化学功能高分子材料课件.ppt

1、 化学功能高分子材料概述n化学功能高分子链为骨架并连接具有化学活性大基团构成。它主要包括：n离子交换树n高分子催化剂n高吸水树脂离子交换树脂n定义 离子交换树脂是由交联结构的高分子骨架与能离解的基团两个基本组分所构成的不溶性、多孔的、固体高分子电解质。n功能：它能在液相中与带相同电荷的离子进行交换反应，此交换反应是可逆的，即可用适当的电解质冲洗，使树脂恢复原有状态，可供再次利用（再生）。分类：根据离解的基团的性质，可分为根据离解的基团的性质，可分为：1、阳离子交换树脂n1强酸性强酸性（聚苯乙烯系），n 交换基：磺酸 SO3H 2中酸性中酸性（聚苯乙烯系）交换基：P=O(OH)2n3弱酸性弱酸性

2、（甲基丙烯酸系）n 交换基：羧基COOH或酚基OHn2、阴离子交换树脂n1 强碱性强碱性（聚苯乙烯系）交换基：季胺 叔胺2 弱碱性弱碱性（聚苯乙烯系）交换基：氨基NH2N+XP+XNRR 根据高分子基体（即骨架）分：根据高分子基体（即骨架）分：n苯乙烯苯乙烯体系树脂n丙烯酸丙烯酸甲基丙烯酸酯甲基丙烯酸酯体系树脂n苯酚苯酚间苯二胺间苯二胺体系树脂n环氧氯丙烷环氧氯丙烷体系树脂 特殊的离子交换树脂 按性能分:n1、螯合螯合树脂n2、两性两性离子交换树脂n3、耐热性耐热性离子交换树脂n4、氧化还原氧化还原树脂离子交换设备离子交换树脂的合成离子交换树脂的合成 强酸性阳离子交换树脂n以-SO3H基作离子

3、交换基因的离子交换树脂n目前所有制品都是苯乙烯体系的树脂。苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂+DVBCH2CHCH2CHCH2CHCH2CHH2SO4HClSO3SO3CH2CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2CHSO3SO3HH缩合体系强酸性阳离子交换树脂H2SO4OHOHSO3HHCHOCH2OHSO3HOHSO3HCH22SO4ONaNaHCHOONaONaCH2NaSO3弱酸性阳离子交换树脂n此类大部分以COOH为功能基，此外还有 具有COOH基的弱酸性离子交换树脂几乎都是水解丙烯酸脂，或甲基丙烯酸能与DVB的共聚物而得，之所以使用是因为丙烯酸和甲基丙烯酸是水溶性的 HAsO3AsOH

4、OHOPOHOHO强碱性阴离子交换树脂n 主要是以 作为离子交换基因的树脂NRRR+OHNaClNaOH+NRRR+OH+RRRNCl弱酸性阴离子交换树脂H2NCH2CH2CH2N(CH3)2150180，反应6小时OC2H5OCCHCH2CHCH2CHCH2OCCHCH2CHCH2CHCH2HNCH2CH2CH2N(CH3)2两性离子交换树脂CH2=CHClCH2=CHCH2=CHCH2=CH+BPOCHCH2CHCH2CHCH2CH2 CHClN(CH3)3CHCH2CHCH2CHCH2CH2 CHN(CH3)3+Cl-H2SO4SO3HCHCH2CHCH2CHCH2CH2 CHN(CH3

5、)3+Cl-SO3H高分子催化剂高分子催化剂无机高分子催化剂有机高分子催化剂交联型（不溶型）凝胶型可溶型高分子催化剂高分子催化剂就是高分子化的催化剂，催化剂在高分子上，高分子是载体，因此有时也称负载催化剂。按载体不同可分为：高分子催化剂具有以下优点n高分子催化剂具有以下优点：n高分子催化剂都是固体高分子催化剂都是固体。对于气相反应和溶液反应来说，都是非均相反应，固体与气体、液体容易分离，催化剂容易回收。n高分子催化剂对水、空气都很稳定高分子催化剂对水、空气都很稳定。一般高分子催化剂在空气中放置一年都不会失活，但是一些常用的有机反应的催化剂，如无水三氯化铝，则对水很敏感，吸水后容易失活。n高分子

6、催化剂活性大高分子催化剂活性大，反应速度快，产率高。n高分子催化剂可以提高反应的选择性选择性。固定化酶固定化酶可用于催化氧化、还原、重排、水解、异构化等反应。例如，固定化氨基酰化酶可使N-酰化-D，L-氨基酸进行选择性水解。所产生的L-氨基酸可利用溶解度的差别，与N-酰化-D-氨基酸分离,此法已工业化。固定化酶属于半合成高分子催化剂 利用酶的官能团(-NH2、-COOH、-SH、咪唑基、苯酚基等）与合成高分子的官能团进行反应可以制得。例如,含-C6H4NCS的聚丙烯酰胺与含-NH2的酶作用，可得如下的固定化酶：高分子相转移催化剂n1、相转移催化、相转移催化：n是有机化学中的一种新的合成方法n如

7、：R-CH2-Cl+NaOH或NaOH水溶液得到n R-CH2-OHnR-CH2-Cl+NaCN固体或水溶液得到n R-CH2-CN2、威廉穆森反应n3、采用非质子性溶剂n采用非质子性溶剂 空间效应nCH3S=OCH3此类溶剂价格昂贵，难以纯化，难以干燥，极性强，对无机有机都相容，所以反应结束后产物难分离-+NaHCH3CH2O-OH-ClRC+-NaCHCH3NCH3OHO1.高分子酸碱催化剂n即酸性或碱性离子交换树脂。n含酸（碱）性功能基，可在有机合成中起酸（碱）的催化作用。n易分离回收，可重复使用，产物不需中和，反应条件温和，催化反应可连续进行。2.高分子配位化合物（金属络合物）催化剂n

8、组成：n配体的结构：含O、S、P、N等配原子，或带电子的异戊二烯基、苯基。n载体的作用：增加固相催化剂的比表面，提高催化活性高分子配体高分子配体交联有机高分子无机高分子 载体载体一种多种PS,PVC,PA,有机硅,聚乙烯吡啶,等甲壳素，羊毛，蚕丝等 硅胶，聚金属胺烷SiO2,Al2O3等金属氧化物PS，聚吡啶n合成方法合成方法l离子键固载法：有机金属络合阴（阳）离子通过离子交换固载于聚合物；l共价键固载法：聚合物骨架功能化形成高分子配体,再络合金属盐或有机金属化合物；(以上为化学键联,常用,牢固但复杂、成本高)l物理负载法：浸渍法,金属盐或有机金属化合物被吸附锁闭在多孔聚合物载体的管道中.l（

9、简单但易脱落）n特点特点l易分离回收，不污染产物；高分子效应有利于提高催化活性和选择性；l中心金属离子易脱出；活性比相应有机金属络合物催化剂有所降低；反应物在骨架中扩散速度降低；有机骨架不耐高温，对某些反应介质敏感。高吸水性树脂高吸水性树脂是一类高分子电解质，通过丙烯酸聚合而得。具有很强的吸水和保水能力。所吸的水分不被简单物理方法挤出，可反复释水、吸水。高吸水性树脂是一种含强亲水基团的三维网络结构，具有一定的交联度。(吸水机理)高吸水性树脂的分类淀粉类高吸水性树脂：n优点是原料来源丰富，产品吸水倍率高。n缺点是吸水后凝胶强度低，长期保水性差，在使用中易受细菌等微生物分解而失去吸水、保水作用。n淀粉类高吸水性树脂主要有两种形式。一种是淀粉与丙烯腈进行接枝反应后，用碱性化合物水解引入亲水性基团的产物，由美国农业部北方研究中心开发成功；n另一类是淀粉与亲水性单体接枝聚合，然后用交联剂交联的产物，由日本三洋化成公司首开先河。基本结构淀粉聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图淀粉聚丙烯酸钠接枝聚合物模型图SAP的多孔网状结构的多孔网状结构谢谢 谢谢