附樹脂可以大體上分為非極性吸附劑、中極性和強(qiáng)極性吸附劑三大類。非極性吸附樹脂是偶極矩很小的單體聚合制得并不帶任何功能基的吸附樹脂。苯乙烯二乙烯苯體系的吸附劑是非極性吸附樹脂的代表。這類非極性吸附樹脂的孔表面的疏水性很強(qiáng)，最適于從極性溶劑(如水)中吸附非極性的有機(jī)物。中極性吸附材脂是含酯基的吸附樹脂。例如，丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯與雙甲基丙烯酸乙二醇酯等交聯(lián)劑共聚的吸附劑，其孔表面疏水和親水部分共有，既可用于極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)，也可用于非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)。強(qiáng)極性(或稱極性)吸附樹脂是指含酰氨基、氰基、酚羥基等極性功能基的吸附樹脂，它適用于非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)。有時(shí)，將含氮、氧、硫等配體的離子交換樹脂也稱為強(qiáng)極性吸附樹脂，因此，離子交換樹脂和強(qiáng)極性吸附樹脂之間沒有嚴(yán)格的界限。,離子交換與吸附樹脂的命名,中國石油化學(xué)工業(yè)部在1977年制定的離子交換樹脂產(chǎn)品分類、命名及型號(hào)的部頒標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：離子交換樹脂的全稱由分類名稱，骨架(或基團(tuán))名稱，基本名稱(離子交換樹脂)排列組成。凡屬酸性的應(yīng)在基本名稱前加一“陽”字：凡屬堿性在基本名稱前加“陰”字。離于交換樹脂型號(hào)由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類，第二位數(shù)字代表骨架結(jié)構(gòu)的差異，第三位數(shù)字為順序號(hào)用以區(qū)別基團(tuán)、交聯(lián)劑等的不同,離子交換樹脂產(chǎn)品骨架分類代號(hào),凡大孔型離于交換樹脂，在型號(hào)前加“大”字的漢語拼音首位字母“D”表示 凝膠型離子交換樹脂在型號(hào)后而用“”號(hào)聯(lián)接阿拉伯?dāng)?shù)字表示交聯(lián)度。,離子交換與吸附樹脂的合成及結(jié)構(gòu)、性能參數(shù),離于交換樹脂的合成一般是先制備母體(通俗為珠體)、然后通過化學(xué)反應(yīng)引入相應(yīng)的離子交換基團(tuán)。離子交換樹脂按其母體分類主要有聚苯乙烯、聚丙烯酸及酚醛三個(gè)系列。通過在聚合過程加入或不加入致孔劑的制備方法，可使得到的母體有大孔型或凝膠型的物理結(jié)構(gòu)。吸附樹脂的制備方法與大孔型離子交換樹指的母體相似,l、粒度 離子交換及吸附樹脂一般都是球狀體，粒度范圍在02-12mm之間。工業(yè)上常用“目數(shù)”表示樹脂粒徑的大小。 2、密度、孔容和孔度 多孔物質(zhì)或大孔樹脂的密度有三種： （1）堆積密度堆：是指包括粒間空隙在內(nèi)的單位體積樹脂的密度 （2）表現(xiàn)密度表：是指不包括粒間空隙的單位體積樹脂的密度 （3）真密度真；是指樹脂骨架本身的密度 孔容P孔容是指單位重量干樹脂內(nèi)孔洞的體積(ml/g) 孔度P孔度是指樹脂內(nèi)孔洞體積占樹脂(干)本身體積的百分?jǐn)?shù),3、比表面積 比表面積是指每克樹脂所具有的內(nèi)、外表面積的總和，單位m2g 4、孔徑及孔分布 已知大孔樹脂的孔容V孔容和比表面積S后，可按下式計(jì)算樹脂的平均孔徑d： 除平均孔徑外，孔徑分布也是被用來描述大孔樹脂孔結(jié)構(gòu)特性的重要參數(shù)?？讖椒植际侵缚左w積按孔徑分布的狀況，般用微分或積分曲線表示。,5、含水量 樹脂含水量是指達(dá)溶脹或吸收平衡時(shí)樹脂所含水量的百分?jǐn)?shù)，它由樹脂的交聯(lián)度、孔度及功能基的性質(zhì)和數(shù)量所決定 6、離子交換容量 離子交換容量是指一定數(shù)量離子交換樹脂所帶有的可交換的離子的數(shù)量一般用單位重量(克)或體積(毫升)樹脂所含的可交換的離子的毫克當(dāng)量數(shù)表示。根據(jù)樹脂所用的計(jì)量單位不同(重量或體積)，交換容量有重量交換量(毫克當(dāng)量克)和體積交換量(毫克當(dāng)量毫升)之分。 由于離子交換樹脂的交換容量隨條件不同而改變，為應(yīng)用方便起見，通常把交換容量分為總交換容量、工作交換容量和再生交換容量。,總交換容量表示單位量(重量或體積)樹脂中所具有的可交換離子的總數(shù)，它反映了離子交換樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 工作交換容量是指離子交換樹脂在一定工作條件下表現(xiàn)出的交換量，它是離子交換樹脂實(shí)際交換能力的量度。樹脂的工作交換量不僅同其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且同溶液組成、流速、溫度、流出液組成及再生條件等因素有關(guān)。在一定的工作條件下，交換基團(tuán)可能未完全電離，故工作交換量一般小于總交換量。一種樹脂的工作交換量可在模擬離子交換樹脂實(shí)際工作條件下測得。顯然，在表示樹脂工作交換量時(shí)，有必要指明工作條件和貫流點(diǎn)。 再生交換量是離子交換樹脂在指定再生劑用量條件下的交換容量。,一般情況下，總交換量、工作交換量和再生交換量三者問的關(guān)系如下； 再生交換量o51o總交換員 工作交換量o3一o9再生交換量 工作交換量再生交換量為離子交換樹脂的利用率,離子交換樹脂的再生,離子交換樹脂的再生是使用過程中的一個(gè)重要步驟。再生條件是評(píng)價(jià)離子交換樹脂的重要指標(biāo)。不同類型的樹脂應(yīng)選擇不同再生劑進(jìn)行再生。再生劑種類、再生劑濃度、用量、流速、溫度和再生方式都會(huì)影響再生效率。,4、離子交換速度 離子交換的可能與否，在很大程度上依賴于樹脂的選擇性，而離子交換速度則往往影響離子交換的效果。離子交換樹脂的應(yīng)用常常是在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行的，因此控制好離子交換速度對(duì)離子交換的進(jìn)行顯很更為重要。 對(duì)于鈉型陽離子交換樹脂與溶液中的Ca2+，實(shí)際的離子交換過程是由如下相對(duì)速率組成：,影響膜擴(kuò)散和粒內(nèi)擴(kuò)散的主要因素是： 溶液流速。膜擴(kuò)散隨溶液過柱流速(或靜態(tài)攪拌速度)的增加而增加，粒內(nèi)擴(kuò)散基本不受流速或攪拌的影響。 樹脂粒徑。離子的膜擴(kuò)散速度與樹脂顆粒大小成反比而離子的粒內(nèi)擴(kuò)散速度與粒徑倒數(shù)的高次方成反比。 溶液濃度。當(dāng)溶液中離子濃度較低時(shí)，而膜擴(kuò)散速度影響較大。對(duì)粒內(nèi)擴(kuò)散影響較?。划?dāng)溶液中離子濃度較高時(shí)，對(duì)粒內(nèi)擴(kuò)散影響較大，而對(duì)膜擴(kuò)散影響較小。 樹脂交聯(lián)度。樹脂交聯(lián)度對(duì)膜擴(kuò)散影響較小，而對(duì)粒擴(kuò)散影響更為顯著。,材料導(dǎo)電性的表征,從微觀上講，材料之所以具有導(dǎo)電性是由于材料內(nèi)部存在傳遞電流的自由電荷，這些自由電荷通常稱之為載流子，它們可以是電子、空穴、也可以是正、負(fù)離子。這些載流子在外加電場的作用下，作定向運(yùn)動(dòng)，便形成電流。因此材料宏觀導(dǎo)電性(電導(dǎo)率、電阻率)的大小，與其所含載流子的數(shù)目及其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。,導(dǎo)電高分子材料的分類,導(dǎo)電高分子材料按導(dǎo)電原理可分為結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子和復(fù)合型導(dǎo)電高分子兩大類。 所謂結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子是指那些分子結(jié)構(gòu)本身能提供載流子從而顯示導(dǎo)電性的高分子材料。 復(fù)合型導(dǎo)電高分子是以絕緣聚合物作基體與導(dǎo)電性顆?；蚣?xì)絲(如銀、鋼、石墨等)通過共混、層壓等復(fù)合手段而制得的材料。 復(fù)合型導(dǎo)電高分子中的高分子本身并無導(dǎo)電性，它的導(dǎo)電過程是靠摻入的導(dǎo)電微?；蚣?xì)絲來實(shí)現(xiàn)的，即由導(dǎo)電微?；蚣?xì)絲提供載流子。,復(fù)合型導(dǎo)電高分子中的高分子本身并無導(dǎo)電性，它的導(dǎo)電過程是靠摻入的導(dǎo)電微?；蚣?xì)絲來實(shí)現(xiàn)的，即由導(dǎo)電微?；蚣?xì)絲提供載流子。 導(dǎo)電高分子材料與金屬相比，具有重量輕、易成型、電阻率可調(diào)節(jié)等諸多優(yōu)點(diǎn)，早巳引起人們的普遍關(guān)注。目前復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料已在能源、紡織、電子、宇航等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料尚處于試驗(yàn)室研究或小批量試制階段,結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料,結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子主要有4大類； 1.共軛高聚物； 2.高分子電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)臺(tái)物； 3.金屬有機(jī)聚合物。 4.聚合物離子自由基鹽,電致發(fā)光 電致發(fā)光的過程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過程，即電能轉(zhuǎn)變成光能。在具有一定的載流子遷移率和固態(tài)熒光量子效率的有機(jī)薄膜發(fā)光材料兩邊各加一個(gè)電極，即可制備出簡單的有機(jī)電致發(fā)光器件。當(dāng)施加一定的電壓后，就會(huì)發(fā)生有機(jī)材料的電致發(fā)光(electroluminescence，簡稱EL)現(xiàn)象。,電致發(fā)光發(fā)光機(jī)理 在外界電壓的驅(qū)動(dòng)下，由電極注入的電子和空穴在有機(jī)物中復(fù)合而釋放出能量，并將能量傳遞給有機(jī)發(fā)光物質(zhì)的分子，使其受到激發(fā)，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，當(dāng)受激分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)輻射躍遷而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。,電致變色材料的工作原理,其實(shí)質(zhì)是一個(gè)電極顏色能隨充放電過程發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變的超薄電池。,顯色一消色”過程伴隨著電子轉(zhuǎn)移和保持材料電中性的離子傳導(dǎo)。一般電致變色薄膜采用多層結(jié)構(gòu)，在兩層透明導(dǎo)體中交替填充著電致變色層、離子導(dǎo)體和對(duì)電極三層活性薄層。處于中間的離子導(dǎo)體作為電解質(zhì)起著把自由離子從儲(chǔ)電層(對(duì)電極)傳輸?shù)诫娭伦兩珜拥淖饔?，此時(shí)薄膜將由透明變?yōu)椴煌该鳌?電化學(xué)變色性的特點(diǎn),1、光密度與注入離子電荷Q的關(guān)系，當(dāng)Q較小時(shí)是線性的，較大時(shí)呈現(xiàn)出某種飽和，因此可通過控制注入電荷量實(shí)現(xiàn)OD連續(xù)調(diào)控。 2、通過改變電壓極性使電荷注入或抽取，可方便地實(shí)現(xiàn)著色或消色，即著、消色有可逆性。不過著消色是不對(duì)稱的動(dòng)力學(xué)過程：離子注入時(shí)受電色電極電解質(zhì)界面勢壘的限制，離子抽取時(shí)受電色電極內(nèi)空間電荷層的限制。這樣，著、消色的響應(yīng)特性有區(qū)別。,3、已著色的材料如切斷電荷流通路徑(開路)、也不發(fā)生其它氧化一還原反應(yīng)時(shí)，可以保持著色狀態(tài)，即有記憶功崩。 4、將有不同譜特性的材料以某種方式結(jié)合，有可能實(shí)現(xiàn)顏色的組合，這被利用來發(fā)展混合氧化物EC系統(tǒng)，以得到例如較適合人眼的光譜峰值響應(yīng)以至彩色顯示,高分子駐極體 聚偏二氟乙烯，聚氯乙烯、尼龍11和聚碳酸酯等極性高分子在高溫下處于軟化或熔融狀態(tài)時(shí)，若加以高直流電壓使之極化，并在冷卻之后才撤去電場，使極化狀態(tài)凍結(jié)下來對(duì)外顯示電場，這種半永久極化的高分子材料稱為駐極體。,PVDF壓電薄膜的制備 首先用流涎法或熱壓法制成。型PVDF薄膜所謂流涎法就是將PVDF的樹脂溶于溶劑(如二甲基甲酰膿)中，配成溶液，流涎于平板上，在一定溫度下干燥后即得薄膜。所謂熱壓法就是將PVDF樹脂加熱，用輥壓機(jī)壓制成薄膜。用這兩種方法制得的薄膜通常以晶型為主，原始薄膜厚約50400 m。 然后在120左右通過單軸拉伸，使。型PVDF蒲膜轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘈徒Y(jié)構(gòu)。拉速一般為20mmmin拉伸45倍時(shí)可得到主要含型的PVDF薄膜。,接著在拉伸膜的兩面蒸鍍金、銀、鋁等金屬電極，電極厚度約01m。也可在室溫下將拉伸膜電暈極化處理后再蒸鍍電極。電暈極化條件是電場強(qiáng)度為10一40kVm，時(shí)間為20一30s。 最后是熱極化。極化溫度為80一100，極化場強(qiáng)約5kVm，極化時(shí)間為30一60 min。 通過極化處理后，就可得到具有永久極化強(qiáng)度、壓電常數(shù)和熱電常數(shù)的駐極體。,感光性高分子材料是泛指含有聚合物、預(yù)聚體、單體、感光性化合物或其混合物所組成的各種感光性體系。它們吸收了光能之后，導(dǎo)致體系的分子內(nèi)或分子間產(chǎn)生化學(xué)或物理變化：,由液態(tài)轉(zhuǎn)變成不溶性固態(tài)，稱為光固化或光交鏈： 溶解性起變化稱為光交鏈。 變色或發(fā)光，稱為光致變色或光致發(fā)光。 導(dǎo)電性起變化，稱為光導(dǎo)性。 具有催化功能，稱為光催化性。 對(duì)基材的附著力起變化，稱為光敏膠。 高分子鏈段起降解作用，稱為光降解。,感光性高分子材料的組成,感光性高分子材料體系一般組成如下： 感光性樹脂(高分子預(yù)聚體)主要成膜材料 活性稀釋劑(乙烯基化合物)次要成膜材料 光引發(fā)劑(安息香或二苯甲酮衍生物)反應(yīng)引發(fā)劑 光增感劑(叔胺、季銨鹽)反應(yīng)加速劑 阻聚劑(對(duì)羥基苯甲醚等)貯存穩(wěn)定劑 添加劑(消泡、流平劑輔助成膜材料 顏料著色劑 填料增強(qiáng)、致廉,感光性高分子材料的應(yīng)用,光敏涂料 射線固化涂料 感光性油墨 光致抗蝕劑 印刷制版用感光性樹脂 射線固化膠粘劑 光降解塑料 其他方面的應(yīng)用,含有光色基團(tuán)的化合物受一定波長的光照射時(shí)發(fā)生顏色變化，而在另一波長的光或熱的作用下又恢復(fù)到原來的顏色，這種可逆的變色現(xiàn)象稱為光色互變或光致變色,光致變色的基本原理,理想的光色過程有如下兩步組成 1激活反應(yīng)。即顯色反應(yīng)。系指化合物經(jīng)一定波長的光照射后顯色和變色的過程。 2消色反應(yīng)。它有兩種途徑； 熱消色反應(yīng)；系指化合物通過加熱恢復(fù)到原來的顏色。 光消色反應(yīng)：系指化合物通過另一波長的光照 射恢復(fù)到原來的顏色。,光致變色材料的應(yīng)用,光致變色化合物作為光敏性材料用于信息記錄介質(zhì)等方面具有以下