第九讲 功能高分子材料.pptVIP

第九章 功能高分子材料 一、 离子交换树脂 离子交换树脂是一类带有可离子化基团的三维网状交联聚合物。它的两个基本特性是： 其骨架或载体是交联聚合物，因而在任何溶剂中部不能使其溶解，也不能使其熔融； 聚合物上所带的功能基可以离子化。 早期的缩聚型离子交换树脂是由块状粉碎而成的无规颗粒状，现在所用的离子交换树脂的外形一般为球形珠状颗粒。常用的离子交换树脂的颗粒直径为0.3-1.2mm，一些特殊用途使用的离子交换树脂的粒径可能大于或小于这个范围。 1、离子交换树脂必须具有的性能 高机械强度，以减少使用过程中的破碎； 高交换容量； 足够的亲水性，以使水能进入树脂内部，使离子化基团离子化，使水溶液中的离子与树脂上的离子相互接近； 在水中具有足够大的凝胶孔或大孔结构，以使离子能以适当的速度在其中扩散； 高的热稳定性和化学稳定性，使之不会在使用中发生降解，也不会破坏其结构； 高的渗透稳定性； 树脂必须具有适合于应用的粒度分布。 2、常用的几种离子交换树脂的化学结构 3、离子交换树脂的合成 (1)苯乙烯系离子交换树脂的合成 苯乙烯系离子交换树脂是苯乙烯和二乙烯苯在水相中进行悬浮共聚合得到共聚物珠体，然后向共聚体中引入可离子化的基团而合成的。苯乙烯系离子交换树脂的用量占离子交换树脂总用量的95％以上，在离子交换树脂的基础上发展起来的一些其他功能高分子如高分子试剂等也主要以聚苯乙烯为载体。 (i)交联聚苯乙烯珠体的制备 用于制备离子交换树脂的苯乙烯—二乙烯苯共聚物中间体是由自由基悬浮共聚合制得的。含有引发剂过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈的苯乙烯和二乙烯苯混合物悬浮于含有分散剂的水相中，在适当的搅拌下，有机相分散成大小合适的珠体。然后加热到一定的温度，使引发剂分解而引发聚合，得到珠状苯乙烯—二乙烯苯共聚物。聚合完成后，应清洗聚合物珠体以除去粘附的分散剂，然后脱水、干燥。水相中的分散剂或悬浮稳定剂有两种作用：一是降低水相的表面张力，在搅拌作用下单体更易分散成较小的液滴；二是分散剂吸附在所形成的液珠的表面起保护作用，避免液珠在彼此碰撞时合并或粘结。 (ii)交联聚苯乙烯的功能基化 交联聚苯乙烯的磺化可得到磺酸型强酸性阳离子交换树脂，常用的磺化剂是浓硫酸，磺化反应如下式所示 工业上一般用相当于交联聚苯乙烯树脂重量0.4倍的二氯乙烷为溶胀剂，加速磺化反应的进行。 常用的苯乙烯系强碱性和弱碱性阴离子交换树脂都是由氯甲基化交联聚苯乙烯胺化制得的。氯甲基化交联聚苯乙烯也是许多其他功能高分子材料的前体。对交联聚苯乙烯的氯甲基化，可通过弗里德尔—克拉夫茨烷基化反应很容易地在交联聚苯乙烯的苯环上引入氯甲基，如下式所示： 二、吸附树脂 吸附树脂是指一类多孔性的、高度交联的高分子共聚物。这类高分子材料具有较大的比表面积和适当的孔径，可从气相或溶液中吸附某些物质。吸附剂包括有机的、元机的(如活性氧化铝)、天然的(如硅藻土、白土等)和人工合成的(如硅胶、分子筛、活性炭)等许多种类。吸附树脂是吸附剂中的一大分支，有时也称为高分子吸附剂，是吸附刑中品种最多、应用最晚的一个类别。1980年以后，我国才开始有工业规模的生产和应用。 1、吸附树脂的分类 吸附树脂按其化学结构可有以下几类 非极性吸附树脂，如聚二乙烯苯 中极性吸附树脂 此类树脂内存在脂基一类的极性基团 极性吸附树脂 此类吸附树脂具有酰胺、亚砜、腈等基团 强极性吸附树脂 此类吸附树脂含有极性最强的极性基团，如吡啶基、氨基等 2、吸附树脂的合成 3、吸附树脂的吸附量 多分子层吸附。吸附剂既可以吸附气体，也可以从溶液中吸附溶质。但是两种吸附情况是有区别的。在吸附气体时，由于气态分子处于自由运动状态，吸附剂对气体物质的吸附量只与气体的压力有关。并且吸附可以是多分子层的，即吸附一层分子后仍可继续吸附第2层．第3层……。但是各个吸附位置的吸附层数不一定相同。在一定的压力下，经过足够长的时间之后，吸附量达到一个定值，不再增加。 单分子层吸附。在从溶液中吸附某种物质时，情况就有所不同。因为溶液中的溶质通常说不是自由的，是被溶剂化了的，这就是说存在着溶剂与溶质的相互作用，存在着吸附剂对溶质的吸附与溶剂使被吸附物质吸附之间的竞争。因而吸附剂对溶质的吸附量既与溶质的浓度有关，也会受到溶剂性质的影响。但不管在什么溶剂中,也同样存在吸附平衡。只是溶剂不同，吸附平衡点也不同，即吸附剂对某一物质的吸附量不同。溶液吸附的另一特点是多为单分子层吸附， 三、导电高分子材料 物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、导体和超导体四种类型。通常，有机高聚物的属于绝缘体的范畴。Shirakawa发现含交替单键和双键的聚乙炔(Polyacetylene，简称PA)经过碘掺杂之后，其电学性能不仅由绝缘体(