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4.1高吸水性树脂4.1.1概述★高吸水性树脂是一种交联密度很低、不溶于水、高水膨胀性的功能性高分子材料。4.1.2高吸水性树脂的结构与吸水性机理高吸水性树脂聚合物是一类分子中含有极性基团并具有一定交联度的功能高分子，是由化学交联和聚合物分子链间的相互缠绕物理交联构成的三维网络结构。其结构如图示：交联密度低，水分子容易渗入树脂中使树脂膨胀，进一步亲水而凝胶化，成为高吸水性的状态。但是交联度不能太低，否则就会溶解于水，因此在不溶于水的情况下处于最低交联度的树脂有可能是高吸水性树脂。★吸水性机理高分子树脂的极性基团则大多是羧基、酰胺基、氨基，磺酸基、磷酸基，亚磺酸基等亲水性基团或者是这些基团的共聚体。高吸水性聚合物吸水前，高分子链相互缠绕在一起；吸水后，聚合物可以看成是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，存在可以移动离子对，它们是由高分子电解质离子组成的。吸水前后比较吸水前吸水后图中圆点表示极性集团4.1.3高吸水性树脂的分类１．按原料来源分为:淀粉系、纤维素系、合成聚合物树脂系、蛋白质系、其它天然物及其衍生物系和共混合物及复合物系六大系列。２．按亲水类型分为:亲水性单体的聚合反应、疏水性聚合物的羧甲基化反应、疏水性聚合物接枝聚合亲水性单体反应和含腈基、酯基、酰胺基的高分子水解反应四类。3．按交联的方法分为:用交联剂进行网状化反应、自交联网状化反应、放射性网状化反应和水溶性聚合物导入疏水基或结晶结构反应。1）高吸水性树脂的合成路线一是高分子接枝合成反应；包括高分子的接枝共聚反应和侧基反应。它是合成吸水性树脂的主要方法，可以得到支链的吸水剂。二是聚合物的交联反应。4.1.4高吸水性树脂的合成2）高吸水性树脂的合成工艺实施聚合反应及高分子化学反应的主要方法有均相体系法和非均相体系法。均相体系法完全均相体系的反应(丙烯酸类单体的聚合在水解之前或者交联之前的化学反应均可以采用均相聚合反应)不完全均相聚合反应或不完全均相高分子化学反应(像丙烯酸水溶液聚合同时进行交联的反应就属这一类)非均相体系法指的是反应物及其介质不是均相的，而是两相或者是多相的系统。非均相体系法有气-液相体系、气-固相体系、液-液相体系、液-固相体系、固-固相体系及多相体系等。其中如悬浮聚合、悬浮高分子化学反应、乳液聚合等等都是一些常用的方法。4.1.5高吸水性树脂的应用（一）农林方面的应用：土壤保湿、无土栽培；（二）生理卫生方面的应用：尿不湿、卫生巾；（三）石油开采方面的应用：密封、堵漏材料；（四）在生物医药上的应用：药物控制释放；（五）在环境保护上的应用：回收重金属离子；（六）其他方面的应用：食品保鲜、保冷剂等。高吸水性树脂具有吸水性、保水性、对外界刺激的应答性。大体分为以下几方面的应用：感光性高分子是指吸收了光能后能在分子内或分子间产生化学、物理变化的一类功能高分子材料。按其输出功能，感光性高分子包括光导电材料、光电转换材料、光能储存材料、光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。4.2感光性高分子材料简介4.2.1光致抗蚀材料和光致诱蚀材料光致抗蚀材料:高分子材料经光照辐射后，分子结构从线型可溶性转变为网状不可溶的，从而产生了对溶剂的抗蚀能力。如聚乙烯醇肉桂酸酯光致诱蚀材料：当高分子材料受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从而变为可溶性。如邻重氮醌类化合物。4.2.2光致变色高分子材料在高分子的侧链上引入可逆的变色基团，当受到光照时，基团的化学结构发生变化使其对可见光的吸收波长不同，因而产生颜色的变化，在停止光照后又能回复原来颜色或者用不同波长的光照射能呈现不同颜色等。如硫代缩氨基脲衍生物与Hg2+络合物是化学分析上应用的灵敏显色剂。在聚丙烯酸类高分子侧链上引入这种硫代缩氨基脲汞的基团，则在光照时由于发生了氢原子转移的互变异构变化，使颜色由黄红色变为蓝色。应用光致变色材料用途极其广泛，可制成各种光色护目镜以防止阳光、电焊弧光、激光等对眼睛的损害，作为窗玻璃或窗帘的涂层，可以调节室内光线，在军事上可作为伪装隐蔽色，以及在国防动态图形显示新技术中作为贮存信息等。★电功能高分子材料主要包括导电高分子材料、超导高分子材料、光电导高分子、压电高分子、声电高分子、热电高分子等等。导电高分子材料是指电导率在半导体和导体范围内的高分子材料。按导电原理分为复合型和结构型两大类。结构型导电高分子是指那些分子结构本身能提供载流子从而显示‘固有”导电性的高分子材料。复合型导电高分子是以绝缘聚合物作基体，与导电性物质(如炭黑、金属粉等)通过各种复合方法而制得的材料，它的导电性是靠混合在其中的导电性物质提供的。4.3导电性高分子材料简介4.3.1复合型导电高分子材料原则上，任何高分子都可用作复合型导电高分子材料的基质，导电填料如各种金属粉、炭黑、碳化钨、碳化镍等。一般常见的有以下几种分类方法：按高分子基体材料的性质可分为导电塑料、导电橡胶、导电胶粘剂等；按其电性能可分为半导性材料（ρ＞107Ω·cm）、防静电材料（ρ≈104~107Ω·cm）、导电材料（ρ＜107Ω·cm）、高导电材料（ρ≈10-3Ω·cm）等，根据导电填料的不同，可划分为碳系（炭黑、石墨等）、金属系（各种金属粉、纤维、片等）等。*应用用作防静电材料、导电涂料、制作电路板、压敏元件、感温元件、电磁被屏蔽材料、半导体薄膜等。以聚烯烃或其共聚物如聚乙烯、聚苯乙烯等为原料．加入导电填料、抗氧剂、润滑剂等经混炼加工而制得的聚烯烃类导电塑料可用作电线、高压电缆的半导体层、干电池的电极、集成电路和电子元件的包装材料、仪表外壳、瓦楞板等。4.3.2结构型导电高分子材料分子结构是决定高聚物导电性的内在因素。饱和的非极性高聚物结构本身既不能产生导电离子、也不具备电子电导的结构条件，是最好的电绝缘体。极性高聚物如聚酰胺、聚丙烯腈等的极性基团虽可发生微量的本征解离，但其电阻率仍在1012~1015Ω·m之间。一般认为有四类聚合物具有导电性：共轭体系聚合物、电荷转移络合物、金属有机螯合物及高分子电解质。其中除高分子电解质是以离子传导为主外，其余三类均以电子传导为主。（1）共轭高聚物共轭聚合物主要是指分子主链中碳—碳单键和双键交替排列的聚合物，如聚乙炔等。另外也有碳—氮、碳硫、氮硫等共轭体系，如：由于分子中双键π电子的非定域性，这类高聚物大部表现出一定的导电性。（2）高分子电荷转移络合物电荷转移络合物是由容易给出电子的电子给体D和容易接受电子的电子受体A之间形成的复合体(CTC)。当电子不完全转移时，形成络合物II，而完全转移时，则形成III。电子的非定域化，使电子更容易沿着D—A分子叠层移动，Aδ-的孤对电子在A分子间跃迁传导，加之在CTC中由于D—A键长的动态变化促进电子跃迁，因而CTC具有较高的电导率。（3）金属有机聚合物将金属引入聚合物主链即得到金属有机聚合物。由于有机金属基团的存在，使聚合物的电子电导增加。其原因是金属原子的d电子轨道可以和有机结构的π电子轨道交叠，从而延伸分子内的电子通道，同时由于d电子轨道比较弥散，其至可以增加分子间的轨道交叠，在结晶的近邻层片间架桥。常见的金属有机聚合物有主链型高分子金属络合物、金属酞菁聚合物及二茂铁型金属有机聚合物等。（4）高分子电解质高分子电解质主要有两大类，即阳离子聚合物（如各种聚季铵盐、聚硫盐等）和阴离子聚合物（如聚丙烯酸及其盐等）。其导电性是通过与高分子离子对应的反离子迁移实现的。纯高分子电解质固体的电导率较小，一般在10-10~10-7S／m。环境湿度对高分子电解质的导电性影响较大，相对湿度越大，高分子电解质越易解离，电导率就越高。高分子电解质的这种电学特性常被用作电子照相、纸张、纤维、塑料、橡胶等的抗静电剂。★除上述电解质外，聚环氧乙烷（PEO）与某些碱金属盐如CsS、NaI等形成的络合物也具有离子导电性，且电导率比一般的高分子电解质要高(σ＝10-2~10-3S／m)。这类络合物常被称为快离子导体，可作为固体电池的电解质隔膜，可反复充电。*应用A导电材料导电高分子材料最大的潜在市场是被用来制造长距离输电导线。这是因为它具有体积小，重量轻的特点。B电极材料1979年首次研制成功了聚乙炔的二次电池。这些电池体积小、容量大、能量密度高、加工简便，因此发展很快。c电短波屏蔽和防静电材料用于电磁波屏蔽和防静电材料的电导率一般在10-2~10-6S／cm。导电聚乙炔薄膜作屏蔽材料。D电显示材料导电聚合物电显示的依据是在电极电压作用下聚合物本身发生电化学反应。使它的氧化态发生变化。在氧化还原反应的同时，聚合物的颜色在可见光区发生明显改变。与液晶显示器相比，这种装置的优点是没有视角的限制。此外，导电聚合物还可以用于半导体领域、生物领域等。有望在光电转换元件、太阳能电池及人工神经的制造中发挥重要的作用。4.4磁性高分子材料简介结构型磁性高分子按基本组成可分为:纯有机磁性高分子和金属有机磁性高分子4.4.1磁性高分子材料概述*①含未成对电子的分子间能产生铁磁相互作用，达到自旋有序化是获得铁磁性高分子的充分和必要条件；②分子中应有高自旋态的苯基，含N、NO、O、CN、S等自由基体系或基态为三线态的4π电子的环戊二烯基阳离子或苯基双阳离子等；③3d电子的Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Ru、Os、V、Ti等含双金属有机高分子络合物是顺磁体，若使两个金属离子间结合一个不含未成对电子的有机基团，则可引起磁性离子M1M2间的超交换作用而获铁磁体；4.4.2磁性高分子的设计准则★④按电荷转移模式设计的对称取代二茂金属(Fe、Co、Ni)及其稠环高分子化合物，与受体TCNE(四氰基乙烯)、TCNQ(四氰基二亚甲基苯醌)、DDQ(二氯二氰基苯醌)、TCNQF4(四氟代TCNQ)等作用可生成电荷转移盐铁磁体，但受体须满足以下条件：a.受体A必须能接受供体D的一个电子，并形成D.+A.+盐；b.受体A必须能从供体D的第二氧化势附近拉出D的第二个电子，形成D+A-D+A-交替排列有序结构。4.4.3磁性高分子的应用根据磁性高分子特有的优异性能，它将广泛应用于以下几方面。(1)高储存信息的新一代记忆材料利用磁性高分子有可能成膜等特点．在亚分子水平上形成均质的高分子磁膜，可大大提高磁记录密度，以开发高储存信息的光盘和磁带等功能性记忆材料。(2)轻质、宽带微波吸收剂磁性高分子与导电材料复合可制成电、磁双损型的轻质、宽带微波吸波剂，这将在航天、电磁屏蔽和隐身材料等方面获得重要用途。★(3)磁控传感器的开发利用磁场变化控制温度、溶剂和气体等的传感器件以及受光、热控制的新型电磁流体的开发是磁性高分子重要的应用方向。(4)生物体中的药物定向输送低密度可任意加工的磁性高分子的诞生，可实现生物体中的药物定向输送和大大提高疗效，并有可能引起医疗事业的一场变革。(5)低磁损高频、微波通讯器件的开发4.5具有分离功能的高分子材料1）概述离子交换树脂是一类能显示离子交换功能的高分子材料。在其大分子骨架的主链上带有许多基团，这些基因由两种带有相反电荷的离子组成：一种是以化学键结合在主链上的固定离子；另一种是以离子键与固定离子相结合的反离子。反离子可以被离解成为能自由移动的离子，并在一定条件下可与周围的其他同类型离子进行交换。4.5.1离子交换树脂★离子交换反应一般是可逆的．在一定条件下被交换上的离子可以解吸，使离子交换树脂再生，因而可反复利用。离子交换树脂的种类很多，分类方法也多种多样。常用的分类方法如下：（1）根据高分子基体的制备原料(或聚合反应类型)，离子交换树脂可大致分为四类(或两种体系)：（2）根据物理结构的不同，将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型及载体型三类。(3)按功能基特性来分2）离子交换树脂的合成方法一是先合成网状结构的大分子、然后使之溶胀，通过化学反应将交换基团连接到大分子上；例如：二是先将官能团引入到原料单体上，再聚合或缩聚成聚合物，例如：A离子交换溶液内离子扩散至树脂表面，再由表面扩散到树脂内功能基所带的可交换离子附近，进行离子交换，之后被交换的离子从树脂内部扩散到表面，再扩散到溶液中。3）离子交