对高分子材料的认识

1、一：定义r分子材料：以禹分/化合物为基础的材料C r分子材料是由相对分子质址较r的化介物构 成的材料.包括橡胶.塑料、纤维.涂料、胶粘剂和商分子基复合材料,高分子是生命存在的形 式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。二：来源岛分子材料按來源分为天然.半合成（改性天然拓分r材料）和合成商分子材料。天然高分 子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然r分子材料作为生活资料和生产资料， 并堂握了其加匸技术。如利用蚕丝.棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。19世纪30年代末 期，进入天然商分子化学改性阶段，出现半合成商分子材料。1907年出现合成髙分子酚旣树脂, 标志着人类应用合成商分子

2、材料的开始。现代.r分子材料已与金属材料.无机非金属材料相同， 成为科学技术、经济建设中的重要材料。三：分类慮分壬物料按来源_分类商分子材料按來源分为天然半合成（改性天然分子材料）和 合成商分子材料。天然商分子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然商分子材料作为生活资料 和生产资料并堂握了其加匚技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材.棉、麻造纸等。19 世纪30年代末期，进入天然从分L匕？改性阶段出现半合成商分子材料。1870年，茨国人Hyatt 用硝化纤维素和樟脑制得的赛璐珞塑料,是有划时代意义的一种人造高分子材料。1907年出现合 成岛分子酚醛树脂真正标吉着人类应用化学合成方法

3、有目的的合成r分子材料的开始。1953 年，徳国科学家ZiegIar和意大利科学家Natta,发明了配位聚合催化剂.大幅度地扩大了合成高 分子材料的原料來源得到了一大批新的合成岛分子材料，使聚乙烯和聚丙烯这类通用合成商分 子材料走人了干家万户，确立JZ合成髙分子材料作为、,1代人类社会文明发展阶段的标志。现代.商分子材料已与金属材料.无机非金属材料相同，成为科学技术.经济建设中的重要材料。红髙.分壬材料按应用分裘r分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、禹分了胶粘剂.高分子涂料 和高分子基复合材料等。 橡胶是一类线型柔性髙分子聚合物。其分J：链间次价力小分子链柔性好，在外力作用下 可产生较大形变除

4、去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。 分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者抬蚕丝、棉.麻、毛等。后者是以天然髙分子 或合成r分子为原料.经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模SrH1. 一般为 结晶聚合物。 塑料是以合成树脂或化学改件的天然分子为主要成分,再加入填料.增塑剂和其他添加 剂制得。其分子间次价力、模量和形变虽等介干橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为处 固性塑料和热塑性塑料:按用途又分为通用塑料和1：程塑料。 商分子胶粘剂是以合成尺然分了化合物为主体制成的投佔材林。分为天然和合成胶粘剂 两种。应用校多的是合成胶粘剂。 r分子涂料是以聚合物为主要成膜物

5、质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同， 分为汕脂涂料、天然树脂涂料和含成树监涂料。 r分子基复合材料是以r分子化合物为基体.添加各种增强材料制得的一种复合材料。它 综合了原有材料的性能特点并可根据需要进行材料设讣。 分E 功能痈分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物 质.能虽和信息的转换、传递和储存等特殊功能。已实用的有分子信息转换材料.商分子透明材料、r 分子模拟酶.生物降解高分子材料.高分子形状记忆材料和医用、舛用扃分f材料等。高聚物根据其机械性能和使用状态可分为上述几类。但是各类岛聚物之间并无严格的界限.同一高聚物. 采用不同的合成方法和成型匸艺，可以

6、制成塑料也可制成纤维，比如尼龙就是如此。而聚氨酯一类的r 聚物，在室温下既有玻璃态性质.又有很好的弹性.所以很难说它是橡胶还是塑料。3二按画分一壬壬赞绪損分类一 碳链高分子分子主链由C原子组成，如：PP. PE、PVC 杂链高聚物：分子主链由C. O. N等原子构成。如：聚酰胺、聚酣 元素有机岛聚物：分子主链不含C原子.仅由一些杂原子组成的岛分子。如：硅橡胶红甚它分类按（分子主链几何形状分类：线型高聚物，支链型商聚物休型商聚物。按舟分子排列情况分类： 结晶高聚物.非晶高聚物。四：性能介绍舟分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特性的（分子材料。商分 子材料独特的结构和易改性、

7、易加I：特点使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优界性能， 从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域并已成为现代社会生活中衣食住行用各 个方面不可缺少的材料。很多天然材料通常是髙分子材料组成的，如天然橡胶、軽、人体器官等。人匸合成的化学纤维、型札和橡胶等也是如此。一般称在生活中大址采用的已经形成工 业化生产规模的岛分子为通用分子材料.称具有特殊用途与功能的为功能分子五：化合物特征一是分r大.二是分 j具有多分散性。即商分子化合物与小分不同,它在聚合过 程后变成r不同分子虽大小的许女r聚物的混合物。我们所说的某一高分子的分子虽其实都是它 的一种平均的分子虽，当然计算TQ分f也以不同的权重

8、方式分为了莖粘均分子:a、 重均分子量等。而小分子的分子虽固定.都由确定分子址大小的分子组成。这是商聚物与小分子 一个特征区别。六：名称和用途塑料根据加热后的情况又可分为热塑性塑料和热固性塑料。加热后软化，形成髙分子熔体的塑料成为热塑性塑料。主要的热塑性塑料有聚乙烯（PE11）. 聚丙烯（PP 2）、聚苯乙烯（PS 3）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA,俗称有机玻璃4）、 聚氯乙烯（PVC 5）、尼龙（Nykm）、聚碳酸酯（PC 7）、聚氨酯（PU 8）、聚四氟乙 烯（特富龙,PTFE 9）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET, PETE 10 ）。加热后固化，形成交 联的不熔结构的塑料称为热固性塑料。

9、常见的有环氧树脂11,酚醛塑料，聚酰亚胺,三聚包 氨甲醛树脂等。塑料的加工方法包括注射，挤出，膜压，热压，吹塑等等。橡胶又可以分为天然橡胶和合成橡胶C天然橡胶的主翌成分是聚界戊二烯。合成橡胶的主要品种有丁基橡胶.顺丁橡胶.氯丁橡胶.尤乙内椽胶.丙烯酸酯橡胶.聚氨酯橡胶 高分子材料、硅橡胶、氛橡胶等等。合成纤维是商分子材料的另外一个重要应用。常见的合成纤维包括尼龙、涤纶、膳纶聚酯纤维，芳纶纤维等等。JL涂料涂料是涂附在1：业或日用产品表面起英观或这保护作用的一层高分子材料.常用的工业涂料有环氧树脂.聚氨酯等。黏和剂是另外一类重要的分子材料。人类在很久以前就开始使用迪.树胶等天然商分子 材料做黏合

10、剂。现代黏合剂通过其使用方式可以分为聚合型，如环氣树脂：热融型如尼龙聚 乙烯：加压型如天然橡胶：水溶型，如淀粉。七：相关介绍,1慶型菽分壬材倒r分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。其中，被称为现代商分子三大 介成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要 材料。尽管商分子材料因普遍具有许女金属和上也业L所无法取代的优点而获得迅速的发展.但 目前业已大规模生产的还是只能寻常条件下使用的商分子物质.即所谓的通用商分子，它们存在 若机械强度和刚性差.耐热性低等缺点。而现代工程技术的发展则向高分子材料提出了更商的 要求因而推动了高分子材料向高性能化

11、、功能化和生物化方向发展,这样就出现了许多产虽低、 价格商.性能优界的新型高分子材料。一2滇分壬分一磁禹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n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.岛效和洁净等特点，伏I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、微濾、电渗析.压渗析、气体分离.渗透汽化和液 膜分离等。用來制备分离.渗透汽化和液膜分离等。用來制备分离膜的高分子材料有许笫种类。 现在用的较多的是聚枫、聚烯烧、纤维索脂类和有机硅等。膜的形式也有女种.

12、一般用的是平膜 和空中纤维。推广应用商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址都小； 利用气休分离膜从空气中富集氧可大大提l氧气回收率等。一去直_分_壬磁jj料分子磁性材料，是人类在不断开拓磁与l分子聚合物（合成树脂、橡胶）的新应用领域 的同 时，而赋予磁与商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 以后才利用磁诜矿（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诜氣体磁 铁、稀土类磁诜和铝银钻合金磁铁等。它们的缺点是既硕且脆.加工性差。为了克服这些缺

13、陷. 将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的1分子磁性材料便应运而生fo这样制成的复合型岛分子磁性 材料，I大I具有比重轻.容易加匸成尺寸粘度拓和复杂形状的制品.还能与其它元件一体成型等特 点，而越來越受到人们的关注。岛分子磁性材料主要可分为两大类.即结构型和复合型。所谓结 构型是抬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。所谓光功能高分子材料是抬能够对光进行透射.吸收、储存.转换的一类商分子材料。目 前，这一类材料已有很多主要包括光导材料.光记录材料、光加匚材料.光学用塑料（如塑料透 镜.接触眼镜等）、光转换系统材料、光显示用材料.光导电用材料.光合作用材料等。光功能

14、商 分子材料在整个社会材料对光的透射.可以制成品种繁女的线性光学材料像普通的安全玻璃、 备种透镜.棱镜等；利用高分子材料世坐传播特性，又可以开发出非线性光学元件，如塑料光导纤 准.塑料石英复合光导纤维等；而先进的匸辿JE元件兴盘的基木材料就是商性能的有机玻璃和聚 碳酸脂。此外.利用岛分子材料的光化学反应.可以开发出在电子工业和卬刷匚业上得到广泛使 用的感光树脂、光固化涂料及粘合剂；利用商分子材料的能址转换特性，可制成光导电材料和光致 变色材料：利用某些r分子材料的折光率随机械应力而变化的持性.可开发出光弹材料，用于研究 力结构材料内部的应力分布等。5;高分子复合材料高分子材料和另外不同组成、不

15、同形状、不同性质的物质复合粘结而成的*相材料。/分了复介材料 最大优点是博各种材料之长，如r强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质.根据应用目的，选取 商分子材料和其他具有特殊性质的材料.制成满足需耍的复合材料C岛分子复合材料分为两大类：岛分子 结构复合材料和r分子功能复介材料。以前者为主。r分子结构复合材料包括两个组分：增强剂。为具 有高强度、高模址、耐温的纤维及织物，如玻璃纤维.氮化硅晶须、业迤及以上纤维的织物。基体材 料。主要是起粘合作用的胶粘剂，如不饱合聚mi.环氧树脂.酚醛树脂、聚酰亚胺等热固性树脂及苯 乙烯、聚丙烯等热塑性树脂，这种复合材料的比强度和比模虽比金属还商，是国防.尖

16、端技术方面不可缺 少的材料。八:发展研究从十九世纪开始.人类开始使用改造过的天然商分子材料。火化橡胶和硝化纤维塑料（赛璐 珞）是两个典型的例子。进入二十世纪之后，商分子材料进入J'大发展阶段。首先是在1907年. LeO BakeIand发明了酚醛塑料。1920年Hermann StaUdinger提出J商分子的概念并且创造了 MakrOmolekUle这个词。二十世纪二十年代末，聚氯乙烯开始大规模使用。二十世纪三十年代初 聚苯乙烯开始大规模生产。二十世纪三十年代末尼龙开始生产。随 .q-z-lk现代化的发展设备的集群规模和自动化程度越來越岛，同时针对设备的安全 连续生产的婆求也越來越

17、商，传统的以金屈修复方法为主的设备维护丄乙好已经远远不能满足 针对更多商新设备的维护需求，对此需要研发更多针对设备倾防和现场解决的新技术和材料.为 此诞生包括分子复合材料在内的更女新的维护技术和材料.以便解决更笋问题，满足新设备 运行环境的维护需求。正基于此，二十世纪后期世界发达国家以芙国福世盔（ISHmC）公司为代表的研发机构. 研发J'以商分子材料和复合材料技术为基础的r分子复合材料它是以分子复合聚合物与金屈 粉末或陶瓷粒组成的双组分或多组分的复合材料它是在r分子化学、直机化学、胶体化学和材 料力学等学科基础上发展起來的r技术学科C它可以极大解决和弥补金属材料的应用弱项.可广 泛用

18、于设备部件的磨损、冲刷、腐蚀、渗漏、裂纹、划伤等修复保护。商分子复合材料技术已发 展成为重要的现代化应用技术之一。在经历了二十世纪的大发展之后（分子材料对整个世界的面貌产生了重要的彩响。时代杂吉认为 塑糾是二十世纪人类最重耍的发明。高分子材料在文化领域和人类的生活方式方血也产生J'重要的影响。 九:合成加工商分子材料在加工之前，要先进行合成把单体合成为聚合物进行造粒，然后才进行熔融 加匸。r分子材料的合成方法有愛仓、羞竺t 二液聚侖和溶液渥介。这其中T发凡起了 很重要的作用，偶氮引发剂和过氧类引发剂都是常用的引发剂,应分£材料助剂往往对高分子材 料性能的改进和成本的降低也有很

19、明显的作用。加I：工艺商分子材料的加匸成型不是单纯的物理过程，而是决定分子材料最终结构和性能 的重要环节。除胶粘剂、涂料一般无需加丄成形而可直接使用外、橡胶.纤维、塑料等通常须用 相应的成形方法加工成制品。一般塑糾制h常用的成形方法有挤出.注射.斥延.吹塑、模压或 传递模塑等。橡胶制品有塑炼、混炼、压延或挤出等成形匸序。纤维有纺统溶休制备.纤维成形 和卷绕、后处理、初生纤维的拉伸和热定型等。在成型过程中聚合物有可能受业、应力及作用时间等变化的彩响.导致商分子降 解、交联以及其他化学反应，使聚合物的聚集态结构和化学注构发生变化。因此加匸过程不仅决 定r分子材料制品的外观形状和质虽.而且对材料超分

20、子结构和织态结构甚至链结构有重婆影响。医用高分子材料在医疗中的应用研究所谓髙分子一般是指由许多重复单元共价连接而成的、分子量很大的一类空子， 材料也称为聚合物，往往具有粘弹性，而医用高分子材料是一类可对有机体型进行迤、 替代与世生，具有特殊功能作川的新型禹技术合成讣分r材料,是科学技术中的一个正在 发展的新领域，不仅技术含量和经济价值高，而且对人类的健康生活和社会发展具有极其重 大意义，通常用于对生物体进行诊断、治疗以及替换或修复、合成或再生损伤组织和泌。 目前，医用高分子材料的发展可谓异军突起，英应用如雨后如遍及整个医学领域，用量也 在持续稳定地增长。匕医魅分理料肉舷现代医学的进步并不单纯是

21、医疗手段革新的结果，它已经越来越依赖于医用材料、医疗 器械以及新药鯉的发展。广义地说，生物医用材料泛指医学中使用到的各类材料，苴中单 是治疗器官的衰竭和组织的缺损所涉及的医用材料就十分惊人，以美国为例，每年有数以百 万汁的人患有各种组织、器官的丧失或功能障碍方而的疾病，需进行800万次术进行修复, 年耗资超过400亿美元，器官衰竭和组织缺损所需治疗费占整个医疗费用的一半，中国是一 个人口大国，患者的数量十分庞大，随着人民生活水平的提高和对于血质量的追求，我国 在此方而的医疗费用也在不断增加。可见，牛物材料是一个巨大的产业,生物材料的不可缺 少性、尤其是空材料动辄上万元的价格决左了我国必须加强具

22、有自主知识产权的生物材料 的研究开发，此外，伴随我国医疗制度的改革，必须自费的医疗费用中的一大块是生物材料, 尤英是进口材料，这给工嶄阶层带来了沉重负担。因此，加强材料的研发不仅是一个科学技 术问题，还是一个重要的经济和政治问题2o2；M分壬材料肉分类.目前医用石分子材料主要有非降解型和生物降解型两种。非降解型医用岛分子材料主要是聚硅橡胶.聚乙烯、聚丙烯酸酯等，广泛用于1.世嗟、 皮阪血管、人工脏器.骨和才齿等人体软.硕组织及器官的修复和制适、粘合剂、材料涂层.人工晶休 等。其持点是大多数不具有生物活性，与组织不易牢固结合，易导致毒性、过墩性等反应。 2.2生物 降解型医用r分子材料 生物降解

23、型医用高分子材料的主要成分是聚迪、蟆乙烯醇及改性的天然幺糖和 蛋门质等,在竝上主要用于暂时执行替换组织和器官的功能或作药物缓释系统和送达载体.可吸收性 外科缝线、创伤敷料等3 o其特点是易降解，降解产物经代谢排出体外,对组织牛长无影响,目前已成 为医用高分子材料发展的方向。上逼用画分壬粒料般用3.1人丄脏器作为软组织材料的一个重婆组成部分的人匸器官,其应用前景已为人们所看好C随着 人工脏器件能的不断完善,其在临床上的应用必将越來越广泛。主要包括：人EMX人I：肾（透析型.过滤 型.吸旳型）、人匸吐、人匸胰脏（如：可采用包膜法即在移植的界体轆或动物胰岛表面覆盖一层商分 子半透膜，能允许腆陪索向膜

24、外渗透但阻止淋巴细胞利几依进入膜内而引起排异损伤）.人匸心脏冊膜、 心脏起搏器电极的高分子包覆层.人工心脏.人工血管.人工喉、人丄气沬 人人工膀胱等。3.2人匸组织 抬用于Ll腔科、卫宣科、骨科、创伤外科和地外科等医用材料.主要包括：牙科材 料（蛀牙填补用地h假牙和人匸牙根.人I：齿冠材料和硅橡胶牙托软衬垫等）,眼科材料（人匸角膜.人匸 晶状休.人r¾体.人丄:眼球.人工视网膜.人工泪道、隐形眼镜），骨科材料（人E-XCriS人工骨、接怦 材料等）肌肉与韧带材料（人工肌肉、人工韧带）皮肤科材料（人工皮肤,含层压型人工皮肤.甲壳素人 匸皮肽.辿质人匸皮肤、组织膨胀器等）.整形外科材料（

25、人1：乳-般为硅橡胶包膜内填充硅魁或空 气,人匸鼻及鞍恳整形.人匸下颌骨、人匸耳朵），假肢（支椁或外层装饰等），人造血液（含人造血浆水 溶性聚合物辅以营养液）。3.3 凹!和医疗用具相关的医用材料一次性岗分子用品（注射器、输血输液袋等）、商分子绷带材料（弹 性绷带.高分子代用仃讥绷带.防滑脱绷带）.医用缝合线、护理用高分子材料.:吸水性树脂（尿不湿. 卫生巾弹性冰.防褥范护理材料）等。3.4药用岛分子岛分子缓祥药物载体：时间控制缓释体系（如康泰克等理总悄形为零级释放）.部位 控制缓释体系（脉冲释放方式）。商分上约物（带有商分子链的药物和具有药效的商分子）：抗癌高分子药物（非把向.靶向）.用于心血管疾 病的商分