（2）官能团与聚合物骨架的协同作用
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有些功能高分子的“功能”是通过官能团与聚合物骨架结合 才能发挥作用。如用于固相合成的高分子载体聚对氯甲基苯乙烯， 在固相合成中，甲基氯与小分子，如氨基酸等进行酯化反应生成 芳香酯，小分子试剂通过酯化被固化到聚合物载体上成为固化试 剂。氯甲基官能团和聚合物骨架间的协同作用，使该反应得以在 固相中进行。
（3）聚合物骨架本身具有官能团的作用 聚合物骨架与官能团在形态上不可区分，官能团是聚合物骨 架的一部分。如主链型聚合物液晶和导电聚合物，如苯乙炔、芳 香烃以及芳香杂环聚合物等，这些聚合物的线性共轭结构既是高 分子骨架的一部分，又对导电过程起主要作用。
（4）官能团起辅助作用
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5.2
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高吸水性高分子材料
义
5.2.1 定
高吸水性高分子材料又称为超级吸水高分子或超级吸 水剂，其含有很强的亲水性基团，并有一定的交联度，既 不溶于水，也不溶于有机溶剂，但是与水接触后在很短时 间内能够溶胀，可吸收比自身重几百倍至几千倍的水，且 保水能力极强。 1968 年，美国的 Fanta 等用硝酸铈铵为引发剂，在淀 粉上接枝 PAN 制备出最早的高吸水性树脂，高吸水性树脂 的产品及商品化始于 20世纪80年代初，日本占总产量的一 半，其中90％左右用于卫生材料。
（1）以小分子的官能团为设计基础
当小分子材料具备所需要的主要功能时，为了克服小分子 材料的不如意之处，对已知功能的小分子进行高分子化，使小 分子的功能与高分子结构或骨架的性能相结合，以期开发出新 的功能高分子材料。 这种功能性小分子高分子化的制备或合成方法主要可采用 两种途径：一是使含有功能基的小分子成为可聚合的单体，通 过单体小分子的加聚或缩聚等反应制取；二是将特定官能团引 入到现有的高分子结构中去。 小分子经高分子化后，所产生的高分子化效应主要表现在 以下几个方面：材料的挥发性、溶解性下降，稳定性提高。例 如：将小分子液晶与高分子链连接形成高分子液晶后，可克服 小分子液晶流动性强、不易加工处理的欠缺，扩大其使用范围。 将小分子染料制成高分子染料后可以减少流失，提高色牢度。 将小分子经过高分子化后，还可将某些小分子在液相中的用途 或功能拓宽到固相中，如将液相显色剂转变为固相显色剂；将 液相反应活性点转变为固相反应活性点等。
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采用功能基单体聚合方法的特点：功能基在分子链上分布 均匀，含量高。但是，功能基单体合成比较困难，价格较贵， 在合成中一般需要保护功能基。 采用小分子与高分子结构反应方法的特点：高分子结构或 骨架现成，供选择的高分子载体品种多，价格相对低。但是， 小分子与高分子载体进行高分子化反应时，不能百分之百地完 成，功能基在高分子链上的分布不均匀。 因此，以功能小分子为基础设计功能高分子的基本原则是： 一是高分子化过程应尽量不破坏小分子功能材料的作用部分， 如功能基；二是引入的高分子骨架应不破坏或有利于小分子原 有功能的发挥，且能尽量弥补小分子的不足。
二、研究的内容
功能高分子材料研究的主要内容是聚合物结构或骨架、 功能性基团、分子组成以及材料的宏观结构形态与材料功能 间的关系，具体包括功能高分子材料的制备、化学与物理结 构、性能与机理研究等。其研究的主要目的是探求聚合物结 构与功能间的关系，并以此作为理论基础，指导开发功能更 强更新的高分子材料。
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（2）淀粉—混合单体共聚
除了淀粉、丙烯腈外，还可加入第二种单体在淀粉链上接 枝共聚。如将α-丙烯酰胺-２-甲基丙烷磺酸（AASO3H）与 丙烯腈混合，与玉米淀粉进行接枝共聚制成共聚物，其吸收能 力（吸水、尿等）均比单独使用丙烯腈要高。最高可达5300倍， 且皂化时间低于40min，比原来节省时间一半以上。 （3）淀粉或交联淀粉—聚丙烯酸钠接枝共聚 淀粉与聚丙烯酸钠水溶液加热混炼得到接枝共聚物，以混 炼加热代替引发剂。
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把溶剂水换成水与甲醇的混合溶剂后，上述操作比较容易进行。 除铈（四价）引发剂外，还有三价锰盐［Ｍｎ（Ｈ２Ｐ２Ｏ７）３］３－和 Ｈ２Ｏ２／Ｆｅ２＋盐。
除化学引发剂外，还有Co60、γ—射线引发等。
除丙烯腈有机单体外，还有其它丙烯基单体，如丙烯、甲基丙烯 酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺、醋酸乙烯等都可与淀粉接枝共聚，接枝 效率以前两个最高。
5.2.2
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种类与特征
高吸水性树脂的种类主要有天然高分子改性体系及 合成树脂体系，主要品种有淀粉一丙烯腈、羧甲基纤维素、 藻酸盐、聚丙烯酸盐、醋酸乙烯—丙烯酸酯共聚物、聚氧 乙烯、聚烯烃等。 高吸水性树脂的形状有粉末、膜及纤维状等。 天然高分子改性的高吸水性树脂主要以纤维素和淀粉为 主要原料，用有机高分子单体进行改性得到，其特点是生 产成本低、吸水能力高，产品具有生物降解性，但生产过 程较复杂，产品容易变质。 合成高吸水性树脂生产工艺简单，产品质量比较稳定， 但成本较高，树脂吸水率偏低，缺乏生物降解性。
5.2.4.2
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应用
高吸水性树脂用途广泛，用于多种领域：
在卫生及医疗领域，制成妇女卫生巾、尿布，医用敷贴膏用于润湿、 药物缓释等； 在农业上，作为土壤改良剂与保水剂，将保水保温高吸水性树脂与 土壤混合，改善土壤的团粒结构，增加透水、透气性等，有利于作物 生长，节约灌溉用水。例如：法国将高吸水性树脂与土壤混合制成 “水合土”，在沙漠中试种庄稼。 在化工、建筑及日化等领域可作为脱水剂、增稠剂，水封材料、堵 漏剂、固化剂、防雾剂、保鲜剂等。 此外，它还具有将化学能转变成机械能的功能，可用于制备相应 的机械装臵，也可用以制成pH传感器等测量设备。
5.2.35ຫໍສະໝຸດ 2.3.1河 北 工 业 大 学 高 分 子 研 究 所
制备
淀粉体系高吸水性树脂的制备
普通的淀粉的形状为颗粒状，包括圆形、椭圆形和三角形。 淀粉的相对密度为1.6，不溶于水，冷水中搅拌可形成淀粉乳。继 续加热可吸水溶胀，温度升高，吸水量和粘度增大，最后淀粉彻 底解体，分子全部进入溶液即淀粉发生糊化。 淀粉能够与丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸、丁二烯、苯乙烯 等高分子单体发生接枝共聚制成以淀粉为主链的共聚物。 （1）淀粉—丙烯腈接枝共聚 淀粉 — 丙烯腈接枝共聚物是第一个工业化的高吸水性树脂， 商品名为 Super Sluper 。其制备方法是在低于 90℃的条件下将淀 粉糊化，然后冷却到 25℃，再加入丙烯腈，采用硝酸铈（四价） 铵为催化剂，在 30℃以上进行接枝共聚反应。共聚产物在强碱作 用下加水分解，将接枝的PAN部分转变成聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠， 最后精制、干燥得到产品。反应式如下：
纵观高分子材料的发展历史，功能高分子材料是 高分子材料领域中发展最快、具有重要理论研究和实 际应用意义的新领域，对国民经济的发展具有十分重 要的战略意义。功能高分子材料以其特殊的电学、光 学、医学、仿生学等诸多物理化学性质构成功能材料 学科研究的主要组成部分，功能高分子材料的研究必 将为人类探寻和提供更多更好的具有高附加值的各种 新型材料，这些材料将有力地促进高技术的发展。当 今世界各国实力竞争的实质是国家科学技术水平的竞 争，因此，研究、利用与开发功能高分子材料，对于 开发新材料、促进科技进步、增强国民经济实力都具 有非常重要和深远的战略意义。
（3）功能高分子材料的复合及现有功能的拓展
将两种或两种以上具有不同功能的高分子材料进行复合，制 成复合型功能高分子材料。例如：通过特殊加工工艺，改变聚合 物分子的排列结构、结晶状态和使其微孔化等，来赋予高分子膜 等材料的分离功能、渗透功能。
5.1.３
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功能高分子材料的研究意义
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第 5章
功能高分子材料
(Materials of Functional Polymers)
5.1 概述
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5.1.1 功能高分子材料的内容和分类
一、定义 功能高分子材料是指具有特定的功能作用，可做功能材 料使用的高分子化合物。
（2）利用小分子与聚合物结构或骨架的协同作用进行 设计
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单一的小分子或单一的聚合物骨架都不具备某种特殊的功能， 但是将特定的小分子与高分子骨架结合制成高分子材料后，其具 备一定的功能性，这种现象称为协同作用。目前，小分子与高分 子骨架的协同作用机理尚不十分清楚。有关设计思路主要为利用 功能基与高分子骨架的邻位协同作用和利用高分子骨架的空间位 阻作用。
聚合物骨架是实现“功能”的主体，其中所谓的官能团仅仅 起辅助作用。例如，在主链型液晶聚合物中的芳香环上引入一定 体积的取代基用于降低玻璃化转变温度，这一基团仅起降低使用 温度的目的，而与其“液晶”功能无关；在高分子膜材料中引入 极性基团以改变其浸润性等。总之，这类官能团的引入仅用于改 善材料的溶解性、浸润性、降低玻璃化转变温度和提高强度等， 不是功能高分子的“主体功能”。
5.2.3.２ 合成树脂类高吸水性树脂的制备 （1）聚丙烯酸体系
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如甲基丙烯酸甲酯与醋酸乙烯的共聚物在碱的作用下加压 水解，形成相应的羧基和羟基，制成高吸水剂。 （2）聚丙烯腈体系 如82％丙烯腈、甲基丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺共聚物的 纺丝，浸渍于浓硫酸中，干燥后得到高吸水性树脂。 （3）改性聚乙烯醇 PVA与粉状酸酐（如马来酸酐、苯酐等）反应制成改性PVA 高吸水性树脂。如将马来酸酐溶于溶剂中，然后加入PVA粉末， 加热、搅拌进行非均相反应，是PVA上的部分羟基酯化引入羧基， 再用碱处理得到高吸水性的聚乙烯醇树脂。