化学功能高分子材料是一类具有化学反应功能的高分子材料，它是以高分子链为骨架并连接具有化学活性的基团构成。化学功能高分子材料很多，择要介绍如下。

1.离子交换树脂

离子交换树脂是一类能显示离子交换功能的高分子材料。在其大分子骨架的主链上带有许多化学基团，这些化学基团由两种带有相反电荷的离子组成：一种是以化学键结合在主链上的固定离子，另一种是以离子键与固定离子相结合的反离子。反离子可以被离解成为能自由移动的离子，并在一定条件下可与周围的其他同类型离子进行交换。离子交换反应一般是可逆的，在一定条件下被交换上的离子可以解吸，使离子交换树脂再生，因而可反复利用。离子交换树脂品种繁多，分类方法也不统一，一般根据交换基团的种类、作用通常分为以下5类：

强酸型阳离子交换树脂—R（苯环上的取代基，以下类同）：-SO₃H

弱酸型阳离子交换树脂—R：-COOH，-PO₃H₂，-OH，-P0₂H₂，-ASO₃H₂，-SeO₃H

强碱型阴离子交换树脂—R: ≡N⁺X^-,≡P⁺X^-,≡S⁺X^- (X为卤素）

弱碱型阴离子交换树脂—R：-CONH(CH₂)₃N(CH₃)₂，-CH₂NCH₃(C₂H₅OH)₂

两性离子交换树脂—R：-SO₃H⁺N⁺(CH₃)₃X^-

1.1离子交换树脂的合成原理与方法

树脂的合成属于高分子合成的一个分支，大部分内容涉及大分子功能基反应，实际上是将比较成熟的有机化学反应推广到交联的高分子化合物上去，所以合成上的大多数问题，可以说是技术工艺问题。在聚合物的形成过程里，如果使用致孔剂，得到的产品为大孔型树脂；如果不添加致孔剂，得到的产品属凝胶型树脂。聚合物生成的方法，也就是高分子化学上常用的加聚、逐步共聚两种聚合方法。

(1)加成聚合以具有双键的单体和带有两个以上双键的单体作为交联剂，在引发剂存在下，在含有分散剂的水介质中，经搅拌、加热进行悬浮共聚合后即可得到聚合物。常用的引发剂是0,5％～1.0％单体质量的过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈；分散剂一般是0.1％～0.5％的水解度约为88％的聚乙烯醇或0.5％～1.0％的照相级明胶、氯化钠水溶液。水相与单体的比例为2～4:1磷酸镁、碳酸镁、磷酸钙也都可以用做分散剂；对于甲基丙烯酸也可以用可溶性淀粉做分散剂。如果用甲基丙烯酸与二乙烯苯或甲基丙烯酸乙二醇酯作交联剂，则直接得到酸性阳树脂，如国产的弱酸101#、上海树脂厂的724、美国的AmberliteIRC-50等；如果改用丙烯酸制备，产品为弱酸110或AmberliteIRC-84。

(2）逐步共聚合逐步共聚合有时也称缩聚反应。参加反应的两个或两个以上带有功能基的单体，通过功能基之间的相互作用而进行反应，析出低分子物如水或卤化氢等，但也有生成低聚物或不析出低分子物的。以苯酚类为例，苯环上有3个可以进行反应的活性点，是具有3个功能基的单体。它与带羰基的甲醛等反应，缩去一分子水，得到类似酚醛树脂的一系列聚合物。这类树脂过去用本体聚合，即将单体经过加热而固化得到聚合物，然后研磨、过筛，选取大小合适的无定形颗粒。由于树脂颗粒不易研磨及无定形颗粒有很多缺点，现在多半改进为在分散剂，如邻二氯苯或变压器油中进行悬浮分散缩聚，直接得到小圆球。

另外，制备树脂常采用产率较高、效果较好的有机化学功能基反应，选用良溶剂，以强化反应条件。但是高分子上的功能基反应，在反应速率及产率上往往比低分子反应略差。尽管这样，它仍是合成树脂的主要手段，是各种阴、阳、螯合、氧化还原、生化活性、光活性等树脂发展的基础。

1.2离子交换树脂的合成实例

以带氨基的阴离子交换树脂的生产为例，其广泛用于水处理，尤其是纯水、超纯水的制备；也可用于催化剂、脱色剂的制备及铀抽取、氮基配分离、色层分析等许多领域。带氨基的阴离子交换树脂的生产分两步进行：

(1)共聚珠体的合成以苯乙烯、二乙烯基苯为单体，在引发剂作用下，经自由基共聚合成苯乙烯一二乙烯基共聚珠体。

(2)氨基的阴离子交换树脂的合成苯乙烯-二乙烯基悬浮共聚珠体在氯化锌的作用下，在二氯乙烷溶剂中与氯甲基醚反应，使共聚珠体的苯环上引入氯甲基制成“氯球”，然后胺化得产品。反应式如下：
氯甲基化反应：

生产工艺流程参见图9-1。

图9-1带氨基的阴离子交换树脂生产工艺流程图

将共聚珠体和氯甲基甲醚投入反应釜D 101中，搅拌并升温至80～85℃反应约2h，降温至40℃后加氯化锌，反应完后通过过滤器M101过滤，抽除氯甲醚残液，并通过气流干燥器L101充分干燥，将上述反应产物氯球和纯苯投入胺化釜D102中，膨胀数小时。体系升温至50～60℃，滴加三甲胺溶液充分反应。反应完全后经过离心机L102离心、干燥器L103干操，然后在稀释釜D103中用食盐水浸泡，调节pH值，冲洗、过滤、干燥后包装。