离子交换树脂的再生

MarcromolecularCompounds&MaterialsChapter10高分子化合物与材料第10章制作:张思敬等理学院化学系2(3)了解一些重要的高分子材料。(1)了解高分子化合物的基本概念及合成方法。(2)了解高分子化合物的基本结构与性能。本章教学要求制作:张思敬等理学院化学系310.1高分子化合物概述10.2高分子化合物的结构与性能10.3重要的高分子材料制作:张思敬等理学院化学系410.1高分子化合物概述10.1.1高分子化合物的基本概念10.1.2高分子化合物的命名10.1.3高分子化合物的合成10.1.4高分子化合物的分类制作:张思敬等理学院化学系5高分子化合物是由许多个结构相同的单元以共价键长链为基础的大分子组成的化合物。高分子化合物以相对分子质量低的化合物为单体，通过聚合反应而制备，所以又称为聚合物或高聚物。OCH2CH2OC(CH2)4CNH(CH2)6NH[]n]n[聚乙烯聚己二酰己二胺10.1.1高分子化合物的基本概念制作:张思敬等理学院化学系6一、根据单体名称命名10.1.2高分子化合物的命名H2CCHCICH2CHCI]n[n氯乙烯聚氯乙烯OnnOOOCH2CH2OHOHHOCH2CH2O[CCHOCHC]n+nH2O+顺丁烯二酸酐乙二醇聚顺丁烯二酸乙二酯结构比较复杂时则在单体名称后可加“树脂”二字。制作:张思敬等理学院化学系7二、商品名称及英文缩写符号对有些名称很长、难记的聚合物，常用商品名称或英文缩写符号（常在学术交流中使用）。例如：聚对苯二甲酸乙二酯的商品名称为涤纶；聚甲基丙烯酸甲酯常用PMMA（Polymethylmethacrylate）表示。制作:张思敬等理学院化学系8一、加聚反应10.1.3高分子化合物的合成nCH2=CH-CH=CH2+nCH2=CHCH2-CH=CH-CH2-CH2-CH()n丁二烯苯乙烯丁苯橡胶二、缩聚反应nH2N(CH2)5COOHNH(CH2)5CO()n+nH2O6-氨基己酸聚酰胺（尼龙6）制作:张思敬等理学院化学系9一、按高分子主链结构分类（1）碳链高分子化合物：主链只含碳原子。10.1.4高分子化合物的分类（2）杂链高分子化合物：主链还有氧、氮、硫等原子。（3）元素有机高分子化合物：主链中一般没有碳原子，主要由硅、硼、铝、磷和氧、氮等原子组成。（4）芳、杂环高分子化合物：主链含有大量芳、杂环。制作:张思敬等理学院化学系10二、按聚合反应类型分类（1）加聚物（2）缩聚物三、按高分子材料的使用性能分类（1）塑料热塑性塑料：由线型和支链型聚合物组成，受热可软化或熔融，冷却即固化定型，而且这一过程可反复进行，聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等均属此类。热固性塑料：在加工过程中形成体型结构，再加热也不软化或熔融，酚醛树脂、脲醛树脂等都属于这一类。制作:张思敬等理学院化学系11（2）橡胶橡胶是具有可逆形变的弹性高分子材料，可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。（3）纤维纤维是细长而柔韧的丝状物，可分为天然纤维（绵、毛、丝、麻等）和化学纤维两大类。制作:张思敬等理学院化学系1210.2高分子化合物的结构与性能10.2.1高分子化合物的结构一、分子的结构与形态线型分子链的强烈卷曲倾向称为链的柔顺性，影响高分子化合物的弹性和塑性。当主链含孤立双键、取代基体积和极性较小、分子间作用力较小时，高分子化合物分子链上的内旋转就比较自由，柔顺性就较好，弹性和塑性也较好。二、分子链的聚集态结构固态高分子化合物按其结构形态分为晶态和非晶态两种。高分子化合物的结晶程度增大，其机械强度、硬度、密度、耐热性、耐溶剂性等都会提高。制作:张思敬等理学院化学系1310.2.2高分子化合物的三种物理状态线型高分子化合物随温度的升高会呈现三种不同的物理状态，即玻璃态(如常温下的塑料)、高弹态(如常温下的橡胶)和粘流态(如室温下的胶粘剂和涂料)。这三种物理状态是随温度的变化逐渐相互转化的。高弹态与玻璃态的转化温度称为玻璃化温度，用Tg表示。高弹态与粘流态转化温度称为粘流化温度，用Tf表示。习惯上将Tg高于室温的高分子化合物称为塑料；将Tg低于室温的高分子化合物称为橡胶。制作:张思敬等理学院化学系1410.2.3高分子化合物的性能一、弹性和塑性线型高分子化合物都具受力伸缩的弹性和受热加工成型的可塑性（即塑性）。二、机械性能高分子化合物具有抗压、抗拉、抗冲击、抗弯等机械性能，其衡量指标是机械强度、刚性和抗冲击强度等。三、电绝缘性能绝大多数高分子化合物都具有良好的电绝缘性能。制作:张思敬等理学院化学系15四、溶解性高分子化合物的溶解性一般服从“相似相溶”规则。五、化学稳定性和老化高分子化合物含有较少的活性基团，对水、酸、碱和氧等化学因素作用一般较稳定。老化是指在物理因素（热、光、电、机械力、超声波等）和化学因素以及生物因素（霉菌）等综合作用下发生化学变化，性能遭到破坏的过程。例如塑料变硬和开裂、橡胶发粘和龟裂、纤维变脆和发黄等。制作:张思敬等理学院化学系1610.3重要的高分子材料10.3.1塑料（1）聚氯乙烯（PVC）★硬聚氯乙烯性能：质轻、耐水、耐油、耐化学腐蚀。应用：化工、纺织、日常用品。如输送管道等。★软聚氯乙烯性能：性能与添加剂有关，耐油污等。有毒。应用：工农业、日常生活用品。如薄膜（不宜做食品袋）等。一、通用塑料制作:张思敬等理学院化学系17（2）聚苯乙烯（PS）性能电绝缘性较好；其泡沫塑料防震、保温、隔热、比重轻。应用高频绝缘材料、化工设备内衬、日常用品、建筑、包装内衬。其泡沫塑料做救生艇、打捞船等材料。制作:张思敬等理学院化学系18（3）聚烯烃★聚乙烯（PE）性能质地软、较透明、耐寒性、电绝缘性好，机械强度较好，对酸、碱有较强的抗蚀能力，有一定的透气性，无毒。应用食品工业用薄膜、绝缘层、机械零件、渔网等。★聚丙烯（PP）性能无色透明，除具有聚乙烯的优点外，耐热性更好，弹性好，表面硬度大，质轻。用途电线电缆、机械零件、日常生活用品等。制作:张思敬等理学院化学系19（4）酚醛塑料（又称电木）性能热固性塑料，性脆、不耐碱、有一定的机械强度。用途电讯材料、耐腐蚀零件及日常用品。（5）脲醛塑料（又称电玉）性能有一定的机械强度、色泽鲜艳。用途生活日常用品（如电话机、收音机外壳），粘合剂（制胶合板、纤维板、刨花板等）。制作:张思敬等理学院化学系20二、工程塑料（1）聚甲醛性能力学机械性能与铜、锌相似，拉伸度较高，吸水性低，尺寸稳定性好，耐磨、磨擦系数小。可在-40℃-100℃范围内长期使用，耐油、耐有机溶剂、耐农药、耐过氧化物，不耐酸、碱和日光辐射。用途汽车轴承、齿轮、凸轮、螺帽、变换继电器、塑料手表，喷雾器喷嘴、管道、阀门、泵叶轮、拉链、化工容器。制作:张思敬等理学院化学系21（2）聚酰胺（尼龙PA）性能质轻、机械强度较好，耐疲劳、耐油性好，可在80℃以下使用。有韧性、耐磨、自润滑。但不耐强酸和强碱，尺寸稳定性差，刚性和导热性差。用途可代替铜等有色金属制轴承、齿轮、凸轮、泵叶、密封圈、输油管、储油容器及其他零件，在机械、仪表、汽车等工业中使用。制作:张思敬等理学院化学系22（3）聚碳酸酯性能具有优良的抗冲击强度，韧性极高，尺寸稳定，成型精度高，有良好耐候性，有“透明金属”之称。使用温度-100℃-130℃。用途可代替某些金属、玻璃、木材和特种合金等制做电器外壳、全塑料自行车架和前叉、各种信号灯、飞机挡风玻璃及座舱。制作:张思敬等理学院化学系23（4）ABS苯乙烯（A）-丁二烯（B）-丙烯腈（S）共聚物性能表面硬度高，电性能好，强度较高，耐热耐腐蚀，耐油，弹性较好，耐冲击性好，尺寸稳定，易于成型和表面加工，表面可镀铬。用途航空电气，车辆，机械，纺织和日用工业，制造电讯器材，汽车和飞机零件，代替金属电镀。在建筑中代替木材、金属作装潢材料。制作:张思敬等理学院化学系24（5）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）性能具有较好的透光性，机械强度较高，电绝缘性能良好，有一定的耐热性，耐酸和碱，易溶于丙酮及二氯乙烷等有机溶剂。用途制造有透明度和强度的零件和物品，如油标、油环、窥镜，飞机、船舶、汽车的座窗和仪器、仪表部件，电气绝缘材料等。制作:张思敬等理学院化学系2510.3.2有机合成胶粘剂一、有机合成胶粘剂的成分（1）树脂俗称粘料，又称主料或基料，决定粘接性能。（2）固化剂使线性高聚物交联成体型结构，决定树脂固化后的性能。（3）填料改进胶粘性能，提高粘接强度、硬度，降低成本。（4）其他附加剂改进性能，达到某些特定目的。如防霉剂、抗氧剂等。制作:张思敬等理学院化学系26二、有机合成胶粘剂的性能粘接强度高，耐水、耐热、耐化学药品，密封性好，质轻，胶接应力分布均匀，应用广泛。三、常用的胶粘剂（1）热塑性合成树脂胶粘剂★聚醋酸乙烯胶粘剂又称乳胶，无毒，粘着力强，耐稀酸、稀碱。常用作室温下的非结构胶（如木材、塑料地板的粘接等）。★聚乙烯醇水溶性好，可用于粘接木材、纸张、织物、皮革等，常与热固性胶粘剂并用。★聚乙烯醇缩醛聚乙烯醇和醛类作用而成。聚乙烯醇缩甲醛（107胶的主要成分）水溶性好，成本低。制作:张思敬等理学院化学系27（2）热固性树脂胶粘剂★环氧树脂胶粘剂俗称万能胶，具有优良的粘接性能。★不饱和聚酯树脂胶粘剂接缝耐久性和环境适应性好，可粘接混凝土构件。（3）合成橡胶粘接剂起始粘接性高，富有韧性，能粘合多种材料。常用的有丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚丁二烯橡胶和硅橡胶等。★聚氯丁烯胶泥防水嵌缝材料，弹塑性强，耐寒耐热耐蚀，抗老化，能很好地与混凝土粘结★醋酸乙烯乳液胶可胶接木材、皮革、泡沫塑料等，如果加入425号水泥，可用来粘接混凝土、玻璃、金属、陶瓷和塑料。制作:张思敬等理学院化学系2810.3.3离子交换树脂一、离子交换树脂的种类★阳离子交换树脂分子中含有活泼的酸性基团，能交换阳离子。分为强酸性（例如，含有—SO3H）、中等酸性（含—PO3H2）和弱酸性（含有—COOH）三种。★阴离子交换树脂分子中含有活泼的碱性基团，能交换阴离子，有强碱性（含RCH2N+(CH3)3OH－）和弱碱性（含RCH2N(CH3)2）等。制作:张思敬等理学院化学系29二、离子交换树脂的交换作用当含有其他阳离子（Ca2+、Mg2+等）或阴离子（例如，Cl－等）的溶液流经交换柱时，这些离子就与树脂上的H+或OH－发生交换反应。三、离子交换树脂的再生“再生”处理就是用强的无机酸或碱溶液浸泡已失去交换能力的交换树脂，使其发生离子交换反应的逆过程，即用H+或OH－再将树脂上的阳离子（如Mg2+、Ca2+等）或阴离子（如Cl－等）交换出来。经过“再生”处理的离子交换树脂洗净后可继续使用。离子交换树脂广泛用于离子分离、水的净化、软化，工业废水处理及金属回收等领域。制作:张思敬等理学院化学系30本章小结1.基本概念高分子化合物、单体、链节、聚合度、加聚反应、缩聚反应、高弹态、玻璃态、玻璃化温度Tg、粘流化温度Tf、溶胀与溶解、化学稳定性与老化、交联、降解、热固性、热塑性、树脂、塑料。制作:张思敬等理学院化学系312.高分子化合物的合成（1）加聚反应：由一种或多种单体经过加成相互结合生成高分子化合物的反应。特点是高分子化合物结构单元的化学组成及相对分子质量与单体基本相同，反应过程中不生成小分子副产物。加聚反应有共聚反应和均聚反应两类。（2）缩聚反应：由具有两个或两个以上官能团的单体相互缩合生成高分子化合物的反应。特点是生成的高分子化合物的结构单元的化学组成和相对分子质量与单体不同。反应过程中生成某些低分子化合物。缩聚反应有均缩聚和共缩聚反应。缩聚反应生成的高分子化合物按分子结构不同有线型缩聚物和体型缩聚物。制作:张思敬等理学院化学系323.重要的高分子材料（1）塑料：通用塑料、工程塑料、改性塑料和增强塑料等。（2）有机合成胶粘剂：有热塑性合成树脂胶粘剂、热固性合成树脂胶粘剂和合成橡胶胶粘剂等。（3）离子交换树脂：常用的有阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。离子交换反应是可逆的，经“再生”处理，离子交换树脂可以反复使用。