高分子材料發(fā)展歷程綜述.doc

論高分子材料發(fā)展歷程綜述摘要 新型有機高分子材料對人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生越來越大的影響。本文簡單介紹了功能高分子材料和復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用。介紹了環(huán)境友好的綠色高分子材料的重要性， 列舉了幾種可降解高分子材料的類型及其特性， 從可降解塑料的研制方面談及充分 、 合理地利 用資源， 同時展 望綠 色高分子材料 的應(yīng) 用前景前言高分子材料的發(fā)展趨勢：高性能化，為滿足航天和航空、電子信息、汽車工業(yè)、家用電器等領(lǐng)域的需要，要求材料具有高機械性能、耐熱性、耐候性、耐久性、耐腐蝕性。高功能化，如光學(xué)功能，物質(zhì)輸送和分離功能，催化功能，生物功能和力學(xué)功能等。 復(fù)合化，博采眾長的復(fù)合材料代表了材料的發(fā)展方向。高分子材料是高性能結(jié)構(gòu)復(fù)合材料最主要的基體。精細(xì)化，現(xiàn)代電子信息技術(shù)要求材料高純化，超凈化，精細(xì)化，功能化。如有機導(dǎo)體和超導(dǎo)體，有機與高分子非線性材料，有機鐵磁體，有機半導(dǎo)體，光導(dǎo)體等。智能化，智能材料是使材料本身帶有生物具有的高級功能，如預(yù)知預(yù)告性，自我診斷，自我修復(fù)，自我增殖，認(rèn)識識別能力，刺激反應(yīng)性，環(huán)境應(yīng)答性等。正文材料是人類賴以生存和發(fā)展的物 質(zhì)基 礎(chǔ)， 是人類文明的重要里程碑 ， 當(dāng)有人將 能源 、信息和材料并列為新科技革命的三 大支柱 ，而材料 又是能源和信息發(fā)展的物 贗基礎(chǔ) ，自從合成有機高分子材料 出現(xiàn)的 耶一天起 ，人們始終在不斷地研究 、開發(fā) 行性能更優(yōu)異 、應(yīng)用更廣泛的新型材料 ， 宋滿足計算機、光導(dǎo)纖維、激光、生物工 氍、海洋 工程、空間工業(yè)和機械工業(yè)等尖 端技 術(shù)發(fā)展的需要 ，除了傳統(tǒng)的三大合成 卡 寸 料 以外，又出現(xiàn) 了高分子膜 ，具有 光、 I 、 磁等特殊功能的高分子材料 ，生物高 分 材料， 醫(yī)用高分子材料 ， 隱身材料和液 t 島分 ： 材料 等許 多新 型有機 高分子材 料。這些新型有機高分子材料在我們的 日 常q 三 活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域 l 起著越來越重要的作用。 1功能高分子材料 助能高分子材料是指既有傳統(tǒng)高分子 卡 于料的機械性能，又有某些特殊功能的高 分子材料 ，如高分子分離膜是用具有特殊 分離功能的高分子材料制成的薄膜 ，它的 特點是能夠有選擇地讓某些物 質(zhì)通過 ，而 把另外一些物質(zhì)分離掉。這類分離膜廣泛 應(yīng)用 于生活污水 、工業(yè)廢水等廢液處理以 及回收廢液 中的有用成分 ，特別是在海水 和苦成水的淡化方面已經(jīng)實現(xiàn) 了工業(yè)化 ， 在食品工業(yè) 中，分離膜可用于濃縮天然果 汁、乳制品加工、釀酒等， 分離時不需要加 熱， 并可保持食品原有的風(fēng)味 ， 未來的高分 子膜不僅可以用在物 質(zhì)的分離上，而且還 能用在各種能量的轉(zhuǎn)換上 ，如傳感膜能夠 把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成 電能 ，熱電膜能夠把熱能 轉(zhuǎn)換成電能等，這種新的高分子膜為緩解 能源和資源的不 足，解決環(huán)境污染問題帶 來顰。 在醫(yī)學(xué)上， 人們一直想用人工器官來代 替 能治愈的病變器官， 但是， 在過去很長 段時問內(nèi)都沒有成功 ，主要是材料 問題 解決不 r， 直到高分子材料大力發(fā)展以后 ， 人們的這種愿望才初步得以實現(xiàn) ，合成高 分 材料一般具有優(yōu)異的生物相容性 ，較 少受到排斥 ，可以滿足人工器官對材料的 劃要求。此外 ，用作人體 不同部位的人 l ： 器宙 ，還必須具備某些特殊的功能。拿 人工心臟來說 ，不僅要求材料與血液能有 很好的相容性 ，不能引起血液凝固、破壞 血小板等，且還要求材料具有很 高的機 械性能。這是因為， 心跳一般為 7 5次 分 左右， 如果使用 1 0年， 人工心臟就得反復(fù)撓 曲 4億次， 這樣高的要求， 一般材料是很難 勝 任的 ，目前大都使用硅聚合物和聚氯酯 等高分子材料。隨著醫(yī)用高分子材料的發(fā) 展 ， 人類 目前 已經(jīng)制成從皮膚到骨骼， 從眼 到喉 ， 從心肺到肝腎等各種人工器官， 所有 這些再加上新型高分子藥物的發(fā)展都將為 人類的健康 和長壽作出不可估量的貢獻(xiàn) 。 2高分子分離膜 高分子分 離膜是用高分子材料制成的 具有選擇性透過功能的半透性薄膜。采用 這樣的半透性薄膜，以壓 力差、溫度梯度、 濃度梯度或電位差為動力，使氣體混合物、 液體混合物或有機物 、無機物的溶液等分 離技術(shù)相比 ，具有省能 、高效和潔凈等特 點 ， 因而被認(rèn)為是支撐新技術(shù)革命的重大技 術(shù) 。膜分 離過程主要有反滲 透、超濾、微 濾 、電滲析 、壓滲析、氣體分離、滲透汽 化和液膜分離等。用來制備分離、滲透汽 化和液膜分離等。用來制備分離膜的高分 子材料有許多種類?，F(xiàn)在用的較多的是聚 楓、聚烯烴、纖維素脂類和有機硅等 。膜 的形式也有多種 ， 一般用的是平膜和空中纖 維。推廣應(yīng)用高分子分離膜能獲得 巨大的 經(jīng)濟效益和社會效益。例如 ， 利用離子交換 膜電解食鹽可減少污染、節(jié)約能源 ： 利用反 滲透進行海水淡化和脫鹽、要比其它方法 消耗的能量都小 ； 利用氣體分離膜從空氣中 富集氧可大大提高氧氣回收率等。 3高分子磁性材料 高分子磁性材料 ，是人類在不斷開拓 磁與高分子聚合物( 合成樹脂 、橡膠) 的新 應(yīng)用領(lǐng)域 的同時， 而賦予磁與高分子的傳 統(tǒng)應(yīng)用以新的涵義和內(nèi)容的材料之一。早 期磁性材料源于天然磁石 ，以后才利用磁 鐵礦( 鐵氧體) 燒結(jié)或鑄造成磁性體， 現(xiàn)在工 業(yè)常用的磁性材料有三種，即鐵氧體磁鐵、 稀土類磁鐵和鋁鎳鈷合金磁鐵等。它們的 缺點是既硬且脆 ，加工性差。為了克服這 些缺陷 ，將磁粉混煉于塑料或橡膠 中制成 的高分子磁性材料便應(yīng)運而生 了。這樣制 成的復(fù)合型高分子磁性材料 ，因具有比重 輕、容易加工成尺寸精度高和復(fù)雜形狀的 制品 ， 還能與其它元件一體成型等特點 ， 而 越來越受到人們的關(guān)注 。高分子磁性材料 主要 可分為 大類 ，即結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型 。 所謂結(jié)構(gòu)型是指并不添加無機類磁粉而高 分子中制成的磁性體 。目前具有實用價值 的主要是復(fù)合型。 4復(fù)合材料 隨著社會的發(fā)展 ，單一材料 已不能滿 足某些尖端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的需要 ， 為此 ， 人 們研制出各種新型的復(fù)合材料。復(fù)合材料 是指兩種或兩種以上材料組合成的一種新 型的材料， 其中一種材料 作為基體 ， 另外一 種材料作為增強劑 ，就好像人體中的肌肉 和骨頭一樣 ，各有各的用處，例如 ， 以玻璃 纖維和樹脂組成的復(fù)合材料玻璃鋼， 質(zhì) 輕而堅硬 ， 機械強度可與鋼材相比， 可做船 體、汽車車身等， 也可傲印刷 電路板，復(fù)合 材料 可以發(fā)揮每一種材料的長處，并避免 其弱點， 既能充分利用資源， 又可以節(jié)約能 源 ，因此世界各國都把復(fù)合材料 作為大有 發(fā)展前途的 一 類新型材料來研究。 由于復(fù)合材料一般具有強度高 、質(zhì)量 輕、耐高溫 、耐腐蝕等優(yōu)異性能， 在綜合性 能上超過了單一材料 ， 因此， 宇航工業(yè)就成 了復(fù)合材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域。我們知道 ， 質(zhì)量對 于飛機、導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星、宇 宙飛船來說是一個非常重要的因素 有的 導(dǎo)彈的質(zhì)量每減少 1 kg， 它的射程就可以增 加 幾千米 ，而且這些航 天飛行器還要經(jīng)受 超高溫 、超 高強度和溫度劇烈變化等特殊 條件的考驗， 所以， 復(fù)合材料就成為理想的 宇航材料 ，它的發(fā) 展趨勢從小部件擴大到 大部件 ， 從簡單部件擴大到復(fù)雜部件 ， 成為 宇宙航空業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在，另外， 復(fù)合材 料在汽車工業(yè) 、機械工業(yè)、體育用品甚至 人類健康 方面的應(yīng)用前 景也十分廣闊。 5有機高分子材料的發(fā)展趨勢 目前 ，世界 j ： 有機高分 子材料 的研究 正在不斷地加強和深人， 一方面 ， 對重要的 通用有 機高分 子材料繼 續(xù)進行改 進和推 廣 ， 使它們的性能不斷提高， 應(yīng)用范圍不斷 擴大 。例如 ，塑料 一般作為絕緣材料被廣 泛使用 ，但是近年 來，為滿足 電子工業(yè)需 求 ，又研制出具有優(yōu) 良導(dǎo)電性能 的導(dǎo) 電塑 料 ， 導(dǎo)電塑料已用干制造電池等， 并可望在 工業(yè) 上獲得更廣泛的應(yīng)用。另一方面 ，與 人類 自身密切相關(guān)、具有特殊功能的材料 的研究也在不斷加強，并且取得 了一定的 進展，如仿生高分 材料 、高分子智能材 料 等。6、綠色高分子材料 高分子材料的綠色化主要表現(xiàn)在町降解性。目前研究最多的是可 降解塑料。所謂可降解， 是指在一定的使用期內(nèi)， 具有與普通塑料同樣 的使用功能， 超過一定期限以后其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化， 并能自動降解而 被自然環(huán)境同化?？山到獾母叻肿硬牧弦岩鹗澜绺鲊母叨戎匾?， 例如日本組織了6 0多家大公司戚 立“ 生物降解性塑料研究會” ： 美國 也以幾家大公司為主體 成立了“ 可降解塑料協(xié)會” ； 歐美各國還制定了 相應(yīng)法規(guī)， 禁用或限制非降解塑料的使用。中國從 2 0世紀(jì) 8 0年代開 始研究和開發(fā)可降解塑料制品， 現(xiàn) 已有光降解農(nóng)用地膜、 生物降解農(nóng) 用地膜、 可控光降解與微生物降解農(nóng)用地膜、 町降解餐具等商品面世。 目前， 根據(jù)降解方式和條件， 可分下列幾種類型。 1 1 光降解塑料 光降解塑料的光降解反應(yīng)機理，是在太陽光的 照射下 引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)。 使高分子化合物的鏈斷裂和分解， 從而使分子 量變小。光降解塑料的制備方法有兩種： 一是在塑料中添加光敏化合 物； 二是將含羰基的光敏單體與普通聚合物單體共聚。 如以乙烯基甲基 酮作為光敏單體與烯烴類單體共聚 成為能迅速光降解的聚乙烯 、 聚 丙烯 、 聚酰胺等聚合物 “ 可控光降解塑料” 是現(xiàn)在研究的可控降解塑料的主體。 這種特殊 的可降解塑料必須能精確控制誘導(dǎo)期， 在誘導(dǎo)期內(nèi)， 其力學(xué)性能至少能 保持在 8 0 以上， 達(dá)到有效使用期后， 力學(xué)性能迅速下降。這種可控光 降解技術(shù)的關(guān)鍵是選用合適的光敏劑， 這種光敏化合物應(yīng)具有兩重性， 即在塑料 聚合 J H X 過程 以及在使用有效期 內(nèi)， 應(yīng)該起抗氧化劑作用， 使 塑料具有適當(dāng)長的誘 導(dǎo)期并保持一定 的穩(wěn)定性和力學(xué)性能， 過期后 又 起到光解促進劑的作用 。 1 2生物降解 塑料 生物降解 塑料可 以在細(xì)菌 、酶和微生物的侵 入、 吸收及破壞下產(chǎn)生分子鏈的斷裂， 從而達(dá)到降解、 崩壞的結(jié)果。生 物降解塑料有兩種不 同的降解方式，一 種稱 為生物降解， 主要是 由微生 物的作用使高分子鏈 斷裂， 這種降解是一種連續(xù)性 的微量漸變過程 表 現(xiàn)的形 式是塑料 整體 的逐漸消失， 例如聚 3一羥基基丁酸酯及其衍生 物、 醋酸纖維素等； 另一種稱為生物崩壞， 雖也是微生物或細(xì)菌的作用， 但塑料的降解過程表現(xiàn)為整體的崩潰， 是一種突變過程， 如淀粉 、 P E、 P P、 P V C、 P S等共混物 。 1 2 1 天然高分子塑料 天然多糖類( 如淀粉、 甲殼素等) 由于化學(xué) 成分的降解塑料構(gòu)成了生物降解塑料的第一大類。 為了改善親水性淀 粉和憎水性樹脂之間的相容性，往往加入淀粉的接枝聚合物作相容 劑。目前使用最多的接枝單體有苯乙烯 、 丙烯睛、 烷基丙烯酸醋類等。 1 2 2合成降解塑料 除了天然高分子塑料外， 還有一部分可完全 降解的合成塑料?，F(xiàn)在開發(fā)和研究較多的有 2種： 微生物合成的聚羥 基丁酸酯( P H B ) 、 人工合成的脂肪族聚酯。 P H B是一種可完全降解的熱塑性塑料。脂肪族聚酯是由脂肪鏈酯類加成開環(huán)聚合而成， 雖屬不溶 性固體 但很容易被多種微生物降解。脂肪族聚酯中研究最多的是聚 一 己內(nèi)酯， 分子量為4 0 0 0 ， 熔點 6 3 ， 2 5 0 分解， 一年可完全消失。 1 3光降解一 生物 降解塑料上述可降解塑料都存在一定 的缺 陷， 光降解塑料只有在較直接的強光下才能發(fā)生降解， 當(dāng)埋人地下或由于 得不到直接光照而不能進行光降解； 而生物降解塑料的降解速度和降 解程度與周 圍環(huán)境直接相關(guān)， 如溫度 、 濕度 、 微生物種類 、 微生物數(shù)量、 土壤肥力、 土壤酸堿性等， 實際上生物降解的降解程度也不完全。為了 提高可降解塑料制品的實際降解程度， 近年有人將光降解和生物降解 結(jié)合起來 制備光和微生物雙降解塑料已取得較好的效果。目前公認(rèn) 的產(chǎn)品是聚乳酸( P L A ) 它由乳酸分子經(jīng)羥基和羧基在適當(dāng)條件下脫水 縮合而成， 高分子的聚乳酸機械強度高， 常用于醫(yī)用材料， 它不僅符合 醫(yī)用要求， 而且能被人體逐步分解吸收， 有助于損傷肌體的康復(fù)。最近。 穆鍵等報道了采用陽離子聚合法制備聚對二氧環(huán)己酮( P D X ) 的合成方 法及其結(jié) 構(gòu)性能關(guān)系。P D X是繼 聚已內(nèi)酯 、 聚已交酯和聚丙交酯之后 近年發(fā)展迅速的新型合成可生物降解材料。該材料毒性低， 具有優(yōu)良 的相容性和可生物降解性， 強度高， 玻璃化溫度低， 常溫下具有一定彈 性， 而且可溶 、 可熔 。因此， 應(yīng)用前景十分看好 這類高分子材料征宇航、建筑 、機器 前景。總結(jié)有機高分 子材料 的應(yīng)用范 圍 正在逐漸擴展 ，高分子材料必將對人們的 生產(chǎn)和生活產(chǎn)生越 來越大的影響。綠色高分子材料的展 望 綠色高分子材料是近年才產(chǎn)生和發(fā)展起來的一門科學(xué)， 國內(nèi)外有 關(guān)綠色高分子材料的研究活動正蓬勃興起 。目前， 關(guān)于綠色高分子材 料的聚合單體的選擇、 新的合成方法、 產(chǎn)品應(yīng)用 、 廢舊物資回收等已取 得了許多