有關(guān)智能高分子的綜述

1、有關(guān)智能高分子材料的應(yīng)用的綜述 作者：傅彪 西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 化學(xué)工程與工藝2班摘要：本文首先介紹了智能高分子材料的概念，并進(jìn)行了詳細(xì)地分類。同時(shí)本文還對(duì)其研究現(xiàn)狀即從合成、加工、新產(chǎn)品開發(fā)及其應(yīng)用諸方面綜述了智能高分子材料。關(guān)鍵詞：智能高分子材料、合成、加工、新產(chǎn)品開發(fā)及應(yīng)用Intelligent Polymer for ReviewAuthor:Fu-Biao(College of chemistry and chemical ,Northeast Normal University,Lanzhou,Gansu)Abstract:This paper introduces the

2、concept of intelligent polymer and carried out a detailed classification. At the same time,This paper also introduces intelligent polymers machining,synthesis,development of new products and new products applications.Keyword:Intelligent polymer,synthesis,machining,development of new products,new pro

3、ducts applications引言：材料是現(xiàn)代科技賴以生存、發(fā)展的基礎(chǔ)。每項(xiàng)重大技術(shù)的出現(xiàn)都有賴于新材料的發(fā)展，和新材料息息相關(guān)。材料發(fā)展的總趨勢可以概括為高性能化、高功能化、復(fù)合化、精細(xì)化與智能化1。隨著科學(xué)技術(shù)尤其是高新技術(shù)的飛速發(fā)展,智能材料悄然崛起,并創(chuàng)造出驚人的奇跡?！爸悄懿牧稀边@一概念是由日本的高木俊宜教授于1989年提出來的2。所謂智能材料,就是具有自我感知能力,集累積傳感、驅(qū)動(dòng)和控制功能于一體的材料,也是具有感知功能即識(shí)別功能、信息處理功能以及執(zhí)行功能的材料,具備感知、反饋、響應(yīng)三大基本要素。同時(shí)，在與化學(xué)有著密切關(guān)系的材料科學(xué)領(lǐng)域中,率先發(fā)展并已經(jīng)初見成效的也當(dāng)推智能高

4、分子材料,這是因?yàn)榕c人工智能關(guān)系最密切的是功能,而在化學(xué)功能材料中,智能高分子材料的研究才是最廣的。現(xiàn)如今，科學(xué)家不僅對(duì)其加工、合成以及對(duì)其新產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用方面做出了詳細(xì)地分析，也對(duì)它的分類做出了細(xì)致的表達(dá)。有關(guān)智能高分子材料的功能圖一、 智能高分子材料的分類：1光致變色高分子材料光致變色高分子材料是近年來備受關(guān)注的新型功能高分子材料之一,其研究始于20世紀(jì)初。光致變色高分子是將功能性染料引入到高分子的側(cè)鏈或主鏈中,或與高分子化合物共混,開發(fā)出來的一系列具有光致變色特性的新型高分子材料。2 形狀記憶高分子聚合物SMP(Shape Memory Polymer)形狀記憶高分子聚合物是日本十年前

5、率先開發(fā)出來的,屬于彈性記憶材料。形狀記憶高分子是一種新型的功能高分子材料,應(yīng)用范圍極為廣泛。這類材料,當(dāng)其溫度達(dá)到相變溫度時(shí),便從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài),此刻材料的彈性模量發(fā)生大幅度變化,并伴隨產(chǎn)生很大變形。即隨著溫度的增加,材料變得很柔軟,加工變形很容易;反之,溫度下降時(shí),材料逐漸硬化,變成持續(xù)可塑的新形狀。在一定的條件下發(fā)生形變后,SMP還可再次成型得到二次形狀,通過加熱等外部刺激手段的處理又可使其發(fā)生形狀回復(fù),從而“記憶”初始形狀。3 智能高分子凝膠智能高分子凝膠是其結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)可以隨外界環(huán)境改變而變化的凝膠。當(dāng)受到環(huán)境刺激時(shí),這種凝膠就會(huì)隨之響應(yīng),發(fā)生突變,呈現(xiàn)相轉(zhuǎn)變行為。這

6、種響應(yīng)體現(xiàn)了凝膠的智能性。根據(jù)所受的刺激信號(hào)不同,可以將高分子凝膠分為不同的類型。它主要有pH性凝膠, 化學(xué)物質(zhì)影響性凝膠,溫敏性凝膠,光敏性凝膠,磁場響應(yīng)性凝膠,影響內(nèi)部刺激性凝膠。4 智能高分子膜材高分子膜材具有物質(zhì)滲透和分離功能,現(xiàn)正以生體膜為模型研究開發(fā)刺激響應(yīng)性多肽膜,利用可逆的構(gòu)象及分子聚集體變化,制成穩(wěn)定性優(yōu)異的膜材。它對(duì)物質(zhì)的滲透作用可隨鈣離子濃度、pH值及電場刺激而變化。目前研究主要集中于增大響應(yīng)感度和改善其通-斷控制等。它屬于人工細(xì)胞膜和仿生治療系統(tǒng)3。5本征導(dǎo)電智能高分子材料本征導(dǎo)電聚合物是經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)方法合成的以共軛雙鍵為主鏈的聚合物,如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺

7、和聚乙炔等。它在化學(xué)摻雜或電化學(xué)摻雜過程中性質(zhì)發(fā)生可逆變化,是一種潛在的智能材料,有望實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)傳感、處理和執(zhí)行功能, 適于制成電機(jī)執(zhí)行器、智能窗、化學(xué)分離與釋放體系、傳感器和非線性光學(xué)器件等。6智能復(fù)合材料人類肌肉被認(rèn)為是一種天然智能復(fù)合材料,具有高度的自適應(yīng)性。通過慎重地選擇組分和加工技術(shù),可以合成具有多功能的智能復(fù)合材料。正在研究之中的幾類具有特殊性能的復(fù)合材料有:由凝膠纖維或分散在凝膠、非凝膠基質(zhì)中的凝膠纖維組成的復(fù)合材料;在凝膠基質(zhì)中的非凝膠纖維;分散在一種基質(zhì)中的凝膠或非凝膠納米粒子;由凝膠/凝膠和凝膠/非凝膠薄膜混合組成的分層薄片。二、 智能高分子材料的合成、加工1光致變色高

8、分子材料含有光色基團(tuán)的化合物受一定波長的光照射時(shí)發(fā)生顏色變化，而在另一波長的光或熱的作用下又恢復(fù)到原來的顏色，這種可逆的變色現(xiàn)象稱為光致變色。光致變色功能高分子體系材料的合成、加工一般分為三種。第一種方法：把光致變色體混在高分子之內(nèi)，使共混物具有光致變色的功能；第二種方法:通過側(cè)鏈所連接的烷基或主鏈連接的光致變色體的單體的均聚和共聚制得光致變色分子。第三種方法:先制得某種高分子然后通過大分子反應(yīng)，即與光致變色體反應(yīng)，使其接在側(cè)鏈上，從而得到在側(cè)鏈的烷基上含有光致變色體的高分子。2形狀記憶高分子聚合物SMP(Shape Memory Polymer)形狀記憶高分子材料的合成及加工過程是利用結(jié)晶或

9、半結(jié)晶高分子材料經(jīng)過輻射交聯(lián)或化學(xué)交聯(lián)后形成一段具有記憶效應(yīng)的一類新型智能高分子材料。這類聚合物的形狀記憶機(jī)理可解釋為:當(dāng)溫度上升到軟鏈段的熔點(diǎn)或高彈態(tài)時(shí),軟鏈段的微觀布朗運(yùn)動(dòng)加劇易產(chǎn)生形變,但硬鏈段仍處于玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài),阻, 止分子鏈滑移,抵抗形變,施以外力使其定形;當(dāng)溫度降低到軟鏈段玻璃態(tài)時(shí),其形變被凍結(jié)固定下來,提高溫度,可以回復(fù)至其原始形狀。也可以認(rèn)為,形狀記憶高分子就是在聚合物軟鏈段熔化點(diǎn)溫度上表現(xiàn)為高彈態(tài),人為地在高彈態(tài)變化過程中引入溫度下降或上升等因素,高分子材料則發(fā)生從高彈態(tài)到玻璃態(tài)之間轉(zhuǎn)化的過程。形狀記憶高分子材料機(jī)理圖3智能高分子凝膠例光敏性凝膠它是光輻照(光刺激)時(shí)發(fā)生體

10、積相轉(zhuǎn)變的凝膠。將光敏性分子引到聚合物分子鏈上,可得到光刺激響應(yīng)聚合物凝膠。（其加工及合成過程極為復(fù)雜，這里沒有做過多的說明）它在有紫外光和無紫外光的照射下有不同的表現(xiàn)。光響應(yīng)凝膠能反復(fù)進(jìn)行溶脹-收縮,可用作光能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的執(zhí)行元件和流量控制閥等。三、 智能高分子材料在新產(chǎn)品領(lǐng)域中的應(yīng)用例如在智能給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用腫瘤的藥物治療一直是醫(yī)藥學(xué)工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。納米粒緩釋抗腫瘤藥物能延長藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的停留時(shí)間,減慢腫瘤的生長,與游離藥物相比，延長了腫瘤患者的存活時(shí)間。Yoo等4研究發(fā)現(xiàn)，將阿霉素包載到聚乳酸乙醇酸共聚物(PLGA)的納米粒中,高分子量的聚乳酸乙醇酸共聚物更有利于藥物的緩慢釋放,

11、從而減慢腫瘤的生長。纖維素類衍生物作為藥用輔料,在緩釋藥物制劑的生產(chǎn)和開發(fā)中具有非常重要的作用,已廣泛應(yīng)用在各種類型緩釋制劑的輔料中5-7。在此體系中,纖維素類一般作為藥物的載體,控制藥物在人體內(nèi)的釋放速率,即要求在一定的時(shí)間范圍內(nèi)按設(shè)定的速率在體內(nèi)緩慢釋放,以達(dá)到有效治療的目的8。四、智能高分子材料的展望智能高分子材料是我國最近十年內(nèi)一直在著力研究的項(xiàng)目，例如上文所說的它的合成、加工及其在新產(chǎn)物領(lǐng)域（例如上文所說的它在智能給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用）中的重大突破，都將被視為一個(gè)永垂不朽的功績。同時(shí)，智能高分子材料在其他領(lǐng)域中也會(huì)獲得一個(gè)更好的進(jìn)展。致謝感謝西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院感謝西北師范大學(xué)化學(xué)化

12、工學(xué)院工程與工藝2班感謝西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院王慶濤教授感謝西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院秦冬冬副教授參考的文獻(xiàn)：1、盧義程,李天琪,趙建夫.濕式空氣氧化法處理石油化工廢水J.環(huán)境導(dǎo)報(bào),1999,6:15-17.2、陳旭東,沈家瑞,夏成林.未來屬于智能材料J.化工新型材料,1995(5):39-42.3、辛?xí)跃?智能高分子材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展(L).甘肅石油和化工,2006,(2):6-10.4 、Yoo HS,Park TG.(J)Polym.Prepr.,2000,41(1):9929935、李寶紅(Li B H),張立堅(jiān)(Zhang L J),鄧亦峰(Deng Y F) 等.智能高分子材料在智能給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用 （J）實(shí)用醫(yī)藥雜志(Practical Journal of Medicine and Pharmacy),2004,21(8):7277286、馬福家(Ma F J).智能高分子材料在智能給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用(J)中國臨床藥學(xué)雜志(Chinese Journal of Clinical Phar