1、精细化工试验技术第十六章第十六章功能高分子材料功能高分子材料 一、功能高分子材料及其分类一、功能高分子材料及其分类二、功能高分子材料的应用二、功能高分子材料的应用三、功能高分子材料的发展概况三、功能高分子材料的发展概况实验三十四实验三十四高吸水性树脂的制备高吸水性树脂的制备实验三十五实验三十五光致变色聚合物的制备光致变色聚合物的制备 功能高分子材料功能高分子材料一、功能高分子材料及其分类一、功能高分子材料及其分类功能高分子材料(functional macromolecule materials)是指与常规高分子材料相比具有明显不同的物理化学性质，并且具有某些特殊功能的高分子材料。它所具有的功
2、能大体上可分为物理功能、化学功能、生物功能以及介于两者之间的复合功能。功能高分子材料从组成和结构上可分为结构型功能高分子材料和复合型功能高分子材料。结构型功能高分子材料是指在分子链上带有可起特定作用的功能基团的高分子材料，而复合型功能高分子材料是指以常规高分子材料为基体或载体，与具有特定功能的结构型功能高分子材料进行复合而得的复合功能材料。功能高分子材料功能高分子材料按性质和功能划分，可将功能高分子材料分为以下七种类型：反应型高分子材料包括高分子试剂和高分子催化剂，特别是高分子固相合成试剂和固化酶试剂等。光敏型高分子材料包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材料
3、等。电活性高分子材料包括异电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料等。吸附型高分子材料包括高分子吸附性树脂、离子交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂和吸水性高分子吸附剂等。膜型高分子材料包括各种分离膜、缓释膜和其它半透性膜材料。高性能工程材料如高分子液晶材料、功能纤维材料等。高分子智能材料包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、电、磁、PH、压力感应材料。功能高分子材料功能高分子材料二、功能高分子材料的应用二、功能高分子材料的应用分离膜材料具有节能、工艺连续化以及装置紧凑等特点，它又能够对低浓度、分子结构相似、分子间作用力相近等难分离系统以及一些热敏性物质的分离，因此广泛应用于物质的分
4、离、浓缩、精制过程。导磁高分子材料是正在开发研究中的高分子材料。我国已经开发出一些品种并加以推广应用，如用于冰箱门的磁性塑料。彩色显像管配套部件的汇聚片，是复合型高分子永磁材料，汇聚片组合件在彩电中起着调聚色彩的重要作用。功能高分子材料功能高分子材料医用高分子材料是当今研究较多以及应用较广的一种功能高分子材料。由于有机硅材料具有生理惰性，人体适应性强，抗凝血性好，以及耐老化、耐高压蒸汽消毒等特点，因此是目前用于人体内永久性植入的主要高分子材料。我国已经开发了“医用有机硅”级的有机硅橡胶、人工脏器、人工关节、人工晶体、牙科复合树脂充填材料以及整形用材料等。预计在新世纪将有更多的医用高分子材料问世
5、。功能高分子材料种类繁多，其应用也遍及各个领域，并且有新的品种和新的功能在不断地开发研究之中。三、功能高分子材料的发展概况 功能高分子材料功能高分子材料实验三十四高吸水性树脂的制备实验三十四高吸水性树脂的制备一、实验目标1理解高吸水性树脂制备的基本原理；2掌握实验室中沉析、真空干燥等常见的操作。二、产品特性与用途高吸水性树脂或称超吸水性树脂（SAR），是指能吸收自身质量几百倍甚至上千倍水分的高分子聚合物，在日常生活、农业、医药及其他工业部门有广泛用途。例如，高吸水树脂可用作香料载体、尿不湿的吸水材料；农业上用作园艺保水剂；工业上用作油水分离材料、污水处理剂、溶剂脱水剂；医药上用作人工肾脏过滤材
6、料、血液吸附剂等，其很多用途正处于开发研究之中。功能高分子材料功能高分子材料三、实验原理本实验以淀粉、丙烯腈为原料制备高吸水性树脂，主要的化学反应有两个，即接枝反应和水解反应。接枝反应是以水为介质，以铈盐为引发剂，将丙烯腈接枝到已糊化的淀粉链上。水解反应是在氢氧化钠的作用下，将接枝聚合物侧链上的腈基转变为酰胺基和羧酸盐基。其反应式如下：接枝反应：Rst+Ce4+Rst+Ce3+(Rst代表淀粉，下同)功能高分子材料功能高分子材料水解反应：作为吸水材料必须具备两个条件：一个是自身带有较多的吸水基团；二是本身不溶于水。本实验制备的树脂是以淀粉为骨架，与丙烯腈接枝共聚成高分子化合物，不溶于水，侧链上
7、的腈基又经过水解转化为亲水性很强的羧酸盐基和酰胺基，使其具有极强的吸水性。因此，水解反应是使接枝共聚物实现其吸水性关键的一步反应，而水解反应条件选择的好坏直接影响到高吸水性树脂吸水性的高低。功能高分子材料功能高分子材料四、主要仪器与药品1主要仪器电热恒温水浴锅，电动搅拌器，500mL三口烧瓶以及氮气钢瓶等。2主要药品玉米淀粉，市售；丙烯腈，AR；硝酸铈铵，AR；氢氧化钠，AR；硝酸，AR；95%(v/v)乙醇，CP。五、实验内容与操作步骤1.称量淀粉10克装入三口烧瓶内，加200mL蒸馏水搅拌制成淀粉浆。在氮气保护下，在8085糊化3040min，然后冷却到2040。功能高分子材料功能高分子材
8、料2.将硝酸铈铵用1mol/L的硝酸配成0.1g/mL的溶液，取3mL硝酸铈铵溶液与16克丙烯腈混合，配制成丙烯腈的硝酸铈铵溶液。3.将丙烯腈的硝酸铈铵溶液加入到淀粉糊中，在2040下搅拌反应12 h。4.用稀氢氧化钠溶液调节pH值至7，加40mL蒸馏水，加热至80，保温30 min,除去未反应的丙烯腈。然后加入2 mol/L氢氧化钠溶液160mL，于100皂化2 h。5.冷却至室温，用乙酸调节pH值至77.5，用乙醇沉析，真空抽滤，于6080下真空干燥，粉碎即得到高吸水树脂。6准确称取树脂约0.1g置于烧杯中，加去离子水约150mL，静置1h后，滤去水分，称重，计算吸水倍率。功能高分子材料功
9、能高分子材料六、实验记录与数据处理高吸水性树脂的吸水倍率用下式计算：吸水倍率=式中：m2吸水后树脂质量，g；m1干树脂质量，g。七、安全与环保丙烯腈的蒸气有毒，实验时保持室内通风。211m-mm功能高分子材料功能高分子材料实验三十五光致变色聚合物的制备实验三十五光致变色聚合物的制备一、实验目标1理解光致变色的基本原理。2掌握光致变色聚合物的制备方法。二、产品特性与用途聚甲基十一碳酰基偶氮苯硅氧烷，一种光致变色聚合物，在光照下（特别是紫外光或可见光），偶氮键发生顺反式的改变，从而导致聚合物颜色的改变。主要应用于光电子器件、记录存储介质和全息照相等高科技方面。功能高分子材料功能高分子材料三、实验原
10、理光致变色高分子是在高分子侧链上引入可逆变色基团，由于光照时化学结构产生变化，使其对可见光吸收的波长也发生变化，因而产生颜色的变化。在停止光照后，又恢复原来的颜色。本实验中，4-氨基偶氮苯、十一烯-10-酰氯、聚甲基硅氧烷为反应性物料；甲苯为溶剂，甲醇为沉淀剂；环戊二烯二聚体铂铱复合物是硅氢化反应的催化剂。反应生成的最终产物聚甲基十一碳酰基偶氮苯硅氧烷，在光照下，偶氮键发生顺反式的改变，从而导致聚合物颜色的改变。功能高分子材料功能高分子材料四、主要仪器与药品1主要仪器电热恒温水浴锅，电动搅拌器，冰水浴，300mL三口烧瓶，布氏漏斗、抽滤瓶以及滤纸等。2主要药品4-氨基偶氮苯，AR；十一烯-10
11、-酰氯，AR；环戊二烯二聚体铂铱复合物，AR；聚甲基硅氧烷，AR；甲苯，AR；甲醇，AR。功能高分子材料功能高分子材料五、实验内容与操作步骤1中间产物的合成 称量4-氨基偶氮苯20克，十一烯-10-酰氯30.4克，加入到三口烧瓶中。在60下搅拌反应30min，反应生成中间产物4-十一烯-10-酰胺基偶氮苯。2重结晶 将生成的4-十一烯-10-酰胺基偶氮苯溶于热的甲苯中，制成饱和溶液，趁热过滤。将滤液置于冰水浴中降温，这时有结晶析出。用布氏漏斗过滤，得到4-十一烯-10-酰胺基偶氮苯晶体。功能高分子材料功能高分子材料3硅氢化反应 在烧瓶中加入100mL蒸馏水，取4-十一烯-10-酰胺基偶氮苯晶体20克，与10克聚甲基硅氧烷混合，加入到烧瓶中，并加适量的催化剂环戊二烯二聚体铂铱复合物，在50下搅拌反应1h，生成聚甲基十一碳酰基偶氮苯硅氧烷。4沉淀 将反应混合液冷却到室温，加100克甲醇，此时有沉淀聚甲基十一碳酰基偶氮苯硅氧烷生成。5干燥 将沉淀过滤、干燥，得光致变色聚合物聚甲基十一碳酰基偶氮苯硅氧烷。功能高分子材料功能高分子材料六、实验记录与数据处理分别用可见光和紫外光照射本实验产品，观察并记录其颜色的变化。七、安全与环保本实验所用溶剂甲苯有毒，操作过程中保证实验室通风良好。含有甲苯的废液统一回收处理。
