功能高分子材料罗祥林主编思考题.docx

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功能高分子材料罗祥林主编思考题

功能高分子材料（罗祥林-主编）思考题

功能高分子思考题

第一章绪论

1．什么是功能高分子或功能高分子材料？

功能高分子的特点有哪些？

与常规的聚合物相比具有明显不同的物理化学性能，并且具有某些特殊功能（如化学活性、光敏性、导电性等）的聚合物大分子都属于功能高分子材料。

特点：

a.产量小、产值高、制造工艺复杂；

b.具有与常规聚合物明显不同的物理化学性能，并具有某些特殊功能；

c.既可以单独使用，也可以与其他材料复合制作成结构件，实现结构

/功能一体化。

2．试述功能高分子、特种高分子、精细高分子之间的区别和联系。

特种高分子：

具有高强度、耐冲击、耐高温、特优电绝缘性能或兼而有之的

一类高分子。

精细高分子：

包括高分子化的精细化学品，和有特殊性能的功能高分子材料。

3．功能高分子材料应具有哪些功能？

物理功能（导电、超塑性、磁记录等）、

化学功能（离子交换、催化、氧化还原等）、

介于化学和物理之间的功能（吸附、膜分离、表面活性等）、

生物或生理功能（组织适应性、血液适应性、非吸附性等）。

4．按照功能划分功能高分子材料可以分哪些类别？

物理功能高分子材料、化学功能高分子材料、生物功能和医用高分子材料、其他功能高分子材料。

5．按照性质和功能划分，功能高分子材料可以分为哪些类型？

反应型高分子、光敏型高分子、电活性高分子、膜型高分子材料、吸附型高分子、高性能功能材料、高分子智能材料、医用高分子、其他功能高分子。

6．功能高分子材料的主要结构层次有哪些？

元素组成、官能团结构、链结构和分子结构、微观构象和聚集态、宏观结构。

7．在功能高分子中官能团所起的作用有哪些？

（1）官能团的性质对材料的功能性起主要作用；

（2）官能团与聚合物骨架的协同作用决定了功能高分子的功能性；

（3）聚合物骨架本身具有官能团的作用；

（4）官能团对功能高分子的功能起辅助作用。

8．在功能高分子中常见高分子效应有哪几种？

物理效应、支撑作用、模板效应、邻位效应、包络作用和半透性、其他效应。

9．举一例说明从已知结构和功能的化合物设计功能的高分子。

（选一种）西瓜含水量极高的原因是西瓜中有一种纤维素，仿照西瓜纤维素的构造可以设计超吸水性树脂，它能够吸收超越自身重量数百倍到数千倍的水分；竹子在其表皮组织有密集的纤维束，在内部这样的结构却很稀少，这样形成了一种高强度材料。

10．化学方法制备功能高分子时制备功能可聚合单体应该注意什么？

可聚合基团的选择要根据在高分子化过程中使用的聚会方法，功能性小分子的结构特点、生成功能聚合物的使用条件和所需要的性能要求等多种因素综合

b.通过调整制备工艺，可以制作各种规格的多孔性材料，使吸附剂有效

吸附面积大大增加；

c.具有一定交联度的聚合物在溶剂中溶胀后，充分扩张的三维结构又为

吸附的动力学过程提供便利条件；

d.强度高，寿命长，耐氧化，耐辐射，耐热，易再生和回收。

分类：

非离子型的高分子吸附树脂、离子型的高分子吸附树脂、金属离子配位型

的螯合树脂、亲水性的高分子吸水剂、亲油性的高分子吸油剂、离子交换

膜、高分子电解质絮凝剂。

1.试分析影响吸附分离功能的因素有哪些？

内因：

（1）聚合物的化学组成（基本元素的影响、官能团的影响）

（2）聚合物链结构和超分子结构

（3）吸附树脂的宏观结构

外因：

温度、周围介质的影响、pH值。

其他：

流动相的流速、溶液粘度、被吸附物质的扩散系数等动力学因素。

2.吸附分离高分子致孔的方法有哪些？

各有什么特点？

（1）惰性溶剂致孔：

（2）线形高分子致孔：

（3）后交联成孔：

（4）无极纳米微粒致孔：

3.物理相互作用吸附物质的吸附树脂可分为非极性、中极性和强极性三类，它们各有什么特点，对它们的制备各举一例。

（1）非极性：

主要通过范德华力从水溶液中吸附具有一定疏水性的物质。

以聚苯乙烯和二乙烯苯共聚得到的吸附树脂为非极性吸附树脂。

（2）中极性：

从水中吸附物质，除范德华力外，也有氢键的作用。

中极性单体聚合得到，如聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯。

（3）强极性：

主要是通过氢键与偶极-偶极相互作用对吸附物质进行吸附。

含氰基的吸附树脂，可由悬浮聚合法合成，如将DVB与丙烯腈共聚，得到含氰基的树脂。

4.什么是离子交换树脂？

阳离子交换树脂和阴离子交换树脂分别含有哪些官能团？

离子交换树脂，又称为离子交换与吸附树脂，是指在聚合物骨架上含有离子交换基团，能够通过静电引力吸附反离子，并通过竞争吸附使原被吸附的离子被其他离子所取代，从而使物质发生分离的功能高分子材料。

阳离子：

-SO3H、-COOH、-PO3H2、-AsO3H2等。

阴离子：

-N+（CH3）3、-N+（CH3）2CH2CH2OH等。

5.以交联聚苯乙烯为骨架如何分别在苯环上引入阳离子交换基团和阴离子交换基团？

（没有标准答案，大家自己斟酌一下）

阳离子：

首先合成聚苯乙烯-二乙烯苯小球，然后用溶胀剂溶胀聚苯乙烯进行

磺化反应。

P21

阴离子：

大部分强碱性阴离子交换树脂是从聚苯乙烯-二乙烯苯共聚物小球出

发，经氯甲基化和胺化反应制得。

P23

6.表征离子交换树脂物理性能指标有哪些？

粒度、密度、孔性能指标、比表面积、含水量。

7.含有Fe3+、Ca2+、Mg2+、Na+的被处理液自上而下通过H+型强酸阳离子交换树脂柱，达到贯流点的标志是什么？

为什么？

（没找到答案0.0）

标志：

原因：

8.离子交换树脂有哪些主要功能？

试述离子交换树脂的用途。

（1）主要功能：

离子交换功能、催化功能、吸附功能、脱水功能、脱色功能。

（2）用途：

水处理、环境保护、海洋资源利用、冶金工业、原子能工业、食品工业、化学合成。

9.试分析影响高吸水性树脂吸水性能的结构因素。

高吸水性树脂有哪些应用？

（1）结构因素：

P39-40

（2）应用：

P43

10.有哪些环境因素会影响高吸水性树脂吸水性能。

高吸油性树脂有哪些应用？

（1）环境因素：

P39-40

（2）应用：

P45

11.影响高吸油性树脂吸油性能的因素有哪些？

因素：

P44

第二章反应型功能高分子

1.什么是反应型功能高分子材料？

简述其原理和应用领域。

反应型功能高分子材料是指具有化学活性、能够参与或促进化学反应进行的高分子材料，主要包括高分子化学反应试剂和高分子催化剂。

原理：

应用领域：

2.制备反应型功能高分子的有机聚合物载体应满足什么要求？

反应型功能高分子的特点有哪些？

反应型功能高分子主要有哪两大类？

要求：

（1）不溶于普通有机溶剂，但能够溶胀；

（2）物理机械性能好，有适当的刚性和柔性，不易破损；

（3）容易功能基化，功能基早高分子骨架上分布均匀；

（4）聚合物的功能基容易与反应试剂接近；

（5）在反应过程中不发生副反应；

（6）能通过简单、经济和转化率高的反应进行再生。

特点：

（1）化学和物理稳定性好；

（2）试剂和催化剂容易分离和可回收利用；

（3）稀释效应和浓缩效应；

（4）实现连续化和自动化操作；

（5）避免副反应和提高产率。

分类：

高分子化学反应试剂、高分子催化剂。

3.从化学反应的角度可以将高分子化学反应试剂分成哪两类？

它们在进行反应时有何不同？

分类：

高分子承载的反应底物

（1）、高分子承载的小分子试剂

（2）。

不同：

（1）将普通的反应底物通过适当的化学反应固载到聚合物上，然后用这

种高分子承载的反应底物与小分子化学反应试剂得到高分子承载的

产物，再用一定的化学反应方法将产物从高分子载体上解脱下来，

除去载体，经简单纯化得到所需要的产物。

（2）将小分子试剂通过适当的化学反应固载到聚合物上，然后用这种高

分子承载的试剂与小分子进行计量反应以获得产物。

4.氧化还原型高分子试剂活性中心一般含有哪五种结构类型？

作为高分子氧化剂的高分子硒试剂与小分子有机硒相比具有哪些优点？

结构类型：

氢醌或酮式结构、硫醇或硫醚结构、吡啶结构、二茂铁结构、多

核杂环芳烃结构。

优点：

消除了毒性和令人讨厌的气味；具有良好的选择氧化性。

5.在高分子转递试剂中列举三种以上高分子试剂的制备方法，并分析各种制备方法的特点。

6.在高分子转递试剂中列举三种以上高分子试剂的化学反应，并分析反应机理和特点。

7.简述固相合成过程。

高分子固相载体必须满足的要求有哪些？

合成：

首先，含有双官能团或多官能团的低分子有机化合物A以共价键的形式与

带有活性基团的X的高分子载体相连接；

然后，这种一端与高分子骨架相接，另一端的官能团处在游离状态的中间

产物能与其他小分子试剂进行单步或多步反应，生成化合物A-B；

最后，将合成好的化合物通过水解从载体上释放下来。

要求：

（1）在反应介质中不溶解，不参与化学反应，是化学惰性的；

（2）在反应介质能很好地溶胀；

（3）载体上的活性基团与反应物的反应活性高；

（4）载体与反应物形成的键在反应过程中、温和条件下稳定，但反应完成

后容易离解。

8.简述多肽固相合成的步骤，并说明在此过程中高分子酰基化试剂所起的作用。

（P58自行斟酌吧！

）

合成：

首先，使氨基保护的氨基酸与氯苄反应构成肽反应增长点；

然后，在保证生成的酯键不断裂的条件（温和酸性水解）下脱下保护基

R，再与另一种氨基酸（氨基被保护）反应形成酰胺键。

如此反

复，就可以得到预定结构的多肽；

最后，用合适的酸（HBr与CH3COOH的混合液或CF3COOH与HF的混合

液）水解除去端基保护基并断开载体与多肽之间的酯键。

作用：

9.请说明使用高分子试剂保护法制备对称二醇单醚的反应过程，写出相关反应式。

P61

10.常见的高分子催化剂有哪些？

与同种小分子催化剂相比有哪些优势？

（大概范围P63）

11.列举几种高分子酸碱催化的有机反应。

（具体答案见P64）

酸催化：

（1）酯化反应；

（2）缩合反应。

碱催化：

（1）水解反应；

（2）缩合反应。

12.高分子金属络合物催化剂可以用哪些方法获得？

通过化学结合的高分子金属络合物催化剂有哪三种结构？

方法：

P65

结构：

单配位、分子内螯合、分子间交联。

13.列举一些高分子金属络合物催化剂催化的有机反应。

（具体答案见P65-67）

（1）氧化反应；

（2）加氢反应；

（3）烯烃聚合；

（4）烯烃的其他反应；

（5）卤代烃酰化。

14.什么是相转移催化剂？

举例说明高分子相转移催化剂催化的反应。

相转移催化剂一般是指在反应中能与阴离子形成离子对，或者与阳离子形成

配合物，从而增加这些离子型化合物在有机相中的溶解度的物质。

例子：

P68第三段

15.酶固定化方法有哪些？

各有什么优缺点？

固定化酶的应用领域主要有哪些？

方法：

P70-71

优缺点：

P70-71

应用：

P72

第三章光功能高分子材料

1.名词解释：

光功能高分子材料、光量子效率、激基缔合物、活性稀释剂、光刻胶、正性胶、负性胶、光力学功能高分子材料、高分子非线性光学材料。

光功能高分子材料：

在光的作用下能够产生某些特殊物理或化学性能变化的高

分子材料。

光量子效率：

物质分子每吸收单位光强度后，发出的荧光（或磷光）强度与入

射光强度的比值。

激基缔合物：

处在激发态的分子和同种处于基态的分子相互作用，生成的分子

对。

活性稀释剂：

（P81-82小伙伴们加油！

我是找不着了，看你自己的了）

光刻胶：

感光性树脂受光的照射而产生化学反应（交联或降解）或其他结构变

化，使溶解性能发生显著变化，不溶解的树脂对底材具有抗化学腐蚀

的作用，这种感光性树脂就叫做光抗蚀剂或光刻胶。

正性胶：

光的照射使涂层发生光降解反应，导致溶解性提高，在显影时被洗去，

暗区的光刻胶被保留下来。

负性胶：

光的照射使涂层发生光交联反应，导致溶解性下降，在显影时被保留

下来，暗区的光刻胶被洗去。

光力学功能高分子材料：

光功能高分子材料在吸收光参量的能量之后，如果发

生材料的形状变化或产生运动的能力，称为光力学功能高分子材料。

高分子非线性光学材料：

光学性质依赖于入射光强度的材料。

2.利用Jablonsky图简要阐述激发态的损耗方式。

3.分别阐述均裂型引发剂和提氢型引发剂的反应机理，并各举一例。

P77-79

4.简要阐述阳离子光引发剂的反应机理。

P80

5.简述光敏涂料的主要组分及其作用。

主要组成：

预聚物、交联剂、稀释剂、光敏剂（光引发剂）、热阻剂、调色颜

料

作用：

6.常见的光固化稀释剂有哪些类型？

分别举出1~2个单官能、双官能和多官能丙烯酸酯的稀释剂，说明其特点。

类型：

单官能团活性稀释剂、

双官能团活性稀释剂、

多官能团活性稀释剂。

（P82-83）

稀释剂：

（1）单官能丙烯酸酯：

特点：

有气味、活性较低、收缩率较低、固化物柔软。

特点：

同上。

（2）双官能丙烯酸酯：

特点：

粘度小、稀释性好、活性大、柔性好、附着好。

特点：

粘度小、稀释性好、活性大、柔性好、附着好较HDDA少用。

（3）多官能丙烯酸酯：

特点：

反应不完全、硬度大、交联度高。

特点：

固体、活性大、硬度大、交联度高、收缩率大。

7.光固化的低聚物主要有哪些类型，特点如何？

类型：

不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯。

特点：

P83

8.主要的正性胶和负性胶有哪些类型？

有何特点？

（具体的还是看P86-89吧！

忠告！

！

下面的只能！

只能！

参考！

）

正性胶：

邻叠氮萘醌-酚醛树脂类、深紫外（DUV）降解类

负性胶：

聚乙烯醇肉桂酸酯类（二聚交联反应、溶剂型、含酯健、不耐强酸

和强碱）、聚酯型、环化橡胶-叠氮类（正性胶、碱式溶液显影）

9.写出聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶的结构式和交联反应方程式。

10.简述环化橡胶-叠氮类光刻胶的组成与反应机理。

（P88实在是没找到，有点相关，自行斟酌吧！

）

11.简述光导电机理及光导电高分子材料的结构特点。

机理：

P93

结构特点：

（1）主链中有较高程度的共轭双键；

（2）侧基中具有多环的芳香基；

（3）侧基带有各种取代基的芳香氨基，其中主要为咔唑基。

12.光能转换高分子功能材料主要有哪些？

光能转化为电能、光能转化为化学能、光力学功能高分子材料。

13.简述高分子材料的光致变色机理。

P99

第四章电功能高分子材料

1.载流子的概念，以及导电高分子的分类。

概念：

导体、半导体导电是通过它们中荷载电流（或传导电流）的粒子实现，这

种粒子即为载流子。

分类：

结构型（或称本征型）导电高分子、复合型（又称掺合型）导电高分子。

2.导电高分子材料的特点。

P109-110没找着，看你们自己的了0.0

3.电导型高分子的结构特征及常见的几种聚合物名称及结构。

特征：

分子内具有大的共轭π电子体系，具有跨键移动能力的π价电子成为这一

类导电聚合物的唯一载流子。

聚合物：

P111表5-1

4.掺杂的涵义及机制。

P111我笨，不行啦-.-P116是有关机制的

机制：

（1）电荷转移络合物机制；

（2）质子酸机制。

5.渗滤阀值的涵义。

P119

随导电填料含量增加，开始时导电率增加极少，当加入的导电粒子达到某一含量值后，电导率有一跳跃，剧增是个数量级以上，这个含量值就是渗滤阀值。

6.离子导电高分子的导电机理。

离子同高分子链上的极性基团络合，在电场作用下，非晶区的离子与极性基团不断发生络合—解络合过程，从而实现离子的迁移。

7.离子导电高分子对高分子基质的要求，常见的聚合物名称及结构。

要求：

（1）含有一些给电子能力很强的原子或基团,它们能与阳离子形成配位键

（2）配位中心间距离适当以便形成多元配位键

（3）高分子链足够柔顺

聚合物：

聚环氧乙烷（PEO）、聚环氧丙烷（PPO）、聚丁二酸乙二醇酯（PES）、聚癸二酸乙二醇（PEA）、聚乙二醇亚胺（PE）。

P118表5-3

8.导电复合材料的导电机理及常见性质。

P119

机理：

（1）渗流理论；

（2）隧道效应理论；（3）场致发射理论。

性质：

（下面的是XX的，不太懂，大家看着写吧！

）

导电通路理论：

导电填料浓度达到“渗滤阀值”时相互连接形成导电通路。

性质：

在某个浓度以上，复合材料的导电能力会急剧上升。

隧道导电理论：

分子在振动时，电子通过相邻导电粒子在电场作用下形成的

隧道实现定向迁移。

性质：

在导电颗粒还没有分散成网络时，就有导电能力了。

导电机理：

粒子导电：

从通过接触的导体粒子链来导电，粒子之间的接触电阻与接触数

是决定导电的关键

隧道导电机制：

把非常薄的非导体夹在导体中时，电场作用下电子仅需越过

非常低的势垒而移动的现象

开关效应：

电压与电流的关系急剧发生变化的现象

表现：

在一定温度下增加电压，在某一电压时有非导体剧变为导体；在一定

电压下升温，在某一温度区域由良导体变为绝缘体

压敏、拉敏效应：

在外场压力作用下，复合材料由高阻态转变为低阻态，称

为压敏效应，反之在拉力作用下，由低阻态转变为高阻态，则为拉敏效

应。

热敏效应：

电阻率随温度的升高而增加或降低

9.电活性高分子的特点及分类。

P126

10.电致发光高分子的发光过程和机理及典型代表。

P129-130

11.电致变色现象及主要的电致变色高分子。

P132

12.压电高分子的作用原理及主要种类。

P136

第五章生物医用功能高分子

1.对医用高分子的特殊要求有哪些？

生物相容性、特定的物理机械性能、良好的灭菌性能。

2.生物相容性包括哪两方面的内容？

各自的影响因素有哪些？

包括：

宿主反应（影响因素：

组织反应、血液反应、免疫反应）、

材料反应（影响因素：

生理活动中骨骼、关节、肌肉的机械活动；生物

电场、磁场和电解、水解和氧化作用；新陈代谢过程中的生

化反应和酶催化反应；细胞黏附与吞噬作用）。

P142

3.医用高分子的分类方法有哪些？

a.按照材料的性质：

生物惰性高分子材料和可生物降解高分子材料

b.按用途分：

治疗用高分子材料，药用高分子材料，人造器官用高分子材料等

c.来源：

天然高分子医用材料，合成高分子医用材料，含高分子的复合医用材

料

d.按材料自身的功能和特点：

生物相容性高分子材料，生物降解性，生物功能

性

4.列举至少两个惰性医用高分子，简述其结构、制备、性能及应用情况。

P145-157

5.列举至少一个天然可降解医用高分子，简述其结构、来源、性能及应用情况。

P158

6.列举至少两个合成可降解医用高分子，简述其结构、制备、性能及应用情况。

P159

第六章液晶高分子材料

1.什么是液晶？

什么是液晶高分子？

液晶：

一种兼有晶体和液体部分性质的过渡中间态，即液态晶体。

液晶高分子：

在一定条件下能以液晶相态存在的高分子。

2.液晶高分子有哪几种分类方法？

分别说明各种类型的特点。

分类：

生成条件、液晶基元所处的位置、其他（高分子链形状、高分子链的亲溶剂特性、高分子的来源、主链上是否含有芳香环）

特点：

？

？

？

这题我母鸡呀？

你们加油吧！

P173-174

3.液晶高分子的分子结构有什么特点？

什么是液晶基元？

P170

特点：

液晶基元：

4.主链型液晶高分子的结构特点是什么，列举几种溶致性主链液晶高分子和热致性主链液晶高分子。

P180

特点：

溶致性：

聚对氨基苯甲酰胺、聚均苯四甲内酰胺

热致性：

P182

5.可以通过哪些方法改变聚合物链结构来制备热致性主链液晶高分子？

P182-183

6.侧链型液晶高分子主要有哪几部分组成？

高分子主链主要有哪些类型？

组成：

高分子主链、液晶基元、间隔基。

类型：

P187-188表7-8

7.什么是侧链型液晶高分子的“柔性间隔基去偶概念”？

概念：

在主链与液晶基元之间插入足够柔顺的柔性间隔基，可以减弱两者热运动

的相互干扰，从而保证液晶基元的取向有序排列，这就是“去偶”效应。

8.甲壳型液晶高分子的结构特征。

特征：

P190

第七章高分子功能膜材料

1.什么是膜？

高分子分离膜按膜过程主要分为几类？

膜：

一种能够分隔两相界面，并以特定的形式限制和传递各种物质的二维材料。

分类：

微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、透析膜、电渗析、气体分离膜、渗

透汽化膜、液膜。

2.按膜体结构和断面形态可以将高分子分离膜分为几类？

按膜体结构分：

致密膜（又称密度膜）、多孔膜、乳化膜。

按膜的结构分：

对称膜（又称均质膜）、非对称膜

3.什么是致密膜和多孔膜，其制备方法有哪些？

（我个人觉得有问题，你们看看P201）

致密膜：

又称密度膜，通常是指孔径小于1nm的膜，多用于电渗析、反渗透、

气体分离、渗透汽化等。

多孔膜：

可分为微孔膜和大孔膜，主要用于混合物水溶液的分离，如渗透、微滤、

超滤、纳滤和亲和膜等。

4.膜分离原理主要包含的分离机理有哪些？

简述其主要的影响因素。

P205-206

机理：

筛分机制、溶解扩散机制、选择性吸附-----毛细管流动理论。

因素：

5.膜分离驱动力有哪些？

驱动力：

浓度差驱动力（透析膜）、

压力差驱动力（微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜）、

电场驱动力（电透析膜）

6.简述膜透过性能及其影响的因素。

膜透过性能：

单位时间内透过单位面积分离膜的物质的量，一般用透过率J表示。

因素：

膜材料的组成和结构、被分离物质在膜中的溶解性能、分离膜的聚集结构

和超分子结构、被透过物质的物理化学性质。

7.针对不同的分离膜，膜的分离性能主要有哪几种表示方法？

表示方法：

（1）截留率R；

（2）截留分子量；（3）分离系数α；（4）选择透过度和交换容量。

8.相转化法制备一体化非对称膜的方法有哪些？

方法：

浸没沉淀法、热沉淀法、溶剂蒸发沉淀法、蒸汽相沉淀法。

9.分离膜的主要性能指标是什么？

透过率：

指测定物质单位时间透过单位面积分离膜的绝对量。

（分离速度）

选择性：

指在同等条件下测定物质透过量与参考物质透过量之比。

（分离质量）

10.什么是LB膜和分子组装膜？

LB膜：

一种超薄有序膜，是在气-液界面上形成的分子紧密有序排列的单分子膜。

分子组装膜：

利用分子间的静电力、生物亲和力、化学吸附作用力在基材表面上

形成化学键连接的、取向紧密排列的二维甚至三维的有序单层或多层膜。

考试题型总结

填空：

1.功能高分子材料的性能必然也受到聚合物骨架的种类和形态影响。

根据形成高分子骨架的聚合物的类型，目前在功能高分子材料中主要有以下及种类型骨架得到应用，即1.聚乙烯型、聚乙烯、聚醚等为代表的饱和碳链型聚合物，其特点是链的柔性好；2.以聚酯、聚酰胺骨架为代表的聚合物，特点是强度较高；3.以多糖和肽链为代表的大分子，多数是天然高分子，或经过改造修饰的天难然高分子，