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1、鲨鱼皮泳衣鲨鱼皮泳衣 轻便赛车轻便赛车波音波音757AV8B鹞式飞机鹞式飞机 内容概要功能高分子材料简介功能高分子材料简介几种类型的高分子材料几种类型的高分子材料导电高分子导电高分子可降解高分子可降解高分子高分子吸附剂高分子吸附剂高分子功能膜高分子功能膜生物医用高分子生物医用高分子什么是功能高分子什么是功能高分子? 一般说来，利用其力学性能的高分一般说来，利用其力学性能的高分子，称为一般高分子，如聚乙烯、聚子，称为一般高分子，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等；而苯乙烯、聚氯乙烯等；而利用力学性利用力学性能以外性能的高分子，叫做功能高分能以外性能的高分子，叫做功能高分子子。功能高分子（。功能高分子
2、（FP,Functional Polymer）一般带有官能团，化学结构）一般带有官能团，化学结构较复杂，因此，难以按化学结构来分较复杂，因此，难以按化学结构来分类，一般按照其功能来分类。类，一般按照其功能来分类。按照功能来分类按照功能来分类:1.化学功能化学功能离子交换树脂、螯合树脂、感光性树脂、氧离子交换树脂、螯合树脂、感光性树脂、氧化还原树脂、高分子试剂、高分子催化剂、化还原树脂、高分子试剂、高分子催化剂、高分子增感剂、分解性高分子等高分子增感剂、分解性高分子等 2.物理功能物理功能导电性高分子（包括电子型导电高分子、高分子导电性高分子（包括电子型导电高分子、高分子固态离子导体、高分子半导
3、体）、高介电性高分固态离子导体、高分子半导体）、高介电性高分子（包括高分子驻极体、高分子压电体）、高分子（包括高分子驻极体、高分子压电体）、高分子光电导体、高分子光生伏打材料、高分子显示子光电导体、高分子光生伏打材料、高分子显示材料、高分子光致变色材料等；材料、高分子光致变色材料等； 3.复合功能复合功能高分子、高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子高分子、高分子吸附剂、高分子絮凝剂、高分子表面活性剂、高分子染料、高分子稳定剂、高分表面活性剂、高分子染料、高分子稳定剂、高分子相溶剂、高分子功能膜和高分子功能电极等子相溶剂、高分子功能膜和高分子功能电极等 4.生物、医用功能生物、医用功能抗血栓、控制
4、药物释放和生物活性等抗血栓、控制药物释放和生物活性等 按照功能特性通常可分成以下几类：按照功能特性通常可分成以下几类：（1 1）分离材料和化学功能材料）分离材料和化学功能材料（2 2）电磁功能高分子材料）电磁功能高分子材料（3 3）光功能高分子材料）光功能高分子材料（4 4）生物医用高分子材料）生物医用高分子材料 从制造和结构的角度考虑：从制造和结构的角度考虑： 结构型功能高分子结构型功能高分子 复合型功能高分子复合型功能高分子 种种 类 功功 能能 特特 性性 应 用用 示示 例例1.1.分离材料和化学功能高分子材料分离材料和化学功能高分子材料高分子分离膜和气液交换膜 传质作用 化工、制药、
5、海水淡化、冶金离子交换树脂和交换膜 离子交换作用 化工、制药、水净化高分子催化剂和高分子固定酶 催化作用 化工、食品加工、生物工程高分子试剂 反应性 农药、医用、环保贮氢材料 吸着作用 化工、能源高吸水性材料 吸着作用 农业、纸制品2.2.电磁功能高分子材料磁功能高分子材料导电高分子材料 导电性 防静电材料、屏蔽材料、固体电 解质材料、面状发热体高分子半导体 导电性 电子技术和电子器件光导电材料 光电效应 电子照相、光电池、传感器压电高分子 力电效应 开关材料、仪器仪表测量材料 机器人触感材料高分子磁性体 导磁作用 塑料磁石、磁性橡胶、中子吸收 微型电机磁性记录材料 磁性转换 磁带、磁盘电致变
6、色材料 光电效应 显示、记录 种种 类 功功 能能 特特 性性 应 用用 示示 例例3.3.光功能高分子材料光功能高分子材料光致光致变色、色、显示和示和发光材料光材料 光色、光光色、光电效效应 自自动调节光光线明暗明暗 的太阳的太阳镜和窗玻璃和窗玻璃 等、等、显示、示、记录液晶高分子液晶高分子 偏光效偏光效应 显示、示、连接器接器荧光高分子材料光高分子材料 光化学作用光化学作用 情情报处理、理、荧光染料光染料光降解高分子材料光降解高分子材料 光化学光化学 环境保境保护光光盘基板材料基板材料 光学原理光学原理 高密度高密度记录和和贮存信息存信息4.4.生物医用高分子材料生物医用高分子材料人工器官
7、材料人工器官材料 仿人体功能与替代仿人体功能与替代 人体人体脏器器 修修补作用作用药物高分子物高分子 药理作用理作用 治治疗动脉硬化、抗血栓脉硬化、抗血栓降解性降解性缝合材料合材料 化学降解化学降解 非永久性外科材料非永久性外科材料导导电电高高分分子子材材料料 2000年年10月月10日日，瑞瑞典典皇皇家家科科学学院院宣宣布布了了2000年年诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖获获得得者者，美美国国加加利利福福尼尼亚亚大大学学的的物物理理学学家家艾艾伦伦.J.黑黑格格教教授授、美美国国宾宾夕夕法法尼尼亚亚大大学学的的化化学学家家艾艾伦伦.G.马马克克迪迪亚亚米米德德教教授授和和日日本本筑筑波波大大学学的的
8、化化学学家家白白川川英英树树教授，因为他们发现了导电塑料。教授，因为他们发现了导电塑料。掺杂聚乙炔掺杂聚乙炔几种导电高分子的掺杂情况几种导电高分子的掺杂情况 复复合合型型导导电电高高分分子子材材料料是是以以有有机机高高分分子子材材料料为为基基体体,加加入入一一定定数数量量的的导导电电物物质质(如如炭炭黑黑、石石墨墨、碳碳纤纤维维、金金属属粉粉、金金属属纤纤维维、金金属属氧氧化化物物等等)组组合合而而成成。该该类类材材料料兼兼有有高高分分子子材材料料的的易易加加工工特特性性和和金金属属的的导导电电性性。与与金金属属相相比比较较,导导电电性性复复合合材材料料具具有有加加工工性性好好、工工艺艺简简单
9、单、耐耐腐腐蚀蚀、电电阻阻率率可可调调范围大、价格低等范围大、价格低等优点。优点。 复合型导电高分子所采用的复合方法主要有两种复合型导电高分子所采用的复合方法主要有两种:一种是将亲水性聚合物或结构型导电高分子与基体高分子一种是将亲水性聚合物或结构型导电高分子与基体高分子进行共混；进行共混；另一种则是将各种导电填料填充到基体高分子中。另一种则是将各种导电填料填充到基体高分子中。 炭炭黑黑是是天天然然的的导导电电材材料料,其其体体积积电电阻阻率率约约为为0.1100cm-1。它它不不仅仅原原料料易易得得,导导电电性性持持久久稳稳定定,而而且且可可以以大大幅幅度度调调整整复复合合材材料料的的电电阻阻
10、率率(1108cm-1)。由由炭炭黑黑填填充充制制成成的的复复合合型型导导电电高高分分子子是是目目前前用用途途最最广广、用用量量最最大大的一种导电高分子材料。的一种导电高分子材料。 金金属属纤纤维维的的填填充充量量对对导导电电性性能能的的影影响响规规律律与与炭炭黑黑填填充充的的情情形形相相类类似似。但但由由于于纤纤维维状状填填料料的的接接触触几几率率更更大大,因因此在填充量很少的情况下便可获得较高的导电率。此在填充量很少的情况下便可获得较高的导电率。结构型导电高分子是指高分子材料本身或经少量掺结构型导电高分子是指高分子材料本身或经少量掺杂后具有导电性的高分子物质杂后具有导电性的高分子物质,一般
11、由电子高度离域的共一般由电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子给体或受体掺杂后制得。轭聚合物经过适当电子给体或受体掺杂后制得。离离子子型型导导电电高高分分子子通通常常又又叫叫高高分分子子固固体体电电解解质质，其其导导电电时的载流子主要是离子。时的载流子主要是离子。电电子子型型导导电电高高分分子子指指的的是是以以共共轭轭高高分分子子为为主主体体的的导导电电高高分分子子材材料料,导导电电时时的的载载流流子子是是电电子子(或或空空穴穴)，这这类类材材料料是是目前世界上导电高分子材料研究开发的重点。目前世界上导电高分子材料研究开发的重点。导电高分子是由含导电高分子是由含 电子的共轭高聚物通过化学或电电子
12、的共轭高聚物通过化学或电化学掺杂使其由绝缘体转变为导体。化学掺杂使其由绝缘体转变为导体。 （1）通过控制掺杂度，导电高分子的室温电导率可在绝缘体-半导体-金属态范围内变化。目前最高的室温电导率可达105S/cm，它可与铜的电导率相比，而重量仅为铜的1/12；（2）导电高分子可拉伸取向。沿拉伸方向电导率随拉伸度而增加，而垂直拉伸方向的电导率基本不变，呈现强的电导各向异性；（3）尽管导电高分子的室温电导率可达金属态，但它的电导率-温度依赖性不呈现金属特性，而服从半导体特性；（4）导电高分子的载流子既不同于金属的自由电子，也不同于半导体的电子或空穴，而是用孤子、极化子和双极化子概念描述。 与金属和半
13、导体相比较，导电高分子的电学性能具有如下特点：与金属和半导体相比较，导电高分子的电学性能具有如下特点： 对对于于导导电电高高分分子子来来说说，掺掺杂杂的的概概念念不不同同于于常常见见的的无无机机半半导导体体。以以单单晶晶硅硅为为例例，每每个个硅硅原原子子有有四四个个价价电电子子，若若晶晶格格中中有有一一个个硅硅原原子子被被一一个个仅仅具具有有三三个个价价电电子子的的硼硼原原子子取取代代后后，由由于于硼硼原原子子是是缺缺电电子子的的，无无论论硅硅与与硼硼之之间间是是否否发发生生电电子子转转移移，在在晶晶格格中中都都有有一一个个正正的的“空空穴穴”，这这即即所所谓谓p p掺掺杂杂；反反之之，若若晶
14、晶格格中中有有一一个个硅硅原原子子被被一一个个具具有有五五个个价价电电子子的的磷磷原原子子取取代代后后，该该格格点点上上就就比比别别的的格格点点多多出出一一个个电电子子，这即所谓这即所谓n n掺杂。掺杂。 导导电电高高分分子子的的掺掺杂杂则则是是通通过过氧氧化化还还原原反反应应实实现现的的。掺掺杂的方式主要有两种：杂的方式主要有两种：化化学学掺掺杂杂法法，即即通通过过加加入入第第二二种种不不同同氧氧化化态态的的物物质质，使使之与聚合物接触并反应；之与聚合物接触并反应；电电化化学学掺掺杂杂法法，即即聚聚合合物物作作为为电电极极，掺掺杂杂剂剂作作为为电电解解质质，在在通通电电条条件件下下使使聚聚合
15、合物物链链发发生生氧氧化化还还原原反反应应而而直直接接改改变变其其荷电状态。荷电状态。 前前者者简简单单易易行行，有有利利于于了了解解掺掺杂杂前前后后聚聚合合物物结结构构与与性性能能的的变变化化；后后者者时时间间短短，效效率率高高，易易于于得得到到导导电电聚聚合合物物薄薄膜膜。除除此此之之外外，还还有有诸诸如如酸酸碱碱化化学学掺掺杂杂、光光掺掺杂杂、电电荷荷注注入掺杂等入掺杂等方法。方法。掺杂对于电子导电聚合物导电能力的改变具有非常重要掺杂对于电子导电聚合物导电能力的改变具有非常重要的意义，其导电性能往往会增加几个数量级。掺杂过程中，的意义，其导电性能往往会增加几个数量级。掺杂过程中，掺杂剂分
16、子插入聚合物分子链中，通过两者之间掺杂剂分子插入聚合物分子链中，通过两者之间氧化还原反氧化还原反应应完成电子转移过程完成电子转移过程p型掺杂剂型掺杂剂在掺杂反应中作为电子的接受体。卤素：Cl2,Br2,I2,IBr等；路易斯酸：PF5,AsF5,BF3,SbF5等；质子酸：HF,HCl,HNO3,ClSO3H等；过渡金属卤化物：NbF5,TaF5,MoF5,ZrCl4，TeI4等；过渡金属化合物：四氰基乙烯（TCNE）, 四氰基对苯醌二甲烷（TCNQ），四氯对苯醌、二氯二氰代苯醌（DDQ）等。 n型掺杂剂型掺杂剂在掺杂反应中作为电子的给予体。常见的有碱金属：Li,Na,K等；在电化学掺杂中常用
17、R4N+，R4P+(R=CH3，C6H5等)p型掺杂是由于导电高分子的部分氧化，即：型掺杂是由于导电高分子的部分氧化，即：x 聚合物聚合物 (聚合物聚合物+y)x + (xy)e-n型掺杂则是由于导电高分子的部分还原，即：型掺杂则是由于导电高分子的部分还原，即：x聚合物聚合物+ (xy)e- (聚合物聚合物-y)x 上上述述过过程程可可通通过过电电化化学学或或化化学学方方法法完完成成。为为了了维维持持电中性，电中性，p型掺杂和型掺杂和n型掺杂都必须提供一个型掺杂都必须提供一个对离子对离子，如，如(聚合物聚合物+y)x + （xy）A- (聚合物聚合物+y)A-y x(聚合物聚合物-y)x +
18、（xy）M+ M+y(聚合物聚合物-y) x导电高分子具有下列特点导电高分子具有下列特点:(1)与金属相比与金属相比,重量轻重量轻;(2)成型性好成型性好,用浇铸、模压等比较简易的方法就能使其纤用浇铸、模压等比较简易的方法就能使其纤维化、薄膜化，制成涂料维化、薄膜化，制成涂料,以及得到人们所需要的其他形以及得到人们所需要的其他形状，而且易于加工成轻质的大面积的可挠性薄膜状，而且易于加工成轻质的大面积的可挠性薄膜,以其大以其大的面积的面积/厚度比来补偿它的电导率较低的不足；厚度比来补偿它的电导率较低的不足；(3)易于合成和进行分子设计、材料设计易于合成和进行分子设计、材料设计,从而能较好地满从而
19、能较好地满足科学技术对这类功能材料提出的各种要求；足科学技术对这类功能材料提出的各种要求；(4)原料来源广原料来源广v电磁波屏蔽电磁波屏蔽 随随着着各各种种商商用用和和家家用用电电子子产产品品数数量量的的迅迅速速增增加加, ,电电磁磁波波干干扰扰已已成成为为一一种种新新的的社社会会公公害害，对对电电子子仪仪器器、设设备备进进行行电电磁磁波波屏屏蔽蔽是是极极为为重重要要的的。直直接接使使用用混混有有导导电电高高分分子子材材料料的的塑塑料料做做外外壳壳, ,因因其其成成形形与与屏屏蔽蔽一一体体，较较其其他他方方法法, ,如如使使用用太太重重又又不不方方便便的的金金属属板板作作外外壳壳、在在塑塑料料
20、外外壳壳上上涂涂一一层层金金属属或或含含有有碳碳粉粉、碳碳纤纤维维的的导导电电涂涂料料、通通过过电电镀镀金金属将外壳覆盖等等更为方便。属将外壳覆盖等等更为方便。v电子元件电子元件( (二极管、晶体管、场效应晶体管等二极管、晶体管、场效应晶体管等) ) 导导电电高高分分子子材材料料在在掺掺杂杂状状态态具具有有半半导导体体或或金金属属的的电电导导性性, ,去去掺掺杂杂时时表表现现为为绝绝缘缘体体或或半半导导体体, ,而而原原来来禁禁带带宽宽度度较较大大的的仍仍为为绝绝缘缘体体, ,所所以以可可以以利利用用这这些些性性质质来来制制作作各各种种类类型型的的元元件件成成为为二二极极管管、晶晶体体管管及及
21、场场效效应应晶晶体体管管等等具具有有非非线线性电流性电流- -电压特性的电子元件。电压特性的电子元件。v微波吸收材料微波吸收材料 由由于于可可以以对对导导电电高高分分子子的的厚厚度度、密密度度和和导导电电性性进进行行调调整整, ,从从而而可可以以调调整整微微波波反反射射系系数数、吸吸收收系系数数, ,其其吸吸收收系系数数可可达达105cm-1。导导电电高高分分子子作作为为微微波波吸吸收收材材料料, ,其其薄薄膜膜重量轻、柔性好重量轻、柔性好, ,可作任何设备可作任何设备( (包括飞机包括飞机) )的蒙皮。的蒙皮。v隐身材料隐身材料 所所谓谓隐隐身身材材料料是是指指能能够够减减少少军军事事目目标
22、标的的雷雷达达特特征征、红红外外特特征征、光光电电特特征征及及目目视视特特征征的的材材料料的的总总称称。由由于于雷雷达达是是军军事事目目标标侦侦查查的的主主要要手手段段, ,所所以以雷雷达达波波吸吸收收材材料料的的研研制制是是关关键键。自自从从导导电电聚聚合合物物的的出出现现, ,其其作作为为新新型型的的雷雷达达波波吸吸收收材材料料成成为为研研究究的的热热点点。美美国国、日日本本、法法国国、印印度度及及中中国国相相继继开开展展了了导导电电聚聚合合物物雷雷达达波波吸吸收收材材料料的的研研制制, ,尤尤其其是是美美国国空空军军投投资资开开发发的的高高聚聚物物雷雷达达波波吸吸收收材材料料，为为隐隐身
23、身战战斗斗机机和和侦侦察察机机制制造造“灵灵巧巧蒙蒙皮皮”的的设设想想和和计计划划奠奠定定了了基础，进一步刺激了导电聚合物雷达隐身技术的发展。基础，进一步刺激了导电聚合物雷达隐身技术的发展。可可降降解解高高分分子子材材料料可降解高分子可降解高分子材料是指在使用后的特定环材料是指在使用后的特定环境条件下境条件下, ,在一些环境因素如光、氧、风、在一些环境因素如光、氧、风、水、微生物、昆虫以及机械力等的作用下水、微生物、昆虫以及机械力等的作用下, ,使其化学结构在较短时间内发生明显变化使其化学结构在较短时间内发生明显变化, ,从而引起物性下降从而引起物性下降, ,最终成为可被环境所消最终成为可被环
24、境所消纳的高分子材料。纳的高分子材料。 降解高分子降解高分子生物降解生物降解淀粉添加剂淀粉添加剂天然大分子天然大分子合成聚合物合成聚合物光降解光降解添加光敏剂型添加光敏剂型化学合成化学合成氧化降解氧化降解复合降解复合降解光生物双降解光生物双降解(1)(1)生物降解高分子生物降解高分子 生生物物降降解解高高分分子子材材料料是是指指在在自自然然界界微微生生物物或或人人体体及及动动物物体体内内的的组组织织细细胞胞、酶酶和和体体液液的的作作用用下下, ,可可使使其其化化学学结结构构发发生生变变化化, ,致致使使分分子子量量下下降降及及性性能能发发生生变变化化的的高高分分子子材材料。料。 添添加加型型淀
25、淀粉粉塑塑料料和和橡橡胶胶，其其生生产产方方法法是是将将淀淀粉粉以以非非偶偶联联方方式式与与现现行行塑塑料料(PE、PP、PS和和PVC等等)共共混混，淀淀粉粉含含量量一一般般为为7%-15%。美美国国的的Goodyear公公司司宣宣布布试试销销含含有有部部分分淀淀粉粉填填料料的的轮轮胎胎,该该填填料料可可以以降降低低轮轮胎胎的的滚滚动动阻阻力力和和重重量量,还还有利于环境保护。有利于环境保护。 但但是是添添加加型型淀淀粉粉塑塑料料和和橡橡胶胶的的主主要要成成分分仍仍是是石石油油基基类类聚聚合合物物(PE、PP、PS、PVC等等),很很快快降降解解的的部部分分主主要要是是淀淀粉粉,剩剩余余的的
26、树树脂脂降降解解仍仍需需几几百百年年。严严格格地地讲讲,添添加加淀淀粉粉的的可可降降解解塑塑料不具备降解机理和功能，所以该类产品已不再受欢迎。料不具备降解机理和功能，所以该类产品已不再受欢迎。热塑性淀粉热塑性淀粉材料是完全生物可降解材料，意大利研制材料是完全生物可降解材料，意大利研制出一种淀粉含量为出一种淀粉含量为70%的可降解材料，所使用的树脂是无的可降解材料，所使用的树脂是无毒的毒的,分子量在分子量在500050000，它与淀粉直接交联或产生间，它与淀粉直接交联或产生间接物理作用，从而形成一连续相。此种合金有良好的成型接物理作用，从而形成一连续相。此种合金有良好的成型性、二次加工性、力学性
27、能和优良的生物降解性能，缺点性、二次加工性、力学性能和优良的生物降解性能，缺点是有亲水性，不宜用于食品包装而且价格较高。是有亲水性，不宜用于食品包装而且价格较高。德国的德国的Battele研究所开发出了淀粉含量为研究所开发出了淀粉含量为90%的降解的降解塑料塑料,可作为包装材料使用可作为包装材料使用,以聚氯乙烯为取代目标。美国开以聚氯乙烯为取代目标。美国开发了一种热塑性淀粉材料，是以变性淀粉为主，且配有少发了一种热塑性淀粉材料，是以变性淀粉为主，且配有少量其它生物降解性添加剂的天然聚合物材料量其它生物降解性添加剂的天然聚合物材料,淀粉含量高达淀粉含量高达90%100%，材料的性能类似于聚苯乙烯
28、，可完全生物降，材料的性能类似于聚苯乙烯，可完全生物降解，且降解可控，产品广泛用于医用器材、包装材料。解，且降解可控，产品广泛用于医用器材、包装材料。 化化学学合合成成型型生生物物降降解解高高分分子子：该该类类生生物物降降解解高高分分子子材材料料多多是是在在分分子子结结构构中中引引入入酯酯基基结结构构的的聚聚酯酯。工工业业化化的的有有聚聚乳乳酸酸(PLA)和和聚聚己己内内酯酯(PCL)。PLA在在医医学学领领域域内内被被认认为为是是最最重重要要的的可可完完全全生生物物降降解解的的高高分分子子。由由于于制制备备工工艺艺、成成本本的的限限制制,该该类类材材料料的的研研究究起起步步较较晚晚,但但越越
29、来来越越受受到到重重视视。由由于于可可完完全全降降解解,所所以以应应用用前前景景较较好好,但但是是降降解解机机理理仍不完全清楚。仍不完全清楚。微生物合成高分子微生物合成高分子材料是由生物通过各种碳源发酵制材料是由生物通过各种碳源发酵制得的一类高分子材料，主要包括微生物聚酯、聚乳酸及微得的一类高分子材料，主要包括微生物聚酯、聚乳酸及微生物多糖，此种产品的特点是能完全生物降解。生物多糖，此种产品的特点是能完全生物降解。研究发现，有许多可用于合成微生物聚酯的细菌，一研究发现，有许多可用于合成微生物聚酯的细菌，一般发酵底物是般发酵底物是C1-C5的化合物。聚的化合物。聚-羟基丁酸酯羟基丁酸酯(PHB)
30、是是细菌与藻类的贮存产物，细菌与藻类的贮存产物，70年代由英国年代由英国ICI公司开发成功公司开发成功并进行生产，可以完全生物降解并进行生产，可以完全生物降解,但力学和热学性能不佳。但力学和热学性能不佳。为了改善这一点，另一家公司开发了为了改善这一点，另一家公司开发了-羟基丁酸与羟基丁酸与-羟基羟基戊酸戊酸(HV)的共聚物，得到了性能良好，可完全生物降解的的共聚物，得到了性能良好，可完全生物降解的高分子材料。高分子材料。0.025mm厚的厚的PHB或或PHB-HV膜在海水中膜在海水中6周已穿孔周已穿孔,堆肥堆肥7周可降解周可降解70%80%。PHB-HV可以制成可以制成瓶、膜和纤维瓶、膜和纤维
31、,应用广泛。应用广泛。(2)光降解高分子光降解高分子 在制备塑料时在制备塑料时, ,通过向塑料基体中加入光敏剂通过向塑料基体中加入光敏剂, ,使其使其在光照条件下可诱发光降解反应，此类塑料称为光降解在光照条件下可诱发光降解反应，此类塑料称为光降解塑料。塑料。 光降解引发剂有很多种光降解引发剂有很多种, ,包括过渡金属的各种化合包括过渡金属的各种化合物物, ,如如: :卤化物、乙酰基丙酮酸盐、二硫代氨基甲酸盐、卤化物、乙酰基丙酮酸盐、二硫代氨基甲酸盐、脂肪酸盐、羟基化合物、多核芳香族化合物、酯以及其脂肪酸盐、羟基化合物、多核芳香族化合物、酯以及其它一些聚合物。它一些聚合物。 不不同同寿寿命命的的
32、降降解解高高分分子子材材料料还还可可以以通通过过改改变变Ni,CoNi,Co等等稳稳定定二二硫硫代代氨氨基基甲甲酸酸盐盐和和Fe,CuFe,Cu等等二二硫硫代代氨氨基基甲甲酸酸盐盐的的比比例例得得到到。此此外外联联二二茂茂铁铁也也可可以以引引发发光光降降解解反反应应, ,其其降降解解速速度度与与光光敏敏剂剂含含量量有有关关。在在自自然然条条件件下下测测试试出出光光敏敏剂剂含含量量与与降降解解速速度度的的曲曲线线，就就可可以以根根据据该该材材料料的的使使用用期期限限选选择择适当的用量。适当的用量。 除除了了以以上上光光降降解解高高分分子子外外,还还有有一一类类重重要要的的合合成成光光降降解解高高
33、分分子子，即即通通过过共共聚聚反反应应将将羰羰基基型型感感光光基基团团引引入入高高分分子子链链而而赋赋予予其其光光降降解解特特性性。光光降降解解活活性性的的控控制制则则是是通通过过改改变变羰羰基基基基团团含含量量来来实实现现。已已经经工工业业化化的的此此类类合合成成光光降降解解高高分分子子有乙烯有乙烯-乙烯酮共聚物和乙烯乙烯酮共聚物和乙烯-CO共聚物。共聚物。(3)光和生物双降解高分子光和生物双降解高分子 光光- -生生物物双双降降解解高高分分子子材材料料，具具有有光光、生生物物双双降降解解功功能能, ,它它将将光光敏敏剂剂体体系系的的光光降降解解机机理理与与淀淀粉粉的的生生物物降降解解机机理
34、理结结合合起起来来, ,一一方方面面可可以以加加速速降降解解, ,另另一一方方面面可可以以利利用用光光敏敏剂剂体体系系可调的特性达到人为控制降解的目的。可调的特性达到人为控制降解的目的。光降解和生物降解的结合不仅提高了材料降解的可控性，光降解和生物降解的结合不仅提高了材料降解的可控性，而且还克服了单纯光降解材料在阳光不足或非光照条件下难而且还克服了单纯光降解材料在阳光不足或非光照条件下难降解以及单纯淀粉塑料在非微生物环境条件下难降解的问题。降解以及单纯淀粉塑料在非微生物环境条件下难降解的问题。 生物降解高分子材料的一大应用领域是在农业上。在生物降解高分子材料的一大应用领域是在农业上。在适当的条
35、件下，可生物降解高分子材料经有机降解成为混适当的条件下，可生物降解高分子材料经有机降解成为混合肥料合肥料,或与有机废物混合堆肥。特别是用甲壳素或与有机废物混合堆肥。特别是用甲壳素/壳聚糖制壳聚糖制备的生物降解高分子材料或含有甲壳素备的生物降解高分子材料或含有甲壳素/壳聚糖的生物降解壳聚糖的生物降解高分子材料高分子材料,其降解产物不但有利于植物生长其降解产物不但有利于植物生长,还可改良土壤还可改良土壤环境。环境。 降降解解高高分分子子当当前前存存在在的的问问题题主主要要是是价价格格昂昂贵贵,难难以以推推广广利利用用。淀淀粉粉填填充充型型塑塑料料降降而而不不解解,生生物物降降解解塑塑料料的的用用后
36、后处处理理需需要要全全面面的的堆堆肥肥建建设设。另另外外,降降解解塑塑料料自自身身技技术术如如更更合合理理的的工工艺艺配配方方、准准确确的的降降解解时时控控性性、用用后后快快速速降降解解性性、彻彻底底降降解解性性以以及及边边角角料料的的回回收收利利用用技技术术等等还还有有待待进进一一步步提提高高和和完完善。善。高高分分子子吸吸附附剂剂吸附剂的分类：吸附剂的分类：(1)非离子型高分子吸附剂非离子型高分子吸附剂 非非离离子子型型吸吸附附树树脂脂主主要要是是指指在在分分子子结结构构中中不不包包含含离离子子性性基基团团，主主要要依依靠靠分分子子间间范范德德华华力力进进行行吸吸附附的的高高分分子子树树脂
37、脂。它它主主要要用用在在色色谱谱分分离离中中作作为为载载体体和和固固定定相相、环环境境保保护护中中作作为为污污染染物物富富集集材材料料、动动植植物物中中有有效效成成分分的的分分离离提提取取与与纯纯化化过过程程中中。非非离离子子型型高高分分子子吸吸附附剂剂品品种种较较多多，根根据据极极性性大大小小，可可以以分分成成非非极极性性、弱弱极极性性、中中等等极极性性和和强强极极性性四四种种。按按照照聚聚合合物物骨骨架架类类型型，可分成聚苯乙烯型、聚丙烯酸型等。可分成聚苯乙烯型、聚丙烯酸型等。(2)金属阳离子配位型吸附剂金属阳离子配位型吸附剂 金金属属阳阳离离子子配配位位型型吸吸附附剂剂又又称称为为高高分
38、分子子螯螯合合剂剂，是是一一类类重重要要的的功功能能高高分分子子。其其特特征征是是高高分分子子骨骨架架上上连连接接有有能能够够对对金金属属离离子子进进行行配配位位的的螯螯合合功功能能基基，对对多多种种金金属属离离子子具具有有选选择择性性螯螯合合作作用用，因因此此这这类类吸吸附附树树脂脂能能够够浓浓缩缩和和富富集集各各种种金属离子。金属离子。 作为吸附剂使用的高分子螯合剂主要有两类：一类是作为吸附剂使用的高分子螯合剂主要有两类：一类是合成型高分子螯合树脂；另一类是天然高分子螯合剂。合成型高分子螯合树脂；另一类是天然高分子螯合剂。 具有螯合功能的高分子需要满足两方面的要求：具有螯合功能的高分子需要
39、满足两方面的要求： 首首先先是是要要含含有有配配位位基基团团，其其次次是是配配位位基基团团在在高高分分子子骨骨架上排布合理，以保证螯合过程对空间构型的要求。架上排布合理，以保证螯合过程对空间构型的要求。 螯螯合合基基团团是是一一类类含含有有多多个个配配位位原原子子的的功功能能基基团团，目目前前最最常常见见的的配配位位原原子子是是具具有有给给电电子子性性质质的的第第五五族族到到第第七七族族元元素，主要是素，主要是O、N、S、P、As、Se等。等。(3)(3)离子型吸附树脂离子型吸附树脂 这种高分子材料的骨架中含有某些酸性或碱性基团，这种高分子材料的骨架中含有某些酸性或碱性基团，在溶液中解离后分别
40、能够与阳离子或阴离子通过静电引力在溶液中解离后分别能够与阳离子或阴离子通过静电引力结合生成盐，其中最常见的是离子交换树脂。离子型吸附结合生成盐，其中最常见的是离子交换树脂。离子型吸附树脂主要有两部分结构：一部分是高分子骨架，其作用是树脂主要有两部分结构：一部分是高分子骨架，其作用是担载离子交换基团以及为离子交换过程提供必要的空间和担载离子交换基团以及为离子交换过程提供必要的空间和动力学条件；另一部分是离子交换基团，它是离子交换能动力学条件；另一部分是离子交换基团，它是离子交换能力和吸附选择性的决定因素。根据聚合物骨架上所带离子力和吸附选择性的决定因素。根据聚合物骨架上所带离子交换基团的性质不同
41、，可以分成强酸型、弱酸型、强碱型、交换基团的性质不同，可以分成强酸型、弱酸型、强碱型、弱碱型、酸碱两性和氧化还原几种。另外一种使用更为广弱碱型、酸碱两性和氧化还原几种。另外一种使用更为广泛的分法是根据树脂所交换离子的荷电特征分成阳离子型泛的分法是根据树脂所交换离子的荷电特征分成阳离子型和阴离子型。和阴离子型。 离离子子型型吸吸附附树树脂脂的的主主要要功功能能之之一一是是对对相相应应的的离离子子进进行行离离子子交交换换，交交换换次次序序取取决决于于离离子子交交换换基基团团与与被被交交换换离离子子的的亲亲和和能能力力的的差差异异，而而这这些些差差异异又又取取决决于于多多种种因因素素，例例如如离离子
42、半径、价态、软硬度、化学组成和立体结构等等。子半径、价态、软硬度、化学组成和立体结构等等。 一一般般来来说说，由由于于使使用用目目的的和和条条件件的的不不同同，对对离离子子型型吸吸附附树树脂脂有有不不同同的的具具体体要要求求：a.良良好好的的稳稳定定性性；b.良良好好的的耐耐溶溶剂剂性性质质；c.良良好好的的机机械械性性能能；d.具具有有一一定定的的离离子子交交换换容容量量；e.对对特特定定离离子子应应具具有有选选择择性性吸吸附附能能力力；f.具具有有较较大大的的比比表面积、适宜的孔径和孔隙率。表面积、适宜的孔径和孔隙率。吸水性高分子吸附剂：吸水性高分子吸附剂：高吸水性树脂的研究始于高吸水性树
43、脂的研究始于60年代，世界上最早开年代，世界上最早开发的一种高吸水性树脂是淀粉发的一种高吸水性树脂是淀粉-丙烯氰接枝共聚水解产丙烯氰接枝共聚水解产物，即在淀粉上接枝丙烯氰然后水解而成。物，即在淀粉上接枝丙烯氰然后水解而成。按原料组成分：按原料组成分：改性的天然高分子改性的天然高分子（包括淀粉类和纤维素类）（包括淀粉类和纤维素类）全人工合成的高分子全人工合成的高分子（包括聚丙烯酸系树脂、聚丙（包括聚丙烯酸系树脂、聚丙烯氰系树脂、聚乙烯醇系树脂、聚环氧乙烷系树脂烯氰系树脂、聚乙烯醇系树脂、聚环氧乙烷系树脂等）等）通常情况下，纤维素类高吸水性树脂的吸水能力比通常情况下，纤维素类高吸水性树脂的吸水能力
44、比淀粉类树脂低，但是吸水速度快是其特点之一，在淀粉类树脂低，但是吸水速度快是其特点之一，在一些特殊情况下却是淀粉类树脂所不能取代的。一些特殊情况下却是淀粉类树脂所不能取代的。高吸水性树脂的结构特征：高吸水性树脂的结构特征：a.分子中具有强亲水性基团，如羟基、羧基，分子中具有强亲水性基团，如羟基、羧基，能够与水分子形成氢键；能够与水分子形成氢键；b.树脂具有交联结构；树脂具有交联结构；c.聚合物内部具有较高的离子浓度；聚合物内部具有较高的离子浓度；d.聚合物具有较高的分子量聚合物具有较高的分子量吸油性高分子：吸油性高分子：高吸油性树脂是一种新型的功能高分子材料高吸油性树脂是一种新型的功能高分子材
45、料,对于对于不同种类的油，少则可吸自重的几倍不同种类的油，少则可吸自重的几倍,多则近百倍多则近百倍,吸油吸油量大、吸油速度快且保油能力强，在工业的废液处理量大、吸油速度快且保油能力强，在工业的废液处理以及环境保护方面具有广泛的用途。另外可作橡胶改以及环境保护方面具有广泛的用途。另外可作橡胶改性剂、油雾过滤材料、芳香剂和杀虫剂的基材、纸张性剂、油雾过滤材料、芳香剂和杀虫剂的基材、纸张添加剂等。添加剂等。高吸油性树脂的结构特征：高吸油性树脂的结构特征：高分子之间形成一种三维的交联网状结构，高分子之间形成一种三维的交联网状结构，材料内部具有一定微孔结构。由于分子内亲油基材料内部具有一定微孔结构。由于
46、分子内亲油基的链段和油分子的溶剂化作用，高吸油性树脂发的链段和油分子的溶剂化作用，高吸油性树脂发生膨润。基于交联的存在，该树脂不溶于油中。生膨润。基于交联的存在，该树脂不溶于油中。由此可见由此可见,交联度和亲油性基团与高吸油性树脂的交联度和亲油性基团与高吸油性树脂的性能有密切关系。性能有密切关系。 当将高吸油性树脂投入油中时当将高吸油性树脂投入油中时, ,刚开始是分子刚开始是分子扩散控制扩散控制, ,当一定量的油分子进入后，油分子和高当一定量的油分子进入后，油分子和高分子链段发生溶剂化作用，此时由于油分子进入得分子链段发生溶剂化作用，此时由于油分子进入得还比较少，尚不足以使高分子链段伸展开，实
47、际上还比较少，尚不足以使高分子链段伸展开，实际上仍然卷曲缠结着，因此仍然是分子扩散控制；当油仍然卷曲缠结着，因此仍然是分子扩散控制；当油分子进入足够多，溶剂化作用也足够强了，链段伸分子进入足够多，溶剂化作用也足够强了，链段伸展开来，网络中只有共价键交联的交联点存在，这展开来，网络中只有共价键交联的交联点存在，这时才开始是由热力学推动力推动时才开始是由热力学推动力推动( (即由热力学不平即由热力学不平衡态向平衡态方向进行衡态向平衡态方向进行) )。当高分子充分溶胀，从。当高分子充分溶胀，从高分子弹性力学模型可知，高分子链伸展到一定程高分子弹性力学模型可知，高分子链伸展到一定程度会慢慢回缩度会慢慢
48、回缩, ,即存在弹性回缩力，最终达到热力即存在弹性回缩力，最终达到热力学平衡态。学平衡态。吸附性高分子材料主要是指那些对某些特定离子吸附性高分子材料主要是指那些对某些特定离子或分子有选择性亲和作用的高分子材料，从外观形态或分子有选择性亲和作用的高分子材料，从外观形态上看，主要有上看，主要有微孔型、大孔型、米花型和大网状树脂微孔型、大孔型、米花型和大网状树脂几种。几种。吸附树脂的吸附性不仅受到结构和形态等内在吸附树脂的吸附性不仅受到结构和形态等内在因素的影响，还与使用环境关系密切：因素的影响，还与使用环境关系密切：(1)温度因素温度因素(2)(2)树脂周围的介质树脂周围的介质流动相的流速、溶液黏
49、度和被吸附物质的扩散系数等流动相的流速、溶液黏度和被吸附物质的扩散系数等水水处理理水的软化，脱碱；水的脱盐；高纯水制备糖及多元醇的糖及多元醇的处理理 葡萄糖脱色精制，蔗糖、甜菜糖浆的软化、脱色精制；甘油纯化工工业废水水处理理含铬、汞、铜废水处理；含金、银废水处理及回收原子能工原子能工业铀、钍的提炼；反应堆用水的净化；放射性废水的处理催化催化剂蔗糖的转化；酯化反应；水解反应；烷基化反应；缩合反应制制药工工业抗菌素的分离提炼精制；生化药物的分离精制；氨基酸、蛋白质的分离；生物碱的分离；药物添加剂在农业方面农业方面，由于具有惊人的吸水能力，常常作为农用保水剂，施用于土壤中时吸收的水分可以被植物吸收利
50、用，并能在作物根系周围形成一个局部湿润的环境，对作物来说相当于一个微型水源。在沙漠和荒漠中进行绿化，高吸水性树脂能够发挥非常重要的作用。 水果、蔬菜在一般条件下难以保鲜，用高吸水性树脂开发出一种可调节水分的包装薄膜，用于包装果蔬，可在一定程度上调节局部体系的气氛、湿度，从而控制水果、蔬菜的呼吸代谢。 建筑方面建筑方面，将高吸水性树脂与其他高分子材料混合后，可以加工成止水带，在土建工程中是理想的止水材料。利用吸水膨胀性能，添加到其他建筑材料中，可以作为水密封材料，用于堵漏。 卫生用品制造卫生用品制造方面是应用最早，也是现在使用量最多的领域之一。采用高吸水性树脂可以将妇女卫生经做的更薄，保水效果更
51、好，提高运动自由度和着装感；做成纸尿裤，由于锁住水分，感觉更舒适。 在医疗方面在医疗方面，吸水树脂凝胶可抑制血浆蛋白质和血小板的粘着，因而可作抗血栓材料。另外用高吸水性树脂制成的人工肾过滤材料，可以调节血液中的水分含量。三废处理三废处理由于高吸油性树脂的密度低由于高吸油性树脂的密度低, ,可以浮在水面上可以浮在水面上, ,因而因而处理水面浮油效果非常好处理水面浮油效果非常好, ,特别是对海洋石油以及运输特别是对海洋石油以及运输泄漏非常有效。当和其它材料组合形成的复合材料泄漏非常有效。当和其它材料组合形成的复合材料, ,如如用无纺布包覆粒状固体用无纺布包覆粒状固体( (形状可调节形状可调节),)
52、,可以替代传统的可以替代传统的吸油垫吸油垫, ,如聚丙烯垫、聚苯乙烯垫等。也有直接应用树如聚丙烯垫、聚苯乙烯垫等。也有直接应用树脂粒子的悬浮液脂粒子的悬浮液, ,粒状固体水浆粒状固体水浆( (浓度浓度50%60%),从油从油水混合体系中分离除去油水混合体系中分离除去油, ,将工业污水经过处理后再排将工业污水经过处理后再排放到江湖中。放到江湖中。芳香剂、杀虫剂、诱鱼剂基材芳香剂、杀虫剂、诱鱼剂基材 将吸收了如芳香剂的高吸油性树脂放在空气中将吸收了如芳香剂的高吸油性树脂放在空气中, ,树脂树脂中的有机液由于在树脂与周围环境之间存在着浓度梯度中的有机液由于在树脂与周围环境之间存在着浓度梯度, ,会缓
53、慢地释放出来。如会缓慢地释放出来。如, ,日本触媒制造的外观透明的片状日本触媒制造的外观透明的片状固体材料的高吸油性树脂固体材料的高吸油性树脂, ,可用作芳香剂或杀虫剂的载体可用作芳香剂或杀虫剂的载体基材。基材。作为合成树脂的改性添加剂作为合成树脂的改性添加剂 作为储油设备密封材料的添加改性剂作为储油设备密封材料的添加改性剂, ,将高吸油性树将高吸油性树脂和纤维基材以及合成橡胶粘合剂等混合制成各种形状脂和纤维基材以及合成橡胶粘合剂等混合制成各种形状的密封材料的密封材料, ,具有极好的油封性能具有极好的油封性能, ,且当油溶胀后且当油溶胀后, ,强度损强度损失很小，其中高吸油性树脂占失很小，其中
54、高吸油性树脂占5%30%(质量质量)。高高分分子子功功能能膜膜高分子功能膜的分类高分子功能膜的分类按构成膜的材料分按构成膜的材料分天然高分子膜、有机合成高天然高分子膜、有机合成高分子膜分子膜按膜的结构分按膜的结构分(a)对称膜对称膜疏松的多孔膜和致密的无孔膜疏松的多孔膜和致密的无孔膜(b)非对称膜非对称膜多孔膜、叠合膜和复合膜多孔膜、叠合膜和复合膜(c)离子交换膜离子交换膜按分离过程推动力分按分离过程推动力分压力差膜、浓度差膜、压力差膜、浓度差膜、温度差膜和电位差膜温度差膜和电位差膜(4)按膜材料的宏观外形结构分按膜材料的宏观外形结构分(a)管状膜：容易清洗，适用于分离浓度很高或者污物较管状膜
55、：容易清洗，适用于分离浓度很高或者污物较多的场合，但是使用密度较小，在一定使用体积下，有多的场合，但是使用密度较小，在一定使用体积下，有效分离面积最小。效分离面积最小。(b)中空纤维膜：主要应用于血液透析设备和人工肾脏中空纤维膜：主要应用于血液透析设备和人工肾脏的制备，缺点就是容易在使用中受到污染，一旦污染较的制备，缺点就是容易在使用中受到污染，一旦污染较难清洗。难清洗。(c)平面型分离膜：容易制作，使用方便，成本低廉；包平面型分离膜：容易制作，使用方便，成本低廉；包括无支撑型、支撑型和增强型三类。括无支撑型、支撑型和增强型三类。被分离材料能够从膜的一侧克服膜材料的阻碍穿过分被分离材料能够从膜
56、的一侧克服膜材料的阻碍穿过分离膜，需要有特定的内在因素与合适的外在条件。从目前离膜，需要有特定的内在因素与合适的外在条件。从目前掌握的材料看，膜分离作用有两种形式：即掌握的材料看，膜分离作用有两种形式：即过筛作用和溶过筛作用和溶解扩散作用解扩散作用。过筛作用类似于物理过筛过程，与常见的筛网材料过筛作用类似于物理过筛过程，与常见的筛网材料相比，膜的孔径要小的多。被分离物能否通过筛网取决相比，膜的孔径要小的多。被分离物能否通过筛网取决于物质粒径尺寸和网孔的大小。于物质粒径尺寸和网孔的大小。 溶解扩散作用是指当膜材料对某些物质具有一定溶解溶解扩散作用是指当膜材料对某些物质具有一定溶解能力时，在外力作
57、用下被溶解物质能够在膜中扩散运动，能力时，在外力作用下被溶解物质能够在膜中扩散运动，从膜的一侧扩散到另一侧，再离开膜。这种作用形式在用从膜的一侧扩散到另一侧，再离开膜。这种作用形式在用密度膜对气体进行分离和用反渗透膜对溶质与溶液进行分密度膜对气体进行分离和用反渗透膜对溶质与溶液进行分离的过程中起主要作用。离的过程中起主要作用。膜制备材料：膜制备材料： 天然高分子材料类天然高分子材料类主要包括改性纤维素及其衍生物类，主要包括改性纤维素及其衍生物类，原料易得，成膜性能好，化学性质稳定，多用于透析、微原料易得，成膜性能好，化学性质稳定，多用于透析、微滤、超滤、反渗透、膜蒸发和膜电泳等场合。近年来，甲
58、滤、超滤、反渗透、膜蒸发和膜电泳等场合。近年来，甲壳素类海藻酸钠类成为了新的分离膜制备材料。壳素类海藻酸钠类成为了新的分离膜制备材料。聚烯烃类聚烯烃类包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺等。主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酰胺等。主要用于制备微滤、超滤、密度膜等。用于制备微滤、超滤、密度膜等。聚酰胺类聚酰胺类尼龙尼龙66，机械强度高，化学稳定性好，高温，机械强度高，化学稳定性好，高温性能优良。性能优良。聚砜类聚砜类含氟高分子材料含氟高分子材料有机硅聚合物类有机硅聚合物类高分子电解质类高分子电解质类(1)反渗透膜反渗透膜反渗透膜主要是不对称膜、复合膜和中空纤反渗透膜主要是不对称膜、复合膜和中空纤维膜。不
59、对称膜的表面活性层上的微孔很小（约维膜。不对称膜的表面活性层上的微孔很小（约2nm），大孔支撑层为海绵状结构；复合膜由超），大孔支撑层为海绵状结构；复合膜由超薄膜和多孔支撑层等组成。超薄膜很薄，只有薄膜和多孔支撑层等组成。超薄膜很薄，只有0.4 m，有利于降低流动阻力，提高透水速率；，有利于降低流动阻力，提高透水速率；中空纤维反渗透膜的直径极小，壁厚与直径之比中空纤维反渗透膜的直径极小，壁厚与直径之比比较大，因而不需支持就能承受较高的外压。比较大，因而不需支持就能承受较高的外压。反渗透膜的材料主要有醋酸纤维素、聚酰反渗透膜的材料主要有醋酸纤维素、聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚等。醋酸纤维素胺、
60、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚等。醋酸纤维素膜透水量大，脱盐率高，价格便宜，应用普遍。膜透水量大，脱盐率高，价格便宜，应用普遍。芳香聚酰胺膜具有优越的机械强度，化学性能芳香聚酰胺膜具有优越的机械强度，化学性能稳定，耐压实，能在稳定，耐压实，能在pH值值4-10的范围内使用。的范围内使用。聚苯并咪唑反渗透膜则能耐高温，吸水性好，聚苯并咪唑反渗透膜则能耐高温，吸水性好，适用于在较高温度下的作业。适用于在较高温度下的作业。反渗透装置已成功地应用于海水脱盐，并达反渗透装置已成功地应用于海水脱盐，并达到饮用级的质量。海水淡化的原理是利用只允许到饮用级的质量。海水淡化的原理是利用只允许溶剂透过，不允许溶质透过的半
61、透膜，将海水与溶剂透过，不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。用淡水分隔开的。用RO(Reverse Osmosis )进行海进行海水淡化时，因其含盐量较高，除特殊高脱盐率膜水淡化时，因其含盐量较高，除特殊高脱盐率膜以外，一般均须采用二级以外，一般均须采用二级RO淡化。但是海水脱淡化。但是海水脱盐成本较高，目前主要用于特别缺水的中东产油盐成本较高，目前主要用于特别缺水的中东产油国。国。(2)超滤膜超滤膜超滤膜是指具有从超滤膜是指具有从1-20nm细孔的多孔质膜，它几乎可以细孔的多孔质膜，它几乎可以完全将含于溶液中的病毒、高分子胶体等微粒子截留分离。完全将含于溶液中的病毒、高分子胶体等微
62、粒子截留分离。超滤膜的分离性能就是用它所截留物质的分子量大小来定义超滤膜的分离性能就是用它所截留物质的分子量大小来定义的。的。超滤所用的膜为不对称膜，它的特点是膜断面形态的超滤所用的膜为不对称膜，它的特点是膜断面形态的不对称性。它是由表面活性层与大孔支撑层两层组成，表不对称性。它是由表面活性层与大孔支撑层两层组成，表面活性层很薄，厚度面活性层很薄，厚度0.1-1.5 m，膜的分离性质主要取决，膜的分离性质主要取决于这一层。支撑层的厚度为于这一层。支撑层的厚度为50-250 m，起支撑作用，它，起支撑作用，它决定膜的机械强度，呈多孔状。决定膜的机械强度，呈多孔状。超滤膜分离技术主要用于分离溶液中
63、的大超滤膜分离技术主要用于分离溶液中的大分子、胶体微粒。通过膜的筛分作用将溶液中分子、胶体微粒。通过膜的筛分作用将溶液中大于膜孔的大分子溶质截留，是溶质分子与小大于膜孔的大分子溶质截留，是溶质分子与小分子溶剂分离的膜过程分子溶剂分离的膜过程 。(3)微滤膜微滤膜微滤膜是指孔径范围为微滤膜是指孔径范围为0.01-10m的多孔质分离膜，的多孔质分离膜，它可以把细菌、胶体以及气溶胶等微小粒子从流体中比较它可以把细菌、胶体以及气溶胶等微小粒子从流体中比较彻底地分离除去。流体中含有粒子的浓度不同，微滤膜的彻底地分离除去。流体中含有粒子的浓度不同，微滤膜的使用方式也不同。当浓度较低时，常常使用一次性滤膜；
64、使用方式也不同。当浓度较低时，常常使用一次性滤膜；当浓度较高时，需要选择可以反复使用的膜。当浓度较高时，需要选择可以反复使用的膜。 (4)气体分离膜气体分离膜气体分离中常用的高分子膜，是非对称的或复合膜，气体分离中常用的高分子膜，是非对称的或复合膜，其膜表层为致密高分子层，即非多孔高分子膜。这种膜材其膜表层为致密高分子层，即非多孔高分子膜。这种膜材料需要具有优良的渗透性。料需要具有优良的渗透性。膜反应器和膜催化：膜反应器和膜催化： 膜过程初期的应用往往只利用一种膜分离过膜过程初期的应用往往只利用一种膜分离过程以解决实际问题。利用多种膜过程联合解决实程以解决实际问题。利用多种膜过程联合解决实际问
65、题称为集成膜过程。膜过程和其他化工过程际问题称为集成膜过程。膜过程和其他化工过程的联合叫杂化膜过程，它代表了膜过程发展的新的联合叫杂化膜过程，它代表了膜过程发展的新趋势。趋势。 膜反应器是膜和化学反应或生物反应相结合膜反应器是膜和化学反应或生物反应相结合的系统或设备，在反应系统中引入膜技术，可以的系统或设备，在反应系统中引入膜技术，可以实现强化反应过程的目标。实现强化反应过程的目标。 (1)产物原位分离膜反应技术适用于可逆反应、串产物原位分离膜反应技术适用于可逆反应、串联反应和产物抑制体系，以提高反应效率。联反应和产物抑制体系，以提高反应效率。(2)反应物控制输入膜反应技术对于高浓度反应物反应
66、物控制输入膜反应技术对于高浓度反应物会加速副反应速度或影响产物品质的体系，控制会加速副反应速度或影响产物品质的体系，控制输入膜反应技术可以有效的降低反应物中输入膜反应技术可以有效的降低反应物中B B的浓度，的浓度，达到提高反应选择性的目的。达到提高反应选择性的目的。(3)多相膜反应和萃取膜反应多相膜反应和萃取膜反应 亲水的含有脂肪酶的酶膜将反应器分隔为两部分。酶亲水的含有脂肪酶的酶膜将反应器分隔为两部分。酶的一边流过溶于有机相的的一边流过溶于有机相的L、D酯混合物，另一边流过水相酯混合物，另一边流过水相吹扫流。吹扫流。L-酯通过相间分配传递进入酶膜，被脂肪酶水解酯通过相间分配传递进入酶膜，被脂
67、肪酶水解为水溶性产物为水溶性产物L-酸。而酸。而D-酯因脂肪酶的高水解选择性而不酯因脂肪酶的高水解选择性而不参与反应，也不溶于水相，将随着底物流离开反应器，从参与反应，也不溶于水相，将随着底物流离开反应器，从而将消旋的而将消旋的L、D酯拆分。酯拆分。(5)催化膜催化膜 在膜反应器中，利用膜的载体功能将催化剂在膜反应器中，利用膜的载体功能将催化剂固定在膜的表面或膜内来制备催化膜。有些膜材固定在膜的表面或膜内来制备催化膜。有些膜材料本身就具有催化活性。在反应涉及加氢、脱氢、料本身就具有催化活性。在反应涉及加氢、脱氢、氧化以及与氧的生成有关的体系时，则常采用金氧化以及与氧的生成有关的体系时，则常采用
68、金属膜、固体电解质膜，这些膜具有选择性透过氢属膜、固体电解质膜，这些膜具有选择性透过氢和氧的能力。和氧的能力。 隔膜催化技术有效性的主要特征是生产率和隔膜催化技术有效性的主要特征是生产率和选择率。生产率是由通过隔膜以及隔膜表面上反选择率。生产率是由通过隔膜以及隔膜表面上反应物和生成物的分离率来决定的。应物和生成物的分离率来决定的。 (1)环境保护环境保护废水处理废水处理各种工业废水用膜法各种工业废水用膜法处理时，可收到回收有用物质和使排放污水达标处理时，可收到回收有用物质和使排放污水达标的双重作用。的双重作用。 UF（超滤）和（超滤）和RO膜可用于电影照膜可用于电影照相工业中废显影液的回用、纺
69、织工业中纤维用乳相工业中废显影液的回用、纺织工业中纤维用乳化油剂的回收、聚乙烯醇退浆水处理及印染废水化油剂的回收、聚乙烯醇退浆水处理及印染废水中染料的回用、汽车工业中电泳漆的回收、电镀中染料的回用、汽车工业中电泳漆的回收、电镀工业含铬废水处理、造纸工业黑液处理、石油工工业含铬废水处理、造纸工业黑液处理、石油工业含油废水处理等。城市污水的三级处理采用水业含油废水处理等。城市污水的三级处理采用水池曝晒、生物反应器和微滤。池曝晒、生物反应器和微滤。(2)食品工业和医药工业食品工业和医药工业 工业发达导致的水质下降使人们对饮用水工业发达导致的水质下降使人们对饮用水的要求愈来愈高，家用净水器的要求愈来愈
70、高，家用净水器( (超滤加活性炭吸超滤加活性炭吸附附) )有着广阔的市场。瓶装饮用水已从矿泉水扩有着广阔的市场。瓶装饮用水已从矿泉水扩大到蒸馏水、太空水大到蒸馏水、太空水( (均系经均系经RO过滤的纯水过滤的纯水) )。软饮料装瓶前大都已经微滤除菌，生啤酒软饮料装瓶前大都已经微滤除菌，生啤酒( (扎啤扎啤) )和低度酒和低度酒( (如干葡萄酒等如干葡萄酒等) )经微滤除菌可延长其经微滤除菌可延长其保质期。保质期。 果汁的浓缩果汁的浓缩( (尤其是我国的一些名贵水果品尤其是我国的一些名贵水果品种种) )和茗茶汁的浓缩是食品工业的重要方面。美和茗茶汁的浓缩是食品工业的重要方面。美国南卡罗来纳洲农业
71、实验站已开始用金属膜直接国南卡罗来纳洲农业实验站已开始用金属膜直接超滤苹果浆。将苹果破碎后，在超滤苹果浆。将苹果破碎后，在50的温度下用的温度下用果胶酶和纤维素酶处理果胶酶和纤维素酶处理2 2小时，不经榨汁，再以小时，不经榨汁，再以21-70个大气压力送入直径为个大气压力送入直径为3.12cm的金属管状膜的金属管状膜内进行超滤。这样既节省了榨汁工序，又能得到内进行超滤。这样既节省了榨汁工序，又能得到85%的清汁和的清汁和86%的芳香物。的芳香物。(3)水资源再利用水资源再利用 随着生活水平的提高，人均耗水量也不断上随着生活水平的提高，人均耗水量也不断上升，所有大城市几乎都面临水荒问题。除节约用
72、升，所有大城市几乎都面临水荒问题。除节约用水之外，水资源的再利用也是重要措施。水之外，水资源的再利用也是重要措施。RO（逆渗透）海水脱盐制水在（逆渗透）海水脱盐制水在1988年全球的总能力年全球的总能力已超已超1000万万m3/d。苦咸水的淡化以低压逆渗透和。苦咸水的淡化以低压逆渗透和EDR法为主。工业用水和生活用水的再利用也可法为主。工业用水和生活用水的再利用也可通过通过UF（超滤）、（超滤）、NF（纳滤）来解决。日本大（纳滤）来解决。日本大型高层建筑均配备水再利用的装置。夹带固体杂型高层建筑均配备水再利用的装置。夹带固体杂质较多的还需要有沉降絮凝等辅助设备。质较多的还需要有沉降絮凝等辅助设
73、备。 日本医学家将蚕丝溶解、干燥制成一种超纯丝素膜日本医学家将蚕丝溶解、干燥制成一种超纯丝素膜, ,附上与抗原反应的单克隆抗体后附上与抗原反应的单克隆抗体后, ,即可用来诊断癌症。即可用来诊断癌症。美国波音公司最近发明一种能将阳光聚集并转换为电能美国波音公司最近发明一种能将阳光聚集并转换为电能蓄贮使用的新型薄膜电池。这种薄膜电池分两层蓄贮使用的新型薄膜电池。这种薄膜电池分两层, ,第一第一层材料由砷化镓和锑化镓组成；第二层材料是铜铟二硒层材料由砷化镓和锑化镓组成；第二层材料是铜铟二硒化合物。在模拟太空环境下工作时化合物。在模拟太空环境下工作时, ,它几乎把它几乎把37%37%的太阳的太阳能转换
74、成电能。东京工业大学最近开发出仅有一个分子能转换成电能。东京工业大学最近开发出仅有一个分子厚的塑料薄膜，这种薄膜是用聚酰亚胺树脂制成的厚的塑料薄膜，这种薄膜是用聚酰亚胺树脂制成的, ,为为目前世界上最薄的膜。它可用作砷化镓半导体的绝缘膜目前世界上最薄的膜。它可用作砷化镓半导体的绝缘膜和液晶显示器的基盘膜等。和液晶显示器的基盘膜等。生生物物、医医用用高高分分子子医用高分子材料是一类可对有机体医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生的具有特殊组织进行修复、替代与再生的具有特殊功能的合成高分子材料功能的合成高分子材料,可以通过聚合等可以通过聚合等方法进行制备方法进行制备,是生物医用材料
75、的重要组是生物医用材料的重要组成之一。成之一。 “医用级医用级”标准：标准：(a)长期植入体内具有稳定的物化性能，又有稳定长期植入体内具有稳定的物化性能，又有稳定的弹性、几何尺寸和机械强度，耐磨、耐曲挠；的弹性、几何尺寸和机械强度，耐磨、耐曲挠；短期植入的材料要可生物降解；短期植入的材料要可生物降解； (b)材料本身无毒、无热源、无过敏反应、不致材料本身无毒、无热源、无过敏反应、不致畸，不致癌、不干扰机体免疫系统、不破坏血畸，不致癌、不干扰机体免疫系统、不破坏血液有形成分、不影响体液电解质平衡等。液有形成分、不影响体液电解质平衡等。应用用领域域 应用目的用目的 实 例例长期和短期治疗1.受损组
76、织的修复和替代2.辅助或暂时替代受损器官的生理功能3.一次性医疗用品人工血管、人工皮肤、人工软骨、美容填充人工心肺系统、人工心脏、人造血、人工肾、人工胰腺注射器、输液管、导管、缝合线、医用粘合剂等药物制剂药物控制释放部位控制；定位释放；时间控制；恒速释放（缓释药物）；反馈控制；脉冲释放诊断控制临床检测新技术快速响应、高灵敏度、高精确度的检测试剂与工具，包括试剂盒、生物传感器等生物工程1.体外组织培养2.血液成分分离细胞培养基、细胞融合添加剂、生物杂化人工器官、血浆分离、病毒和细菌的清除生物活性高分子生物活性高分子从广义上讲生物活性高分子是指能对生物体从广义上讲生物活性高分子是指能对生物体起产生
77、、增强或控制某种特定生物活性作用的化起产生、增强或控制某种特定生物活性作用的化学体系中用到的高分子物质，也就是说生物活性学体系中用到的高分子物质，也就是说生物活性高分子能在与其他分子或与某些活性部位直接或高分子能在与其他分子或与某些活性部位直接或间接地相互作用时诱导产生生物学响应。间接地相互作用时诱导产生生物学响应。人工关节人工关节 理想的人工关节材料有聚乙烯理想的人工关节材料有聚乙烯, ,因其耐磨性优因其耐磨性优于不锈钢于不锈钢, ,用骨水泥作成骨用黏合剂用骨水泥作成骨用黏合剂, ,很受医学的很受医学的重视。骨水泥是用甲基丙烯酸甲酯为单体重视。骨水泥是用甲基丙烯酸甲酯为单体, , 甲基甲基丙
78、烯酸甲酯丙烯酸甲酯- -甲基丙烯酸乙酯共聚物为聚合物加入甲基丙烯酸乙酯共聚物为聚合物加入有机过氧化物引发剂有机过氧化物引发剂, ,少量对二苯酚少量对二苯酚, ,聚合反应后聚合反应后制成。制成。 在高分子载体上固定酶、抗体或抗原等生在高分子载体上固定酶、抗体或抗原等生物活性物质的研究和应用是个庞大而又十分活物活性物质的研究和应用是个庞大而又十分活跃的领域，已经广泛用于分析、诊断，尤其是跃的领域，已经广泛用于分析、诊断，尤其是微量、快速、精确的诊断、控制和调理方面，微量、快速、精确的诊断、控制和调理方面，而且在纯化、分离某些特定的分子、蛋白质，而且在纯化、分离某些特定的分子、蛋白质，乃至活的细胞上
79、也卓有成效，并可用于查明病乃至活的细胞上也卓有成效，并可用于查明病因。因。 在高分子尤其是在聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇在高分子尤其是在聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇等合成纤维上引进等合成纤维上引进5-5-硝基呋喃基丙烯醇等各种抗硝基呋喃基丙烯醇等各种抗菌剂或高分子与多种金属的络合物又可形成一类菌剂或高分子与多种金属的络合物又可形成一类新的抗菌高分子材料，它们已被用作缝线、长期新的抗菌高分子材料，它们已被用作缝线、长期植入体内的导管以及作烧伤敷料以保护和促进伤植入体内的导管以及作烧伤敷料以保护和促进伤口的愈合。这些高分子材料还可以制成防菌、防口的愈合。这些高分子材料还可以制成防菌、防酶的各种织物、净化膜和涂
80、料等。酶的各种织物、净化膜和涂料等。还有一类本身就具有生物活性的含阴离子高还有一类本身就具有生物活性的含阴离子高分子，或简称为聚阴离子，如聚羧酸类高分子在分子，或简称为聚阴离子，如聚羧酸类高分子在生物体内可诱发产生干扰素，具有抗病毒活性，生物体内可诱发产生干扰素，具有抗病毒活性，且能抑制肿瘤细胞的生长而对健康细胞没有影响。且能抑制肿瘤细胞的生长而对健康细胞没有影响。肝素是天然存在的含硫酸酯基和羧酸基等负离子肝素是天然存在的含硫酸酯基和羧酸基等负离子基的多糖，是极强的抗凝血剂。而后发现肝素还基的多糖，是极强的抗凝血剂。而后发现肝素还能抗有丝分裂，甚至能抑制人体免疫缺损病毒的能抗有丝分裂，甚至能抑
81、制人体免疫缺损病毒的活性。活性。生物高分子材料中的血液相溶性材料也是目生物高分子材料中的血液相溶性材料也是目前研究较多的，主要应用于抗血栓、抗凝血等方前研究较多的，主要应用于抗血栓、抗凝血等方面。血液与异物接触会出现凝血现象。所谓凝血，面。血液与异物接触会出现凝血现象。所谓凝血，就是血浆中的可溶性纤维蛋白原转变为不溶解的就是血浆中的可溶性纤维蛋白原转变为不溶解的纤维蛋白，血浆从溶胶态变为凝胶态。异物表面纤维蛋白，血浆从溶胶态变为凝胶态。异物表面对促成凝血栓塞具有决定性作用。因此，提高异对促成凝血栓塞具有决定性作用。因此，提高异物表面的抗凝血性能是研究抗凝血材料的主攻方物表面的抗凝血性能是研究抗
82、凝血材料的主攻方向。向。 药用高分子药用高分子药用高分子一般包括：(a)高分子缓释药物载体：时间控制缓释体系(如康泰克等,理想情形为零级释放)、部位控制缓释体系；(b)高分子药物：抗癌高分子药物(非靶向、靶向)、用于心血管疾病的高分子药物(治疗动脉硬化、抗血栓、凝血)、抗菌和抗病毒高分子药物、抗辐射高分子药物、高分子止血剂；(c)药物制剂和包装用高分子材料：药物制剂用高分子材料(液状制剂中的高分子增稠剂、稀释剂、分散剂和消泡剂;固体制剂中的高分子粘合剂、包衣剂和涂膜剂、微胶囊等。)依照材料的来源分依照材料的来源分，包括天然高分子药物缓释材料和合包括天然高分子药物缓释材料和合成高分子药物缓释材料
83、两大类。成高分子药物缓释材料两大类。按生物降解的性能来分按生物降解的性能来分，包括生物降解型和非生物降解包括生物降解型和非生物降解型两类。型两类。根据制剂形态分根据制剂形态分，有微胶囊型、微球型、植入片型、包有微胶囊型、微球型、植入片型、包衣型、水凝胶型和薄膜型等。衣型、水凝胶型和薄膜型等。根据高分子材料和活性药物的结合形态分根据高分子材料和活性药物的结合形态分，又有包裹型、又有包裹型、混合型和共价键连接型。混合型和共价键连接型。扩散控制体系扩散控制体系是药物通过扩散运动通过高分子膜或高是药物通过扩散运动通过高分子膜或高分子溶胀体系进入人体组织或系统，这是目前采用最广分子溶胀体系进入人体组织或
84、系统，这是目前采用最广泛的药物缓释形式；泛的药物缓释形式；化学反应控制体系化学反应控制体系是通过小分子药物与高分子骨架之是通过小分子药物与高分子骨架之间连接键的分解速度来控制，它包括两种形式间连接键的分解速度来控制，它包括两种形式降解降解体系和侧链分解体系；体系和侧链分解体系；溶剂活化体系溶剂活化体系中，控制药物释放的是所用溶剂对药物中，控制药物释放的是所用溶剂对药物分子的溶解作用、对高分子载体的溶胀作用和药物分子分子的溶解作用、对高分子载体的溶胀作用和药物分子的扩散作用等综合作用的结果；的扩散作用等综合作用的结果；磁性药物控制释放体系磁性药物控制释放体系将药物与磁性微粒混合，共同将药物与磁性
85、微粒混合，共同包埋在聚合物微型载体内，所载药物在外磁场的作用下包埋在聚合物微型载体内，所载药物在外磁场的作用下控制释放。控制释放。 医疗功能高分子的问世到广泛应用，促进了医疗功能高分子的问世到广泛应用，促进了医学特别是临床医学的发展。但是，作为材料，医学特别是临床医学的发展。但是，作为材料，无论是天然的还是无论是天然的还是 合成的，无论从本身的性能合成的，无论从本身的性能和生物功能，尚不能与人体自身器官组织相比。和生物功能，尚不能与人体自身器官组织相比。 当前国际上发展的前沿趋势是医疗功能材料当前国际上发展的前沿趋势是医疗功能材料的的“生物化生物化”，即将生物体的组织、细胞或活，即将生物体的组织、细胞或活性物质通过生物活性生长于活性材料中，制成性物质通过生物活性生长于活性材料中，制成“生物杂化材料生物杂化材料”，使其更接近于人体的天然，使其更接近于人体的天然性能和生物功能。性能和生物功能。
