化工原料之功能聚合物是指什么及應(yīng)用領(lǐng)域
功能聚合物是指利用聚合物本身結(jié)構(gòu)或聚合物結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),引入功能基團(tuán),形成具有特殊功能的新型聚合物化工材料。該材料具有高強(qiáng)度、高彈性、高絕緣、品種等良好的物理和機(jī)械性能。多用途,產(chǎn)量小,價格昂貴,通常被稱為特殊材料,也被稱為精細(xì)聚合物材料。
近年來,高科技的發(fā)展對航天、電子、冶金、化工、醫(yī)藥等材料提出了許多新的要求。提出了許多新課題,將聚合物化學(xué)的發(fā)展提升到一個新的階段。也就是說,它已經(jīng)進(jìn)入了聚合物設(shè)計的時代。因此,有許多所謂的功能材料,如熟悉的離子交換樹脂。近年來,螯合樹脂、吸附樹脂、混合氣體分離膜、混合液體分離膜、催化聚合物催化劑、導(dǎo)電聚合物、光敏樹脂等。液晶聚合物、生物活性聚合物、聚合物醫(yī)學(xué)材料、藥物聚合物等。

功能聚合物的研究內(nèi)容一般是各種功能聚合物的合成、結(jié)構(gòu)、影響和應(yīng)用。由于功能聚合物實(shí)際上涉及化學(xué)分離、分析、催化、物理光、熱、電、磁、生物、醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)、非線性光學(xué)材料等學(xué)科,內(nèi)容豐富,在許多情況下,學(xué)科相互滲透,難以準(zhǔn)確分類,以下只是簡單的分類,簡要介紹各種功能聚合物。
具有分離功能的聚合物是最令人滿意的功能聚合物之一,也是應(yīng)用最早的聚合物材料。在硬水軟化、電子工業(yè)去離子、超純水制備、催化混合物分離、混合氣體分離、金屬豐富、血液中有毒物質(zhì)分析等行業(yè),特別是化工行業(yè)。通過貪婪、液化、冶煉等方式,尋找新的功能樹脂,取代現(xiàn)有的能耗和低效的蒸汽設(shè)備,完成血液中有毒物質(zhì)和手工化合物的分離。這些都是具有分離功能的聚合物需要討論的問題。目前,人們已經(jīng)合成了各種離子交換脂肪、螯合樹脂、吸附樹脂、混合氣體分離膜、混合液體分離膜、透析樹脂等。使用小分子試劑往往存在易燃、易爆、不易分離和回收等問題。
在許多情況下,使用聚合物試劑具有選擇性好、使用安全、可再生、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。但由于合成工藝復(fù)雜、價格昂貴、開發(fā)有限等優(yōu)點(diǎn)。然而,強(qiáng)酸陽離子交換樹脂廣泛應(yīng)用于固體酸、肽等生物活性物質(zhì)的合成。這種由樹脂負(fù)載試劑合成的方法仍在開發(fā)新的聚合物合成。例如,隨著模板聚合法的出現(xiàn),人們可以根據(jù)自己的意圖控制合成分子的序列結(jié)構(gòu),這將對生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域新合成方法的發(fā)展產(chǎn)生極其重要的影響。催化劑的使用在化學(xué)工業(yè)中起著非常重要的作用。從最早熟悉的無機(jī)金屬氧化物催化劑到平均階段的復(fù)合催化劑的轉(zhuǎn)變邁出了一大步。
高效、高選擇性催化劑的合成一直是一個非常重要的研究課題。近年來,新聚合物催化劑的出現(xiàn)正朝著這個方向發(fā)展。聚合物鏈或聚合物態(tài)的影響提高了催化劑的選擇性和活性。催化劑的聚合物化不僅提高了活性和選擇性,而且使反應(yīng)產(chǎn)物容易與催化劑分離。它不僅實(shí)現(xiàn)了催化劑在平均階段的有效性和選擇性,而且解決了催化劑在平均階段難以分離和回收的問題,甚至避免或減少了貴金屬在平均階段的損失和設(shè)備的腐蝕。目前,合成聚合物催化劑種類繁多,可用于選擇性加氫、氧化、龍基化、異構(gòu)化等。聚合物催化劑的進(jìn)一步發(fā)展正朝著模擬酶催化劑的方向發(fā)展,半合成固定酶催化劑已應(yīng)用于工業(yè)。

醫(yī)療材料和聚合物藥物的研究將給人類自身帶來巨大的好處。聚甲基丙烯酸甲酯是最早的醫(yī)療材料,如假牙、假肢等,主要用于體外材料。今天的要求是開發(fā)各種體內(nèi)材料,所以解決的主要問題是抗凝問題。未來的人工器官材料,如人工肺、人工心臟、人工腎臟等,都希望小型化、內(nèi)植化、長期使用或便攜。當(dāng)然,無毒、無生理效果、無過敏、不受歡迎是醫(yī)療材料最基本的要求。目前,有許多醫(yī)用聚合物材料,如聚醋、尼龍、聚氨酯、硅酮聚合物等。醫(yī)用材料的誕生和應(yīng)用,如人工心臟瓣膜、人工血管、人工關(guān)節(jié)、接觸眼鏡、人工心肺機(jī)血液透析機(jī)、醫(yī)用縫線、粘合劑、醫(yī)用紗布、固定材料等。
在醫(yī)學(xué)上,少量具有藥理功能的聚合物藥物被合成。隨著藥理學(xué)和聚合物化學(xué)的進(jìn)步,特別是通過新的聚合物合成方法,如模板聚合物,未來可能會合成更多具有藥理活性的聚合物藥物。更多的聚合物藥物是將小分子藥物連接到聚合物鏈,或引入聚合物鏈,或兩者結(jié)合,使藥物在體內(nèi)逐漸分解,發(fā)揮藥理作用,從而提高藥物的長期性或指定的藥物部位。使用聚合物膠囊涂層藥物,植入人體皮下藥物,如避孕藥物,也是聚合物藥物的問題。
除上述介紹外,還有光活性聚合物、有機(jī)導(dǎo)體和超導(dǎo)體、液晶聚合物和非線性光學(xué)聚合物材料。磁性聚合物材料傾斜、具有能量轉(zhuǎn)換功能的聚合物系統(tǒng)和模擬生物活性聚合物屬于功能聚合物的研究范疇。