功能高分子

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【优秀范文】功能高分子

范文一:功能高分子论文

可生物降解的塑料材料——聚乳酸(PLA)

(08化工1班 田佳丽 200815220113)

【摘要】随着工农业的高速发展,塑料的应用越来越广,但由于塑料不易分解和不易回收,使白色污染越来越严重,因而生物降解塑料这一领域的研究和发展正成为人们普遍关注的焦点。本文主要介绍了以天然聚合物PLA合成、性质及其主导的生物降解塑料的一些特性及应用。

【关键字】生物降解塑料 天然聚合物PLA PLA合成 PLA性质

塑料由于其独特的加工和机构性能, 广泛应用于工农业和人们的日常生活中[1]。随着塑料工业的不断发展,塑料的需求量也随之大量增加,从而带来了两方面严重的影响。

首先由于塑料不易分解也不易回收,塑料废弃物成为污染环境的有害垃圾,对土壤、海洋以及空气的污染巨大,造成了破坏生态平衡的后果。其次塑料工业以石油资源为基础,而到廿一世纪上半期,石油和天然气将面临可能枯竭的窘境,塑料工业也面临着原材料短缺的局面[2]。

另外,随着现代农业科学技术的发展,塑料薄膜的使用逐渐深入到农业生产的各个领域。农膜主要以化纤为原料,其主要成分是聚丙烯,聚氯乙烯以及聚乙烯,可在田间残留几十年不降解。连年不降解的碎膜逐年累积于土壤耕层造成土壤板结、通透性变差、根系生长受阻,后茬作物减产,有些作物减产幅度达到20% 以上,并且这一情况正在进一步恶化。曾给农业生产带来福音的“白色革命”在极大地促进我国农业生产发展的同时,也给我国的生态环境带来了无尽的废弃物。由于这些废弃物在自然条件下难以降解, 普通塑料在200-400a的时间里才能完全降解, 大多数塑料制品在10a之内其50%-60%将转化为废弃塑料, 那么全世界2000年2亿t的塑料产量在2010年将产生1亿t的废弃物, 而我国1000万t的塑料也将产生少至100万t多至500万t的废弃物, 这就造成了所谓的“ 白色污染” [3]。如此严重的“ 白色污染” , 不仅阻碍塑料工业的发展, 且造成资源的浪费, 环境恶化。在许多国家, 不少地方性和全国性立法机关已采取行动促使人们开展大量的研究和开发工作, 寻找可生物降解的塑料来替换目前所使用的塑料。

生物降解塑料是一类可悲环境中的细菌、霉菌、藻类等微生物分解,最终生成对话经无污染的物质塑料[4]。它的降解机理是生物降解塑料被细菌、霉菌等作用消化吸取的过程,是生物物理和生物化学反应。微生物侵蚀塑料制品组分后,由于生物细胞的增长使聚合物组分水解、电离或质子化从而发生机械性破坏,分裂成低聚物碎片,聚合物分子结构不变,这是聚合物的生物物理作用而发生的降解过程。真菌或细菌分泌的酶使非水溶性聚合物分解或氧化降解成水溶性碎片,生成新的小分子化合物直至最终分解成二氧化碳和水,这种降解方式属生物化学降解方式[5]。

生物降解塑料根据其降解机理和破坏形式,可分为完全生物降解塑料和生物崩坏性(致劣性)塑料两种[6]。生物塑料是在微生物作用下生成的塑料,或者是以淀粉等天然物质为基础生产的塑料,大到电视机的支架、电脑框体,小到小摆件、厨房垃圾袋等[7]。与烃类聚合物不同,生物聚合物可被微生物破解并用作堆肥。生物塑料不仅对环境友好,其对肌体的适应性也非常好,可望用于生产可被肌体吸收的术后缝合线等医用产品。而羰基生物降解塑料可定义为含有可降解添加剂的石油基塑料。从材料发展前景看,天然聚合物聚乳酸PLA等聚合物将主导生物塑料市场。现正在开发更多的生物树脂与传统聚合物的混配物[8]。

下面对天然聚合物聚乳酸PLA的性质、合成及其主导的生物降解塑料特性做一下介绍。

1、聚乳酸(PLA)的基本性质

单个的乳酸分子中有一个羟基和一个羧基,多个乳酸分子在一起,-OH与别的分子的-COOH脱水缩合,-COOH与别的分子的-OH脱水缩合,就这样,它们受拉力形成了聚合物,叫做聚乳酸。 聚乳酸也称为聚丙交酯,属于聚酯家族。聚乳酸(PLA)是以微生物的发酵产物L-乳酸为单体聚合成的一类聚合物,是一种无毒、无刺激性,具有良好生物相容性,可生物分解吸收,强度高,不污染环境,可塑性加工成型的高分子材料。具有良好的机械性能,高抗击强度,高柔性和热稳定性,不变色,对氧和水蒸气有良好的透过性,又有良好的透明性和抗菌、防霉性,使用寿命可达2-3年。聚乳酸(PLA)是一种真正的生物塑料,30天内在微生物的作用下可彻底降解生成CO2和H2O[9]。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,

原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,实现在自然界中的循环,因此是理想的绿色高分子材料。

2、聚乳酸的合成

聚乳酸生产是以乳酸为原料,传统的乳酸发酵大多用淀粉质原料,目前美、法、日等国、家已开发利用农副产品为原料发酵生产乳酸,进而生产聚乳酸。较为成熟的方法有:直接缩聚法和非溶剂法。

(1)直接缩聚法

直接聚合法早在20世纪30~40年代就已经开始研究,但是由于涉及反应中产生的水的脱除等关键技术还未能完全解决,故产物的分子量较低(均低于4000),强度极低,易分解,无实用性。

日本昭和高分子公司采用将乳酸在惰性气体中慢慢加热升温并缓慢减压,使乳酸直接脱水缩合,并使反应物在220~260 ℃,133Pa下进一步缩聚,得到相对分子质量4000以上的聚乳酸。但是该法反应时间长,产物在后期高温下会老化分解,变色,且不均匀。日本三井东压化学公司采用溶液聚合法使乳酸直接聚合得到聚乳酸。日本还拥有多项制造无催化剂的高分子聚乳酸专利技术[10]。

直接法的主要特点是合成的聚乳酸不含催化剂,但反应条件相对苛刻。近几年来,通过技术创新与改进,直接聚合法取得了一定的进展,离真正大批量工业化生产为期不远了。

(2)非溶剂法

使乳酸生成环状二聚体丙交酯,在开环缩聚成聚乳酸。早在20世纪中叶,杜邦公司的科研人员就用开环聚合法获得了高分子量的聚乳酸。近年来,国外对聚乳酸合成的研究主要集中在丙交酯的开环聚合上。

德国Boeheringer Zngelhelm公司用此法生产的聚乳酸系列产品以商品名Resomer出现在市场上;美国Cargill公司用此法生产的聚乳酸经熔喷与纺粘后加

工,开发了医用元纺布产品;而我国能够合成高分子聚乳酸的仅有中山大学高分子研究所等3家。开环聚合多采用辛酸亚锡作引发剂,分子量可达上百万, 机械强度高,聚合分两步进行:

第一步是聚乳酸经脱水环化制得丙交酯

;

第二步是丙交酯经开环聚合制得聚丙交酯

;

2、聚乳酸的生物降解性

PLA由乳酸(LA)聚合而成,由于LA具有璇光性,与其对应的PLA也有3种,即右旋PLA(D-PLA)、左旋PLA(L-PLA)和内消旋PLA(D,L-PLA)。常用易得的是L-PLA和D,L-PLA。纯L-PLA具有良好的刚性和强度,但缺点是易脆性断裂;其降解产物L-LA能被人体完全代谢,无毒、无组织反应[11]。D,L-PLA是无定形聚合物,强度和模量较低,只能用超高物质的量的材料与无机颗粒料共混,制备成复合材料才能作为实际应用。由于PLA的璇光纯度与产品的使用性能密切相关,所以在PLA形成事,通过控制不同分子构象的相对比例可获得适应于不同使用目的的塑料母料[12]。

PLA的物理性能介于聚对苯二甲酸类塑料(PET)和尼龙塑料(PA-6)之间结晶度大,有良好的抗溶性、防潮性、透气性,还具有一定的阻燃性和抗紫外性;PLA的强度、机械性能、降解速率等可通过相对分子质量控制,共聚体的组成及配比可方便调节;PLA的熔点较高,一般加工温度可控制在170-230℃之间,热稳定性好,可用普通设备吹塑、吸塑、挤出纺丝、注塑和发泡等;PLA也适用于高速熔融纺丝制成纤维,拉伸强度优良,具有良好的印刷性能和二次加工性能;另

外,PLA薄膜还拥有极好的光泽性和透明度,外观和PST薄膜相当[13]。PLA在常温下性能稳定,但在高于55℃或富氧及微生物的作用下会迅速自动降解,最终生成二氧化碳和水;随后在光合作用下,它们又称为淀粉的起始原料,是一种完全自然循环型的绿色材料。此外,PLA还可使产品表面形成弱酸环境,是唯一具有优良抑菌及霉特性的生物降解塑料。

聚乳酸在生态学上的应用是作为环境友好的完全生物降解性塑料取代在塑料工业中广泛应用的生物稳定的通用塑料。聚乳酸塑料是热塑性塑料,具有与聚乙烯和低密度聚苯乙烯相似的性能。聚乳酸塑料可以采用通用塑料的通用设备进行挤出、注射、拉伸、纺丝、吹塑等加工成型。通过双向拉伸成型的薄膜,其透过率超过90 % ,在100 ℃温度下,其外形尺寸不发生变化。聚乳酸塑料对人体无毒无害,最适合加工成一次性饭盒及其它各种食品、饮料的包装材料,也可用于休闲用品,如:钓鱼、野外旅行用具等。聚乳酸塑料还可用于生产仿棉纤维以及纺羊毛、纺丝绸纤维,也可与其它天然纤维混纺。这种聚乳酸纤维织物不仅抗皱性强,而且透气性好,穿着舒适。聚乳酸塑料在工农业生产领域应用广泛,由于聚乳酸塑料韧性好,故而适合加工成高附加值的薄膜。使用聚乳酸塑料农用薄膜最明显的优点是不象目前大量使用的聚乙烯和聚氯乙烯那样造成环境的污染,这种薄膜在使用几年后可自动降解,不会污染土地和水源。聚乳酸塑料还可用作林业木材、水产用材和土壤、沙漠绿化的保水材料。

3、聚乳酸的应用与研究展望

聚乳酸因其良好的生物降解性和优异的力学性能而倍受人们广泛的关注,而且聚乳酸在所有生物可降解聚合物中熔点最高、结晶度大、透明度极好,很适合做纤维、薄膜及模压制品等,加上它能够用于更新的资源合成,所以人们正把更多的注意力转移到其生物降解性能的研究。

PLA作为生物降解性材料的重要地位已是不言而喻的。它是一种新型环境友好、具有生物功能的可降解性材料,同时聚乳酸的成功开发和应用,为解决资源短缺、生存环境保护及废弃物处理提供了—个非常好的方法。由于聚乳酸是一种可完全生物降解脂肪族聚酯类高分子材料,在自然环境下,通过微生物、水等介质逐渐降解成小分子聚合物,并最终降解为对环境无害的二氧化碳和水。聚乳酸的研究和开发有望为解决环境污染问题提供一条新的途径。因此它被称为新型跨

世纪的环保材料,而且迄今为止它是最名副其实的由人工合成的有机高分子“绿色产品”和“环保产品”。聚乳酸及其共聚物的合成途径和制备方法的研究及开发是高分子材料特别是生物材料的—个重要发展方向,开发经济、生物相容性和降解性好的聚乳酸材料也将成为这个领域的热点。

参考文献

[1] 万升龙,王剑秋.石油炼制与化工,1997,9(28)

[2] 邹盛欧.塑料科技,1995,3,19-23

[3] 郭娟,张进.可降解包装塑料的现状及发展趋势[J].塑料科技,2008,36(2):

98-103.

[4] Robey M J,Field G Styzinskl M.Material Forum,1989,13;1

[5] 钱伯章.可生物降解塑料的发展现状与前景

[6] Howells E R.Chemnistry and Insurstry.1982(15):508

[7] 刘辉.化工时刊.化工纵横,Comments & Rwviews in C.I.

[8] 陈庆,郭林.全生物降解塑料的研究进展

[9] 孙启坡,苗园.化工时刊.绿色高分子材料——聚乳酸.2004,18(5)

[10] S Keki I.Bodnar J.Borda Fast Microwave-Mediated BulkPolycondensation of

D,L-Lactic Acid.Macromolecular Rapid Communication 2001(22)

[11] GU PTA A P,KUMAR V.New Emerging Trends in Synthetic Biodegradable

Polymers-polylactide:S Critique[J].Eur Polym J,2007,43(10):4053-4074

[12] 赵丹,冯辉霞,陈丽娜,等,聚乳酸的合成工艺及应用研究进展[J].应用

化工,2009,(1):128-130

[13] 刘佳,张薇.新型生物降解材料聚乳酸综述[J].贵州化工,

2008,33(3):18-20.

可生物降解的塑料材料——聚乳酸(PLA)

(08化工1班 田佳丽 200815220113)

【摘要】随着工农业的高速发展,塑料的应用越来越广,但由于塑料不易分解和不易回收,使白色污染越来越严重,因而生物降解塑料这一领域的研究和发展正成为人们普遍关注的焦点。本文主要介绍了以天然聚合物PLA合成、性质及其主导的生物降解塑料的一些特性及应用。

【关键字】生物降解塑料 天然聚合物PLA PLA合成 PLA性质

塑料由于其独特的加工和机构性能, 广泛应用于工农业和人们的日常生活中[1]。随着塑料工业的不断发展,塑料的需求量也随之大量增加,从而带来了两方面严重的影响。

首先由于塑料不易分解也不易回收,塑料废弃物成为污染环境的有害垃圾,对土壤、海洋以及空气的污染巨大,造成了破坏生态平衡的后果。其次塑料工业以石油资源为基础,而到廿一世纪上半期,石油和天然气将面临可能枯竭的窘境,塑料工业也面临着原材料短缺的局面[2]。

另外,随着现代农业科学技术的发展,塑料薄膜的使用逐渐深入到农业生产的各个领域。农膜主要以化纤为原料,其主要成分是聚丙烯,聚氯乙烯以及聚乙烯,可在田间残留几十年不降解。连年不降解的碎膜逐年累积于土壤耕层造成土壤板结、通透性变差、根系生长受阻,后茬作物减产,有些作物减产幅度达到20% 以上,并且这一情况正在进一步恶化。曾给农业生产带来福音的“白色革命”在极大地促进我国农业生产发展的同时,也给我国的生态环境带来了无尽的废弃物。由于这些废弃物在自然条件下难以降解, 普通塑料在200-400a的时间里才能完全降解, 大多数塑料制品在10a之内其50%-60%将转化为废弃塑料, 那么全世界2000年2亿t的塑料产量在2010年将产生1亿t的废弃物, 而我国1000万t的塑料也将产生少至100万t多至500万t的废弃物, 这就造成了所谓的“ 白色污染” [3]。如此严重的“ 白色污染” , 不仅阻碍塑料工业的发展, 且造成资源的浪费, 环境恶化。在许多国家, 不少地方性和全国性立法机关已采取行动促使人们开展大量的研究和开发工作, 寻找可生物降解的塑料来替换目前所使用的塑料。

生物降解塑料是一类可悲环境中的细菌、霉菌、藻类等微生物分解,最终生成对话经无污染的物质塑料[4]。它的降解机理是生物降解塑料被细菌、霉菌等作用消化吸取的过程,是生物物理和生物化学反应。微生物侵蚀塑料制品组分后,由于生物细胞的增长使聚合物组分水解、电离或质子化从而发生机械性破坏,分裂成低聚物碎片,聚合物分子结构不变,这是聚合物的生物物理作用而发生的降解过程。真菌或细菌分泌的酶使非水溶性聚合物分解或氧化降解成水溶性碎片,生成新的小分子化合物直至最终分解成二氧化碳和水,这种降解方式属生物化学降解方式[5]。

生物降解塑料根据其降解机理和破坏形式,可分为完全生物降解塑料和生物崩坏性(致劣性)塑料两种[6]。生物塑料是在微生物作用下生成的塑料,或者是以淀粉等天然物质为基础生产的塑料,大到电视机的支架、电脑框体,小到小摆件、厨房垃圾袋等[7]。与烃类聚合物不同,生物聚合物可被微生物破解并用作堆肥。生物塑料不仅对环境友好,其对肌体的适应性也非常好,可望用于生产可被肌体吸收的术后缝合线等医用产品。而羰基生物降解塑料可定义为含有可降解添加剂的石油基塑料。从材料发展前景看,天然聚合物聚乳酸PLA等聚合物将主导生物塑料市场。现正在开发更多的生物树脂与传统聚合物的混配物[8]。

下面对天然聚合物聚乳酸PLA的性质、合成及其主导的生物降解塑料特性做一下介绍。

1、聚乳酸(PLA)的基本性质

单个的乳酸分子中有一个羟基和一个羧基,多个乳酸分子在一起,-OH与别的分子的-COOH脱水缩合,-COOH与别的分子的-OH脱水缩合,就这样,它们受拉力形成了聚合物,叫做聚乳酸。 聚乳酸也称为聚丙交酯,属于聚酯家族。聚乳酸(PLA)是以微生物的发酵产物L-乳酸为单体聚合成的一类聚合物,是一种无毒、无刺激性,具有良好生物相容性,可生物分解吸收,强度高,不污染环境,可塑性加工成型的高分子材料。具有良好的机械性能,高抗击强度,高柔性和热稳定性,不变色,对氧和水蒸气有良好的透过性,又有良好的透明性和抗菌、防霉性,使用寿命可达2-3年。聚乳酸(PLA)是一种真正的生物塑料,30天内在微生物的作用下可彻底降解生成CO2和H2O[9]。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物,

原料来源充分而且可以再生。聚乳酸的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,实现在自然界中的循环,因此是理想的绿色高分子材料。

2、聚乳酸的合成

聚乳酸生产是以乳酸为原料,传统的乳酸发酵大多用淀粉质原料,目前美、法、日等国、家已开发利用农副产品为原料发酵生产乳酸,进而生产聚乳酸。较为成熟的方法有:直接缩聚法和非溶剂法。

(1)直接缩聚法

直接聚合法早在20世纪30~40年代就已经开始研究,但是由于涉及反应中产生的水的脱除等关键技术还未能完全解决,故产物的分子量较低(均低于4000),强度极低,易分解,无实用性。

日本昭和高分子公司采用将乳酸在惰性气体中慢慢加热升温并缓慢减压,使乳酸直接脱水缩合,并使反应物在220~260 ℃,133Pa下进一步缩聚,得到相对分子质量4000以上的聚乳酸。但是该法反应时间长,产物在后期高温下会老化分解,变色,且不均匀。日本三井东压化学公司采用溶液聚合法使乳酸直接聚合得到聚乳酸。日本还拥有多项制造无催化剂的高分子聚乳酸专利技术[10]。

直接法的主要特点是合成的聚乳酸不含催化剂,但反应条件相对苛刻。近几年来,通过技术创新与改进,直接聚合法取得了一定的进展,离真正大批量工业化生产为期不远了。

(2)非溶剂法

使乳酸生成环状二聚体丙交酯,在开环缩聚成聚乳酸。早在20世纪中叶,杜邦公司的科研人员就用开环聚合法获得了高分子量的聚乳酸。近年来,国外对聚乳酸合成的研究主要集中在丙交酯的开环聚合上。

德国Boeheringer Zngelhelm公司用此法生产的聚乳酸系列产品以商品名Resomer出现在市场上;美国Cargill公司用此法生产的聚乳酸经熔喷与纺粘后加

工,开发了医用元纺布产品;而我国能够合成高分子聚乳酸的仅有中山大学高分子研究所等3家。开环聚合多采用辛酸亚锡作引发剂,分子量可达上百万, 机械强度高,聚合分两步进行:

第一步是聚乳酸经脱水环化制得丙交酯

;

第二步是丙交酯经开环聚合制得聚丙交酯

;

2、聚乳酸的生物降解性

PLA由乳酸(LA)聚合而成,由于LA具有璇光性,与其对应的PLA也有3种,即右旋PLA(D-PLA)、左旋PLA(L-PLA)和内消旋PLA(D,L-PLA)。常用易得的是L-PLA和D,L-PLA。纯L-PLA具有良好的刚性和强度,但缺点是易脆性断裂;其降解产物L-LA能被人体完全代谢,无毒、无组织反应[11]。D,L-PLA是无定形聚合物,强度和模量较低,只能用超高物质的量的材料与无机颗粒料共混,制备成复合材料才能作为实际应用。由于PLA的璇光纯度与产品的使用性能密切相关,所以在PLA形成事,通过控制不同分子构象的相对比例可获得适应于不同使用目的的塑料母料[12]。

PLA的物理性能介于聚对苯二甲酸类塑料(PET)和尼龙塑料(PA-6)之间结晶度大,有良好的抗溶性、防潮性、透气性,还具有一定的阻燃性和抗紫外性;PLA的强度、机械性能、降解速率等可通过相对分子质量控制,共聚体的组成及配比可方便调节;PLA的熔点较高,一般加工温度可控制在170-230℃之间,热稳定性好,可用普通设备吹塑、吸塑、挤出纺丝、注塑和发泡等;PLA也适用于高速熔融纺丝制成纤维,拉伸强度优良,具有良好的印刷性能和二次加工性能;另

外,PLA薄膜还拥有极好的光泽性和透明度,外观和PST薄膜相当[13]。PLA在常温下性能稳定,但在高于55℃或富氧及微生物的作用下会迅速自动降解,最终生成二氧化碳和水;随后在光合作用下,它们又称为淀粉的起始原料,是一种完全自然循环型的绿色材料。此外,PLA还可使产品表面形成弱酸环境,是唯一具有优良抑菌及霉特性的生物降解塑料。

聚乳酸在生态学上的应用是作为环境友好的完全生物降解性塑料取代在塑料工业中广泛应用的生物稳定的通用塑料。聚乳酸塑料是热塑性塑料,具有与聚乙烯和低密度聚苯乙烯相似的性能。聚乳酸塑料可以采用通用塑料的通用设备进行挤出、注射、拉伸、纺丝、吹塑等加工成型。通过双向拉伸成型的薄膜,其透过率超过90 % ,在100 ℃温度下,其外形尺寸不发生变化。聚乳酸塑料对人体无毒无害,最适合加工成一次性饭盒及其它各种食品、饮料的包装材料,也可用于休闲用品,如:钓鱼、野外旅行用具等。聚乳酸塑料还可用于生产仿棉纤维以及纺羊毛、纺丝绸纤维,也可与其它天然纤维混纺。这种聚乳酸纤维织物不仅抗皱性强,而且透气性好,穿着舒适。聚乳酸塑料在工农业生产领域应用广泛,由于聚乳酸塑料韧性好,故而适合加工成高附加值的薄膜。使用聚乳酸塑料农用薄膜最明显的优点是不象目前大量使用的聚乙烯和聚氯乙烯那样造成环境的污染,这种薄膜在使用几年后可自动降解,不会污染土地和水源。聚乳酸塑料还可用作林业木材、水产用材和土壤、沙漠绿化的保水材料。

3、聚乳酸的应用与研究展望

聚乳酸因其良好的生物降解性和优异的力学性能而倍受人们广泛的关注,而且聚乳酸在所有生物可降解聚合物中熔点最高、结晶度大、透明度极好,很适合做纤维、薄膜及模压制品等,加上它能够用于更新的资源合成,所以人们正把更多的注意力转移到其生物降解性能的研究。

PLA作为生物降解性材料的重要地位已是不言而喻的。它是一种新型环境友好、具有生物功能的可降解性材料,同时聚乳酸的成功开发和应用,为解决资源短缺、生存环境保护及废弃物处理提供了—个非常好的方法。由于聚乳酸是一种可完全生物降解脂肪族聚酯类高分子材料,在自然环境下,通过微生物、水等介质逐渐降解成小分子聚合物,并最终降解为对环境无害的二氧化碳和水。聚乳酸的研究和开发有望为解决环境污染问题提供一条新的途径。因此它被称为新型跨

世纪的环保材料,而且迄今为止它是最名副其实的由人工合成的有机高分子“绿色产品”和“环保产品”。聚乳酸及其共聚物的合成途径和制备方法的研究及开发是高分子材料特别是生物材料的—个重要发展方向,开发经济、生物相容性和降解性好的聚乳酸材料也将成为这个领域的热点。

参考文献

[1] 万升龙,王剑秋.石油炼制与化工,1997,9(28)

[2] 邹盛欧.塑料科技,1995,3,19-23

[3] 郭娟,张进.可降解包装塑料的现状及发展趋势[J].塑料科技,2008,36(2):

98-103.

[4] Robey M J,Field G Styzinskl M.Material Forum,1989,13;1

[5] 钱伯章.可生物降解塑料的发展现状与前景

[6] Howells E R.Chemnistry and Insurstry.1982(15):508

[7] 刘辉.化工时刊.化工纵横,Comments & Rwviews in C.I.

[8] 陈庆,郭林.全生物降解塑料的研究进展

[9] 孙启坡,苗园.化工时刊.绿色高分子材料——聚乳酸.2004,18(5)

[10] S Keki I.Bodnar J.Borda Fast Microwave-Mediated BulkPolycondensation of

D,L-Lactic Acid.Macromolecular Rapid Communication 2001(22)

[11] GU PTA A P,KUMAR V.New Emerging Trends in Synthetic Biodegradable

Polymers-polylactide:S Critique[J].Eur Polym J,2007,43(10):4053-4074

[12] 赵丹,冯辉霞,陈丽娜,等,聚乳酸的合成工艺及应用研究进展[J].应用

化工,2009,(1):128-130

[13] 刘佳,张薇.新型生物降解材料聚乳酸综述[J].贵州化工,

2008,33(3):18-20.

范文二:功能高分子

1.功能高分子概述

功能高分子材料是指那些具有独特物理特性(如光,电,磁灯)或化学特性(如反应,催化等)或生物特性(治疗,相容,生物降解等)的新型高分子材料

主要研究目标和内容:新的制备方法研究,物理化学性能表征,结构与性能的关系研究,应用开发研究。

2.构效关系分析

官能团的性质与聚合物功能之间的关系,功能高分子中聚合物骨架的作用,聚合物骨架的种类和形态的影响。

3.什么叫反应型高分子?应用特点?

反应型功能高分子材料是指具有化学活性,并且应用在化学反应过程中的功能高分子材料,包括高分子试剂和高分子催化剂。

应用特点:具有不溶性,多孔性,高选择性和化学稳定性,大大改进了化学反应的工艺过程,且可回收再用。

4.常用的氧化还原试剂,卤代试剂,酰基化试剂分别有哪些?

常用的氧化还原试剂:醌型,硫醇型,吡啶型二茂铁型,多核芳香杂环型。

卤代试剂:二卤化磷型,N-卤代酰亚胺型,三价碘型。

酰基化试剂(分别使氨基,羧基和羟基生成酰胺,酸酐和酯类化合物):高分子活性酯和高分子酸酐。

5.高分子酸碱催化剂的制备及应用

阳离子交换树脂:苯乙烯与少量二乙烯基苯共聚,可得到交联聚苯乙烯,将交联聚苯乙烯制成微孔状小球,再在苯环上引入磺酸基、羧基、氨基等,可得到各种阳离子交换树脂。 CH=CH2

CH=CH2+2

CH-CH222CH-CH2-CH-CH222222

交联苯乙烯 P+ H2SO4(发烟)PSO3H+ H2O

交联苯乙烯

阳离子交换树脂还能代替硫酸作催化剂,产率高,污染少,便于分离

阴离子交换树脂:在交联苯乙烯分子中的苯环上引入季铵碱基,则得到阴离子交换树脂 P

交联苯乙烯

2强酸性阳离子交换树脂水处理剂、酸性催化剂PCH2ClPCH2N+(CH3)3Cl-PCH2N+(CH3)3OH-

强碱性阴离子交换树脂

水处理剂

阴离子交换树脂还能作为碱催化剂

离子交换树脂的用途:水处理——重水软化,污水去重金属离子,海水脱盐,无离子水的制备

作为酸碱催化剂的用途:酯化反应,醇醛缩合反应,环氧化反应,水解反应,重排反应

6.导电的基本概念

材料的导电性能通常是指材料在电场作用下传导载流子的能力,导电能力的评价采用电导(用西门S表示)或者阻抗(在纯电阻情况下用欧姆R表示)为物理量纲进行表述。

7.复合型导电高分子材料(P60-68),电子导电型聚合物,离子导电型聚合物的结构,导电原理及应用

复合型导电高分子材料:

结构:分散复合结构,层状复合结构,表面复合结构,梯度复合结构

导电原理:渗流理论,隧道导电理论,PTC效应(热膨胀说,晶区破坏说)

应用:复合型导电塑料,复合型导电橡胶,复合型导电涂料,导电粘合剂。

点导电聚合物:

结构特征:分子内具有非常大的共轭π电子体系。

原理见P71-72

应用见P80-84

8.离子导电聚合物的构成?起导电作用的部分?原理?

以正负离子为载流子的导电高分子,又叫聚合物电解质

原理 在外加电场驱动力作用下,通过聚合物内部的离子的定向移动实现导电

离子导电聚合物的导电机理

 自由体积理论

• 在一定的温度下聚合物分子要发生一定幅度的振动,其振动能量足以抗衡来自周围

的静压力,在分子周围建立起一个小的空间来满足分子振动的需要,这个小空间被称为自由体积。

• 离子的传输主要在无定型状态中受聚合物链段运动控制时,离子就是通过热振动产

生的自由体积而定向迁移。

自由体积越大,越有利于离子的扩散运动,从而增加离子电导能力,体系电导率增加。

 螺旋隧道模型

 聚合物络合理论

• 聚合物电解质中物质的传输主要发生在无定形区。在阳离子的运动过程中,高分子

链段和阳离子的络合、解离过程为主要决定过程。

• 例如:电解质阳离子先同聚合物链上的电负性大的基团络合,在电场的作用下,随

着聚合物链段的热运动,电解质的阳离子与极性基团发生解离,再与别的链段发生络合。在这种不断的络合-解离-再络合的过程中,阳离子实现定向移动。

9.电致发光高分子材料的结构,原理及其应用

• 有机、聚合物薄膜EL器件是通过电子、空穴载流子的注入和复合而发光的器件的结构包括单层和多层两大类。

• 单层EL器件由阴极、发射层和阳极组成。为了提高载流子的注入效率和发光效率在阴极或阳极与发射层之问加入电子输运层或空穴

输运层,从而得到了双层或多层EL器件

原理和应用详见书本P115-127

原理:1.载流子的注入从阴极和阳极注入

2.载流子的迁移电子和空穴分别向发光层迁移

3.载流子的空穴和迁移电子在发光层中相遇复合并产生激子

4.激子将能量传递给发光分子并激发电子从基态跃迁到激发态

5.电致发光激发态能量通过辐射耗散产生光子释放出光能

应用:主要材料:空穴注入材料,电子注入材料,电子传输层材料,荧光或磷光发射层材料;辅助材料:电子和空穴阻挡层材料,在发光层添加荧光染料和磷光染料

10.高分子液晶的构成,分类,原理及其应用

液晶高分子

定义:某些液晶分子可连接成大分子,或者可通过官能团的化学反

应连接到高分子骨架上。这些高分子化的 液晶在一定条件下仍可能保持液晶的特征,就形成 高分子液晶。

构成:致晶单元+ 高分子链

11.溶致型侧链高分子液晶,溶致型主链高分子液晶,热致型侧链高分子液晶,热致型主链.高分子液晶分别用于哪些方面

(详见P162-175)

1..溶致型侧链高分子液晶最重要的应用在于制备各种特殊性能高分子膜材料和胶囊,用于混合物的分离纯化和药物的控制释放。

2.溶致型主链高分子液晶:能够从这种液晶态溶液中纺出具有很高拉伸强度和很好热稳定性的纤维。

3. .热致型主链高分子液晶:由于其良好的力学性能,高机械强度,以及物理和化学

稳定性、高尺寸稳定性,首先在电子工业中得到应用,用于制作高精确度的电路多接点接口部件。

4. 热致型侧链高分子液晶:

(P180-183)5.特殊应用:作为高性能工程材料的应用; 在图形显示方面的应用;在我呢度和化学敏感器件制作方面的应用;高分子液晶最为信息存储介质;高分子液作为色谱分离材料

12.什么叫膜材料,分离的概念,原理

概念:膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时,实现选择性分离的技术

原理: 膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于,膜可以在分子范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。 本题答案来自百度百科仅供参考

13.膜分离的过程与机制,驱动力为?

(详见P190-191)

过程:微滤

鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物,以达到净化、分离、浓缩的目的。

具体涉及领域主要有:医药工业、食品工业(明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等)、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。 超滤

早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来,随着超滤技术的发展,如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。

纳滤

纳滤的主要应用领域涉及:食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保工业……

反渗透

由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点,在国民经济各个部门都得到了广泛的应用,主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩,主要应用领域包括以下:食

品工业、牛奶工业、饮料工业、植物(农产品)深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水

其他

除了以上四种常用的膜分离过程,另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离等。

机制:过筛分离机制,溶解扩散机制,选择性吸附机制。

驱动力:浓度差驱动力,压力差驱动力,电场驱动力。

14.什么叫光敏高分子?

光敏性高分子(photosensitive polymer, light-sensitive polymer)又称感光性高分子,是指在吸收了光能后,能在分子内或分子间产生化学、物理变化的一类功能高分子材料。而且这种变化发生后,材料将输出其特有的功能。从广义上讲,按其输出功能,感光性高分子包括光导电材料、光电转换材料、光能储存材料、光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。

15.光敏涂料和光敏胶的组成以及各部分的作用?

光敏材料的基本组成中除了可以进一步聚合成膜的预聚物为主要成分外,一般还包括假哦劣迹、稀释剂、光敏及或者引发剂、热阻聚剂和调色染料。其中预聚物经聚合或者脚裂反应后成为涂层的主体,决定涂料的基本力学性能;交联剂主要起使线性预聚物发生交联构成网状结构,并固化的作用,对哦固化过程和涂层的性质产生影响;稀释剂仅起到调节涂料涂刷性质的作用;而光敏剂和光引发剂能够提高光固化速度、调节感光范围;热阻聚剂是为了防止涂料体系发生聚合或者热交联反应;调色颜料用来改变涂层外观。

光敏胶又称为感光胶黏剂,是一种光能固化的胶黏剂,起作用原理与光敏涂料相同。考虑到胶黏性能,所用的预聚物有所不同。其中紫外光感性胶黏剂有韩不饱和键的单体或者线性预聚物、交联剂、光敏剂、引发剂、改性剂等组成。

16.光致抗蚀剂

光致抗蚀剂是以后总用于光加工工艺中队加工材料表面临时选择性保护的涂料,是线代加工工业中的重要功能材料之一。

17.什么叫吸附高分子材料?

吸附性材料主要指那些对某些特定离子或分子有选择性亲和作用使两者之间发生暂时或永久性结合,进而发生各种功效的材料。

18.非离子型吸附树脂的结构特征?吸附何物质?(P275)

分子结构中不包含离子性基团 也不包括含有配位原子,具有螯合功能的树脂

按照聚合物骨架的类型进行划分包括聚苯乙烯型、 聚丙烯型、 以及其他类树脂 微观结构为交联三维网状结构

可用来分离有机物。例如,含酚废水中酚的提取,有机溶液的脱色等等。

可选择性地吸附酒中分子较大或极性较强的物质,较小或极性较弱分子不被吸附而存留。

19.如何合成离子型高分子吸附树脂?(P288)

 阳离子交换树脂制备方法

苯乙烯与少量二乙烯基苯共聚,可得到交联聚苯乙烯

将交联聚苯乙烯制成微孔状小球,再在苯环上引入磺酸基、羧基、氨基等,可得到各种阳离子交换树脂

 阴离子交换树脂

在交联苯乙烯分子中的苯环上引入季铵碱基,则得到阴离子交换树脂

20.如何使离子型高分子树脂再生?

使用过的阴、阳离子交换树脂可分别用NaOH、HCl溶液再生,以便继续使用 PCH2N+(CH3)3Cl-再生PCH2N+(CH3)3OH-+ Cl-阴离子交换树脂

PSO3Na再生PSO3

H

+ Na+

阳离子交换树脂

21.离子型高分子树脂的应用

水处理——重水软化,污水去重金属离子,海水脱盐,无离子水的制备

22.高吸水性树脂的结构特征?吸水原理?(P294)

原理:阶段一 较慢。通过毛细管吸附和分散作用吸水。

阶段二 水分子通过氢键与树脂的亲水基团作用,

亲水基团离解, 离子之间的静电排斥力使

树脂的网络扩张

阶段三 随着吸水量的增大,网络内外的渗透压差趋向于零;而网络扩张的同时,其

弹性收缩力也在增加,逐渐抵消阴离子的静电排斥,最终达到吸水平衡

23.常见的高吸水性树脂有哪些?

淀粉类:淀粉—丙烯腈接枝聚合水解物

淀粉—丙烯酸共聚物

淀粉—丙烯酰胺接枝聚合物

纤维素类:纤维素接枝共聚物

纤维素衍生物交联物

聚丙烯酸类:聚丙烯酸钠交联物

丙烯酸—乙烯醇共聚物

丙烯腈聚合皂化物

聚乙烯醇类:聚乙烯醇交联聚合物

乙烯醇—其它亲水性单体接枝共聚物

其它:多糖类(琼脂糖、壳多糖)、蛋白质类等

女性及婴儿卫生用品 医用吸水胶布 植物养护泥 各式吸潮剂 吸水膨胀橡胶

24.医用高分子概述(P303)

范文三:药用功能高分子

缓 、控释药用功能高分子的研究进展 《学科前沿知识讲座》课程论文

姓名:_ 黄继英___ _

学院 材料科学与工程学院

班级: _ 090132____ _

学号:_ 09013202____

邮箱:jiyinghuang@sina.com

时间:___ 2013-01-08______

缓 、控释药用功能高分子的研究进展

摘要:高分子缓、控释材料因其原材料来源广泛、复合改性能力强、受环境影响因素多而为调节药物释放载体材料的研究重点,极具发展前景。本文分类阐述了各种药用高分子缓释材料与控释材料以及它们的性能特点和应用,并简明介绍了药用高分子缓、控释材料的研究价值与动向。

关键词:高分子;缓释材料;控释材料

Progress in Study on Sustained-release and

Controlled-release Polymers Material

Abstract: The sustained-release and controlled-release materials become the research priorities of drug releasing carrier materials and have avery promising development for their wide sources of raw materials, strong ability of compound modification and many factors affected by environment.This article presents the sustained-release and controlled-release polymer materials for pharmacy, and their performance features and applications indetail, and concisely introduces the research value and trends of medicinal sustained-release and controlled-release polymer materials.

Key words: Polymers;sustained-release material;controlled-release material

前言

近年来,为了提高药物使用效率,缩短治疗时间,减少频繁用药给病人带来的痛苦和不便,人们研究发明了药用高分子缓、控释材料,这些材料最大的特点在于:能较长时间维特体内有效的药物浓度,从而可以大大提高药效和降低毒副作用,使病人得到最佳治疗。其中高分子类药物缓、控释材料是这方面研究课题的热点[1]。例如亲肤性聚氨酯作为医用胶黏剂,当遇到渗出的体液、血液等后,其高反应性异氰酸基迅速进行复杂的交联反应,可灵活地对

[2]伤口进行保护,是一种外用高分子控释材料。

1 高分子缓释材料

药用高分子材料的研究之所以能成为目前国内外药剂领域的一个重要课题[3],主要是因为:传统药物刚被使用时释放浓度过高,容易引起毒副作用,并且随着人体新陈代谢而快速衰减导致药物利用率低。药物缓释就是将小分子药物与高分子载体以物理或化学方法结合,进入病灶区后通过扩散、溶出等方式,将小分子药物以接近零级速率即恒定速率的方式持续释放出来,以便长时间保持治疗所需的药物浓度,从而使药物功效得到充分发挥,如图1所示[4]。作为药物释放载体的高分子材料,在筛选时应当具备以下基本条件:无毒或低毒,良好的生物相容性和生物降解性。

[5]

图1

目前正在开发的生物降解型药用缓释高分子材料主要是天然高分子和合成高分子。天然高分子主要有多糖类(如壳聚糖及其共混物、环糊精及其衍生物等)、蛋白质类(如白蛋白、丝素蛋白等);合成高分子主要有聚乳酸、聚酸酐、多肽与氨基酸类聚合物等。

1.1 天然高分子

1.1.1 壳聚糖及其共混物

壳聚糖是甲壳素脱乙酰化产物,广泛存在于植物细胞壁和甲壳类动物及昆虫的甲壳中,其降解产物无毒,且能被生物体完全吸收[6]。但单纯的壳聚糖作为药用辅料效果不是非常理想。为获得综合性能优异的载体材料,可以将壳聚糖与其它材料通过交联、接枝以及共混的方式复合在一起使用。

1.1.2 白蛋白

白蛋白(又称清蛋白)是一种球蛋白,由肝实质细胞合成。它在人体内最重要的作用是维持胶体渗透压。这种可以生物降解的天然高分子材料,在被制备成缓释微球载体后,除具备相当的缓释作用外,还拥有一定的靶向性,能针对性地将药物运载至病灶区释放。在治疗肿瘤、癌症方面作用明显。

1.1.3 丝素蛋白

丝素蛋白是一种源于蚕丝的天然高分子材料。稳定、无毒、廉价易得,具有优异的生物降解性和生物相容性[7]。同时,丝素蛋白还具有良好的机械性能和理化性质,如柔韧性、透气透湿性、缓释性等,因而可以通过处理得到不同的形态,如纤维(如图 2[8] )、粉、膜以及凝胶等[9]。

图2

1.2 合成高分子

1.2.1 聚乳酸及其共聚物

聚乳酸也称为聚丙交酯,是由多个乳酸分子在一起脱水缩合而成。聚乳酸除具备优良的生物降解性和生物相容性外,还拥有很好的热稳定性与抗溶剂性,使得在制备成装载药物的缓释载体时,选择制备方法或方式的余地更大。另外,聚乳酸还具有一定的耐菌性阻燃性和抗紫外性,增强了其制品的储存性能

1.2.2 聚酸酐

聚酸酐是一类新型生物可降解高分子合成材料,分子中含有的酸酐键具有不

[10]稳定性,能水解成羧酸,具有生物降解特性。根据聚酸酐R基的不同,可将聚

酸酐分为脂肪族聚酸酐、芳香族聚酸酐、杂环族聚酸酐、聚酰酸酐、聚酰胺酸酐等[11],它们均具有良好的表面溶蚀降解性、降解速度可调及易加工性等优异性能。

[12]例如,苯乙烯—马来酸酐共聚物就是一种性能优良、价格低廉的新型高分子缓

释材料,被用于制造缓释骨架片剂、微囊剂及贴布剂等。

1.2.3 多肽与氨基酸类聚合物

多肽通常是指一种或几种氨基酸或其衍生物通过聚合反应得到均聚物或共聚物。由于人工合成的多肽与蛋白质有着相类似的结构,因此能显示出良好的生物相容性,又因为多肽能在人体内降解生成无毒的小分子多肽或氨基酸,所以还具备优异的生物降解性[13]。不同组成的氨基酸类共聚物及多肽的降解性不同,因此应用于药剂载体时可调节聚合物配比来控制其降解性能,形成可调节的缓释系统。

此外,利用氨基酸改性的聚乳酸也是一种重要的药物缓释材料。近来有聚乳酸-丙氨酸共聚物成功应用于植入性药物甲钴胺缓释载体的报道[14 ]。

除了以上所列举的,还有像聚磷酸酯、聚膦腈等一大批合成高分子材料被不断地应用到药物缓释体系中,并取得了可喜的成效,使得研究药物高分子缓释载体材料的道路越走越宽。

2 高分子控释材料

可用作药物控释材料的高分子材料有很多。在天然高分子材料方面有胶原、海藻酸钠以及淀粉与纤维素衍生物等,例如国外已开发了乳化性、成膜性及致密性良好的淀粉衍生物作为卡氮介微胶囊的壁材[ 15 ]。人工合成高分子材料方面主要有聚酯、聚醚、聚酰胺等。这类材料均具有良好的机械性能并且容易通过化学或物理修饰进行改造[16]。控释材料依据其物理化学性质及其释放机理的不同进行划分,可分为溶解型聚合物、非生物降解型聚合物和生物降解型聚合物[17]。

2.1 溶解型聚合物

溶解型聚合物主要用于口服药物控释材料,这些聚合物通常带有羟基、胺基和羧基等极性基团,由于在胃液、肠液、组织液以及血液中溶解性的不同,使药物能够在需要的器官或组织中释放出来,如图3[18]。这类材料主要包括聚乙烯醇、

[17]甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸共聚物等。但是,此类材料与药物构成的释药体系

容易受到体内复杂环境发生改变的影响(如十二指肠溃疡患者的十二指肠初肠液成分和pH 值就已受到胃酸的强烈影响而发生变化),从而导致体系不够稳定。

图3

2.2 非生物降解型聚合物

非生物降解型聚合物作为控释材料应具备优异的生物相容性和良好的加工性能,而其中的植入式材料还必须具有很强的物化稳定性,以保证能在体内的复杂环境下稳定存在。然而,非生物降解型聚合物作为植入式药物载体时存在不可忽视的问题是:待药物溶出释放完后,载体材料会留在体内,必须人工将其取出。这势必会给病人带来不必要的麻烦和痛苦。

2.3 生物降解型聚合物

使用生物降解型聚合物作药物载体除能够提高用药稳定性和药物利用率之外,更重要的是当药物释放完毕后载体不必从体内取出,便可在体内降解并代谢排出体外。所以生物降解类聚合物已成为药物控释材料研究和开发的热门方向。生物降解型聚合物主要包括天然生成材料,人工合成材料,以及共混复合材料等。

海藻酸钠[19]是天然多糖类化合物,可生物降解,毒性低,生物相容性良好。由海藻酸钠得到的海藻酸盐凝胶如海藻酸钙凝胶具有pH依赖特性、可防止突释、口服无毒等特点,可作为酸敏感性药物的载体材料。

3 现状与趋势

尽管目前针对缓、控释药物的研制已得到相当的重视并取得了可喜的成果,但就药物缓、控释材料的改造还没有取得突破性的进展,未能完全达到高效,速控甚至智能化的要求,同时药物控释的靶向性还远不如人们设想得那么精准。而对于其中被重点研究的生物降解性缓、控材料,要真正在此类药物剂型的制备上取得重大突破,就必须清楚这些降解材料的结构性质、降解规律及降解产物对机体的影响。因此,针对高分子缓、控释材料的研究将会长期深入下去。

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范文四:医用功能高分子

生物医用高分子材料

张晓蕾

摘 要:医用材料的发展并不是一个新的课题,人们在很久以前就已经开始使用各种材料用于医疗器

械。在近、现代,随着合成材料的异军突起,大量合成材料用于临床实践,进入70年代以后随着

高分子材料理论和实践的进步,产生了大量新型医用材料用于制造人造器官、人造心脏膜瓣、人

工肾等。目前除了大脑以外,几乎所有的人体器官都可以用人造器官代替。

关 键 词:生物医用高分子材料;医疗器械;人造器官

Biomedical Polymeric Materials Abstract: The development of medical material is not a new issue, people long ago had begun to use all kinds of materials used in medical equipment. In the nearly, modern, with the rise of the synthetic materials, a large number of synthetic materials used in clinical practice, in the 70 s with the theory and practice of the polymer material progress, and produced a large new medical material used to make artificial organs, artificial heart, kidney and other film disc). Now in addi-

tion to outside the brain, almost all of the body's organs can be used artificial organs instead.

Key words: biomedical polymeric material; medical device;artificial organ

1 引言

医用材料的研究生产是一个高技术领域,发达国家把生物医用材料领域当成是重点发展对象。现代医用材料主要是医用金属材料、医用无机陶瓷材料、医用高分子材料和医用复合材料四大类。在几乎所有的医用材料中,以高分子材料的使用最广泛。医用高分子领域,不仅技术含量和经济价值高,而且对人类的健康生活和社会发展具有极大的意义,它已经渗入到医学和生命科学的各个部门并应用于临床。

摘要

综述了生物医用高分子材料的分类及每种分类的不同材料和材料的结构、性质和在不同方面的应用,概述了生物医用高分子材料的现状,并浅谈生物医用高分子材料的发展及展望。

关键词

生物医用高分子材料,应用、发展、展望

1 生物医用高分子材料概述

1.1医用高分子材料的发展简史

第1阶段:时间大约是7千年前至19世纪中叶,是被动的使用天然高分子材料阶段。这一时期的高分子材料有大漆及其制品、蚕丝及织物、麻、棉、羊皮、羊毛、纸、桐油等。

第2阶段:从19世纪中叶到20世纪20年代,是对天然高分子材料进行化学改性,从而研制新材料阶段。在这阶段中,人类首次研制出合成高分子材料—酚醛树脂。

第3阶段:20世纪30年代至60 年代,是人类大量研制新合成高分子材料阶段。在这一阶段,“高分

子科学”概念已经诞生,大批高分子化学家投入到新聚合物的合成和新材料开发的研究领域,从而导致了至今天仍有重要意义的大批通用高分子材料的诞生。

第4阶段:从20世纪60年代至今,是人类对高分子材料大普及、大扩展阶段。在这个阶段,人类对上述聚合物的使用更加合理,价格更为低廉,从而使高分子材料渗透到国民经济及人类生活的各个方面,使高分子材料成为了人类社会继金属材料、无机材料之后的第3大材料。

1.2医用高分子材料的分类

医用高分子材料有两种定义.一种是广义医用高分子材料,涵盖所有在医疗活动中使用的高分子材料,甚至包括药剂包装用高分子材料、医疗器械用高分子材料、医用高分子一次性高分子材料等。另外一种定义是指符合特殊要求的功能性高分子材料。

一般所讲的医用高分子是指功能性高分子材料,属于生物医用高分子材料,医用高分子材料的分类比较复杂,划分的依据繁多。按照用途来分,分为治疗用高分子材料、药用高分子材料、人造器官用高分子材料等;按照原材料来进行划分,分为天然高分子医用材料、合成高分子医用材料和含高分子的复合医用材料等;按照材料自身的功能和特点又可以分为生物相容性高分子材料、生物降解性高分子材料、生物功能性高分子材料。

2 生物医用高分子材料

2.1 生物惰性高分子材料

生物惰性高分子材料是指在生物环境下呈现化学和物理惰性的材料,包含两方面的意义,首先是材料对生物机体呈现惰性,其次是材料自身在生物环境下表现出惰性,即具有足够的稳定性,不发生化学和物理变化,长期保持使用功能。

2.1.1生物惰性高分子材料的主体材料

几种主要的生物惰性高分子材料:有机硅材料:有机硅橡胶、聚丙烯酸树脂类材料、聚氨酯、

聚四氟乙烯等等。

有机硅橡胶具有无毒、无污染、不易起凝血、不致癌、不致敏、不制畸等特点,具有良好的

生物相容性,化学性质稳定且植入人体内不会丧失弹性和拉伸强度,广泛用于制造人造瓣膜、人造心脏、人造血管、人工喉、人造肾脏等,同时也是整形外科的主要填充材料。

医疗上常用的聚丙烯酸树脂有聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚氰基丙烯酸酯等,

主要应用方面为:作为骨固化剂即骨水泥;作为牙科材料修补因龋齿或外伤造成的牙损缺;作为隐形眼镜材料;作为人体组织粘合剂;作为烧伤敷料;作为介入疗法栓塞剂材料等。

聚氨酯适合制造心血管系统的修复材料,制造人造心脏血泵、人造血管等,还可用于制造人

造皮肤、人造软骨、手术缝合线等。

聚四氟乙烯广泛用作血管的修复材料以及人工心脏瓣膜的底环、阻塞球、缝合环包布等,此

外还可用于食道、气管的重建,下颚骨重建等。

2.1.2生物惰性高分子材料的应用

生物惰性高分子材料主要作为人造器官制造和修补用材料,以及其他外科植入性材料、与肌体紧密接触的医疗器械材料等。根据使用的目的不同,还可分为软组织用材料、硬组织材料、医疗辅助材料等。

2.2 生物降解性高分子材料

2.2.1 生物降解性高分子材料的种类

生物降解性高分子材料的种类主要分为:人工合成可生物降解高分子材料;天然可生物降解高分子材

料两大类。

可生物降解的高分子材料作为生物体内非永久性植入材料,在完成医疗功能后可以在一定期限内被水解或酶解成小分子,通过代谢循环被肌体吸收或排泄,大大降低患者的痛苦。

人工合成可生物降解高分子材料根据在生物体内的降解反应机制可以分为酶降解高分子材料和化学降解高分子材料。目前使用最多的是下面几种常用的人工合成可生物降解高分子材料:聚乳酸类、聚原酸酯类、聚碳酸酯类、聚酸酐类等。

天然可生物降解高分子并不是指真正的天然高分子,而是指采用天然高分子作为原料,经过加工改造后得到的半人工合成高分子材料。几种常用的天然高分子医用材料如下:甲壳质衍生物;胶原蛋白等。

2.2.2 生物降解性高分子材料的应用

人工合成可生物降解高分子材料中最常用的是聚乳酸类材料,其主要应用可以归纳为以下几个方面:作为手术缝合线,可以免除拆线过程,减少患者痛苦;作为组织缺损补强材料,用于修补手术切除的胸壁和腹壁等,经过拉伸增强后作为肌腱再造等生物补强材料,不引起排异;作为接合固定材料;作为药物控制释放和靶向材料,控制药物的释放速度的同时有选择的输送到生物体的指定位置。

天然可生物降解高分子材料作为医用生物活性材料主要有以下几个方面的应用:制作医用纤维和膜材料,属于快速吸收型手术缝合线;作为药物载体使用,可以制成颗粒、片剂、膜剂、微胶囊等;作为凝血材料使用;作为高分子药物使用;作为人造器官制作材料等。

2.3 用于人造器官的生物高分子材料

人造器官可以分为人造脏器和人造组织两种。前者是指可以代替脏器工作的功能设备,包括人造心脏、人造肾脏、人造肺、人造肝脏等内脏器官。后者则指可以部分行使生理功能的人体组织,或者修补损坏的人体器官部件,包括人造骨骼、人造血管、人工喉、人造隔膜等体内器官和假肢、假鼻、假眼等外部人体组织。人造器官制造的关键是材料,没有适合于人体要求的功能材料,任何人造器官都无法实现。传统的人工器官常用金属、陶瓷和高分子材料制作,用于人造器官制造的高分子材料具有特殊功能,能够满足人造器官的高分子材料称为生物功能高分子材料。

2.3 药用高分子材料

广义的药用高分子材料包括高分子药物、高分子药物载体、靶向药物高分子导向材料等。

高分子药物是指在体内可以作为药物直接使用的高分子,特点是高分子本身具有药物疗效,在治疗过程中起主要作用,主要分为骨架型高分子药物;接入型高分子药物及高分子配合物型药物。

高分子缓释制剂是通过对药物释放剂量的有效控制,达到在一个较长时间内维持体内的有效药物浓度,降低药物的毒副作用,减少抗药性的产生,提高药物有效利用率的目的。药物缓释的方法有很多种,做主要的途径是高分子缓释制剂。

3 医用高分子材料的发展及展望

3.1 医用高分子材料的发展

医用高分子材料是一类令人瞩目的功能高分子材料,是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、医学、病理学等多种边缘学科。医用高分子材料是生物材料的重要组成部分。医用高分子材料[1]是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的新型高技术合成高分子材料,是科学技术中的一个正在发展的新领域,不仅技术含量和经济价值高,而且对人类的健康生活和社会发展具有极其重大意义,它已渗入到医学和生命科学的各个部门幷应用于临床的诊断与治疗。

人类的健康长寿依赖于医学的发展。现代医学的进步已经越来越依赖于生物材料和器械的发展,没有医用材料的医学诊断和治疗在现代医学中几乎是不可想象的。目前全球大量用于医疗器械的生物医学材料主要有20种,其中医用高分子12种,金属4种,陶瓷2种,其他2种[2]。利用现有的生物医学材料已开发应用的医用植入体、人工器官等近300种,主要包括:起搏器、心脏瓣膜、人工关节、骨板、骨螺钉、缝线、牙种

植体,以及药物和生物活性物质控释载体等。近年来,西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%~20%的速度增长[3],而国内也以20%左右的速度迅速增长。

3.2 医用高分子材料的发展前景

我国医用高分子材料的研究起步较早、发展较快。目前约有50多个单位从事这方面的研究,现有医用高分子材料60多种,制品达400余种,用于医疗的聚甲基丙烯酸甲酯每年达300 t。然而,我国医用高分子材料的研究目前仍然处于经验和半经验阶段[5],还没有能够建立在分子设计的基础上。因此,应该以材料的结构与性能关系,材料的化学组成、表面性质和生命体组织的相容性之间的关系为依据来研究开发新材料。医用高分子材料要应用于生物体必须同时要满足生物功能性、生物相容性、化学稳定性和可加工性等严格的要求。生物医用材料的研究和发展方向主要包括以下几方面:

1 、组织工程材料

组织工程是应用生命科学与工程的原理和方法构建一个生物装置,来维护、增进人体细胞和组织的生长,以恢复受损组织或器官的功能。它的主要任务是实现受损组织和器官的修复或再建,延长寿命和提高健康水平。其方法是:将特定组织细胞“种植”于一种生物相容性良好、可被人体逐步降解吸收的生物材料上,形成细胞-生物材料复合物;生物材料为细胞的增长繁殖提供三维空间和营养代谢环境;随着材料的降解和细胞的繁殖,形成新的与自身功能和形态相适应的组织或器官。这种具有生命力的活体组织或器官能对病损组织或器官进行结构、形态和功能的重建,并达到永久替代。

2、生物医用纳米材料———药物控释材料及基因治疗载体材料

高分子药物控制释放体系不仅能提高药效,简化给药方式,大大降低药物的毒副作用,而且纳米靶向控制释放体系使药物在预定的部位,按设计的剂量,在需要的时间范围内,以一定的速度在体内缓慢释放,从而达到治疗某种疾病或调节生育的目的。一次性注射或口服的高分子疫苗制剂的开发,将克服普通疫苗需多次注射方能奏效的缺点,而深受人们的重视。高分子避孕疫苗的研制又将为人类的生育调节提供一个简便、无毒副作用、十分安全的新方法,并有可能成为未来控制人口增长的重要措施。基因治疗是导入正常基因于特定的细胞(癌细胞)中,对缺损或致病的基因进行修复,或者导入能够表达出具有治疗癌症功能的蛋白质基因,或导入能阻止体内致病基因合成蛋白质的基因片段来组织致病基因发生作用,从而达到治疗的目的。基因疗法的关键是导入基因的载体,只有借助载体,正常基因才能进入细胞核内。目前,高分子纳米材料和脂质体是基因治疗的理想载体,它具有承载容量大、安全性能高的特点。近来新合成的树枝状高分子材料作为基因导入的载体值得关注。

3、复合生物材料

作为硬组织修复材料的主体,复合生物材料受到广泛重视,它具有强度高、韧性好的特点,目前已广泛用于临床。通过具有不同性能材料的复合,可以达到“取长补短”的效果,可以有效地解决材料的强度、韧性及生物相容性问题,是生物材料新品种开发的有效手段。提高复合材料界面之间的相容性是复合材料研究的主要课题。根据使用方式不同,研究较多的是合金、碳纤维/高分子材料、无机材料(生物陶瓷、生物活性玻璃)、高分子材料的复合研究。

4、生物材料表面改性是永久性课题

除了设计、制备性能优异的新材料外,还可通过对传统材料进行表面化学处理、表面物理改性和生物改性提高材料性能。材料表面改性是生物材料研究的永久性课题。如:在选用合成高分子材料制造人造器官时,可以用共聚的方法,把两种以上的高分子合成在一起,使材料分子中的亲水基团稀稀落落分布于各处,呈微观体均匀结构状态,这样可以大大提高抗血栓功能。展望未来,高新技术的注入将极大地增强医用高分子材料产业的活力。常规医学材料的应用中所面临的人工关节失效的磨损碎屑问题,心血管器件的抗凝血问题,材料的降解机制问题,评价材料和植入体长期安全性、可靠性的可靠方法和模型等问题有望得到改善。但同发达国家相比,我国的医用高分子相关产业的规模以及研究开发的水平都还有较大的差距。我国加入WTO后医用材料产业将面临重大挑战和机遇,所以应在国家的大力支持下,跨部门、跨学科通力合作,通过走自力更生与技术引进相结合之路,在生物材料、分子设计、仿生模拟、智能化药物控施等方面重点投入。医用高分子材料必将为造福人类作出更大贡献。

参考文献:

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[5]罗兰,窦宏仪.抗凝血生物医用聚氨酯材料进展[J] .热固性树脂,2005,(3):42-43.

[6]杨立群,张黎明.天然生物医用高分子材料的研究进展[J]. 中国医疗器械信息.2009,15(5).

[7]苏花平.医用高分子材料-硅橡胶[J],化学世界,2005,46(3).

[8]新型生物医用高分子材料[J]. 应用科技,2009,36(5)

[9]Allcock H R. Angew Chem Int , Ed Engl,1997,16:147.

[10]郝葆青,尹光福,佘利民等.生物医学工程学杂志,2002,1912): 140.

[11]顾其胜,侯春林,徐政.使用生物医用材料学[M].上海:上海科学技术出版社,2005:9

[12]Davide C,Lucio M,Cala R A.The significance of infection related to ortbopedic devices and teeth in experimental gingivitis and periodont it is in beagle dogs[J].Clin Oral Implants Res ,1992,3:112.

[13]马建标,李晨曦.功能高分子材料.北京:化学工业出版社,2000..

[14]王瑾菲,蒲永平,杨公安,杨文虎,高分子液晶材料的应用及发展趋势,2009,(3)

[15]程旭辉,杨欣,医用高分子材料的应用及发展前景,2006,(10).

[16]Damie A.Yano J .Sa Sakik.J Electronal chem.Interfacial Electronal chem.,1986,209:227

范文五:医用功能高分子

医用功能高分子

一 功能高分子的简介

功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。它们之所以具有特定的功能,是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团,或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合,或者二者兼而有之。例如吸水树脂,它是由水溶性高分子通过适度交联而制得,遇水时将水封闭在高分子的网络内,吸水后呈透明凝胶,因而产生吸水和保水的功能。

在合成或天然高分子原有力学性能的基础上,再赋予传统使用性能以外的各种特定功能(如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等)而制得的一类高分子。一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团,其功能性的显示往往十分复杂,不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构,还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等,后者对生物活性功能的显示更为重要。

二 功能高分子的分类

功能高分子材料从功能上大致可分为四类:

第一类是化学功能,包括离子交换、催化、光聚合、光分解、光降解等; 第二类是物理功能,包括导电、热电、压电、超导、磁化、光弹性等; 第三类是介于化学、物理之间的功能,包括吸附、膜分离、高吸水、表面活性等;

第四类是生理功能,包括生理组织适应性,血液适应性等。用以制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料。20年来,用于这方面的高分子材料有聚氯乙烯、天然橡胶、聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯、聚苯乙烯、硅橡胶、聚酯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯等。

三 医用功能高分子

医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学、化学、生物化学、医学、病理学等多种边缘学科。医用高分子材料是生物材料的重要组成部分,是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的新型高技术合成高分子材料,是科学技术中的一个正在发展的新

领域,不仅技术含量和经济价值高,而且对人类的健康生活和社会发展具有极其重大意义,它已渗入到医学和生命科学的各个部门并应用于临床的诊断与治疗。

1,性能要求 医用高分子材料多用于人体,直接关系到人的生命和健康,一般对其性能的要求是:

①安全性:必须无毒或副作用极少。这就要求聚合物纯度高,生产环境 非常清洁,聚合助剂的残留少,杂质含量为ppm级,确保无病、无毒传播条件。

②物理、化学和机械性能:需满足医用所需设计和功能的要求。如硬度、弹性、机械强度、疲劳强度、蠕变、磨耗、吸水性、溶出性、耐酶性和体内老化性等。以心脏瓣膜为例,最好能使用25万小时,要求耐疲劳强度特别好。此外,还要求便于灭菌消毒,能耐受湿热消毒(120~140°C)、干热消毒(160~190°C)、辐射消毒或化学处理消毒,而不降低材料的性能。要求加工性能好,可加工成所需各种形状,而不损伤其固有性能。

③适应性:包括与医疗用品中其他材料的适应性,材料与人体各种组织的适应性。材料植入人体后,要求长时期对体液无影响;与血液相容性好,对血液成分无损害,不凝血,不溶血,不形成血栓;无异物反应,在人体内不损伤组织,不致癌致畸,不会导致炎症坏死、组织增生等。

④特殊功能:不同的应用领域,要求材料分别具有一定的特殊功能。例如:具有分离透析机能的人工肾用过滤膜、人工肺用气体交换膜,以及人造血液用吸脱气体的物质等,都要求有各自特殊的分离透过机能。在大多数情况下,现有高分子材料的表面化学组成与结构很难满足上述要求,通常要采用表面改性处理,如接枝共聚,以改进其抗凝血性等性能。

2,制品种类

主要有人造脏器、医疗器械和药物剂型三种类型。

人造脏器;

包括内脏和体外装置。①内脏:有代用血管、人工心脏、人工心脏瓣膜、心脏修复、人工食道、人工胆管、人工尿道、人工腹膜、疝补强材料、人工骨和人工关节、人工血浆、人工腱、人工皮肤、整容材料及心脏起搏器等。②体外器官和装置:有人工心肺机、人工肺、人工肾、人工肝、人工脾、麻痹肢刺激器、电

子假肢、假齿、假眼、假发、假耳、假手、假足等。

3,医疗器械

①一般医疗及看护用具,如眼带、洗肠器、注射针、听诊器、直肠镜、点眼器、腹带和连结管等;②麻醉及手术室用具,如吸引器、缝线、咽头镜、血管注射用具等;③检查及检查室用具,如采血管、采血瓶、心电图用的电极、试验管、培养皿等。

4药物剂型

①药物的助剂:高分子材料本身是惰性的,不参与药的作用,只起增稠、表面活性、崩解、粘合、赋形、润滑和包装等作用,或在人体内起“药库”作用,使药物缓慢放出而延长药物作用时间。②聚合物药物:将低分子药物,以惰性水溶性聚合物作分子载体,把具有药性的低分子化合物,通过共价键或离子键与载体的侧基连接,制成聚合物药物。

5,发展趋势

①研究开发满足生物相容性和血液相容性材料,以聚烯烃、聚硅氧烷、氟碳聚合物和聚氨酯为重点;②开发控制药物释放、人工脏器、医疗器械和控制生育所用材料。③发展小型化、便携带、内埋化等类型的人工器官装置。

6,医用高分子材料的发展及展望

我国医用高分子材料的研究起步较早、发展较快。目前约有50多个单位从事这方面的研究,现有医用高分子材料60多种,制品达组织的相容性之间的关系为依据来研究开400余种,用于医疗的聚甲基丙烯酸甲酯每年达300t。然而,我国医用高分子材料的研究目前仍然处于经验和半经验阶段,还没有能够建立在分子设计的基础上。因此,应该以材料的结构与性能关系,材料的化学组成、表面性质和生命体发新材料。医用高分子材料要应用于生物体必须同时要满足生物功能性、生物相容性、化学稳定性和可加工性等严格的要求。生物医用材料的研究和发展方向主要包括以下几方面:

组织工程材料

组织工程是应用生命科学与工程的原理和方法构建一个生物装置,来维护、增进人体细胞和组织的生长,以恢复受损组织或器官的功能。它的主要任务是实现受损组织和器官的修复或再建,延长寿命和提高健康水平。其方法是:将特定组

织细胞“种植”于一种生物相容性良好、可被人体逐步降解吸收的生物材料上,形成细胞-生物材料复合物;生物材料为细胞的增长繁殖提供三维空间和营养代谢环境;随着材料的降解和细胞的繁殖,形成新的与自身功能和形态相适应的组织或器官。这种具有生命力的活体组织或器官能对病损组织或器官进行结构、形态和功能的重建,并达到永久替代。

生物医用纳米材料———药物控释材料及基因治疗载体材料

高分子药物控制释放体系不仅能提高药效,简化给药方式,大大降低药物的毒副作用,而且纳米靶向控制释放体系使药物在预定的部位,按设计的剂量,在需要的时间范围内,以一定的速度在体内缓慢释放,从而达到治疗某种疾病或调节生育的目的一次性注射或口服的高分子疫苗制剂的开发,将克服普通疫苗需多次注射方能奏效的缺点,而深受人们的重视。高分子避孕疫苗的研制又将为人类的生育调节提供一个简便、无毒副作用、十分安全的新方法,并有可能成为未来控制人口增长的重要措施。基因治疗是导入正常基因于特定的细胞(癌细胞)中,对缺损或致病的基因进行修复,或者导入能够表达出具有治疗癌症功能的蛋白质基因,或导入能阻止体内致病基因合成蛋白质的基因片段来组织致病基因发生作用,从而达到治疗的目的。基因疗法的关键是导入基因的载体,只有借助载体,正常基因才能进入细胞核内。目前,高分子纳米材料和脂质体是基因治疗的理想载体,它具有承载容量大、安全性能高的特点。近来新合成的树枝状高分子材料作为基因导入的载体值得关注。

复合生物材料

作为硬组织修复材料的主体,复合生物材料受到广泛重视,它具有强度高、韧性好的特点,目前已广泛用于临床。通过具有不同性能材料的复合,可以达到“取长补短”的效果,可以有效地解决材料的强度、韧性及生物相容性问题,是生物材料新品种开发的有效手段。提高复合材料界面之间的相容性是复合材料研究的主要课题。根据使用方式不同,研究较多的是合金、碳纤维/高分子材料、无机材料(生物陶瓷、生物活性玻璃)、高分子材料的复合研究。

范文六:功能高分子材料

高分子功能材料论文

摘要

地球上的生铭体究其根本都是由高分子化合物组成的,而人类的衣食住行所必需的大部分都是天然高分子材料。可以毫不夸张的说,高分子支撑基本的生命发展。而目前的功能高分子材料是在6O年代末迅速发展起来的新型领域。它的内容丰富、品种繁多、发展迅速,已成为新技术革命必不可少的关键材料+并将对21世纪人类社会生活产生巨大影响。在本文中,就功能高分子材料的功能高分子结构与性能,以及效用与发展前景等方面进行一定的论述,简述功能高分子的实质性。

关键字:功能高分子、应用,前景、结构。高分子合成

功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。它们之所以具有特定的功能,是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团,或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合,或者二者兼而有之。例如吸水树脂,它是由水溶性高分子通过适度交联而制得,遇水时将水封闭在高分子的网络内,吸水后呈透明凝胶,因而产生吸水和保水的功能。在合成或天然高分子原有力学性能的基础上,再赋予传统使用性能以外的各种特定功能(如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等)而制得的一类高分子。一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团,其功能性的显示往往十分复杂,不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构,还决定于

高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等,后者对生物活性功能的显示更为重要。 目前,在功能高分子的研究上根据功能的不同分为化学功能高分子、物理功能高分子、介于化学和物理之间的功能高分子、生物或生理功能高分子四大类。化学功能高分子主要性能在离子交换、催化、氧化还原、光聚合、光交联、光分解、降解、固体电解质、微生物分解等方面。这类材料有感光高分子、氧化还原树脂、离子交换树脂、高分子催化剂、高分子试剂、光降解塑料、固体电介质等。物理功能高分子要指导电、热电、压电、焦电、电磁波透过吸收、热电子放射、超导、形状记忆、超塑性、低温韧性、磁化、透磁、电磁屏蔽、磁记录、光致变色、偏光性、光传导、光磁效应、光弹性、耐放射线、x射线透过、x射线吸收等。应用高分子为导电高分子、压电高分子、高分子极驻体、旋光性高分子、高分子载体、磁记录高分子、高分子颜料及荧光体,高分子发光体等。介于化学和物理之间的功能高分子与生物或生理功能高分子分别指吸附、膜分离、高吸水、表面活性和组织适应性、血液适应性、生物体内分解非抽出性、非吸附性等性能。多用于高分子吸附剂、絮凝剂、表面活性剂、染料、功能膜、稳定剂、高吸水材料与医用高分子、高分子医药、高分子农药、生物降解性塑料。在本文中,我们就四大类中的导电高分子材料、医用高分子材料、以及高分子纳米复合材料与高分子染料分别略作论述。

一、高分子导电材料通常分为复合型和结构型两大类:①复合型高分子导电材料。由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复

合、表面复合或层积复合等方式而制得。主要品种有导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。其性能与导电填料的种类、用量、粒度和状态以及它们在高分子材料中的分散状态有很大的关系。常用的导电填料有炭黑、金属粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等.②结构型高分子导电材料。是指高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子材料。根据电导率的大小又可分为高分子半导体、高分子金属和高分子超导体。按照导电机理可分为电子导电高分子材料和离子导电高分子材料。电子导电高分子材料的结构特点是具有线型或面型大共轭体系,在热或光的作用下通过共轭π电子的活化而进行导电,电导率一般在半导体的范围。采用掺杂技术可使这类材料的导电性能大大提高。目前用于试制轻质塑料蓄电池、太阳能电池、传感器件、微波吸收材料以及试制半导体元器件等。

二、医用高分子材料是 用以制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料医用高分子材料多用于人体,直接关系到人的生命和健康,一般对其性能的要求是:①安全性:必须无毒或副作用极少。这就要求聚合物纯度高,生产环境非常清洁,聚合助剂的残留少,杂质含量为ppm级,确保无病、无毒传播条件。②物理、化学和机械性能:需满足医用所需设计和功能的要求。如硬度、弹性、机械强度、疲劳强度、蠕变、磨耗、吸水性、溶出性、耐酶性和体内老化性等。③适应性:包括与医疗用品中其他材料的适应性,材料与人体各种组织的适应性。材料植入人体后,要求长时期对体液无影响;

与血液相容性好,对血液成分无损害,不凝血,不溶血,不形成血栓;无异物反应,在人体内不损伤组织,不致癌致畸,不会导致炎症坏死、组织增生等。④特殊功能:不同的应用领域,要求材料分别具有一定的特殊功能。

三、纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相,以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相,通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中,形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系,这一体系材料称之为纳米复合材料。复合材料由于其优良的综合性能,特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域,纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分,近年来发展很快,世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。

四、高分子染料是高分子材料与染料分子在分子水平上的结合,在具有染料色彩性、透明性的同时还具有高分子材料的可加工性等特性,是有发展前途的功能高分子材料。它是通过一定的化学反应将发色基团引入高分子的主链或侧链而形成的一类有色高分子化合物,这种结合方式赋予了高分子染料的双重功能:即高分子的高强度、易成膜性、耐溶剂性、耐迁移性和耐热性以及有机染料对光的选择吸收性和多彩性。按聚合方式可分为加聚型和缩聚型等;按所连结的高分子单体的性质可分为苯乙烯类、聚丙烯酸酯类、有机硅类等。并且大分子骨架

和发色基团的协同作用,使它的应用不仅仅限于在染色方面。作为一种特殊高分子材料,高分子染料的合成使其功能扩大。不仅具有染色的功能,还潜在着光致发光〕,光致变色,光聚合引发剂等功能。它在非线性光学、液晶显示等光电以及导电方面也都有广泛的应用前景。高分子染料是一种有前途的功能高分子材料,对于它的开发与应用都还有很大潜力可挖。同时对它的研究手段和方法随研究者研究的目的和侧重点不同而有很大差异队,属于多学科交叉领域。

在结构、合成方面,高分子材料具有极大相似性。高分子材料合成方法或聚合实施方法是实现聚合反应的重要方面,链式聚合反应采用的方法主要有本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合和溶液聚合。自由基聚合可以采用这四种方法中的任何一种,离子聚合通常采用溶液聚合的方法,配位聚合可以采用本体聚合和溶液聚合。逐步聚合采用的主要方法有熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚和固相缩聚。

一、本体聚合法指不加其他介质,只有单体、引发剂或催化剂参加的聚合反应过程,称本体聚合。本体聚合的特点是不需要溶剂回收和精制工序,后处理简单,产品纯净,适合于制作板材、型材等透明制品。自由基聚合、配位聚合、缩聚合、离子聚合都可选用本体聚合。

二、悬浮聚合又称珠状聚合,是指在分散剂存在下,经强烈机械搅拌使液态单体以微小液滴状分散于悬浮介质中,在油溶性引发剂引发下,进行的聚合反应。

三、单体在乳化剂作用下,在水中分散形成乳状液,然后进行的聚合称为乳液聚合。分散成乳状液的单体,其液滴的直径仅在1~10m

范围,比悬浮聚合的单体液滴小很多。单体聚合后形成的聚合物则以乳胶粒的状态存在。乳液体系比悬浮体系稳定得多,因此乳液聚合后需进行破乳,才能将聚合产物与水分离,而悬浮聚合仅需简单过滤即可将聚合产物与水分离。

四、单体溶解在溶剂中进行的聚合称为溶液聚合。聚合产物能溶解在溶剂中时称为均相溶液聚合,聚合产物不能溶解在溶剂中时称为非均相溶液聚合。由于溶剂的存在,溶液聚合的反应热能够及时的排除、减少了局部过热现象、反应易控制。溶液聚合尤其适用于离子聚合与配位聚合,因为用于离子聚合与配位聚合的催化剂通常要在特定的溶剂中才有催化活性。

而高分子材料的结构决定其性能,对结构的控制和改性,可获得不同特性的高分子材料。功能高分子在新材料领域中占有重要的地位。功能高分子近2O年的年均增长率达到1O%以上自1935年合成离子交换付脂以来,高分子的各种特殊性能不断被发现,50年代初美国开发的感光树脂印刷板,1957年发现聚乙烯基咔唑的光电导性,1966年塑料光导纤维问世,同年Little提出了超导高分子模型,随后1975年发现聚氮化硫的超导性,80年代,高分子传感器,人工脏器,分离膜技术得到快速发展,1991年发现尼龙l1的铁电性,l994年塑料柔性太阳能电池在美国阿尔贡实验室后院启用这切时反映了功能高分子发展的13新月异。

在世界各国功能高分子的发展中,13本处于领先地位,形成了“官产学”的联合体制,从规划、立题到应用开发都作了周密的部署。日

本高分子学会进行了21世纪高分子科学和技术的咨询调查,对50个重要课题进行了评价,其中涉及生物高分子和功能高分子的26个课题预计将在本世纪末至下世纪初完成。高分子功能材料论文

摘要

地球上的生铭体究其根本都是由高分子化合物组成的,而人类的衣食住行所必需的大部分都是天然高分子材料。可以毫不夸张的说,高分子支撑基本的生命发展。而目前的功能高分子材料是在6O年代末迅速发展起来的新型领域。它的内容丰富、品种繁多、发展迅速,已成为新技术革命必不可少的关键材料+并将对21世纪人类社会生活产生巨大影响。在本文中,就功能高分子材料的功能高分子结构与性能,以及效用与发展前景等方面进行一定的论述,简述功能高分子的实质性。

关键字:功能高分子、应用,前景、结构。高分子合成

功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。它们之所以具有特定的功能,是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团,或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合,或者二者兼而有之。例如吸水树脂,它是由水溶性高分子通过适度交联而制得,遇水时将水封闭在高分子的网络内,吸水后呈透明凝胶,因而产生吸水和保水的功能。在合成或天然高分子原有力学性能的基础上,再赋予传统使用性能以外的各种特定功能(如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等)而制得的一类高分子。一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团,其功能性的显示往往十分复杂,不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构,还决定于

高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等,后者对生物活性功能的显示更为重要。 目前,在功能高分子的研究上根据功能的不同分为化学功能高分子、物理功能高分子、介于化学和物理之间的功能高分子、生物或生理功能高分子四大类。化学功能高分子主要性能在离子交换、催化、氧化还原、光聚合、光交联、光分解、降解、固体电解质、微生物分解等方面。这类材料有感光高分子、氧化还原树脂、离子交换树脂、高分子催化剂、高分子试剂、光降解塑料、固体电介质等。物理功能高分子要指导电、热电、压电、焦电、电磁波透过吸收、热电子放射、超导、形状记忆、超塑性、低温韧性、磁化、透磁、电磁屏蔽、磁记录、光致变色、偏光性、光传导、光磁效应、光弹性、耐放射线、x射线透过、x射线吸收等。应用高分子为导电高分子、压电高分子、高分子极驻体、旋光性高分子、高分子载体、磁记录高分子、高分子颜料及荧光体,高分子发光体等。介于化学和物理之间的功能高分子与生物或生理功能高分子分别指吸附、膜分离、高吸水、表面活性和组织适应性、血液适应性、生物体内分解非抽出性、非吸附性等性能。多用于高分子吸附剂、絮凝剂、表面活性剂、染料、功能膜、稳定剂、高吸水材料与医用高分子、高分子医药、高分子农药、生物降解性塑料。在本文中,我们就四大类中的导电高分子材料、医用高分子材料、以及高分子纳米复合材料与高分子染料分别略作论述。

一、高分子导电材料通常分为复合型和结构型两大类:①复合型高分子导电材料。由通用的高分子材料与各种导电性物质通过填充复

合、表面复合或层积复合等方式而制得。主要品种有导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。其性能与导电填料的种类、用量、粒度和状态以及它们在高分子材料中的分散状态有很大的关系。常用的导电填料有炭黑、金属粉、金属箔片、金属纤维、碳纤维等.②结构型高分子导电材料。是指高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子材料。根据电导率的大小又可分为高分子半导体、高分子金属和高分子超导体。按照导电机理可分为电子导电高分子材料和离子导电高分子材料。电子导电高分子材料的结构特点是具有线型或面型大共轭体系,在热或光的作用下通过共轭π电子的活化而进行导电,电导率一般在半导体的范围。采用掺杂技术可使这类材料的导电性能大大提高。目前用于试制轻质塑料蓄电池、太阳能电池、传感器件、微波吸收材料以及试制半导体元器件等。

二、医用高分子材料是 用以制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械的聚合物材料医用高分子材料多用于人体,直接关系到人的生命和健康,一般对其性能的要求是:①安全性:必须无毒或副作用极少。这就要求聚合物纯度高,生产环境非常清洁,聚合助剂的残留少,杂质含量为ppm级,确保无病、无毒传播条件。②物理、化学和机械性能:需满足医用所需设计和功能的要求。如硬度、弹性、机械强度、疲劳强度、蠕变、磨耗、吸水性、溶出性、耐酶性和体内老化性等。③适应性:包括与医疗用品中其他材料的适应性,材料与人体各种组织的适应性。材料植入人体后,要求长时期对体液无影响;

与血液相容性好,对血液成分无损害,不凝血,不溶血,不形成血栓;无异物反应,在人体内不损伤组织,不致癌致畸,不会导致炎症坏死、组织增生等。④特殊功能:不同的应用领域,要求材料分别具有一定的特殊功能。

三、纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相,以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相,通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中,形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系,这一体系材料称之为纳米复合材料。复合材料由于其优良的综合性能,特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域,纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分,近年来发展很快,世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。

四、高分子染料是高分子材料与染料分子在分子水平上的结合,在具有染料色彩性、透明性的同时还具有高分子材料的可加工性等特性,是有发展前途的功能高分子材料。它是通过一定的化学反应将发色基团引入高分子的主链或侧链而形成的一类有色高分子化合物,这种结合方式赋予了高分子染料的双重功能:即高分子的高强度、易成膜性、耐溶剂性、耐迁移性和耐热性以及有机染料对光的选择吸收性和多彩性。按聚合方式可分为加聚型和缩聚型等;按所连结的高分子单体的性质可分为苯乙烯类、聚丙烯酸酯类、有机硅类等。并且大分子骨架

和发色基团的协同作用,使它的应用不仅仅限于在染色方面。作为一种特殊高分子材料,高分子染料的合成使其功能扩大。不仅具有染色的功能,还潜在着光致发光〕,光致变色,光聚合引发剂等功能。它在非线性光学、液晶显示等光电以及导电方面也都有广泛的应用前景。高分子染料是一种有前途的功能高分子材料,对于它的开发与应用都还有很大潜力可挖。同时对它的研究手段和方法随研究者研究的目的和侧重点不同而有很大差异队,属于多学科交叉领域。

在结构、合成方面,高分子材料具有极大相似性。高分子材料合成方法或聚合实施方法是实现聚合反应的重要方面,链式聚合反应采用的方法主要有本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合和溶液聚合。自由基聚合可以采用这四种方法中的任何一种,离子聚合通常采用溶液聚合的方法,配位聚合可以采用本体聚合和溶液聚合。逐步聚合采用的主要方法有熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚和固相缩聚。

一、本体聚合法指不加其他介质,只有单体、引发剂或催化剂参加的聚合反应过程,称本体聚合。本体聚合的特点是不需要溶剂回收和精制工序,后处理简单,产品纯净,适合于制作板材、型材等透明制品。自由基聚合、配位聚合、缩聚合、离子聚合都可选用本体聚合。

二、悬浮聚合又称珠状聚合,是指在分散剂存在下,经强烈机械搅拌使液态单体以微小液滴状分散于悬浮介质中,在油溶性引发剂引发下,进行的聚合反应。

三、单体在乳化剂作用下,在水中分散形成乳状液,然后进行的聚合称为乳液聚合。分散成乳状液的单体,其液滴的直径仅在1~10m

范围,比悬浮聚合的单体液滴小很多。单体聚合后形成的聚合物则以乳胶粒的状态存在。乳液体系比悬浮体系稳定得多,因此乳液聚合后需进行破乳,才能将聚合产物与水分离,而悬浮聚合仅需简单过滤即可将聚合产物与水分离。

四、单体溶解在溶剂中进行的聚合称为溶液聚合。聚合产物能溶解在溶剂中时称为均相溶液聚合,聚合产物不能溶解在溶剂中时称为非均相溶液聚合。由于溶剂的存在,溶液聚合的反应热能够及时的排除、减少了局部过热现象、反应易控制。溶液聚合尤其适用于离子聚合与配位聚合,因为用于离子聚合与配位聚合的催化剂通常要在特定的溶剂中才有催化活性。

而高分子材料的结构决定其性能,对结构的控制和改性,可获得不同特性的高分子材料。功能高分子在新材料领域中占有重要的地位。功能高分子近2O年的年均增长率达到1O%以上自1935年合成离子交换付脂以来,高分子的各种特殊性能不断被发现,50年代初美国开发的感光树脂印刷板,1957年发现聚乙烯基咔唑的光电导性,1966年塑料光导纤维问世,同年Little提出了超导高分子模型,随后1975年发现聚氮化硫的超导性,80年代,高分子传感器,人工脏器,分离膜技术得到快速发展,1991年发现尼龙l1的铁电性,l994年塑料柔性太阳能电池在美国阿尔贡实验室后院启用这切时反映了功能高分子发展的13新月异。

在世界各国功能高分子的发展中,13本处于领先地位,形成了“官产学”的联合体制,从规划、立题到应用开发都作了周密的部署。日

本高分子学会进行了21世纪高分子科学和技术的咨询调查,对50个重要课题进行了评价,其中涉及生物高分子和功能高分子的26个课题预计将在本世纪末至下世纪初完成。

范文七:功能高分子材料

功能高分子材料的分类

按照性质和功能分为7种:

反应型高分子材料:包括高分子试剂、高分子催化剂和高分子染料,特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。

光敏型高分子: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等。

电活性高分子材料:包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料以及其他电敏感性材料等。

膜型高分子材料:包括各种分离膜、缓释膜和其他半透性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂等。

吸附型高分子材料:包括高分子吸附性树脂、高吸水性高分子、高吸油性高分子等。 高分子智能材料:包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、pH、压力感应材料等。

高性能工程材料:如高分子液晶材料,耐高温高分子材料、高强高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纤维材料、生物降解高分子等

按用途分类:医药用高分子材料、分离用过高分子 材料、高分子化学反应试剂、高分子染料。

反应型高分子材料

高分子试剂:氧化还原型试剂,卤代试剂,酰化试剂,烷基化试剂,亲核试剂,亲电试剂,固相合成试剂。

高分子反应试剂——小分子试剂经高分子化,在某些聚合物骨架上引入反应活性基团,得到具有化学试剂功能的高分子化合物。

特点:在反应体系中不溶解,易除去;立体选择性好;稳定性好;特殊应用,固相反应载体。

高分子催化剂——将小分子催化剂通过一定的方法与高分子骨架结合,得到的具有催化活性的高分子物质。

反应型高分子试剂优点:不溶性;多孔性;高选择性;化学稳定性;可回收再利用。

催化反应按反应体系的外观特征分为两类: ①均相催化反应:催化剂完全溶解在反应介质中,反应体系成为均匀的单相。 ②多相催化反应:与均相催化反应相反,在多相催化中催化剂自成一相,反应过后通过简单过滤即可将催化剂分离回收。

高分子催化剂种类:高分子酸碱催化剂;高分子金属络合物;高分子相转移催化剂;固定化酶。

固相反应

生物活性大分子一般合成很慢,Merrifield利用固相合成大大缩短合成时间。 应用于化学、药学、免疫学、生物学和生理学。

固相合成——指那些在固体表面发生的合成反应。这些固体可能是所有反应物,也可能是反应物之一。通常固相合成包括无机和有机固相合成两部分。

无机固相合成反应——利用固相间反应制取固态化合物或固熔体粉料。利用无机固相合成法可以合成具有特定晶型的磷酸铝、铜钴氧化物等无机晶体,以及利用固相模板合成法制备锂离子电池电极材料等。

有机固相合成——指在合成过程中采用在反应体系中不溶的有机高分子材料作为载体进行的合成反应。

共轭聚合物的分子链长与其导电性

共轭聚合物的分子链越长,π电子数越多,则电子活化能越低,亦即电子越易离域,则其导电性越好

光刻胶

在半导体器件和集成电路制造中,要在硅片等材料上获得一定几何图形的抗蚀保护涂层,运用感光性树脂材料在控制光照(主要是UV光)下,短时间内发生化学反应,使得这类材料的溶解性、熔融性和附着力在曝光后发生明显的变化,这种作为抗蚀涂层用的感光性树脂组成物称为“光致抗蚀剂” 光刻胶

感光涂料:涂料内含有光敏物质或结构,快速形成不溶性高分子涂料膜,从而达到光固化的目的。

感光油墨:感光油墨是指对紫外线敏感,并且能通过紫外线固化的一种油墨

光致抗蚀:是指高分子材料经过光照后,分子结构从线型可溶性转变为网状不可溶性,从而产生了对溶剂的抗蚀能力。目前广泛使用的预涂感光版,就是将感光材料树脂预

先涂敷在亲水性的基材上制成的。晒印时,树脂若发生光交联反应,则溶剂显像时未曝光的树脂被溶解,感光部分树脂保留了下来。

光致诱蚀:当高分子材料受光照辐射后,感光部分发生光分解反应,从而变为可溶性。反之,晒印时若发生光分解反应,则曝光部分的树脂分解成可溶解性物质而溶解。 感光性粘合剂、油墨、涂料是近年来发展较快 的精细化工产品。与普通粘合剂、油墨和涂料等相 比,前者具有固化速度快、涂膜强度高、不易剥 落、印迹清晰等特点,适合于大规模快速生产。

主链型高分子液晶:致晶单元处在高分子主链上。结构形式:纵向型、垂直型、星型、盘型、混合型

侧链型高分子液晶:致晶单元是通过一段柔性链作为侧基与高分子主链相连,形成梳状结构。结构。结构形式:梳型、多重梳型、盘梳型、腰接型、结合型、网型 主链型高分子液晶和侧链型高分子液晶在液晶形态上和物理化学性质有大差别:主链型溶致性高分子 液晶分子一般并不具有两亲结构,在溶液中也不形 成胶束结构。这类液晶在溶液中形成液晶态是由于 刚性高分子主链相互作用,进行紧密有序堆积的结 果。主链型溶致性高分子液晶主要应用在高强度、 高模量纤维和薄膜的制备方面。,而侧链型高分子液晶为具有特殊性能的功能高分子材料

光聚合: 因光照射在聚合体系上而产生聚合活性种(自 由基、离子等)并由此引发的聚合反应称为光聚合 反应。一类是单体直接吸收光形成活性种而聚合的直接光 聚合;另一类是通过光敏剂(光聚合引发剂)吸收 光能产生活性种,然后引发单体聚合的光敏聚合。在光敏聚合中,也有两种不同情况,既有光敏 剂被光照变成活性种,由此引起聚合反应的,也有 光敏剂吸收光被激发后,它的激发能转移给单体而 引起聚合反应的。

光聚合的单体

已知能进行直接光聚合的单体有氯乙烯、苯乙 烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、甲基乙烯酮等。

含丙烯酸酯基和丙烯酰胺基的双官能团单体容易与其他化合物反应,而且聚合物的性质也较好,因此是用得最多的光聚合单体。1.多元醇的丙烯酸酯 2.丙烯酰胺3.丙烯酰胺

8高分子液晶形态与性质

对热致型高分子液晶来说,最重要的影响因素是温度。对于溶致型液晶,溶剂与高分子液晶分子之间 的作用起非常重要的作用。控制高分子液晶溶液的浓度是控制溶液型高分 子液晶相结构的主要手段。

按分子排列的形式和有序性的不同,液晶有三种结构类型:近晶型、向列型和胆甾型。 近晶型液晶棒状分子互相平

行排列成层状结构。分子的长轴垂直于层状结构平面。。层状结构之间可以相互滑移,而垂直于层片方向的流动却很困难。这种结构决定了近晶型液晶的粘度具有各向异 性。但在通常情况下,层片的取向是无规的,因此,宏观上表现为在各个方向上都非常粘滞。近晶型液晶结构上的差别对于非线性光学特性 有一定影响。

向列型液晶:在向列型液晶中,棒状分子只维持一维有序。它们互相平行排列,但重心排列则是无序的。在外力作用下,棒状分子容易沿流动方向取向,并可在取向方向互相穿越。因此,向列型液晶的宏观粘度一般都比较小,是三种结构类型的液晶中流动性最好的一种。

胆甾型:分子是长而扁平的。它们依靠端基的作用,平行排列成层状结构,长轴与层片平面平行。由于扭转分子层的作用,照射在其上的光将发生偏振旋转,使得胆甾型液晶通常具有彩虹般的漂亮颜色,并有极高的旋光能力——“显示材料”

压 力,流动场,电 场,磁 场,光 场

压致型液晶在某一压力下可出现液晶态

流致型液晶在施加流动场后可呈现液晶态

热致性液晶依靠温度的变化,在某一温度范围形成的液晶态物质,清亮点, Tlc

溶致性液晶 依靠溶剂的溶解分散,在一定浓度范围形成的液晶态物质

9)电荷传输材料

• 经阳极空穴注入和阴极电子注入,正电荷与负电荷在电场作用下将在有机材料 中相向迁移,并在电致发光层中相遇形成激子。

电子传输材料:接受从阴极注入的电子,并将电子向阳极方向有效迁移。金

属配合物、n-型有机半导体 Eg:(8-羟基喹啉)铝Alq3

(2)空穴传输材料: 接受并迁移空穴。有机胺,聚乙烯咔唑(PVK)、聚甲基

苯基硅烷(PMPS)。

10受阻共轭是指共轭链分子轨道上存在“缺陷”。

庞大的侧基或强极性基团引起共轭链的扭曲、折叠等,使π电子离域受到限制。 π电子离域受阻程度越大,则分子链的电子导电性就越差。

如下面的聚烷基乙炔和脱氯化氢聚氯乙烯,都是受阻共轭聚合物的典型例子。

无阻共轭是指共轭链分子轨道上不存在“缺陷”,整个共轭链的π电子离城不受响。 例如反式聚乙炔,聚苯撑、聚并苯、热解聚丙烯腈等,都是无阻共轭链的例子。

顺式聚乙炔分子链发生扭曲,π电子离域受到一定阻碍,因此,其电导率低于反式聚乙炔。

12典型光敏性高分子的合成方法与过程

13大孔吸附树脂与凝胶离子交换树脂,螯合树脂

凝胶型离子交换树脂

凡外观透明、具有均相高分子凝胶结构的离子交换树脂统称为凝胶型离子交换树脂。这类树脂表面光滑,球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶状,并呈现大分子链的间隙孔。大分子链之间的间隙约为2~4nm。一般无机小分子的半径在1nm以下,因此可自由地通过离子交换树脂内大分子链的间隙。在 无水状态下,凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩,体 积缩小,无机小分子无法通过。凝胶型离子交换树脂有在干态和非水系统中 不能使用

高分子螯合树脂

螯合树脂就是对分离重 金属、贵金属应运而生的树脂。

在分析化学中,常利用络合物既有离子键又有配 价键的特点,来鉴定特定的金属离子。将这些络合物 以基团的形式连接到高分子链上,就得到螯合树脂。 15聚合物的电致发光机理

1. 载流子的注入从阴极和阳极注入

2. 载流子的迁移电子和空穴分别向发光层迁移

3. 载流子的空穴和迁移电子在发光层中相遇复合并产生激子

4. 激子将能量传递给发光分子并激发电子从基态跃迁到激发态

5. 电致发光激发态能量通过辐射耗散产生光子释放出光能

从负极注入的电子与从正极注入的空穴复合成激子,激子从高能态回到低能态,发出荧光

16高吸水性树脂

最早开发的淀粉类高吸水性树脂是采用接枝合成法制备的。即先将丙烯腈接枝到淀粉等亲水性天然高分子上,再加入强碱使氰基水解成羧酸盐和酰胺基团。这种接枝化反应通常采用四价铈作引发剂,反应在水溶液中进行。

17医用高分子的特点与使用要求

1化学隋性,不会因与体液接触而发生反应(2)对人体组织不会引起炎症或异物反应

(3)不会致癌(4)具有良好的血液相容性(5)长期植入体内不会减小机械强度(6)能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性(7)易于加工成需要的复杂形状

18高分子分离膜的分类作用机理

过滤分离

利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别,达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有 微滤(Ultrafiltration,UF,孔径0.1~1um)、超滤(Microfiltration,MF,孔径1~100nm)、纳滤(Nanofiltration,NF,孔径0.5 ~5nm)等 反渗透(Reverse osmosis)

在膜的两边造成一个压力差,并使其大于渗透压,就会发生溶剂倒流,使浓度较高 的溶液进一步浓缩 选择吸附,溶解-扩散机理

渗析式膜分离

料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下,透过膜进入接受液中,从而被分离出去

液膜分离

液膜与料液和接受液互不混溶,液液两相通过液膜实现渗透,类似于萃取和反萃取的组合。溶质从料液进入液膜相当于萃取,溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取 气体透过

利用微孔或无孔膜进行气体分离,主要是溶解-扩散过程

19吸附分离高分子材料,离子交换树脂

范文八:功能高分子设计

功能高分子设计(论文)

题目:

化工学院高分子材料科学与工程专业

学号

班级材料1102学生姓名

指导教师

二〇一四年五月

聚乳酸的研究进展及其应用

摘要:聚乳酸具有很好的生物相容性与生物可降解性,应用范围非常的广泛。本文首先通过对聚乳酸的结构与性质的介绍,了解聚乳酸整体结构;其次,介绍了目前聚乳酸几种重要的合成方法;然后根据聚乳酸的缺点,介绍了几种典型的改性方法;最后,就聚乳酸优良的性质,阐述了其在一些领域中应用情况。 关键词:结构与性质;合成;改性;应用

Abstract:Polylactic acid has good biocompatibility and biodegradability, and has very broad range of applications. Firstly, the paper introduces the structure and properties of polylactic acidto understand the overall structure; secondly, it introduces several important polylactic acid synthesismethods; then according to the disadvantage of polylactic acid, it introduces several typical modification methods; finally, it describes its applications in some areas the for the excellent properties. Key Words:structure and properties; synthesis methods; modification methods; applications

引言

随着矿物燃料的使用,人口的不断的增长,环境资源日益短缺,并且这些材料的燃烧也给世界环境带来了很大的污染问题。因此可再生、可降解的生物基复合材料越来越受到人们的重视,成为了研究热点。[1-3]

聚乳酸是一种以淀粉、玉米等可再生资源为起始原料,经过发酵,聚合反应等一系列步骤可形成聚乳酸,而聚乳酸又可通过微生物等降解作用分解为CO2与H2O,CO2与H2O又可经过植物的光合作用重新被利用,由此形成一个循环。因此聚乳酸完全是种来源于自然而又回归于自然的绿色、无污染的高分子。[1, 2, 4]

聚乳酸具有很多优良的特性。无毒,无污染,无刺激性,良好的生物相容性,生物可降解性,生物可吸收性,同时还具有优良的物理机械性能,并且可以采用传统的加工方法进行加工,广泛应用于农业,包装材料,日用产品,生物医用材料等众多领域。

1 聚乳酸的结构与性质

乳酸具有旋光性,聚乳酸具有三种:分为PDLA(右旋聚乳酸)、PLLA(左旋聚乳酸)和PDLLA(混旋聚乳酸)。而PDLA、PLLA比PDLLA具有较高的机械强度、较大的拉伸比和较低的收缩率,常见的是PLLA和PDLLA。[1, 2, 5]

PLLA是半结晶性的,Tm为170—180℃,是较硬的材料。PLLA 和PDLA的外消旋体是结晶性的,Tm约230℃,相反PDLLA是无定形的透明的材料,

Tg在50—60℃。和其他的聚合物一样,聚乳酸的性能强烈依赖于热历史、分子量和分布以及纯度[6]等,因制备方法的不同,要严格控制这些参数是困难的,这就是不同文献中存在性能参数矛盾的原因。[3]

聚乳酸链上酯键的水解是其降解的根本原因。研究表明,聚乳酸的端羧基具有催化其降解的性能,这就是所谓的自催化现象。随着羧基含量的增多,降解速度是增加的。并且随着聚乳酸厚度、尺寸的增大,其降解的具有不均匀性,内部大于外部。可能是聚乳酸降解的产物残留于聚乳酸内的原因。但是,不论聚乳酸的降解周期多长,其降解的最终产物都可以被微生物或在活体细胞内所代谢为乳酸,并且降解作用与细胞内的酶没有太大的关系,这对医学的研究具有很大的意义。[3]

同时聚乳酸也存在很多缺点:(1)聚乳酸中有大量的酯键,亲水性差,降低了与其它物质的生物相容性;(2)聚合所得产物的相对分子量分布过宽,聚乳酸本身为线型聚合物,脆性高,热变形温度低(0.46MPa负荷下为54℃),抗冲击性差,这都使聚乳酸材料的强度往往不能满足要求;(3)降解周期难以控制;(4)价格太贵,乳酸价格以及聚合工艺决定了PLA的成本较高;(5)成型加工稳定性差。因此,对聚乳酸的改性研究也是极其重要的。[1]

2 聚乳酸的合成

聚乳酸的合成方法主要有两种:直接法与间接丙交酯开环聚合法。[2, 4, 7, 8]

2.1 直接法[2, 8]

直接法是利用乳酸直接脱水缩合反应合成聚乳酸。优点操作简单,成本低。缺点乳酸纯度要求高,反应时间长,反应温度控制要求严格。产物摩尔质量低,高温熔融缩聚,产物容易降解,变色,因此,工业化生产困难。

以乳酸为原料直接法反应式如下:

O

nHOOHCH3catHOOH2nCH3n-1H2O

目前较为成熟的有溶液聚合法、熔融聚合法、固相聚合法等多种方法。

2.1.1 溶液缩聚法[1, 2, 7]

溶液聚合法使用不参与反应但能溶解聚合物且与水形成共沸的有机溶剂,在溶液状态下进行共沸回流聚合。反应生成的水,通过共沸不断排除,水分含量控制越低所得聚合物的分子量越高。

采用溶液聚合法的特点是可避免由于升温和局部过热而带来的聚合物降解;缺点是由于使用有机溶剂,操作和设备较为复杂,特别是当使用高沸点或有异味的溶剂时,会给聚合物的纯化带来困难。

2.1.2 熔融缩聚法[2]

以乳酸为原料,直接加热进行缩聚反应,体系始终处于熔融状态,生成的低沸物如水等依靠真空排除。与溶液法相比,熔融法反应最终产物较纯净,且最终的后处理工艺较简单。此法目前研究的重点是催化剂的改进。

2.1.3 固相缩聚法[2]

与熔融聚合中反应体系处于熔融状态不同,固相聚合的反应温度低于预聚物的熔点而高于其玻璃化转变温度,反应体系呈固相状态。由于熔融缩聚法产物的分子量和结晶度较低,若想制得高分子量,结晶度大的产物,可通过此方法。

2.1.4 直接扩链法[3]

单体乳酸经过直接聚合的方法,应用溶剂回流的手段,或者熔融缩聚合成低聚物,在此基础上,应用扩链剂对链进一步增长,达到制备高分子量聚乳酸的目的。

2.2 间接法[2, 7, 8]

该法以乳酸或乳酸酯为原料,经二步聚合合成丙交酯,再经丙交酯开环聚合制得聚乳酸,因此又称为开环聚合法。

O

2nHOCOHCH3H3CCHCH32H2ODehydrated bi-polymerizationH3CnCH

3Ring-Opening polymerizationHOOCOH2nCH3

此法可制得高分子量的聚乳酸。但制备过程中,影响的因素有很多。比如单体乳酸的纯度,反应体系得真空度,反应温度,反应时间以及催化剂等。

根据催化剂的种类可将开环聚合分为四类:阳离子开环聚合,阴离子开环聚合,配位开环聚合与酶催化开环聚合。

2.2.1 阳离子开环聚合

阳离子开环聚合所用的催化剂有两种:(1)质子酸型,主要代表有羧酸、对甲苯磺酸等。一般只进行本体聚合,反应温度较高,而且用量大,产物分子量不高;(2)卤化物型,主要代表有 SnCl4、AlCl3等。

催化机理是利用催化剂进攻丙交酯,同时在丙交酯环外生成配位离子。反应体系要求的温度较高。

2.2.2 阴离子开环聚合

阴离子开环聚合所用的催化剂通常为中强度的碱,主要有醇钠、醇钾等醇碱和丁基锂等。这类催化剂的特点是反应速度快、活性高,可进行溶液或本体聚合,但副反应极为明显,不利于制备高分子量聚合物。

在聚合过程中,存在两种主要的增长方式:(1)阴离子进攻丙交酯,(2)阴离子直接进攻活性单体,进而实现链的增长。

2.2.3 配位开环聚合

配位开环聚合的催化剂通常为过渡金属区的有机物质或者具有氧化能力的物质。通常分为三种:有机铝化合物型,锡盐类催化剂和稀土类。在这些催化剂中,辛酸亚锡是最为常用的。

2.2.4 酶催化开环聚合

传统的催化剂需要在纯单体和无水条件下聚合,且聚合物难免有金属残留,这类聚合所用的催化剂就没有这些限制。

3 聚乳酸的改性研究

由于聚乳酸存在热稳定性差,质脆,抗冲击性差和价格昂贵等特点,对聚乳酸改性研究是非常必要的。

3.1 增塑改性

目前,广泛研究用生物相容性增塑剂例如柠檬酸酯醚、葡萄糖单醚、部分脂肪酸醚、低聚物聚乙二醇(PEG)、低聚物聚乳酸(OLA)、丙三醇来提高聚乳酸的柔韧性和抗冲击性能。[1]

3.2 共聚改性

在聚乳酸的主链中引入另一种分子链,使得PLLA大分子链的规整度和结晶度降低。

常见的有丙交酯与乙交酯共聚,可得到无定型橡胶状韧性材料,作为手术缝合线使用;聚乳酸与聚乙二醇形成嵌段共聚物,改善生物相容性,亲水性等;[1]聚乳酸可以和木质素形成接枝共聚物,改善其与生物基复合材料的相容性,大大提高了木质素的利用率的同时,也使生物基复合材料在包装材料上的抗紫外特性得到改善;[9]将聚乳酸和乙二醇的共聚物嫁接到亲水性聚乙烯醇上得到了生物可降解梳形聚酯聚乙烯醇-g-聚乳酸,通过调节PLG链长、组成以及PVA分子量等参数能有效控制降解速度,避免憎水性聚合物使亲水性大分子药物变性,可用于亲水性大分子药物蛋白质、缩氨酸和低(聚)核苷酸的肠道外药物传输体系等。[1]

3.3 共混改性

共混改性可以改善材料的机械性能和加工性能,并且降低聚乳酸成本的有效途径。

聚乳酸与环糊精内合物进行共混改性。首先合成固体的二氯苯氧氯酚/环糊精包合物,通过增加二氯苯氧氯酚的溶解性可增加其抗菌性,再通过聚乳酸纳米纤维与之混合,在增加抗菌性的同时,对聚乳酸的降解及力学性能没有太大影响,使其可作为食品包装材料加以使用。[10]

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/聚乳酸(PLA)的原位成纤复合材料,其中PBS为基

体连续相而PLA为微纤增强相。PBS/PLA体系中都可以形成相当数量的微纤结构体。随着拉伸形变的增强以及PLA含量的增大,PLA微纤数量逐渐增多,微纤长径比增大,使得PLA相自身的力学强度提高,增加了两相间的接触面积,增强了两相间的界面相互作用。均匀分散且高度取向的PLA微纤使PBS/PLA原位成纤复合材料的拉伸强度与模量较未经拉伸的PBS/PLA复合材料有较大提高,优于多种传统天然纤维增强PBS复合材料。[11]

也有通过木粉与聚乳酸共混来进行改性,先用偶联剂对木粉进行有机改性,而后将其与聚乳酸在高速混合机下进行共混,随着木粉填料的增加,其复合材料的热稳定性大大提高,同时,适量的木粉可以提高其拉伸强度和抗张强度。[12]

3.4复合改性

将聚乳酸与其它材料复合旨在解决聚乳酸的脆性问题,达到增强的目的,使其能满足于作为骨折内固定材料的用途。[1]

四川大学研究在三聚氰酸三烯丙酯的存在下,在高能电子辐射条件下,是有机修饰的蒙脱土与聚乳酸交联,同时提高聚乳酸基复合材料的热稳定性与机械性能。由于交联键的形成,限制了大分子的运动,是复合材料的Tg与热稳定性均有所提高。并且他们也研究了不同的辐射剂量对性能的影响,发现30和50KGy辐射量在拉伸强度与断裂伸长率之间有一个很好地平衡性,这些热稳定性能与机械性能都是要比纯的聚乳酸要好的。[13]

通过马来酸酐与聚乳酸接枝共聚作为基质来增强静电纤维生物纳米复合材料支架与纳米微晶纤维素的粘合性。形成马来酸酐接枝聚乳酸/纤维素纳米微晶复合材料。由于纳米微晶纤维素得分引入,提高了其热稳定性和机械性能,同时其外观形态也变得更加的规则。[14]

斯坦福大学也研究了木质素与聚乳酸接枝共聚后去改性聚乳酸基复合材料的力学及机械性能。研究结果表明,通过木质素与聚乳酸接枝,极大的改善了木质素得与复合材料的相容性差的问题,同时也提高了聚乳酸基复合材料的热稳定性,合适的木质素含量,也有着优异的抗紫外性能。[9]

4 聚乳酸的应用

PLA作为一种优良的可生物降解材料主要应用于以下几个领域。

4.1 生物医学上的应用

聚乳酸医用产品主要有以下特点:(1)热塑性好,高强度,可加工成各种产品;(2)分子量可控,由此调节聚乳酸的降解周期;(3)结晶度可控,由此调节聚乳酸溶解性;(4)改变共聚物摩尔比例,获得预期的药物释放时间;(5)生物相容性好,且无毒。[5]

4.1.1 药物控制释放

用可降解的生物大分子作为药物载体植入体内,控制释放速度,并可以实现

靶向释放,达到治疗疾病的效果。释放速度的调节可根据共聚物的组成比例来调节。目前,PLA/PLGA 微球作为多肽、蛋白类药物的载体已广泛应用于免疫学、基因治疗、肿瘤治疗、骨缺损修复、眼科等众多领域。[1, 2]

4.1.2 手术缝合线

聚乳酸类材料用作外科手术缝合线时,由于其具有良好的生物降解性,能在伤口愈合后自动降解并被吸收而无需二次手术,应用过程中,要求聚合物具有较强的初始抗张力强度且能维持一段时间。[2, 8]

4.1.3 骨科固定和组织修复材料

组织工程是通过将体外培养的高浓度组织细胞种植在生物支架内,形成一个生物活性的种植体,当植入病变部位,生物材料被降解吸收时,新的组织或器官就形成,达到修复或重建缺损的组织或器官。

与传统的金属材料制品相比,聚乳酸作为骨科组织工程材料具有以下特点:

(1)可分解可吸收性;(2)较好的力学性能;(3)压电特性:聚乳酸材料受压后会产生电压,刺激骨细胞的生长,促进骨愈合。[1, 2]

4.2 包装领域的应用

随着人民生活节奏的加快和生活水平的提高,产生越来越多的塑料废弃物,特别是塑料包装材料和泡沫塑料成品,使得“白色污染”日益严重。PLA 在富氧及微生物的作用下会自动分解,并最终生成 CO2和H2O 而不污染环境。PLA 作为可完全生物降解塑料,越来越受到人们的重视。PLA在包装领域的用途主要可用做包装带、包装用膜、农用薄膜、泡沫塑料、餐具、园艺用膜、冷饮杯等。

[2]

爱尔兰Tippeoryr天然矿泉水公司于2004年8月共交付了50万个PLA杯,计划开始将一次性饮料杯将全部改用PAI杯,年用量为3000万个。索尼公司采用美国NatureWorks公司的聚乳酸为原料,并加人助剂和添加剂,对其混合比例,混合方法以及成型工艺进行了综合试验,首次成功开发出非接触CI卡新产品。[1, 4]

4.3 纺织服装领域的应用

聚乳酸可用纺粘法或熔喷法直接制成非织造布,也可先纺制成短纤维,再经干法或湿法成网制得非织造布。聚乳酸可用作种子培植、育秧、防霜及除草用布等;在医疗卫生方面,可用作手术衣、手术覆盖布、口罩等,也可用作尿布、妇女卫生巾的面料及其他生理卫生用品;在生活用品方面,可用作衣料、擦揩布、厨房用滤水、滤渣袋或其他包装材料。如1997年法国的Fiberweb公司采用PLA为原料制备了100%PLA无纺布。2004年东华大学研制了超细聚乳酸纤维非织造布,平均纤维细度为2.7μm~9.07μm,可作为过滤材料。[1]

5 展望

随着石油资源的日益短缺,自然环境的不断恶化,可再生的、无污染的高分

子材料必然会越来越受到人们的重视。聚乳酸作为一种对环境无害,具有优异的生物可降解性与生物相容性必然会受到人们的重视。相信在不久的将来,随着科技的不断发展,研究的不断深入,聚乳酸一定会被大范围的应用于人们的日常生活之中。

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范文九:功能高分子学报

Vol.15功 能 高 分 子 学 报No.2                  2002年6月JournalofFunctionalPolymersJun.2002

光敏性季铵盐的合成与性能研究

许文杰ΞΞ, 杨建文, 曾兆华, 陈用烈ΞΞΞΞ

(中山大学化学与化学工程学院高分子研究所,广州 510275)

摘 要: 制备了α2二乙氨基苯乙酮并在醋酸环境下将该化合物与苯基缩水甘油醚(PGE)反应合成了以醋

酸根为配对阴离子的、具有芳酮结构的光敏性季铵盐(α2PGE2A),通过红外吸收光谱,核磁共振谱及热重分析对α2PGE2A紫外光辐照前后的结构进行了研究。红外光谱显示α2PGE2A经紫外辐照后,

其羰基吸收峰显

α2PGE2A与环氧树著增强,醋酸根离子吸收峰消失;核磁共振研究表明样品光照后可能生成叔胺及醋酸酯。脂复配后的热固化研究显示,。表明α2PGE2A活性。

关键词: 光产碱剂;季铵盐;α2二乙氨基苯乙酮

中图分类号: O621.22: A(2002)02-0127-04

。能参与

〔1〕这类反应过程的化合物称为光产碱剂(photobasegenerator,PBG)。光产碱的研究始于80年代后期,利

用感光产生的有机或无机碱可在加热条件下引发环氧等树脂固化,而未感光区域在后加热过程中不发生交联反应,具有显影可溶性,可制成光成像型的高性能环氧树脂固化膜版,在电子工业上有较广的应

2〕2,4,5〕1〕3〕1,6〕用前景。已有文献报道的PBG包括钴氨络合物〔、酰基肟〔、氨基甲酸酯〔、甲酰胺〔和季铵盐〔

等。其中季铵盐PBG因其可用于水显影体系,近几年成为PBG研究的热点。本工作合成了光敏性季铵盐的前驱体α2二乙氨基苯乙酮,与环氧化合物在酸性条件下作用形成光敏性季铵盐α2PGE2A,研究了该环氧衍生季铵盐在紫外光辐照前后的结构变化及与环氧树脂复配后的辐照-热固化行为。1 实验部分

1.1 药品

苯乙酮为化学纯;液溴、正己烷、二乙胺、丁酮、异丙醇均为分析纯;苯基缩水甘油醚为工业级,用前干燥重蒸;E251环氧树脂直接使用。

1.2合成

7〕1.2.1 α2溴代苯乙酮的合成〔  在苯乙酮的四氯化碳溶液中滴加液溴,反应7h,减压蒸去大部分

溶剂,再于0℃左右冷却结晶,抽滤,以冰己烷洗涤两遍,真空干燥后得无色或微黄色具金属光泽的片状结晶,产率57.6%。

8〕1.2.2 α2二乙氨基苯乙酮的合成〔  α2溴代苯乙酮与过量二乙胺在苯中反应约2h,结束后将反

应液在N2保护下放置2d,减压蒸馏除去溶剂,将浅黄色油状产品蒸出,收集116~118℃/267-333Pa的馏分,产率41.4%。

1.2.3 α2PGE2A的合成  在250mL四颈瓶中加入0.05mol(13.40g)苯基缩水甘油醚和0.102mol(7.36g)丁酮。于N2气保护和电动搅拌下滴入0.053mol(10.1g)α2二乙氨基苯乙酮和0.053mol(3.18Ξ收稿日期:2001212224

基金项目:国家自然科学基金资助课题(59973027),广东省自然科学基金资助课题(011104

)

ΞΞ作者简介:许文杰(1978-),女,湖南人,硕士研究生,主要研究方向为高分子光化学,E-mail:wenjieaa@163.com

ΞΞΞ通讯联系人

・128・许文杰, 杨建文, 曾兆华, 陈用烈

g)冰乙酸的混合液。控制反应温度在50℃左右,然后在20min内升至75℃。混合液滴加完毕后,在75~85℃将反应液放置5min,减压蒸馏除去溶剂得暗红色油状液态产物。合成反应式如下所示

:

1.3 样品制备与测试

将α2PGE2A

50,在1000W中压汞灯下辐照30min,2A50mW/cm2,将UV光照后样品命名为α2PGE2B。(1H2NMR和13C2NMR)测试在VARIANINOVA2500型超导核磁共振仪上进行,以氘代氯仿为溶剂;红外光谱在NicoletFT2IR210红外分光光度计上按硅片涂片法进行;热重分析在ShimadzuTGA250H型热重分析仪上进行,氮气气氛,升温速率为10℃/min,测试温度范围为50~300℃。

将制得的α2PGE2A和环氧树脂E251以1∶9的比例均匀混合,分别涂在两块载玻片上,其中一片按上述条件经UV辐照,将两试样置于烘箱中150℃热固化20min,进行红外光谱对比测试。

2 结果与讨论

α2.1 2溴代苯乙酮与α2二乙氨基苯乙酮的表征结果

α2溴代苯乙酮的1H2NMR信号为δ(ppm):4.45(2H,s,Ha),7.21(5H,m,b1-b3),与α2溴代苯乙

9〕)〔α2二乙氨酮的标准1H2NMR谱相符,显微熔点法测其熔点为49.5~51.0℃,与文献值(50.0℃接近。

基苯乙酮的1H2NMR谱信号及归属为δ(ppm):1.09(6H,t,Hd),2.73(4H,m,Hc),3.93(2H,s,Ha),7.

α2二乙氨基苯乙酮的FTIR谱各主要吸收峰归属为43(2H,m,b2),7.55(1H,m,b3),8.02(2H,m,b1)。

3030

cm-1(υC-H,Ar2H),2971、2936、2875、2819cm-1(υC-H,CH3,CH2),

H-1(δ1680cm-1(υ1580cm-1(芳环υC=O),1597、C-C),1449cmC-,CH2),1383cm-1(δC-H,CH3)。以

上数据说明合成产物的结构与预测结构式基本相符,从而确证该化合物为α2二乙氨基苯乙酮。

α2.2 2PGE2A与α2PGE2B的红外光谱分析及比较

通常叔胺可作为环氧树脂的催化开环固化剂,但在有酸

存在情况下,叔胺可先转化为一种铵盐,形成路易斯酸,在温

度不太高的条件下可与环氧基进行酸性开环作用,形成季铵

盐,同时抑制聚合物的生成。本研究中以醋酸为酸性介质,反

应温度不宜超过85℃,溶剂丁酮及异丙醇用以平衡溶解油性

底物苯基缩水甘油醚及水溶性的铵盐。除去溶剂的产物易溶

于水,显示可能形成了季铵盐。

光敏性季铵盐的合成与性能研究・

129・

α2PGE2A的主  季铵盐光照前后的FTIR谱图如图1所示。

-1(单取代苯环要吸收峰为1380cm-1(δC-H,CH3),756cm

δ1560cm-1(CH3COO-阴离子特征振动),1736C-H),1376、

-1-(υcm-1(υC=O),1110cmC-O,-COO)。经紫外光辐照后,

醋酸根离子的吸收峰几乎消失,酯羰基和酯中C-O-C基团

的吸收峰相对增强.说明α2PGE2A发生光反应,可能生成了醋

酸酯结构。

α2.3 2PGE2A与α2PGE2B的紫外光谱分析及比较

α2PGE2A与α2PGE2B的紫外光谱如图2所示。α2PGE2A

α2PGE2B的主的主要吸收峰为278.0nm、272.0nm、213.5nm、

要吸收峰为278.0nm、270.0nm、210.8nm、195.8nm照后α2PGE2A的共轭结构发生了变化。

α2.4 2PGE2A与α2PGE2B将α2PGEB2A1H2信号归属为(δ,代氯仿中,ppm):1.27(6H,8),1.84(3H,s,H16),2.09(1H,m,H10),

3.28(2H,d,J=215.6Hz,H9),3.45(2H,d,J=213.8Hz,H11),3.78(4H,m,H7),4.25(1H,s,-OH),

5.20(2H,s,H6),7.25(4H,m,H2/H14),7.63(4H,m,H3/H13),7.95(2H,m,H1/H15)。其13C2NMR谱各峰归属为(δ,ppm):7.1(C8),24.0(C16),52.6(C7),65.4(C9),68.4(C10),68.6(C11),63.8(C6),121.4(C4/C12),129.5(C1/C15),129.8(C2/C14),133.2(C3/C13),192.0(C5),171.2(C17)。由以上解析结果知,α2二乙氨基苯乙酮与PGE在醋酸环境下生成了以醋酸根为配对阴离子的季铵盐(α2PGE2A)。

相比于α2PGE2A的核磁共振谱,α2PGE2B1H2NMR谱中3.75ppm(H7)和1.24ppm(H8)信号相对于苯环质子的峰面积大大降低;经紫外光辐照后,α2PGE2A13C2NMR谱中原有的52.6ppm(C7)、

7.1ppm(C8)、24.0ppm(C16)及1H2NMR谱中1.84ppm(H16)、3.28ppm(H8)等共振信号完全消失。说明与N相连的2CH2CH3,2CH2-等基团化学环境发生改变,α2PGE2A中季铵结构被破坏,醋酸根离子也发生

α2PGE2B的1H2NMR谱在1.22、转变。2.02、4.02ppm等处出现了几处新峰,且13C2NMR谱在47.2ppm等处出现了新峰。说明α2PGE2A的醋酸季铵盐结构已发生转变,从新峰的δ值来看,醋酸季铵盐可能光解生成了醋酸酯类化合物,还有可能形成了叔胺类化合物。

α2.5 2PGE2A与α2PGE2B的热重分析比较及复配环氧树脂的热固化研究

根据Coast-Redfern法对样品在62~156℃的热失重行为进行动力学分析,将结果列表如下。

Table1 Comparisonofactivationenergy(Ea)andcorrelationcoefficient(R2)betweenα2PGE2Aandα2PGE2B

Ea(α2PGE2A)Ea(α2PGE2B)R2

(kJ・mol-1)

12.71(kJ・mol-1)17.10(α2PGE2A)0.98(α2PGE2B)0.96

从以上动力学数据分析可见,α2PGE2B的热失重活化能明显增大,说明季铵盐经紫外光辐照后,分解失重相对困难,有可能形成了更稳定的产物。

季铵盐存在下的环氧树脂光诱导热固化样品FTIR谱如图3所示,曲线a为环氧树脂E251与季铵盐α2PGE2A混匀后立即测得的FTIR图谱,在916cm-1处有明显的环氧基特征吸收峰。混合样品在经过紫外光辐照处理后,再于150℃加热固化20min,发现916cm-1处的环氧特征吸收峰完全消失,而未经光辐照处理的样品在150℃加热20min后,916cm-1处环氧基吸收峰仍较强。这进一步说明经紫外光辐照处理后,季铵盐α2PGE2A光解产生了有催化开环作用的叔胺。

・130・许文杰, 杨建文, 曾兆华, 陈用烈

3 结论

FTIR光谱研究显示α2二乙氨基苯乙酮与PGE反应后,

PGE缩水甘油基特征吸收峰完全消失,反应进行完全。1H2

NMR和13C-NMR表明α2二乙氨基苯乙酮与PGE反应生成了

以醋酸根为配对阴离子的季铵盐,产物具有良好水溶性,符合

季铵盐特点。产物经紫外光光照后,季铵盐发生分解,可能生

成了醋酸酯及叔胺等。季铵盐α2PGE2A与环氧树脂复配后的

光诱导热固化对比研究表明

,α2PGE2A具有光敏性,可光解产

生叔胺,引发环氧树脂热固化。

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XUWen2jie, YANGJian2wen, ZENGZhao2hua, CHENYong2lie

(InstituteofPolymerScience,SchoolofChemistryandChemicalEngineering,ZhongshanUniversity,Guangzhou510275,China)

Abstract: Aquaternaryammoniumsaltwitharomaticketonicstructurewaspreparedthroughthereactionofα2diethylaminoacetophe2nonewithphenylglycidylether(PGE)inthepresenceofaceticacid.Theresultedquaternaryammoniumsalt(α2PGE2A)anditsUV2irradiatedsamplewerecharacterizedwithFTIR,NMRandTGA.ItisshownthatthequaternaryammoniumsaltwithCH3COO-ascounteranionisobtainedviatheabove2mentionedreaction.AsindicatedbytheFTIRspectra,theC=Oabsorptionpeakincreaseappar2entlywhiletheabsorptionbandforCH3COO-aniondisappearedafterα2PGE2AisUV2irradiated.1H2NMRand13C2NMRspectraalsosuggestthatthestructureofα2PGE2AchangessignificantlywhileacetateandaminemighthaveformedafterUVirradiation.Investigationonthethermosettingofamixtureofanepoxyresinandα2PGE2AindicatesthattheUV2irradiatedsamplecanreadilycuretogreaterex2tentthantheunirradiatedone.Alltheseshowthatα2

PGE2Ahassomephotobasegeneratingactivity.

Keywords: quaternaryammoniumsalt;α2diethylaminoacetophhenone;photobasegenerator

范文十:功能高分子题目

功能高分子课程期末考试题及答案A 分类:默认栏目2007.5.20 20:32 作者:chemwangsui | 评论:0 | 阅读:401

功能高分子课程期末考试题及答案

学号: 姓名: 分数:

简述题(每道题满分10分,总分100分)

注:回答每道题目时均应做出适当的解释说明,如果仅给出一些提纲式的回答则适当扣分;对于举例的问题,若给出多余题目要求的正确答案不另外增加分数。

1、功能高分子材料的化学制备方法通常有功能单体的高分子化和高分子材料的功能化两种方式,简述各自的优缺点。

2、简述离子交换树脂的种类和主要功能,举出两个制备的实例(以反应方程式简要描述)。

3、简述高吸水性树脂的吸水和保水机理,以及影响吸水性能的主要因素。

4、简述复合型导电高分子的导电机理和制备方法。

5、光致发光高分子材料的发光机理和通用的制备方法。

6、写出相转化法制备高分子分离膜的流程图,并简述膜分离的可能机理。

7、以实例解释本征型导电高分子的两种主要导电机理和影响电导率的因素。

8、对医用高分子材料的基本要求。

9、简述药用高分子微胶囊的制备方法。

10、简述功能高分子材料的结构层次与性能关系以及常用的研究手段和方法。

参考答案及评分标准:

简要说明:A、B卷各有十道题,每个题目满分均为10分,重点是考察学生对于主要功能高分子材料的机理、合成、性能和应用的掌握和了解,只要对知识的理解正确均可适当给分,不必局限于给出的参考答案,评分细则详见参考答案。其中1、2、3、4、10题A、B卷相同,第10道题为综合能力考查题。

1、功能单体的高分子化:能得到结构均一的产物,功能基团分布均匀,容易通过共聚等手段调节最终产物的性能等,缺点是功能单体的制备相对困难,通常需要保护,从而增加反应复杂性和制造成本,聚合条件苛刻、聚合度不易控制等。(5分)

高分子材料的功能化:能够使用通用高分子,价格便宜,反应过程容易控制,反应之前可对高分子进行分级精制得到分子量分布窄以及合适的分子量等;缺点是功能基团分布不均匀,反应性能和反应程度受到骨架高分子的制约,反应以后也常常影响材料的其他性能等。(5分)

2、按照交换基团的性质分类可以分为阴、阳离子交换树脂两大类,又各分强、弱两种类型。(2分,如按照其它标准分类,只要正确均可给2分)

主要功能有离子交换功能、吸附功能、脱水功能、催化功能等。(2分)

苯乙烯与二乙烯苯共聚再经过磺化反

应和中和反应得到强酸型阳离子交换树脂,苯乙烯与二乙烯苯共聚物经过氯甲基化和胺基化反应可得到强碱型阴离子交换树脂。(每个正确的方程式3分,其它答案只要正确并且产物符合离子交换树脂均可给分)

3、亲水基团与水分子接触形成各种水合状态,疏水基团形成局部不溶性结构“冻结”水分子,从而达到吸水保水功能。(4分)

交联度、水解度、被吸溶液的酸碱度和盐分。(各2分,共6分。如果只简单答出这三种因素只能给3分,满分需要作出进一步的解释)

4、复合型导电机理有连续型无限网络、隧道效应、场致效应三种。(5分,无简单解释说明只能给3分)

将有导电能力的材料通过共混等技术掺杂在高分子材料中,或者采用电镀、蒸镀、渗透等方法在材料表面形成导电层,或者采用金属网、本征型导电高分子等与通用高分子材料多层复合形成。(5分)

5、材料吸收合适波长的光能以后会产生电子激发,激发态的电子通过光化学、光辐射、热效应等释放多余的能量以便回到稳定的基态,其中光辐射又有荧光和磷光两种方式。(6分,如果原理正确但描述太简化给4分)

共混、接枝、掺杂等方法将具有发光性能的小分子与高分子材料结合,用相应的小分子或者官能团与单体反应在聚合成高分子,也可以采用本身就具有光致发光性能的单体聚合成高分子。(4分)

6、将聚合物、溶剂、添加剂等制备成均质制膜液,用流延法制成平板型、圆管型或者纺丝法制成中空纤维型,蒸出部分溶剂,凝固液浸渍,在经过水洗和后处理可以制得非对称膜。(满分5分,若缺少步骤适当扣分)

微滤和超滤主要以溶质的颗粒大小进行分离,气体和渗透、反渗透膜主要以溶解-扩散机理进行分离,离子交换膜和电渗析膜主要以电荷交换分离等。(满分5分)

7、以聚乙炔为代表的共轭聚合物是电子导电方式,主要从轨道杂化、电子离域、能级带宽、共振结构等方面来阐述,掺杂电子受体或给体的小分子可以显著增加电导率。(满分5分。若以电荷转移络合物、金属有机螯合物等为例解释,只要正确均给满分。)

以聚环氧乙烷-碱金属盐为代表的离子导电方式,正离子由螺旋结构的聚醚所包围,沿着螺旋状空腔所提供的特殊通道而移动,盐浓度、温度等影响电导率。(满分5分。若以固体高分子电解质为例解释,只要正确均可给满分。)

8、化学惰性、良好的血液相容性、不会引起炎症和异物反应、不会致癌、长期植入体内有足够的稳定性和机械强度、能经受清洁消毒、易于加工成型等。

(满分10分,应该对每一条内容做适当的阐述,若没有给出合理的解释说明,最多给6分)

9、物理方法:喷雾干燥法、真空喷涂法、多孔离心法、静电气溶胶法、空气悬浮涂层法等(答对两个及以上答案即可得到最多2分);物理化学方法:水/油中相分离法、溶液中干燥法、溶液蒸发法、粉末床法等(答对两个及以上答案即可得到最多2分);化学方法:界面聚合法、原位聚合法、聚合物快速不溶解法等(答对两个及以上答案即可得到最多2分)

注:如果没有做任何的解释说明,最多给6分,如果有正确的深入陈述每一个可再给2分,最多给4分。本题满分10分。

10、原子/元素层次——元素分析、化学分析等,分子/官能团层次——FTIR、UV、MS、NMR等,链段/构象——NMR、光散射等;晶态/聚集态层次——X-ray、SEM、光散射等 ;宏观结构——TGA、DSC、SEM、表面分析、光电分析等。(灵活题,可适当给分,满分10分。)