有关智能高分子的综述

1、有关智能高分子材料的应用的综述 作者：傅彪 西北师范大学化学化工学院 化学工程与工艺2班摘要：本文首先介绍了智能高分子材料的概念，并进行了详细地分类。同时本文还对其研究现状即从合成、加工、新产品开发及其应用诸方面综述了智能高分子材料。关键词：智能高分子材料、合成、加工、新产品开发及应用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：材料是现代科技赖以生存、发展的基础。每项重大技术的出现都有赖于新材料的发展，和新材料息息相关。材料发展的总趋势可以概括为高性能化、高功能化、复合化、精细化与智能化1。随着科学技术尤其是高新技术的飞速发展,智能材料悄然崛起,并创造出惊人的奇迹。“智能材料”这一概念是由日本的高木俊宜教授于1989年提出来的2。所谓智能材料,就是具有自我感知能力,集累积传感、驱动和控制功能于一体的材料,也是具有感知功能即识别功能、信息处理功能以及执行功能的材料,具备感知、反馈、响应三大基本要素。同时，在与化学有着密切关系的材料科学领域中,率先发展并已经初见成效的也当推智能高

4、分子材料,这是因为与人工智能关系最密切的是功能,而在化学功能材料中,智能高分子材料的研究才是最广的。现如今，科学家不仅对其加工、合成以及对其新产品的开发和应用方面做出了详细地分析，也对它的分类做出了细致的表达。有关智能高分子材料的功能图一、 智能高分子材料的分类：1光致变色高分子材料光致变色高分子材料是近年来备受关注的新型功能高分子材料之一,其研究始于20世纪初。光致变色高分子是将功能性染料引入到高分子的侧链或主链中,或与高分子化合物共混,开发出来的一系列具有光致变色特性的新型高分子材料。2 形状记忆高分子聚合物SMP(Shape Memory Polymer)形状记忆高分子聚合物是日本十年前

5、率先开发出来的,属于弹性记忆材料。形状记忆高分子是一种新型的功能高分子材料,应用范围极为广泛。这类材料,当其温度达到相变温度时,便从玻璃态转变为橡胶态,此刻材料的弹性模量发生大幅度变化,并伴随产生很大变形。即随着温度的增加,材料变得很柔软,加工变形很容易;反之,温度下降时,材料逐渐硬化,变成持续可塑的新形状。在一定的条件下发生形变后,SMP还可再次成型得到二次形状,通过加热等外部刺激手段的处理又可使其发生形状回复,从而“记忆”初始形状。3 智能高分子凝胶智能高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的凝胶。当受到环境刺激时,这种凝胶就会随之响应,发生突变,呈现相转变行为。这

6、种响应体现了凝胶的智能性。根据所受的刺激信号不同,可以将高分子凝胶分为不同的类型。它主要有pH性凝胶, 化学物质影响性凝胶,温敏性凝胶,光敏性凝胶,磁场响应性凝胶,影响内部刺激性凝胶。4 智能高分子膜材高分子膜材具有物质渗透和分离功能,现正以生体膜为模型研究开发刺激响应性多肽膜,利用可逆的构象及分子聚集体变化,制成稳定性优异的膜材。它对物质的渗透作用可随钙离子浓度、pH值及电场刺激而变化。目前研究主要集中于增大响应感度和改善其通-断控制等。它属于人工细胞膜和仿生治疗系统3。5本征导电智能高分子材料本征导电聚合物是经化学或电化学方法合成的以共轭双键为主链的聚合物,如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺

7、和聚乙炔等。它在化学掺杂或电化学掺杂过程中性质发生可逆变化,是一种潜在的智能材料,有望实现或部分实现传感、处理和执行功能, 适于制成电机执行器、智能窗、化学分离与释放体系、传感器和非线性光学器件等。6智能复合材料人类肌肉被认为是一种天然智能复合材料,具有高度的自适应性。通过慎重地选择组分和加工技术,可以合成具有多功能的智能复合材料。正在研究之中的几类具有特殊性能的复合材料有:由凝胶纤维或分散在凝胶、非凝胶基质中的凝胶纤维组成的复合材料;在凝胶基质中的非凝胶纤维;分散在一种基质中的凝胶或非凝胶纳米粒子;由凝胶/凝胶和凝胶/非凝胶薄膜混合组成的分层薄片。二、 智能高分子材料的合成、加工1光致变色高

8、分子材料含有光色基团的化合物受一定波长的光照射时发生颜色变化，而在另一波长的光或热的作用下又恢复到原来的颜色，这种可逆的变色现象称为光致变色。光致变色功能高分子体系材料的合成、加工一般分为三种。第一种方法：把光致变色体混在高分子之内，使共混物具有光致变色的功能；第二种方法:通过侧链所连接的烷基或主链连接的光致变色体的单体的均聚和共聚制得光致变色分子。第三种方法:先制得某种高分子然后通过大分子反应，即与光致变色体反应，使其接在侧链上，从而得到在侧链的烷基上含有光致变色体的高分子。2形状记忆高分子聚合物SMP(Shape Memory Polymer)形状记忆高分子材料的合成及加工过程是利用结晶或

9、半结晶高分子材料经过辐射交联或化学交联后形成一段具有记忆效应的一类新型智能高分子材料。这类聚合物的形状记忆机理可解释为:当温度上升到软链段的熔点或高弹态时,软链段的微观布朗运动加剧易产生形变,但硬链段仍处于玻璃态或结晶态,阻, 止分子链滑移,抵抗形变,施以外力使其定形;当温度降低到软链段玻璃态时,其形变被冻结固定下来,提高温度,可以回复至其原始形状。也可以认为,形状记忆高分子就是在聚合物软链段熔化点温度上表现为高弹态,人为地在高弹态变化过程中引入温度下降或上升等因素,高分子材料则发生从高弹态到玻璃态之间转化的过程。形状记忆高分子材料机理图3智能高分子凝胶例光敏性凝胶它是光辐照(光刺激)时发生体

10、积相转变的凝胶。将光敏性分子引到聚合物分子链上,可得到光刺激响应聚合物凝胶。（其加工及合成过程极为复杂，这里没有做过多的说明）它在有紫外光和无紫外光的照射下有不同的表现。光响应凝胶能反复进行溶胀-收缩,可用作光能转变为机械能的执行元件和流量控制阀等。三、 智能高分子材料在新产品领域中的应用例如在智能给药系统中的应用肿瘤的药物治疗一直是医药学工作者关注的热点。纳米粒缓释抗肿瘤药物能延长药物在肿瘤细胞内的停留时间,减慢肿瘤的生长,与游离药物相比，延长了肿瘤患者的存活时间。Yoo等4研究发现，将阿霉素包载到聚乳酸乙醇酸共聚物(PLGA)的纳米粒中,高分子量的聚乳酸乙醇酸共聚物更有利于药物的缓慢释放,

11、从而减慢肿瘤的生长。纤维素类衍生物作为药用辅料,在缓释药物制剂的生产和开发中具有非常重要的作用,已广泛应用在各种类型缓释制剂的辅料中5-7。在此体系中,纤维素类一般作为药物的载体,控制药物在人体内的释放速率,即要求在一定的时间范围内按设定的速率在体内缓慢释放,以达到有效治疗的目的8。四、智能高分子材料的展望智能高分子材料是我国最近十年内一直在着力研究的项目，例如上文所说的它的合成、加工及其在新产物领域（例如上文所说的它在智能给药系统中的应用）中的重大突破，都将被视为一个永垂不朽的功绩。同时，智能高分子材料在其他领域中也会获得一个更好的进展。致谢感谢西北师范大学化学化工学院感谢西北师范大学化学化

12、工学院工程与工艺2班感谢西北师范大学化学化工学院王庆涛教授感谢西北师范大学化学化工学院秦冬冬副教授参考的文献：1、卢义程,李天琪,赵建夫.湿式空气氧化法处理石油化工废水J.环境导报,1999,6:15-17.2、陈旭东,沈家瑞,夏成林.未来属于智能材料J.化工新型材料,1995(5):39-42.3、辛晓晶.智能高分子材料的应用现状及研究进展(L).甘肃石油和化工,2006,(2):6-10.4 、Yoo HS,Park TG.(J)Polym.Prepr.,2000,41(1):9929935、李宝红(Li B H),张立坚(Zhang L J),邓亦峰(Deng Y F) 等.智能高分子材料在智能给药系统中的应用 （J）实用医药杂志(Practical Journal of Medicine and Pharmacy),2004,21(8):7277286、马福家(Ma F J).智能高分子材料在智能给药系统中的应用(J)中国临床药学杂志(Chinese Journal of Clinical Phar