功能高分子试卷

1、 高分子化学试剂和高分子催化剂有哪些优点？高分子试剂与高分子催化剂的优越性（1）简化操作，后处理较简单：在反应完成后可方便地借助固-液分离方法将高分子试剂或高分子催化剂与反应体系中其他组分相互分离。（2）易回收、再生和重复使用:可降低成本和减少环境污染。（3）可以提高试剂的稳定性和安全性:（4）可应用于组合化学合成，实现化学反应的自动化:（5）化学反应的选择性更高:利用高分子载体的空间立体效应，可实现立体选择合成及分离。(6)可以提供在均相反应条件下难以达到的反应环境；高分子化学试剂：参与化学反应并消耗掉自身 将低分子的底物、试剂负载到不可溶的高分子上进行有机化学反应与常规的有机合成方法相比具有相当的优越性高分子催化剂：活化能低，引发速率快，即活性大，可以在室温或更低的温度下引发聚合； 引发效率相对较低。（反应前后不发生化学变化） 高分子负载催化剂由于其特殊的大分子结构，表现出小分子催化剂无法比拟的特点。以催化功能为主、协同功能作用为辅同时进行的一个催化过程。二、功能高分子材料的制备策略有哪些？试举例说明。1、功能小分子材料的高分子化有两种途径：（1）功能型可聚合单体的聚合法 ：首先合成可聚合的功能型单体, 然后进行均聚或共聚反应生成功能聚合物。 （2）聚合物包埋法2、 已有高分子材料的功能化，化学改性主要是利用接枝反应在聚合物骨架上引入活性功能基, 从而改变聚合物的物理化学性质, 赋予其新的功能。（1）聚合物功能化的化学改性法 （2）聚合物功能化的物理共混法3、 多功能材料的复合以及已有功能高分子材料的功能扩展。 将两种以上功能高分子材料的复合, 在功能高分子材料中引入第二种功能基和扩展已有功能高分子材料功能的过程, 叫功能高分子材料的多功能复合与功能扩展。（1）功能高分子材料的多功能复合。如：单向导电聚合物的制备: 带有可逆氧化还原基团的导电聚合物, 其导电方式没有方向性。如果将带有不同氧化还原电位的两种聚合物复合在一起, 放在两电极之间, 即呈现出单向导电性。 （2）在同一分子中引入多种功能基。如：如在离子交换树脂中离子取代基的邻位引入氧化还原基团(如二茂铁基团), 以该功能材料对电极表面进行修饰, 修饰后的电极对测定离子的选择能力受电极电势的控制。当电极电势升到二茂铁氧化电位以上时, 二茂铁被氧化, 带有正电荷, 吸引带有负电荷的离子交换基团, 构成稳定的正负离子对, 使其失去离子交换能力, 被测阳离子不能进入修饰层, 而不能被测定。 （3）原有功能高分子材料功能的扩展。总体来说主要包括物理方法和化学方法两种。 物理方法为对功能高分子材料进行机械处理和加工, 改变其宏观结构形态, 使其具有新的功能(如离子交换树脂成膜后具有分离膜的性质, 形成离子交换膜)。化学方法包括对导电聚合物进行掺杂改性, 提高导电性能等。三、什么是复合型导电高分子材料？它有何特性？简要说明它的应用？应用:1、在电子元器件开发上的应用(1) 用于防静电和电磁屏蔽方面(2) 在芯片开发上的应用(3) 显示材料中导电高分子材料2、 在塑料薄膜太阳能电池开发中的应用，特点是成产成本低、耗能少。3、 在生物材料开发中的应用。4、 在新型航空材料开发中的应用。四、影响电子导电聚合物电导率的因素有哪些？试举例说明。 具有线型共轭结构的聚合物属于本征导电高分子材料，其导电能力在非掺杂状态下处在半导体范围，经过掺杂后其导电能力可以超过炭黑，接近金属导电范围。其导电特征是电子作为载流子，数电阻型导体。载流子和迁移率5、 高分子液晶具有什么样的结构特征？有何用途？ 液任何一种液晶,不管其性能如何优越,都不可能满足显示的要求,因而实际使用的都是由多种液晶单体按一定比例调制成的混合液晶。液晶分子的结构可以简单地表示为： Z Z X B A B Y 其中:XY称为末端基团,常见的末端基团有R一(烷基),RO一(烷氧基),一CN(氰基),一F,一CF:等。B,B称为环体系,显示用液晶材料的环体系大多为六元环。A称为连接基团。Z,Z,称为侧向基团,常见的有一F,一CN,一CH3等,显示用液晶材料中一般很少含有侧向基团。液晶分子的各种物理、化学性质完全是由这些基团以及这些基团之间的相互作用决定的,因而改善液晶分子的性能,实际上就是改变液晶分子结构中某个基团的属性.特性：（1）取向方向的高拉伸强度和高模量（2）突出的耐热性。由于液晶高分子的介晶基元大多由芳环构成,其耐热性相对比较突出。（3）很低的热膨胀系数。 由于具有高的取向序,液晶高分子在其流动方向的膨胀系数要比普通工程塑料低一个数量级,达到一般金属的水平,甚至出现负值。（4）优异的阻燃性。液晶高分子分子链由大量芳环构成,除了含有酰肼键的纤维而外,都特别难以燃烧,燃烧后产生炭化。（5）优异的电性能和成型加工性。液晶高分子具有高的绝缘强度和低的介电常数,而且两者都很少随温度的变化而变化,并具有低的导热和导电性能，抗电弧性也较高。此外,液晶高分子具有高抗冲性和抗弯模量以及很低的蠕变性能,其致密的结构使其在很宽的的温度范围内不溶于一般的有机溶剂和酸、碱,具有突出的耐化学腐蚀性。当然,液晶高分子尚存在制品的机械性能各向异性、接缝强度低、价格相对较高等缺点,这些都有待于进一步的改进。应用： 电子电器领域、汽车和机械工业领域、显示及记忆材料、光纤通讯领域6、 影响吸附树脂性能的结构因素有哪些？试举例说明。 吸附树脂又称高分子吸附剂，是一种多孔性的、不含离子交换基团的高交联度的高分子共聚物，其内部拥有许多分子水平的孔道，提供扩散通道和吸附场所。 7、 生物体对医用高分子材料有哪些特殊要求？（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8、 改善医用高分子材料的生物相容性有哪些途径？ 主要从两个方面展开，一是血液相容性，二是组织相容性。要提高血液相容性的话就得改善抗凝血材料，就目前而言，抗凝血高分子生物材料的设计大概有以下几个方面：1、 改善材料表面的亲水性能。2、 使材料表面带负电荷。3、 涉及微相分离结构。4、 材料表面内皮化。内皮化的表面主要是指伪内膜化表面或内皮细胞和高分子的杂化表面。5、 表面接枝改性。6、 表面肝素化。7、 表面固定尿激酶。 组织相容性是指材料与生物活体组织及体液接触后，不引起细胞、组织的功能下降，组织不发生炎症、癌变以及排异反应等。改善从下面这些方面展开：1、 材料与生物体的相互作用2、 组织形容性材料 在材料表面种植、培养细胞、制备适合细胞生长的高分子材料是实现良好生物相容性的根本途径。9、 什么是纳米材料？它有何特性？如何制备高分子纳米复合材料？ 广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（0.1nm100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。（1）表面与界面效应这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。（2）小尺寸效应当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能，此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。（3）量子尺寸效应当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。例如，有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会变得完全不透明。（4）宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。制备方法：1、纳米单元与高分子直接共混。可以形成溶液形式、乳液形式或熔乳形式共混。2、 在高分子基体中原位生成纳米单元。3、 在纳米单元存在下单位分子原位聚合生成高分子4、 纳米单元和高分子同时生产。十、谈谈你对功能高分子材料某一领域研究现状和发展趋势的认识。 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类文明的重要里程碑，如今有人将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱。材料是新材料发展的方向， 而功能高分子材料占有举足轻重的地位，由于其原料丰富、种类繁多，发展十分迅速，已成为新技术革命必不可少的关键材料。 在原来高分子材料的基础上， 可将功能高分子材料分为两类：一类是以改进其性能为目的的高功能高分子材料；另一类是为赋予其某种新功能的新型功能高分子材料。CO2功能高分子材料，在不同催化剂作用下，以CO2为基本原料与其他化合物缩聚成多种共聚物。其中研究较多、已取得实质性进展、并具有应用价值和开发前景的共聚物是由CO2与环氧化合物通过开键、开环、缩聚制得的CO2共聚物脂肪族碳酸酯。把长期以来因石化能源燃烧和代谢而排放的污染环境、产生温室效应的CO2视为一种新的资源。利用它与其他化合物共聚，合成新型CO2共聚物材料，对解决当今世界日趋严重的CO2含量增高等问题有重要的现实意义。功能高分子材料其独特的功能和不可替代的特性已带来各个领域技术进步，甚至质的飞跃，且在各行业已产生相当高的经济和社会效益，并导致许多新产品的出现。一方面，改进通用有机高分子材料，在不断提高它们的使用性能的同时，扩大其应用范围。另一方面，与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强。因此，功能高分子材料是未来材料科学与工程技术领域的重要发展方向，必将影响人类的生产和生活产。十一、影响高吸水性树脂性能的因素有哪些？试举例说明。影响高吸水性树脂吸水性能的因素主要有：化学组成、分子结构及高吸水性树脂中的网 状结构。高吸水性树脂中的网状结构对吸水性有很大影响。水分子进入高分子网格后，由于 网格的弹性束缚，水分子的热运动受到限制，不易重新从网格中逸出，因此，具有良好的保 水性。高吸水树脂是一种三维网络结构，不溶于水而大量吸水膨胀形成高含水凝胶，它吸水既有物理吸附，又有化学吸附，可神奇的吸收成百上千倍的水，它具备这种吸水性和保水性的特性，其分子中必须含有强吸水性基团和一定的网络结构，即具有移动的交联度。实验表明：吸水基团极性越强，含量越多，吸水率越高，保水性也越好。而交联度需要适中，交联度过低则保水性差，尤其在外界有压力时水很容易脱去。 从网络结构方面来看，高吸水性树脂是轻度交联的空间网络结构，是由化学交联和高分子链间的相互缠绕等物理交联构成的。因此，当它吸水时，可以看成是一种高分子电解质组成的离子网络和水的构成物。在这种离子网络中，存在可移动的离子对，它们是由高分子电解质的离子组成的。 对于亲水基团是离子的离子型高吸水性树脂，与水接触时，会导致离子型亲水基团的电离，同时亲水基团与水分子的水合作用也使高分子网状结构扩张。如果阴离子固定在聚合物链上，阳离子是可移动飞，则阳离子向外扩散后，形成的阴离子间的静电斥力也促使网络内外结构扩张。而为了维持电中性，阳离子不能自由向外部扩散，导致阳离子在树脂网络内外的浓度差增大，从而造成网络结构内外产生渗透压（吸水的关键），使得水分子进一步渗入。随着网络扩张，其弹性收缩力也在增加，将逐渐抵消离子间的静电斥力，最终达到吸水平衡。由此可见，高分子网络结构的亲水离子是不可缺少的，它起着张网作用，同时导致产生渗透功能，亲水离子对是高吸水性树脂能够完成吸水全过程的动力因素，高分子网络结构特有的水合离子是高吸水性树脂提高高吸水能力加快吸水速度的另一个重要因素。例如，对于聚丙烯酸钠类高吸水性树脂来说，由于分子链上亲水性的羧酸钠基团容易离解，故当树脂吸水或在水中溶胀时就会扩张。当水浸入高分子链网络结构时，羧酸钠基团的钠离子离解成羧酸基。这样，由于阴离子之间的排斥，高分子链进一步扩展，从而使树脂的三维网络中又容纳进很多水。十二、简述甲壳素及壳聚糖在医药中的应用？甲壳素是天然多糖类高分子物质，甲壳素又名几丁质、壳多糖、甲壳质等,是自然界中唯一带正电荷的天然可降解高分子聚合物,广泛分布于植物细胞的细胞壁,动物的角质上皮(cuticularepithelium),海洋无脊椎动物、昆虫的外壳以及真菌菌体的细胞壁中,其中以甲壳类虾蟹壳中含量最高。它是白色或灰白色无定形半透明固体，不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱、一般有机溶剂，但可溶于浓盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸。甲壳素经浓碱处理,脱乙酰基后可得到脱乙酰壳多糖(chitosan,CTS)，又称壳聚糖。壳聚糖也是白色、无定形、半透明、略有珍珠光泽的固体,可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸以及大多数有机酸目前已知壳聚糖及其衍生物具有抗微生物、增强免疫、调节血脂、抑制肿瘤等药理活性。另外,壳聚糖有很好的吸附性、成膜性和通透性、成纤性、吸湿性和保湿性、无毒,具有良好的生物相容性和可降解性,因此它在医药领域具有十分广泛的用壳聚糖也是白色、无定形、半透明、略有珍珠光泽的固体,可溶于稀的盐酸、硝酸等无机酸以及大多数有机酸。目前已知壳聚糖及其衍生物具有抗微生物、增强免疫、调节血脂、抑制肿瘤等药理活性。另外,壳聚糖有很好的吸附性、成膜性和通透性、成纤性、吸湿性和保湿性、无毒,具有良好的生物相容性和可降解性,因此它在医药领域具有十分广泛的用途。1、凝血活性 2、免疫与抗肿瘤活性3、 抑菌活性4、 调节血脂甲壳素和壳聚糖具有抑菌、抗肿瘤、促进血液凝固等药理学活性;在自然界的资源丰富,无毒,具有良好的生物相容性和生物可降解性,可作为药剂学上缓控释制剂的辅料,医药用膜和敷料、吸收性手术缝合线以及滴眼液辅料。13、 什么是聚合物骨架的高分子效应?有哪些表现？高分子效应：带有同样功能基团的高分子化合物的化学和物理性质不同于其小分子类似物，这种由于引入高分子骨架后产生的性能差别被定义为高分子效应。十四、在聚合法制备功能高分子材料时需要注意哪几个问题？ 要考虑单体中功能基的保护问题； 应考虑功能基对聚合反应的影响； 应注意避免在聚合过程中引入的引发剂、溶剂、分散剂残留对生成聚合物功能的影响； 要考虑形成的聚合物的交联度、空隙率、孔径等对功能材料的影响； 要考虑生成的聚合物的机械和化学稳定性对实际应用的影响。十五、试分析影响高吸水性树脂吸水能力的因素。高吸水性树脂的吸水能力一般从吸水性和吸水率两个指标判断：1、交联度对吸水性的影响：在未经交联前，一般为水溶性，吸水性很低，少量交联后，吸水率会成百上千倍地增加；但是交联密度过高，造成网格太小而影响水分子的渗透，同时，橡胶弹性的作用增大，不利于水分子向网格内的渗透，吸水能力降低。2、水解度对吸水率的影响：吸水率一般随水解度的增加而增加，但当水解度高于一定数值后，吸水率反而下降。3.、被吸液的pH值与盐分对吸水率的影响：酸碱盐的存在一般会降低树脂的吸水率和吸水性。4、受形状所影响：树脂的比表面积越大，吸水速率也越快。十六、液晶按物理形态可分为哪几类？各有哪些结构特点？ ）可能得到的结晶形态：单晶、树枝晶、球晶、纤维状晶、串晶、柱晶、伸直链晶体；（2）形态特征：单晶：分子链垂直于片晶平面排列，晶片厚度一般只有10nm左右；树枝晶：许多单晶片在特定方向上的择优生长与堆积形成树枝状；球晶：呈圆球状，在正交偏光显微镜下呈现特有的黑十字消光，有些出现同心环；纤维状晶：晶体呈纤维状，长度大大超过高分子链的长度；串晶：在电子显微镜下，串晶形如串珠；柱晶：中心贯穿有伸直链晶体的扁球晶，呈柱状；伸直链晶体：高分子链伸展排列晶片厚度与分子链长度相当17、 试述长效高分子药物制剂的研制方法。 高分子药物具有低毒、高效、缓释和长效等特点。与生物体的相容性好，停留时间长。还可通过单体的选择和共聚组分的变化，调节药物的释放速率，达到提高药物的活性、降低毒性和副作用的目的。(a) 高分子化的低分子药物 这类高分子药物亦称高分子载体药物，其药效部分是低分子药物，以某种化学方式连接在高分子链上。(b) 本身具有药理活性的高分子药物 这类药物只有整个高分子链才显示出医药活性，它们相应的低分子模型化合物一般并无药理作用。(c) 物理包埋的低分子药物 这类药物中，起药理活性作用的是低分子药物，它们以物理的方式被包裹在高分子膜中，并通过高分子材料逐渐释放。典型代表为药物微胶囊。十八、高吸水性树脂为什么能大量吸水并保水。提示：用离子网络理论来解释1、大量吸水的原因：具有一定的交联度，少量交联后，吸水率会成百上千倍地增加，是一种三维空间网络结构，使其吸水方式既有物理吸附，又有化学吸附和网络吸附。分子中含有亲水性基团和疏水性基团：当亲水性基团与水分子接触时，会相互作用形成各种水合状态。高分子网状结构中的疏水基团因疏水作用而易于斥向网格内侧，形成局部不溶性的微粒状结构，使进入网格的水分子局部冻结，失去活动性，形成“伪冰”（Falseice）结构。高吸水性树脂中的网状结构对吸水性有很大的影响。2、分子中大量的-COOH、OH和酰氧基团与H2O之间的强烈范德华力吸收水分子，并由网状结构的橡胶弹性作用将水分子牢固地束缚在网格中，水分子的热运动受到限制，不易重新从网格中逸出。吸足水后，即形成溶胀的保水能力很强的凝胶体，即使加压也不易挤出。