為了適應(yīng)高科技產(chǎn)業(yè)等對材料的要求,化學工作者合成了具有某些特殊化學、物理及醫(yī)學功能的高分子材料。用于化學反應(yīng)的高分子催化劑,用于分離純化的各種濾膜;用于信息存儲的磁性高分子,用于傳感器的形狀記憶高分子;用于吸水保水的高吸水性材料;可以替代人體器官、組織的醫(yī)用高分子材料;用于藥物緩釋的高分子藥物等。人們探索這些功能高分子材料時,需要考慮高分子的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系,設(shè)計出擁有某種功能的高分子的結(jié)構(gòu)。
常見功能高分子材料有高分子分離膜、高分子催化劑、磁性高分子、記憶高分子、高吸水性材料、醫(yī)用高分子材料、高分子藥物等。
啟發(fā):人們從棉花、紙張等含纖維素物質(zhì)的吸水性得到啟發(fā),了解到它們的吸水性與纖維素分子鏈帶有許多親水的羥基有關(guān)。但是它們的吸水能力只有其自身質(zhì)量的20~40倍,擠壓后保有的水量也比較少。性能:吸水性更好,耐擠壓、保水好的高吸水性材料思路:一是改造纖維素或淀粉分子,接入強親水基團;二是合成新的帶有強親水基團的高分子。
淀粉、纖維素等天然吸水材料的改性。在它們的主鏈上再接入帶有強親水基團的支鏈,以提高它們的吸水能力。如淀粉與丙烯酸鈉在一定條件下發(fā)生共聚后與交聯(lián)劑反應(yīng)生成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的淀粉-聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂。 以帶有強親水基團的化合物為單體,均聚或兩種單體共聚得到親水基團的高聚物。如在丙烯酸鈉中加入少量交聯(lián)劑,在一定條件下發(fā)生聚合,得到具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂。聚丙烯酸鈉的結(jié)構(gòu)簡式為
在橡膠工業(yè)中,天然橡膠與合成橡膠一般都要經(jīng)過硫化工藝,將橡膠的線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在制備高吸水性樹脂時也要加入少量交聯(lián)劑,以得到具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹脂。思考為什么要將橡膠和高吸水性樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
尿不濕所用的材料是高吸水性樹脂(常用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉 )。
CH2=CHCOOH→CH2=CHCOONa→聚丙烯酸鈉
高吸水性樹脂加交聯(lián)劑的目的是變支鏈型結(jié)構(gòu)為體型結(jié)構(gòu),使其既有吸水性而又不溶于水,耐擠壓。
高吸水性樹脂可在干旱地區(qū)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)抗旱保水,改良土壤。在苗木根部放上一些吸足了水的高吸水性樹脂,可以使苗木在生長發(fā)育過程中有充足的水分。嬰幼兒使用的紙尿褲可吸人其自身質(zhì)量數(shù)百倍的尿液而不滴漏,保證了嬰幼兒白天活動與夜晚安睡。
美國在上世紀六十年代初,航天事業(yè)崛起,如何解決宇航員的排尿問題迫在眉睫,華人唐鑫源成為“尿不濕”的發(fā)明人,后來他被譽為美國“太空服之父”。
天然存在的物質(zhì)和人工合成得到的產(chǎn)物往往是不純的,需要經(jīng)過分離純化才能得到較純的物質(zhì)。海水中含有豐富的無機鹽,若要將海水轉(zhuǎn)化為淡水,就要設(shè)法除去這些物質(zhì)。過去人們使用蒸餾法獲得淡水,耗能多,占地大,現(xiàn)在則可使用較為高效的分離膜法進行淡化。
原理:分離膜一般只允許水及一些小分子物質(zhì)通過,其余物質(zhì)則被截留在膜的另一側(cè),成為濃縮液,達到對原液凈化、分離和濃縮的目的。特點:讓某些物質(zhì)有選擇地通過,而把另外一些物分離掉分類:分離膜根據(jù)膜孔大小分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜等。材料:高分子分離膜的材料主要是有機高分子材料,如醋酸纖維、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙讒等。 應(yīng)用:高分子分離膜已廣泛用于海水淡化和飲用水的制取,以及果汁濃縮、乳制品加工、藥物提純、血液透析等領(lǐng)域。

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第二節(jié) 高分子材料

版本: 人教版 (2019)

年級: 選擇性必修3

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