什么是功能高分子?
所谓功能高分子是指具有某种特定功能的高分子材料。它们之所以具有特定的功能,是因为它们的大分子链上结合了特定的官能团,或者大分子与其他具有特定功能的物质结合,或者两者都有。比如吸水树脂是水溶性聚合物经过适度交联制成的。遇水后会将水封在聚合物的网络中,吸水后变成透明的凝胶,从而产生吸水保水的作用。
功能高分子材料在20世纪50年代才出现,70年代成为高分子科学的一个分支,现在正处于成长期。功能高分子材料大致可以分为四类:第一类是化学功能,包括离子交换、催化、光聚合、光降解、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。第三类是介于化学和物理之间的功能,包括吸附、膜分离、高吸水性、表面活性等。第四类是生理功能,包括生理组织适应性和血液适应性。下面介绍几款日常生活中可能会遇到的功能高分子产品。
实施例1,离子交换树脂。一般家用水壶是用来烧水的。很快,壶底就结了一层水垢,因为自来水中的钙镁离子在高温下会生成碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁、硅酸镁等不溶性化合物,沉积在壶底形成水垢。同样,这种结垢现象也存在于工业锅炉中。因此,进入锅炉的原水必须去除钙镁离子,这就是所谓的水软化。原水软化采用钠离子交换树脂,在聚苯乙烯树脂的苯环上引入磺酸基团制成。这种树脂具有交换钙镁离子的功能,即属于功能高分子材料。
当原水通过离子交换树脂层时,水中的钙镁离子与树脂上的钠离子进行交换,从而去除水中的钙镁离子,软化水质。钙镁离子饱和的树脂用氯化钠溶液再生,钠离子交换树脂上的钙镁离子,使树脂可以重复使用。
例2:光敏聚合物材料。光敏高分子材料是指吸收光能后,能在体系内或分子间引起化学或物理变化,从而带来可以使用的特定功能的塑料。例如,当液体在光照射下变成不溶性固体时,称为光固化或光交联;如果它的电导率在光照射下发生变化,则称为光电导;光照射会使聚合物结构中的链段降解,称为光降解。光敏塑料广泛应用于摄影、印刷、静电复印和电子工业。
在印刷工业中,光聚合光敏树脂经光固化和显影后可制成凸版印刷材料。它们的成像原理是,在紫外线的照射下,受光部分的聚合物基底变得不溶或不溶,而非受光部分仍保持原来的溶解性,然后用一定的溶剂或碱水洗掉,留下受光部分作为凸版。
例3,医用高分子材料。现代医学的发展对材料的性能提出了复杂、严格和多功能的要求,这是大多数金属和无机材料难以满足的。合成材料虽然不是万能的,但它具有与生物体非常相似的化学结构,因此可以制造出具有相似化学和物理性质的物体,部分或完全替代生物体的相关组织或器官,如人工心脏、人工血管、人工皮肤、人工晶状体等。
人工关节是最成功的人体器官和组织移植之一。人工髋关节分为人工股骨头和人工髋臼两部分。股骨头由高强度钛或cocrmo制成,髋臼由超高分子量聚乙烯制成,用骨水泥与骨盆粘合。这种金属塑料人工髋关节耐磨性好,已被广泛应用。