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第六章 高分子新技术_PPT幻灯片
(3)后交联成孔
直接由悬浮聚合制备大孔树脂,其交联 不均匀,造成树脂得到机械强度欠佳和 孔结构的多分散性。在交联聚苯乙烯树 脂氯甲基化时,发现伴随着一定程度的 自交联,而且这种交联使树脂的机械强 度提高,溶胀性改善。由此后交联技术 发展起来。
以线性聚苯乙烯或低交联聚苯乙烯珠体为原料, 采用Fridel-Crafts反应进行后交联成孔,所用 的催化剂由FeCl3等,溶剂通常采用二氯乙烷、 卤代芳烃等,适用的交联剂中两个反应基团之 间的间隔臂可以很短,也可以很长,由于交联 点均匀的发生在高分子链上较远的位置,形成 大网均孔结构,故称这类树脂为大网均孔树脂。 比表面积很大,是其他成孔方法难以达到的。
吸附分离功能高分子材料的分类
按化学结构分,吸附材料可分为无机吸附剂、 高分子吸附剂以及炭质吸附剂三类。
按吸附机理分,吸附剂可分为化学吸附、物理 吸附以及亲合吸附三大类。
高分子吸附分离材料由于结构可变性强,这类 材料不仅能像无机材料那样通过阳离子交换机 理和孔径选择性机理吸附分离物质,而且吸附 作用还包括螯合、阴阳离子交换、化学键合、 分子间作用力、偶极-偶极作用、氢键等,是 无机吸附材料无法比拟的。
目前研究较多并被广泛应用的成孔技术包括惰 性溶剂致孔、线性高分子致孔、后交联成孔等 三个方面。
(1)惰性溶剂致孔
在悬浮聚合体系的单体相中,加入不参加聚合 反应、能与单体相溶、沸点高于聚合温度的惰 性溶剂,在聚合完成后,溶剂保留在聚合物珠 体中。通过蒸馏或溶剂提取,或冷冻干燥处理, 除去聚合物珠体中的惰性溶剂,得到大孔聚合 物珠体。
以球形交联聚苯乙烯的合成为例。
采用悬浮聚合技术,可以制备直径 0.007~2mm的球形交联聚苯乙烯,球体的直 径和分散性通过调节分散剂的类型与加入量、 搅拌速度、油相/水相比例进行控制。常用的分 散剂为明胶和聚乙烯醇。
吸附分离功能高分子材料的合成中的成孔技术
吸附容量是评价吸附材料的分离效率的重要参 数。而吸附容量通常是于其比表面积的大小有 关的。成孔技术主要研究孔的形成及孔径的大 小、孔径的分布等。
吸附分离功能高分子材料的应用
其应用主要包括水处理、有机物分离纯 化、湿法冶金、化工制备与产品纯化、 生物药品的分离纯化、医学应用、环境 保护、固相有机合成、分析技术。主要 集中在与生命科学和环境科学相关的领 域。
(1)在血液净化治疗中的应用
血液净化就是通过血液透析、血液滤过、血液灌流、 血浆置换等方法将血液中的多余成分除去,达到治病 的目的。而血液灌流正是通过灌流器中的特殊吸附剂 发挥作用的。
对于物理吸附
主要通过范德华力、偶极-偶极作用、氢键等较弱的 作用力吸附物质。高分子吸附剂可分为非极性、中极 性、强极性三类。
非极性吸附剂主要使交联聚苯乙烯大孔树脂,如美国 Rohmhaas公司的Amberlite XAD-1,-2,3,4等, 只是孔径和比表面积不同。
非极性吸附剂主要通过范德华力从水溶液中吸附具有 一定疏水性的物质。
按材料的形态和孔结构来分类,高分子 吸附剂可分为球形、无定形、纤维状或 条状。
其孔结构可以是微孔(凝胶型)、中孔 (良溶剂致孔)、大孔(非良溶剂致 孔)、特大孔(高分子致孔剂致孔)、 均孔(大网树脂,由后交联技术制备) 等。
吸附分离功能高分子材料的合成中的成球技术
由于球形高分子此类材料在应用中既适用于粉 分批间歇操作工艺又适用于连续工艺、既适用 于固定床又适用于硫化床,而且稳定性好,因 此成球技术在吸附分离材料研究中一直占有重 要的位置。
中极性吸附剂主要有交联的聚丙烯酸甲酯、交联的聚 甲基丙稀酸甲酯及丙烯酸酯与苯乙烯的共聚物等,从 水中吸附物质,除了范德华力外氢键也起一定的作用。 强极性吸附剂主要有亚砜类、聚丙稀酰胺类、脲醛树 脂类等,这些吸附剂对吸附质的吸附主要是通过氢键 和偶极-偶极相互作用进行的。
亲合吸附剂是利用生物亲和原理设计合 成的,对目标物质的吸附呈现专一性或 高选择性,在生化分离等方面具有重要 用途。
长期以来,高分子一直被视为结构材 料和绝缘材料。原来被称之为功能高 分子材料往往局限于离子交换、吸附 Fra bibliotek螯合等化学功能上。
20试剂70年代,相继发现了有机固体和 高分子材料的许多新品种和新功能,如 以聚乙炔为代表的导电高分子,基于聚 乙烯基咔唑的光电聚合物材料,含稳定 自由基或二茂铁结构单元的铁磁性有机 化合物和聚合物,含电子给体-共轭- 受体结构的非线性光学聚合物,含因光 照或电位而改变结构的生色团的光致或 电致变色或发光的聚合物材料等。
如生物大分子吸附剂。
(2)在环境保护中的应用
如工业废水的处理。工业废水可分为含有机物废水、 含金属离子废水、含有毒阴离子废水。含有机物的废 水一般采用吸附树脂处理,也可以采用离子交换树脂 处理。贵金属离子的废水可采用阳离子交换树脂或螯 合树脂吸附。实际上,采用复合树脂更加优越。
电子聚合物及相关新技术
吸附分离功能高分子材料
吸附(Adsorption)是指液体或气体中的分子通过各 种键力的相互作用在固体材料上的结合。
由于吸附具有选择性,即固体物质只是吸附气体或液 体中的某些部分而不是全部,因此吸附现象在科学技 术与工业生产的许多方面具有重要的应用价值。例如, 通过选择性吸附,可以实现对复杂体系中某种物质的 检测;利用这种吸附作用可以组装具有光、电、磁功 能的物理器件。
功能高分子是高分子材料研究的一个重要领域, 它是研究各种功能型化合物的分子设计和合成、 结构和功能的关系,以及作为新材料的应用技 术。
涉及到离子交换树脂、固体电解质、液晶高分 子、反应分离膜、医用高分子以及各种具有光 学、电学、磁学性能的聚合物等。
运用高分子的学科知识与其他学科及领域进行 学科交叉,研究和探索能满足其他学科和领域 所需的材料和新技术问题。
(2)线性高分子致孔
在悬浮聚合的单体相中加入线性高分子也可以 合成大孔树脂,线性高分子由聚苯乙烯、聚醋 酸乙烯酯、聚丙烯酸酯类等。在聚合过程中, 线性高分子促进相分离的发生。随着聚合反应 的进一步进行,作为线性高分子溶剂的单体逐 渐减少和消失,使线性高分子卷曲成团。聚合 反应完成后,采用溶剂抽提出聚合物单体中的 线性高分子,得到孔径较大的大孔树脂。