文档介绍：精细化工概论
第六章功能高分子
第一节概述
一、功能高分子分类
(1) 具有分离功能的高分子这是功能高分子中最令人瞩目的一类,也是应用最早的一类高分子材料。在各种工业特别是化学工业中关于物质分离、分析、浓缩、富集是十分重要的课题,例如硬水的软化、电子工业去离子、超纯水的制备、液体混合物的分离、混合气体的分离、金属的富集、血液中有毒物质的离析等。寻找新的功能树脂代替现有的耗能而又低效的蒸馏、分馏、淬化、冶炼等手段,并完成一般手段做不到的如血液中有毒物质的离析,手性化合物的分离等,这些都是具有分离功能高分子所需探讨的问题。到目前为止,人们合成了许多品种的离子交换树脂、螯合树脂、吸附树脂、混合气体分离膜、混合液体分离膜、透析用的树脂等,免去了耗能的工艺,提高了效率。选择性螯合或吸附树脂使得各种贵金属和稀有金属得到富集回收,这大大节省了能源和资源。
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(2) 高分子试剂使用小分子试剂时常具有易燃、易爆、不易分离回收等问题。将小分子试剂用化学方法或物理方法与一定的聚合物相结合,或者与可聚合基团的试剂直接聚合即可得到高分子试剂,其具有选择性好、使用安全以及可以重复使用等很多优点。同时由于具有自身的一些特性,即高分子效应,常常可以在特殊的化学反应中得到应用。目前已有的高分子试剂除了常见的高分子氧化还原试剂、高分子转递试剂外;还包括固化酶试剂以及固相肽合成试剂等。这种树脂负载试剂的合成方法,还在不断开发出,还有新的聚合物合成出来。如“模板聚合”方法的出现,使人们可以按自己意图控制合成分子的序列结构,这对于生命科学、医药科学等领域开拓新的合成方法,将会有十分重要的意义。
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(3) 高分子催化剂高分子催化剂的应用在化学工业中占有很重要的地位。由最早的无机金属氧化物催化剂过渡到均相的配合催化剂迈出了一大步,而高效性、高选择性的催化剂的合成——直是非常重要的研究问题,近些年来新的高分子催化剂的出现正是朝着这个方向迈进。将催化活性中心负载于高分子上,使该高分子物质具有催化活性,并由于高分子链或聚集态的结构而使其具有选择性,同时使得反应产物与催化剂容易分离,既达到了均相配合催化的高效、高选择性,又解决了均相催化中催化剂难以分离回收使用的问题,甚至还可以避免或减少均相催化中的贵金属流失和设备腐蚀等问题。现在合成的高分子催化剂种类很多,可以用于选择性加氢、氧化、羰基化、异构化等。高分子催化剂的进一步研制正朝着模拟酶催化剂的方向发展,而半人工合成的固定化酶催化剂已在工业上得到了应用。
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(4) 医用高分子和高分子药物医用材料和高分子药物的研究,已给并将继续给人类带来巨大的益处。聚甲基丙烯酸甲酯最早应用于医疗,制作假牙、假肢等,且多为体外用材料。现今要求开发多种体内用材料,为此要解决的主要问题是抗凝血问题。未来的人工脏器材料,如人工肺、人工心脏、人工肾脏等,都希望小型化、内植化、长期使用化,或便携化等。当然,无毒、无生理副作用、不过敏、不致癌等,都是医用材料的最基本要求。目前在医疗方面使用的高分子材料有聚酯、尼龙、聚氨酯、有机硅聚合物等,而人工心脏瓣膜、人造血管、人工关节、隐形眼镜、人工心肺机、血液透析机以及医用缝线、粘合剂、体外用的医疗胶管纱布及其他固定材料等亦是功能高分子材料。
(5) 其他除以上所述之外,还有光活性高分子、导电高分子、液晶高分子、磁性高分子、具有能量转换功能的高分子和模拟生物活性的,高分子等,均属功能高分子的研究范畴。目前这些领域的研究工作也十分活跃,并取得了一定的成果。
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二、功能高分子的合成方法
⑴功能单体聚合或缩聚反应
由含有功能基的单体通过聚合或缩聚反应制备功能高分子的途径从理论上讲是容易的,然而在实际上功能单体的合成往往是复杂而困难的,原因是在制备这些单体的过程中必须引入可聚合或缩聚的反应性基团,而又不破坏单体上的功能基;同时功能基的引入也不能妨碍聚合或缩聚反应的进行。例如制备含有对苯二酚功能基的高分子,由于对苯二酚基团有阻聚作用,因而想得到此功能高分子就必须先对单体进行酯化反应保护—OH基,不使其发生阻聚作用,聚合后再水解成-0H基。这种制备方法是非常复杂的,首先单体合成相当困难,其次在具有活泼的乙烯基单体上进行酯化反应极不容易,再次含有微量酚羟基对聚合反应有阻聚作用。但在制得的功能高分子中,其功能基在高分子链上的分布是均匀的,而且每个链节都有功能基,其功能基含量可达到理论计算值,如下式所示:
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⑵高分子的功能化反应
利用高分子化学反应制取功能高分子是较为方便的一种方法。其主要优点是许多天然高分子或合成高分子都是现成的、价廉易得的原料,可选用的品种也较多。
⑶与功能材料复合
高分子与某些添加剂的机械混合也可制成功能高分子。例如