高分子材料发展历程综述.doc

论高分子材料发展历程综述摘要 新型有机高分子材料对人们的生产和生活产生越来越大的影响。本文简单介绍了功能高分子材料和复合材料的发展和应用。介绍了环境友好的绿色高分子材料的重要性， 列举了几种可降解高分子材料的类型及其特性， 从可降解塑料的研制方面谈及充分 、 合理地利 用资源， 同时展 望绿 色高分子材料 的应 用前景前言高分子材料的发展趋势：高性能化，为满足航天和航空、电子信息、汽车工业、家用电器等领域的需要，要求材料具有高机械性能、耐热性、耐候性、耐久性、耐腐蚀性。高功能化，如光学功能，物质输送和分离功能，催化功能，生物功能和力学功能等。 复合化，博采众长的复合材料代表了材料的发展方向。高分子材料是高性能结构复合材料最主要的基体。精细化，现代电子信息技术要求材料高纯化，超净化，精细化，功能化。如有机导体和超导体，有机与高分子非线性材料，有机铁磁体，有机半导体，光导体等。智能化，智能材料是使材料本身带有生物具有的高级功能，如预知预告性，自我诊断，自我修复，自我增殖，认识识别能力，刺激反应性，环境应答性等。正文材料是人类赖以生存和发展的物 质基 础， 是人类文明的重要里程碑 ， 当有人将 能源 、信息和材料并列为新科技革命的三 大支柱 ，而材料 又是能源和信息发展的物 赝基础 ，自从合成有机高分子材料 出现的 耶一天起 ，人们始终在不断地研究 、开发 行性能更优异 、应用更广泛的新型材料 ， 宋满足计算机、光导纤维、激光、生物工 氍、海洋 工程、空间工业和机械工业等尖 端技 术发展的需要 ，除了传统的三大合成 卡 寸 料 以外，又出现 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， 医用高分子材料 ， 隐身材料和液 t 岛分 ： 材料 等许 多新 型有机 高分子材 料。这些新型有机高分子材料在我们的 日 常q 三 活、工农业生产和尖端科学技术领域 l 起着越来越重要的作用。 1功能高分子材料 助能高分子材料是指既有传统高分子 卡 于料的机械性能，又有某些特殊功能的高 分子材料 ，如高分子分离膜是用具有特殊 分离功能的高分子材料制成的薄膜 ，它的 特点是能够有选择地让某些物 质通过 ，而 把另外一些物质分离掉。这类分离膜广泛 应用 于生活污水 、工业废水等废液处理以 及回收废液 中的有用成分 ，特别是在海水 和苦成水的淡化方面已经实现 了工业化 ， 在食品工业 中，分离膜可用于浓缩天然果 汁、乳制品加工、酿酒等， 分离时不需要加 热， 并可保持食品原有的风味 ， 未来的高分 子膜不仅可以用在物 质的分离上，而且还 能用在各种能量的转换上 ，如传感膜能够 把化学能转换成 电能 ，热电膜能够把热能 转换成电能等，这种新的高分子膜为缓解 能源和资源的不 足，解决环境污染问题带 来颦。 在医学上， 人们一直想用人工器官来代 替 能治愈的病变器官， 但是， 在过去很长 段时问内都没有成功 ，主要是材料 问题 解决不 r， 直到高分子材料大力发展以后 ， 人们的这种愿望才初步得以实现 ，合成高 分 材料一般具有优异的生物相容性 ，较 少受到排斥 ，可以满足人工器官对材料的 划要求。此外 ，用作人体 不同部位的人 l ： 器宙 ，还必须具备某些特殊的功能。拿 人工心脏来说 ，不仅要求材料与血液能有 很好的相容性 ，不能引起血液凝固、破坏 血小板等，且还要求材料具有很 高的机 械性能。这是因为， 心跳一般为 7 5次 分 左右， 如果使用 1 0年， 人工心脏就得反复挠 曲 4亿次， 这样高的要求， 一般材料是很难 胜 任的 ，目前大都使用硅聚合物和聚氯酯 等高分子材料。随着医用高分子材料的发 展 ， 人类 目前 已经制成从皮肤到骨骼， 从眼 到喉 ， 从心肺到肝肾等各种人工器官， 所有 这些再加上新型高分子药物的发展都将为 人类的健康 和长寿作出不可估量的贡献 。 2高分子分离膜 高分子分 离膜是用高分子材料制成的 具有选择性透过功能的半透性薄膜。采用 这样的半透性薄膜，以压 力差、温度梯度、 浓度梯度或电位差为动力，使气体混合物、 液体混合物或有机物 、无机物的溶液等分 离技术相比 ，具有省能 、高效和洁净等特 点 ， 因而被认为是支撑新技术革命的重大技 术 。膜分 离过程主要有反渗 透、超滤、微 滤 、电渗析 、压渗析、气体分离、渗透汽 化和液膜分离等。用来制备分离、渗透汽 化和液膜分离等。用来制备分离膜的高分 子材料有许多种类。现在用的较多的是聚 枫、聚烯烃、纤维素脂类和有机硅等 。膜 的形式也有多种 ， 一般用的是平膜和空中纤 维。推广应用高分子分离膜能获得 巨大的 经济效益和社会效益。例如 ， 利用离子交换 膜电解食盐可减少污染、节约能源 ： 利用反 渗透进行海水淡化和脱盐、要比其它方法 消耗的能量都小 ； 利用气体分离膜从空气中 富集氧可大大提高氧气回收率等。 3高分子磁性材料 高分子磁性材料 ，是人类在不断开拓 磁与高分子聚合物( 合成树脂 、橡胶) 的新 应用领域 的同时， 而赋予磁与高分子的传 统应用以新的涵义和内容的材料之一。早 期磁性材料源于天然磁石 ，以后才利用磁 铁矿( 铁氧体) 烧结或铸造成磁性体， 现在工 业常用的磁性材料有三种，即铁氧体磁铁、 稀土类磁铁和铝镍钴合金磁铁等。它们的 缺点是既硬且脆 ，加工性差。为了克服这 些缺陷 ，将磁粉混炼于塑料或橡胶 中制成 的高分子磁性材料便应运而生 了。这样制 成的复合型高分子磁性材料 ，因具有比重 轻、容易加工成尺寸精度高和复杂形状的 制品 ， 还能与其它元件一体成型等特点 ， 而 越来越受到人们的关注 。高分子磁性材料 主要 可分为 大类 ，即结构型和复合型 。 所谓结构型是指并不添加无机类磁粉而高 分子中制成的磁性体 。目前具有实用价值 的主要是复合型。 4复合材料 随着社会的发展 ，单一材料 已不能满 足某些尖端技术领域发展的需要 ， 为此 ， 人 们研制出各种新型的复合材料。复合材料 是指两种或两种以上材料组合成的一种新 型的材料， 其中一种材料 作为基体 ， 另外一 种材料作为增强剂 ，就好像人体中的肌肉 和骨头一样 ，各有各的用处，例如 ， 以玻璃 纤维和树脂组成的复合材料玻璃钢， 质 轻而坚硬 ， 机械强度可与钢材相比， 可做船 体、汽车车身等， 也可傲印刷 电路板，复合 材料 可以发挥每一种材料的长处，并避免 其弱点， 既能充分利用资源， 又可以节约能 源 ，因此世界各国都把复合材料 作为大有 发展前途的 一 类新型材料来研究。 由于复合材料一般具有强度高 、质量 轻、耐高温 、耐腐蚀等优异性能， 在综合性 能上超过了单一材料 ， 因此， 宇航工业就成 了复合材料的重要应用领域。我们知道 ， 质量对 于飞机、导弹、火箭、人造卫星、宇 宙飞船来说是一个非常重要的因素 有的 导弹的质量每减少 1 kg， 它的射程就可以增 加 几千米 ，而且这些航 天飞行器还要经受 超高温 、超 高强度和温度剧烈变化等特殊 条件的考验， 所以， 复合材料就成为理想的 宇航材料 ，它的发 展趋势从小部件扩大到 大部件 ， 从简单部件扩大到复杂部件 ， 成为 宇宙航空业发展的关键所在，另外， 复合材 料在汽车工业 、机械工业、体育用品甚至 人类健康 方面的应用前 景也十分广阔。 5有机高分子材料的发展趋势 目前 ，世界 j ： 有机高分 子材料 的研究 正在不断地加强和深人， 一方面 ， 对重要的 通用有 机高分 子材料继 续进行改 进和推 广 ， 使它们的性能不断提高， 应用范围不断 扩大 。例如 ，塑料 一般作为绝缘材料被广 泛使用 ，但是近年 来，为满足 电子工业需 求 ，又研制出具有优 良导电性能 的导 电塑 料 ， 导电塑料已用干制造电池等， 并可望在 工业 上获得更广泛的应用。另一方面 ，与 人类 自身密切相关、具有特殊功能的材料 的研究也在不断加强，并且取得 了一定的 进展，如仿生高分 材料 、高分子智能材 料 等。6、绿色高分子材料 高分子材料的绿色化主要表现在町降解性。目前研究最多的是可 降解塑料。所谓可降解， 是指在一定的使用期内， 具有与普通塑料同样 的使用功能， 超过一定期限以后其分子结构发生变化， 并能自动降解而 被自然环境同化。可降解的高分子材料已引起世界各国的高度重视， 例如日本组织了6 0多家大公司戚 立“ 生物降解性塑料研究会” ： 美国 也以几家大公司为主体 成立了“ 可降解塑料协会” ； 欧美各国还制定了 相应法规， 禁用或限制非降解塑料的使用。中国从 2 0世纪 8 0年代开 始研究和开发可降解塑料制品， 现 已有光降解农用地膜、 生物降解农 用地膜、 可控光降解与微生物降解农用地膜、 町降解餐具等商品面世。 目前， 根据降解方式和条件， 可分下列几种类型。 1 1 光降解塑料 光降解塑料的光降解反应机理，是在太阳光的 照射下 引发光化学反应。 使高分子化合物的链断裂和分解， 从而使分子 量变小。光降解塑料的制备方法有两种： 一是在塑料中添加光敏化合 物； 二是将含羰基的光敏单体与普通聚合物单体共聚。 如以乙烯基甲基 酮作为光敏单体与烯烃类单体共聚 成为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” 是现在研究的可控降解塑料的主体。 这种特殊 的可降解塑料必须能精确控制诱导期， 在诱导期内， 其力学性能至少能 保持在 8 0 以上， 达到有效使用期后， 力学性能迅速下降。这种可控光 降解技术的关键是选用合适的光敏剂， 这种光敏化合物应具有两重性， 即在塑料 聚合 J H X 过程 以及在使用有效期 内， 应该起抗氧化剂作用， 使 塑料具有适当长的诱 导期并保持一定 的稳定性和力学性能， 过期后 又 起到光解促进剂的作用 。 1 2生物降解 塑料 生物降解 塑料可 以在细菌 、酶和微生物的侵 入、 吸收及破坏下产生分子链的断裂， 从而达到降解、 崩坏的结果。生 物降解塑料有两种不 同的降解方式，一 种称 为生物降解， 主要是 由微生 物的作用使高分子链 断裂， 这种降解是一种连续性 的微量渐变过程 表 现的形 式是塑料 整体 的逐渐消失， 例如聚 3一羟基基丁酸酯及其衍生 物、 醋酸纤维素等； 另一种称为生物崩坏， 虽也是微生物或细菌的作用， 但塑料的降解过程表现为整体的崩溃， 是一种突变过程， 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 天然多糖类( 如淀粉、 甲壳素等) 由于化学 成分的降解塑料构成了生物降解塑料的第一大类。 为了改善亲水性淀 粉和憎水性树脂之间的相容性，往往加入淀粉的接枝聚合物作相容 剂。目前使用最多的接枝单体有苯乙烯 、 丙烯睛、 烷基丙烯酸醋类等。 1 2 2合成降解塑料 除了天然高分子塑料外， 还有一部分可完全 降解的合成塑料。现在开发和研究较多的有 2种： 微生物合成的聚羟 基丁酸酯( P H B ) 、 人工合成的脂肪族聚酯。 P H B是一种可完全降解的热塑性塑料。脂肪族聚酯是由脂肪链酯类加成开环聚合而成， 虽属不溶 性固体 但很容易被多种微生物降解。脂肪族聚酯中研究最多的是聚 一 己内酯， 分子量为4 0 0 0 ， 熔点 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， 光降解塑料只有在较直接的强光下才能发生降解， 当埋人地下或由于 得不到直接光照而不能进行光降解； 而生物降解塑料的降解速度和降 解程度与周 围环境直接相关， 如温度 、 湿度 、 微生物种类 、 微生物数量、 土壤肥力、 土壤酸碱性等， 实际上生物降解的降解程度也不完全。为了 提高可降解塑料制品的实际降解程度， 近年有人将光降解和生物降解 结合起来 制备光和微生物双降解塑料已取得较好的效果。目前公认 的产品是聚乳酸( P L A ) 它由乳酸分子经羟基和羧基在适当条件下脱水 缩合而成， 高分子的聚乳酸机械强度高， 常用于医用材料， 它不仅符合 医用要求， 而且能被人体逐步分解吸收， 有助于损伤肌体的康复。最近。 穆键等报道了采用阳离子聚合法制备聚对二氧环己酮( P D X ) 的合成方 法及其结 构性能关系。P D X是继 聚已内酯 、 聚已交酯和聚丙交酯之后 近年发展迅速的新型合成可生物降解材料。该材料毒性低， 具有优良 的相容性和可生物降解性， 强度高， 玻璃化温度低， 常温下具有一定弹 性， 而且可溶 、 可熔 。因此， 应用前景十分看好 这类高分子材料征宇航、建筑 、机器 前景。总结有机高分 子材料 的应用范 围 正在逐渐扩展 ，高分子材料必将对人们的 生产和生活产生越 来越大的影响。绿色高分子材料的展 望 绿色高分子材料是近年才产生和发展起来的一门科学， 国内外有 关绿色高分子材料的研究活动正蓬勃兴起 。目前， 关于绿色高分子材 料的聚合单体的选择、 新的合成方法、 产品应用 、 废旧物资回收等已取 得了许多