解决办法:
减弱分子间力,降低规整性,降低Tm。
①加入体积不等的单体共聚效果:
破换规整性,增加横向尺寸,降低长径比,降低Tm;是主要采取的一类方法。
②刚性链中加入柔性链段效果:
增加分子链段的热运动能力。
③聚合单体间非线性连接效果:
采取临位或间位取代单体,增加分子横向尺寸,不易形成紧密堆砌。
2、合成①分子间作用力大、溶解度低,Tm高,需特殊方法;②界面聚合、高温溶液聚合、热氧化聚合、酯交换等;③新和成方法不断出现。
3、性质①流变性a.熔体粘度小,不像PC、PAS、PEEK等;b.适宜注塑流道长、形状复杂、特薄制品;c.改性难以加工的工程塑料,不降力学性能。
3、性质②力学性能a.拉伸强度与取向度关系密切;b.液晶态注塑产品甚至比玻纤增强的材料性能好;c.吸湿低、线膨胀小,尺寸精度极高;d.透气性低。
1.2高分子功能膜分类1.3高分子功能膜分离过程与机制膜指标:
透过性与选择性透过性:
分离速度选择性:
分离质量1、膜分离机制①过筛a.微滤、超滤膜;b.膜与被分离物质的亲水性、相容性、电负性等;c.分离过程伴有吸附、溶解、交换等。
②溶解扩散a.密度膜、反渗透膜b.极性、尺寸、形状、膜材料结晶度等。
③选择性吸附2、膜分离过程驱动力①浓度差浓度差产生渗透压。
②压力差a.膜两侧施加不同压力;b.微滤、超滤、纳滤、反渗透。
③电场驱动④化学势驱动2.1聚合物溶液的制备1、聚合物溶液制备对功能膜制备的重要性2、三种溶剂在制备高分子功能膜中的作用①良溶剂:
主溶剂,分子分散。
②溶胀剂:
成孔剂,能溶胀不能达到分子分散;成孔剂的加入量与孔隙率成正比。
③非溶剂:
相转变,成膜固化,调节溶解能力。
3、溶剂选择①一般使用溶液浓度较大(<50%);②选择溶解能力强的溶剂;③原则:
三维溶解度参数法。
2.3密度膜的制备溶液注膜、熔融拉伸、直接聚合成膜1、溶液注膜①过程:
溶液—基材铺展—溶剂挥发;②不需加入成孔剂;③聚合物的分散状态至关重要,影响分散状态的因素:
聚合物类型、浓度、温度、分子量、溶剂、储存时间④溶剂蒸发速度;⑤吸水性能及环境湿度;⑥后处理;⑦支撑物性质。
2、熔融拉伸膜①无溶剂参与;②结晶度和晶型对透过性和选择性有明显影响;③低结晶时,取向度对透过性和选择性有影响。
3、原位聚合成膜①载体上单体或单体溶液直接聚合;②适合溶剂选择困难问题;③适合界面聚合;④膜结晶时不容易控制。
2.4相转变多孔分离膜过程:
溶液—基材涂布—转变溶胶—溶剂蒸发;相转变机理:
单分散—双分散相—胶化双分散相—胶化1、干法①两种溶剂分步蒸发,沸点差>30℃;②孔径和孔隙率影响因素:
a.转为双分散相时聚合物饱和浓度与孔隙率成反比;b.C取决于两种溶剂的比例,但要兼顾膜强度、尺寸要求c.环境湿度与孔隙率成正比;d.沸点差与孔隙率成正比;e.若有两种聚合物,相容性低,孔隙率高;f.分子量大,孔隙率大,但难溶。
1、干法③制备高浓度聚合物溶液获得小孔径膜受限制;④提高分子量提高粘度;加入第二种可增加溶液粘度的聚合物;降低温度;加入胶态氧化硅微粒;可提高粘度制备平面、管状、中空纤维膜。
⑤非溶剂的浓度对孔结构的影响:
密度膜—封闭微胶囊和致密表面层—封闭、开放微孔同时存在,表面致密膜变薄—较为致密表层和开放型内层结构—表面层进一步薄化,透过率大增—无表面致密层,微滤膜。
2、湿法①在非溶剂中非溶剂与良溶剂交换;非溶剂一般是水,故名为湿法。
②实施:
a.液膜成型—不完全蒸发—非溶剂浴中交换;b.溶液成型—非溶剂浴中交换;③要求溶液粘度大(>10Pa*s);④需在溶液中加入成孔剂增加孔隙率(溶胀剂);⑤孔隙率影响因素:
a.成孔剂;b.水性质的改变;c.醇;d.温度、后处理等
3、热法①选择对特定聚合物在不同温度溶解性差异很大的溶剂;②过程:
高温溶解—降温分相—溶剂萃取;③适用极性、非极性聚合物,目前多用于聚烯烃类;④需在溶液中加入成孔剂增加孔隙率(溶胀剂)。
4、聚合物辅助成膜工艺①加入第二种聚合物完成相转变;②过程:
两种聚合物溶解—溶剂蒸发—聚合物溶出;③膜结构取决于含量与相容性;④孔径均匀、无致密层、力学性能好。
第三节光致抗蚀剂
作用原理:
对加工材料表面进行临时选择性保护。
3.1光加工工艺①材料表面涂覆保护性光刻胶;②选择性光化学处理;③溶剂溶解脱除;④腐蚀加工进行脱保护处加工;⑤剥胶。
3.2集成电路工艺硅片涂覆—掩膜—曝光—显影—刻蚀—剥胶①涂覆可溶性预聚体或者聚合物溶液涂覆后挥干溶剂②掩膜设计电路非透光材料③曝光光聚合/交联,负性光降解,正性④光源:
可见、紫外、放射线、电子束、离子束⑤其他应用:
印刷用凹板或凸板
3.3负性光刻胶①聚乙烯醇肉桂酸酯类光交联②PI类亚胺化③二元预聚物交联3.4正性光刻胶1、早期酸催化酚醛树脂加入光敏剂,效果不及负性光刻胶2、近期①集成电路集成度的要求;②深紫外光致抗蚀剂能量高、能破坏绝大多数聚合物③光线绕射、图像失真、线宽>1微米;④电子束、X射线、激光⑤高能射线,不需发色团⑥要注意掩膜的光惰性和阻隔性。
第二节非离子型吸附树脂
应用:
色谱分离的担体和固定相、污染物富集、生物材料中有效成分的提取与纯化等;极性分类:
非、弱、中、强极性;骨架分类:
聚苯乙烯类、聚丙烯酸酯类、其他类2.1聚苯乙烯-二乙烯苯交联吸附树脂二乙烯苯为交联剂、价格便宜、性能较好、便于改性;占非离子型吸附树脂骨架的80%;1、结构特点与性质①树脂的微观结构与宏观结构a.可通过二乙烯苯调节交联度,既保证孔隙率又保证机械性能;b.加入成孔剂表征高交联度条件下的孔隙率;c.大孔型树脂可在非溶胀状态下和溶胀状态下使用;d.搅拌、成孔剂的用量及类型等工艺控制宏观结构。
2.1聚苯乙烯-二乙烯苯交联吸附树脂1、结构特点与性质②树脂的极性特征a.未进行结构改造,非极性树脂,用于有机成分的吸附与富集;b.引入强极性基团,用于非极性溶剂中吸附强极性物质;c.引入中极性基团,两种条件下都可使用,但机理不同;d.非离子型树脂对离子型物质吸附性不佳,但在未解离时仍可作用。
③脱附再生过程a.可方便脱附,优越于活性炭等无机吸附剂;b.热脱附、溶剂脱附、调节pH值脱附、水蒸气脱附;
④树脂溶胀剂和使用介质a.多数聚苯乙烯型吸附树脂可在溶胀条件下使用;b.溶胀剂的选择必须根据树脂的结构与极性;c.溶胀剂的选择还要考虑与被分离物得作用、毒性等;d.非溶胀条件下使用无需考虑溶胀剂;e.在选择溶胀剂和介质时必须考虑吸附剂与被吸附物质、被吸附物质与介质、吸附剂与介质之间作用的竞争过程;例如:
吸附弱极性或非极性物质可考虑水作为介质……f.在选择溶胀剂和介质时还要考虑对树脂的不利影响。
第四节离子型高分子吸附材料离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类方法有很多种,最常用和最重要的分类方法有以下两种。
1、按交换基团的性质分类①阳离子交换树脂、阴离子交换树脂;②阳离子交换树脂可进一步分为强酸型、弱酸型两种;如R—SO3H为强酸型,R—COOH为弱酸型。
③阴离子交换树脂又可分为强碱型和弱碱型两种;如R3—NCl为强碱型,R—NH2、R—NR’H和,R—NR”2为弱碱型。
2、按树脂的物理结构分类①凝胶型分子间隙2~4nm;②大孔型几到几百nm,比表面积几百m2;③载体型液相色谱固定相,经受高压,离子交换
强酸型阳离子交换树脂的制备实例:
将1gBPO溶于80g苯乙烯与20g二乙烯基苯(纯度50%)的混合单体中。
搅拌下加入含有5g明胶的500mL去离子水中,分散至所预计的粒度。
从70℃逐步升温至95℃,反应8~10h,得球状共聚物。
过滤、水洗后于100~120℃下烘干。
即成“白球”。
强酸型阳离子交换树脂的制备实例:
将100g干燥球状共聚物置于二氯乙烷中溶胀。
加入500g浓硫酸(98%),于95~100℃下加热磺化5~10h。
反应结束后,蒸去溶剂,过剩的硫酸用水慢慢洗去。
然后用氢氧化钠处理,使之转换成Na型树脂,即得成品。
这种树脂的交换容量约为5mmol/g。
弱酸型阳离子交换树脂的制备实例:
将1gBPO溶于90g丙烯酸甲酯和10g二乙烯基苯的混合物中。
搅拌下加入含有0.05%~0.1%聚乙烯醇的500mL去离子水中,分散成所需的粒度。
于60℃下保温反应5~10h。
反应结束后冷却至室温,过滤、水洗,于100℃下干燥。
将经干燥的树脂置于2L浓度为lmol/L的氢氧化钠乙醇溶液中,加热回流约10h,然后冷却过滤,用水和稀盐酸洗涤,再用水洗涤数次,最后在100℃下干燥,即得成品。
3)强碱型阴离子交换树脂的制备强碱型阴离子交换树脂主要以季胺基作为离子交换基团,以聚苯乙烯作骨架。
制备方法是:
将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化,然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯,定量地与各种胺进行胺基化反应。
4)弱碱型阴离子交换树脂的制备用氯球与伯胺、仲胺或叔胺类化合物进行胺化反应,可得弱碱离子交换树脂。
但由于制备氯球过程的毒性较大,现在生产中已较少采用这种方法。
利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应,可制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂。
例如将交联的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或苯乙酮中溶胀,然后在130~150℃下与多乙烯多胺反应,形成多胺树脂。
再用甲醛或甲酸进行甲基化反应,可获得性能良好的叔胺树脂。
第五节高吸水性高分子材料
5.2高吸水性树脂的结构特点1、强亲水性基团①如羟基、羧基;②这些基团能够与水分子形成氢键,具有很高亲水性;2、交联结构迅速吸水、不被溶解、具有保水功能;3、离子性基团①在体系内外形成较高的指向体系内部的渗透压;②水有向体系内部扩散的趋势;③因此,较高的离子性基团的浓度有利于吸水能力提高4、较高的分子量保证机械强度与保水能力。
5.3高吸水性树脂的作用机制1、相互作用—溶胀2、水解离子化—形成渗透压①形成渗透压;②骨架反离子具有静电吸引作用,离子不易流失。
3、吸收平衡溶胀倾向——交联网络收缩4、最大吸水量达到溶胀平衡时吸水量。
5.35.4高吸水性树脂的分类根据原料来源、亲水基团引入方法、交联方法、产品形状等的不同,高吸水性树脂可有多种分类方法,如下表所示。
其中以原料来源这一分类方法最为常用。
按这种方法分类,高吸水性树脂主要可分为淀粉类、纤维素类和合成聚合物类三大类。
5.41.3医用高分子材料的特殊要求一般要求:
机械性能、稳定性、医用功能。
特殊要求:
生物学要求
医用高分子材料的特殊要求
血液相容性释义:
不凝血、不溶血;凝血:
生物体自我保护机制;凝血机理:
蛋白质吸附、结构改变、释放凝血因子①较低界面能;②表面亲水或疏水;③负电荷界面材料;④表面改性附着抗凝血物质。
2、组织相容性释义:
不刺激、不发炎、不排异、不致癌①纯净度;②化学稳定;③机械强度和表面光滑度;④采取与组织相容性好的材料进行表面复合
3、生物惰性释义:
需要长期在体内使用的材料①体液环境下不发生化学反;②不发生渗透、溶解、吸附等物理破坏;③PE、PTFE、硅橡胶、聚氨酯等。
4、可生物降解性释义:
发挥功能以后需要分解、吸收、代谢等;①体液环境下容易老化降解;②降解必须无害;③天然高分子、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚酸酐等。
1.4材料界面性质与生物相容性的关系1、影响材料生物相容性的结构因素血液相容性:
①材料与血液之间的界面张力(20~30mN/m);②材料对血液中蛋白质的吸附能力;③蛋白质在材料表面吸附后的排列;④材料与血液之间的界面能量(小);2、改善材料生物相容性的途径(界面张力、界面能)①改变材料的亲水性质(亲水或疏水);例:
聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮等;亲水性聚乙二醇、聚丙烯酰胺等接枝到聚氨酯上;接枝疏水性聚合物。
②亲水-疏水微相分离的嵌段共聚物机理:
亲水、疏水性蛋白质分别吸附不同区域,不会释放凝血因子。
举例:
嵌段聚醚-聚氨酯。
③材料表面引入生物相容性物质a.引入相容性好的合成高分子材料;b.引入肝素等生物材料。
④引入负离子、高分子驻极体⑤生物生成伪内膜第五节药用功能高分子材料广义:
高分子药物、高分子药物载体、靶向药物高分子导向材料、高分子药用制剂材料、高分子药物包装材料5.1高分子药物类型:
骨架型高分子药物;接入型高分子药物。
5.2高分子缓释制剂1、分类与缓释机理生物降解性分类:
生物降解性、非生物降解性形态分类:
微胶囊、微球、包衣、水凝胶型等机理分类:
扩散控制体系化学反应控制体系溶剂活化体系磁控制体系2、高分子药物缓释材料①非生物降解的高分子药物缓释材料a.乙烯-醋酸乙烯共聚物;b.有机硅橡胶类;c.水溶性高分子;②生物降解高分子药物缓释材料a.天然b.合成
1.2纳米效应1、表面效应①表面积极大;②表面原子数显著增加;③缺少临位粒子出现大量空位;④表面能大幅增加;⑤结果:
团聚、反应等。
2、小尺寸效应①光学效应a.吸收、反射、散射能力会发生变化;b.例如:
纳米金属粉吸收率提高呈黑色用于太阳能集热;纳米无机盐的绕射可用于透明材
料。
2、小尺寸效应②热学效应熔点显著降低③磁学效应纳米尺寸矫顽力提高100