功能高分子材料

一、按照功能分類

（1）化學功能

離子交換樹脂、螯合樹脂、感光性樹脂、氧化還原樹脂、高分子試劑、高分子催化劑、高分子增感劑、分解性高分子，電子交換樹脂.

（2）物理功能

導電性高分子（包括電子型導電高分子、高分子固態離子導體、高分子半導體）、高介電性高分子（包括高分子駐極體、高分子壓電體）、高分子光電導體、高分子光生伏打材料、高分子顯示材料、高分子光致變色材料等.

（3）複合功能

高分子吸附劑、高分子絮凝劑、高分子表面活性劑、高分子染料、高分子穩定劑、高分子相溶劑、高分子功能膜和高分子功能電極等.

（4）生物、醫用功能

抗血栓、控制藥物釋放和生物活性等 .

二、按照功能特性分類

1.分離材料和化學功能材料

2.電磁功能高分子材料

3.光功能高分子材料

4.生物醫用高分子材料

離子交換樹脂：它是最早工業化的功能高分子材料。經過各種官能化的聚苯乙烯樹脂，含有H 離子結構，能交換各種陽離子的稱為陽離子交換樹脂，含有OH一離子結構能交換各種陰離子的稱為陰離子交換樹脂。它們主要用於水的處理。離子交換膜還可以用於飲用水處理、海水淡化、廢水處理、甘露醇、檸檬酸糖液的鈍化、牛奶和醬油的脫鹽、酸的回收以及作為電解隔膜和電池隔膜。

高分子催化劑：催化生物體內多種化學反應的生物酶屬於高分子催化劑。它具有魔法般的催化性能，反應在常溫、常壓下進行，催化活性極高，幾乎不產生副產物。近十年來，國內外多有研究用人工合成的方法模擬酶，將金屬化合物結合在高分子配體上，開發高活性、高選擇性的高效催化劑，這種高分子催化劑稱為高分子金屬催化劑。已有的研究工作表明，高分子金屬催化劑對加氫反應、氧化反應、硅氫加成反應、羰基化反應、異構化反應、聚合反應等具有很高的催化活性和選擇性，而且易與反應物分離，可回收重複使用。

導電高分子材料

複合型導電高分子材料是以有機高分子材料為基體，加入一定數量的導電物質(如炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉、金屬纖維、金屬氧化物等)組合而成。該類材料兼有高分子材料的易加工特性和金屬的導電性。與金屬相比較，導電性複合材料具有加工性好、工藝簡單、耐腐蝕、電阻率可調範圍大、價格低等優點。

與金屬和半導體相比較，導電高分子的電學性能具有如下特點：

1.通過控制摻雜度，導電高分子的室溫電導率可在絕緣體-半導體-金屬態範圍內變化。目前最高的室溫電導率可達105S/cm，它可與銅的電導率相比，而重量僅為銅的1/12；

2.導電高分子可拉伸取向。沿拉伸方向電導率隨拉伸度而增加，而垂直拉伸方向的電導率基本不變，呈現強的電導各向異性；

3.儘管導電高分子的室溫電導率可達金屬態，但它的電導率-溫度依賴性不呈現金屬特性，而服從半導體特性；

4.導電高分子的載流子既不同於金屬的自由電子，也不同於半導體的電子或空穴，而是用孤子、極化子和雙極化子概念描述。

應用主要有電磁波屏蔽、電子元件(二極體、晶體管、場效應晶體管等)、微波吸收材料、隱身材料等。

高分子功能膜的分類

(1)反滲透膜

反滲透膜主要是不對稱膜、複合膜和中空纖維膜。不對稱膜的表面活性層上的微孔很小（約2nm），大孔支撐層為海綿狀結構；複合膜由超薄膜和多孔支撐層等組成。超薄膜很薄，只有0.4mm，有利於降低流動阻力，提高透水速率；中空纖維反滲透膜的直徑極小，壁厚與直徑之比比較大，因而不需支持就能承受較高的外壓。

反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、聚醯胺、聚苯並咪唑、磺化聚苯醚等。醋酸纖維素膜透水量大，脫鹽率高，價格便宜，應用普遍。芳香聚醯胺膜具有優越的機械強度，化學性能穩定，耐壓實，能在pH值4-10的範圍內使用。聚苯並咪唑反滲透膜則能耐高溫，吸水性好，適用於在較高溫度下的作業。反滲透裝置已成功地應用於海水脫鹽，並達到飲用級的質量。

海水淡化的原理是利用只允許溶劑透過，不允許溶質透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。用RO(Reverse Osmosis )進行海水淡化時，因其含鹽量較高，除特殊高脫鹽率膜以外，一般均須採用二級RO淡化。但是海水脫鹽成本較高，主要用於特別缺水的中東產油國，例如2012年統計數據世界最大的海水淡化廠就位於沙烏地阿拉伯。

(2)超濾膜

超濾膜是指具有從1-20nm細孔的多孔質膜，它幾乎可以完全將含於溶液中的病毒、高分子膠體等微粒子截留分離。超濾膜的分離性能就是用它所截留物質的分子量大小來定義的。超濾膜分離技術主要用於分離溶液中的大分子、膠體微粒。通過膜的篩分作用將溶液中大於膜孔的大分子溶質截留，是溶質分子與小分子溶劑分離的膜過程。

(3)微濾膜

微濾膜是指孔徑範圍為0.01-10μm的多孔質分離膜，它可以把細菌、膠體以及氣溶膠等微小粒子從流體中比較徹底地分離除去。流體中含有粒子的濃度不同，微濾膜的使用方式也不同。當濃度較低時，常常使用一次性濾膜；當濃度較高時，需要選擇可以反覆使用的膜。

(4)氣體分離膜

氣體分離中常用的高分子膜，是非對稱的或複合膜，其膜表層為緻密高分子層，即非多孔高分子膜。這種膜材料需要具有優良的滲透性。

(5)催化膜

在膜反應器中，利用膜的載體功能將催化劑固定在膜的表面或膜內來製備催化膜。有些膜材料本身就具有催化活性。在反應涉及加氫、脫氫、氧化以及與氧的生成有關的體系時，則常採用金屬膜、固體電解質膜，這些膜具有選擇性透過氫和氧的能力。隔膜催化技術有效性的主要特徵是生產率和選擇率。生產率是由通過隔膜以及隔膜表面上反應物和生成物的分離率來決定的。

高分子吸附劑

吸附性高分子材料主要是指那些對某些特定離子或分子有選擇性親和作用的高分子材料，從外觀形態上看，主要有微孔型、大孔型、米花型和大網狀樹脂幾種。吸附樹脂的吸附性不僅受到結構和形態等內在因素的影響，還與使用環境關係密切：溫度因素，樹脂周圍的介質.

（1）吸水性高分子

高吸水性樹脂的研究始於60年代，世界上最早開發的一種高吸水性樹脂是澱粉-丙烯氰接枝共聚水解產物，即在澱粉上接枝丙烯腈然後水解而成。

通常情況下，纖維素類高吸水性樹脂的吸水能力比澱粉類樹脂低，但是吸水速度快是其特點之一，在一些特殊情況下卻是澱粉類樹脂所不能取代的。

高吸水性樹脂的結構特徵：

1.分子中具有強親水性基團，如羥基、羧基，能夠與水分子形成氫鍵；

2.樹脂具有交聯結構；

3.聚合物內部具有較高的離子濃度；

4.聚合物具有較高的分子量

（2）吸油性高分子

高吸油性樹脂是一種新型的功能高分子材料，對於不同種類的油，少則可吸自重的幾倍，多則近百倍,吸油量大、吸油速度快且保油能力強，在工業的廢液處理以及環境保護方面具有廣泛的用途。另外可作橡膠改性劑、油霧過濾材料、芳香劑和殺蟲劑的基材、紙張添加劑等。

高吸油性樹脂的結構特徵：高分子之間形成一種三維的交聯網狀結構，材料內部具有一定微孔結構。由於分子內親油基的鏈段和油分子的溶劑化作用，高吸油性樹脂發生膨潤。基於交聯的存在，該樹脂不溶於油中。由此可見，交聯度和親油性基團與高吸油性樹脂的性能有密切關係。

（3）其他高分子吸附劑

聚丙烯醯胺分類聚丙烯醯胺產品簡介：聚丙烯醯胺（PAM）為水溶性高分子聚合物，不溶於大多數有機溶劑，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的磨擦阻力，按離子特性分可分為非離子、陰離子、陽離子和兩性型四種類型。

陰離子聚丙烯醯胺（APAM）產品描述：陰離子聚丙烯醯胺（APAM）外觀為白色粉粒，分子量從600萬到2500萬水溶解性好，能以任意比例溶解於水且不溶於有機溶劑。有效的PH值範圍為7到14，在中性鹼性介質中呈高聚合物電解質的特性，與鹽類電解質敏感，與高價金屬離子能交聯成不溶性凝膠體。

工業廢水處理：對於懸浮顆粒，較出、濃度高、粒子帶陽電荷，水的PH值為中性或鹼性的污水，鋼鐵廠廢水，電鍍廠廢水，冶金廢水，洗煤廢水等污水處理，效果最好。飲用水處理：我國很多自來水廠的水源來自江河，泥沙及礦物質含量高，比較渾濁，雖經過沉澱過濾，仍不能達到要求，需要投加絮凝劑，投加量是無機絮凝劑的1/50，但效果是無機絮凝劑的幾倍，對於有機物污染嚴重的江河水可採用無機絮凝劑和陽離子聚丙烯醯胺配合使用效果更好。陰離子聚丙烯醯胺，使澱粉微粒絮凝沉澱，然後將沉澱物經壓濾機壓濾變成餅狀，可作飼料，酒精廠的酒精也可採用陰離子聚丙烯醯胺脫水，壓濾進行回收。用於河水泥漿沉降。用於造紙干強劑。

用於造紙助劑、助率劑。在造紙前泵口式儲漿池中加入微量PAM-LB-3陰離子聚丙烯醯胺可使水中填料與細小纖維在網上存留提高20-30%。每噸可節約紙漿20-30kg。

舉例：在洗煤過程中產生大量廢水，直接排放污染環境，必須沉清后循環利用，回收水中煤泥，也很有價值，但靠自然沉降，費時費力，同時水也不清。

另外，陰離子聚丙烯醯胺在制香行業的應用也越來越受歡迎，陰離子聚丙烯醯胺產品特點：具溶解性好，粘度高，韌性強，易燃無（少）煙、燃燒無異味、無毒等特點；產品性能穩定，避免了其它植物膠粉和普通澱粉因產地、時間不同，粘結質量參差不齊，在香業生產時需要反覆調試配方，以免造成產品質量不穩定的現象；香製品外表光潔平整、成型好、不易破碎；尤其是其冷水可糊化性，無需煮糊，將物料直接混和均勻、加水攪拌既可生產，而且加水混合后的物料較長時間放置也不會有物料干硬無法使用的現象發生，有效地節約了能源和方便了生產操作。

使用效果：使用本產品做成的香坯（香製品）外觀平整、無斷裂、無霉斑，抗折力強，產品成色好、烘曬后不褪色，燃點時間足，可燃性好，過鐵齒盤不“斷頭”熄火，有利於蚊香有效成份的揮散率的提高及可減少成品在烘乾過程中的損失，同時，可大大減輕工人的勞動強度、提高工作效率。此外，本品對環境無污染，可滿足綠色環保方面對產品的要求。

經濟效益：使用本產品可減少原料成本5—12%,節約能耗20—30%。

陽離子聚丙烯醯胺

陽離子聚丙烯醯胺（CPAM）產品特性：陽離子聚丙烯醯胺（CPAM）外觀為白色粉粒，離子度從20%到55%水溶解性好，能以任意比例溶解於水且不溶於有機溶劑。呈高聚合物電解質的特性，適用於帶陰電荷及富含有機物的廢水處理。適用於染色、造紙、食品、建築、冶金、選礦、煤粉、油田、水產加工與發酵等行業有機膠體含量較高的廢水處理，特別適用於城市污水、城市污泥、造紙污泥及其它工業污泥的脫水處理。

用途

1.用於污泥脫水根據污泥性質可選用本產品的相應型號，可有效在污泥進入壓濾之前進行污泥脫水，脫水時，產生絮團大，不粘濾布，壓濾時不散，流泥餅較厚，脫水效率高，泥餅含水率在80%以下。

2.用於生活污水和有機廢水的處理，本產品在配性或鹼性介質中均呈現陽電性，這樣對污水中懸浮顆粒帶陰電荷的污水進行絮凝沉澱，澄清很有效。如生產糧食酒精廢水，造紙廢水，城市污水處理廠的廢水，啤酒廢水，味精廠廢水，製糖廢水，有機含量高 廢水、飼料廢水，紡織印染廢水等，用陽離子聚丙烯醯胺要比用陰離子、非離子聚丙烯醯胺或無機鹽類效果要高數倍或數十倍，因為這類廢水普遍帶陰電荷。

3.用於以江河水作水源的自來水的處理絮凝劑，用量少，效果好，成本低，特別是和無機絮凝劑複合使用效果更好，它將成為治長江、黃河及其它流域的自來水廠的高效絮凝劑。

4.造紙用增強劑及其它助劑。提高填料、顏料等存留率、紙張的強度。

5.用於油田經學助劑，如粘土防膨劑，油田酸化用稠化劑。

6.用於紡織上漿劑、漿液性能穩定、落漿少、織物斷頭率低、布面光潔。

包裝與貯存

本品無毒，注意防潮、防雨，避免陽光曝晒。貯存期：2年,25kg紙袋（內襯塑料袋外為貼塑牛皮紙袋）。

丙烯醯胺單體生產技術

丙烯醯胺單體的生產時以丙烯腈為原料，在催化劑作用下水合生成丙烯醯胺單體的粗產品，經閃蒸、精製后得精丙烯醯胺單體，此單體即為聚丙烯醯胺的生產原料。

丙烯腈+(水催化劑/水) →合 →丙烯醯胺粗品→閃蒸→精製→精丙烯醯胺

按催化劑的發展歷史來分，單體技術已經歷了三代：

第一代為硫酸催化水合技術，此技術的缺點是丙烯腈轉化率低，丙烯醯胺產品收率低、副產品低，給精製帶來很大負擔，此外由於催化劑硫酸的強腐蝕性，使設備造價高，增加了生產成本；

第二代為二元或三元骨架銅催化生產技術，該技術的缺點是在最終產品中引入了影響聚合的金屬銅離子，從而增加了后處理精製的成本；第三代為微生物腈水合酶催化生產技術，此技術反應條件溫和，常溫常壓下進行，具有高選擇性、高收率和高活性的特點，丙烯腈的轉化率可達到100%，反應完全，無副產物和雜誌，

產品丙烯醯胺中不含金屬銅離子，不需進行離子交換來出去生產過程中所產生的銅離子，簡化了工藝流程，此外，氣相色譜分析表明丙烯醯胺產品中幾乎不含遊離的丙烯腈，具有高純性，特別適合製備超高相對分子質量的聚丙烯醯胺及食品工業所需的無毒聚丙烯醯胺。