高分子作业

高分子材料的发展刘广平（华南理工大学机械与汽车学院广东，广州）【摘要】本文简单介绍了近十几年来高分子材料研究几大重要方向的最新进展和高分子材料在人们生活中的应用与影响,说明高分子材料的研究在高分子科学发展中的重要地位及其重要意义。

【关键词】高分子发展应用影响Abstract: This article simply introduces the past dozens of years, polymer materials research several important direction of the latest progress and polymer materials in people life application and effects, explain polymer materials research in polymer science development the important position and its significance. Keyword: high polymer development application influence 高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。

其中,被称为现代高分子三大合成材料的塑料、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。

合成高分子材料按使用性质划分，有塑料、橡胶、纤维、涂料等，按用途划分有结构型和功能型，同一用途不同层次则有通用型和高性能型之分，功能型细分则有光、电、磁功能和生物相容功能等。

一、高分子材料概述材料是人类用来制造有用物件的物质，材料的可用性由形成材料的物质分子的属性所决定。

组成高分子材料的分子是长链分子，由若干原子按一定规律重复地连接成具有成干上万甚至上百万质量、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子，因此高分子材料又被称为聚合物材料。

1.天然和人造高分子材料高分子材料的发现和应用经过了从天然高分子材料的直接使用，到天然高分子材料的改造再利用，再到化学合成制簧高分子材料的过程。

2500多年前，南美印地安人将天然橡胶树汁涂覆在脚上，依赖空气中的氧连接天然橡胶树汁中的长链分子使其变硬，制成了早期的"靴子"。

1839年，美国Goodyear.发现用硫原子取代空气中的氧使天然橡胶树汁变硬的方法，发明了硫化技术，使天然橡胶成为一种高分子材料。

这种主耍通过化学反应对天然产物进行改性，使人类从原始利用进人到有目的改造天然产物而得到的高分子材料，称为人造高分子材料。

1855年，由英国人Parks用硝化纤维素和樟脑制得的赛骆堵塑料，也是有划时代意义的一种人造高分子材料。

2.合成高分子材料用化学合成的方法得到并被实际应用的第一个合成高分子材料，是1909年报道的美国Baekeland发明的酚醛树脂。

1920年，德国科学家Staudinger提出高分子的长链分子概念后，开始了用化学合成的方法大规模制蚤合成高分子材料的时代。

1935年，英国帝国化学公司（ICI）开发出高压聚乙烯，因其极低的介电常数而在第二次世界大战期间用作雷达电缆和潜水艇电缆的绝缘材料，此后得到广泛应用。

1940年，美国杜邦公司推出尼龙纺织品，因其经久耐用而在当时的美国和欧洲风靡一时，而尼龙66纤维制造的降落伞，更是大大提高了美国军队在第二次世界大战中的作战能力。

20世纪中叶的石油化工的发展虽然得到了许多可供合成高分子材料工业使用的原料，但其中的许多原料却不能被当时已有的高分子合成反应和技术所接受。

1953年，德国科学家Zieglar.和后来的意大利科学家Natta，发明了配位聚合催化剂【1】，大幅度地扩大了合戚高分子材料的原料来源，得到了一大批新的合成高分子材料，使聚乙烯和聚丙烯这类通用合成高分子材料走人了干家万户，确立了合成高分子材料作为当代人类社会文明发展阶段的标志。

20世纪70年代中期在塑料导电研究领域取得突破性的发现，具有光、电、磁活性的导电聚合物成为对物理学家和化学家都具有重要意义的研究领域。

导电聚合物在发光二极管、太阳能电池、移动电话和微型电视显示装置等领域不断找到新的用武之地。

二、高分子材料技术的创新研究1.高分子材料的化学合成多品种的合成高分子材料虽然体现了多用途的使用价值，但却增加了材料合成与制备的复杂性和材料回收再利用的难度。

因为不同品种的高分子材料是由不同的原料单体采用不同的合成技术制得的，要采用不同的技术进行分类后才能回收再利用。

如果能开发一种化学合成技术，实现分子结构和立体结构的调控，达到由一种或有限的几种原料单体，制得具备不同性质、满足多种需求的高分子材料，显然是很有挑战意义的。

这和钢铁材料产业提出的"一钢多能"－样，对通用高分子材料的更新换代有战略意义。

2.高分子材料的物理合成高分子材料的作用和功能的发挥，不仅取决于化学合成形成的分子链的化学结构，还取决于分子链间的非化学成键的相互作用的支撑和协调。

分子链间的非化学成锭的相互作用的形成，可以通过所谓的物理合成方法来实现。

利用外场的物理作用，在一确定的空间或环境中像搬运积木块一样地移动分子链，采用自组合、自合成或自组装等方法，靠分子链间的相互作用，构建具有特殊结构形态的分子链聚集体。

如果再在分子链聚集体中引发化学成键，则能得到具有高度准确的多级结构的高分子材料。

这种物理合成的方法对获得大面积高分子功能薄膜材料和器件很有意义。

3.高分子材料的仿生合成和生命活性化日光、二氧化碳和水经过植物的"合成"，成为可以使用的高分子材料（如天然橡胶等）。

柔蚕将桑叶"合成"蚕丝，蜘蛛将体液"合成"蜘蛛网，可以得到别具特色的纤维材料。

自然界中生物体的这种活性反应器和活性催化剂的功能和作用，正是高分子材料的仿生合成可惜鉴之处。

传递着所有生命过程的生物大分子，与合成高分子一样都是长链分子，但由于难以在合成高分子的分子链上接上确定的序列结构，难以形成精确的链折叠和链间组装，合成高分子表现不出生命活性。

生命大分子结构的精确、活性的专一和功能的多元，对合成高分子材料的生物应用提出了挑战。

合成高分子材料与生物工程学和生命科学的结合，不仅能开发出更多的生物医用高分子材料，还能制备出与生物高分子一样精确的序列结构，组装成类似细胞那样能控制生命过程的生物活性合成高分子材料，也能得到连接细胞与计算机、沟通生命与信息的合成高分子材料。

4.高分子材料的智能化材料的智能化是未来各类材料发展的一个方向。

智能化是指材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识的调节、修饰和修复。

高分子材料中长链分子的丰富构象变化及较弱的分子链间相互作用，赋予高分子材料以自适应性。

高分子表现出的其结构、作用和功能随外界环境而变化的软物质特征，是高分子材料作为智能材料应用的基础。

己经知道无论是最大的力学载荷的传递，还是最快的功能信号的传递，都是沿着高分子的链轴方向，因此了解和掌握外场存在下分子链的取向和聚集，实现外场方向与分子链取向和聚集的同步变化（即当根据需要调节外场方向和强度时，分子链的取向方向和聚集层次也可以随之变化），则能在不同方向和不同层次上调节和发挥高分子材料的功能和性质，使其表现出智能性。

三、各功能高分子的发展与研究状况1.智能高分子智能高分子材料是指能够感知环境变化，通过自我判断和结论，实现指令和执行的新材料。

它在模仿生命系统中同时具有感知和驱动双重功能的材料，即不仅能够感知外界环境或内部状态所发生的变化，而且能够通过材料自身的或外界的某种反馈机制，实时地将材料的一种或多种性质改变，做出所期望的具有某种响应的材料，又称机敏材料【2】。

其中环境刺激因素很多，如温度、PH 值、离子、电场、磁场、溶剂、反应物、光或紫外光、应力和识别等，对这些刺激产生有效响应的智能聚合物自身性质会随之发生变化。

由于它具有反馈功能，与仿生和信息密切相关，其先进的设计思想被誉为材料科学史上的一大飞跃，已引起世界各国政府和多种学科科学家的高度重视。

高分子薄膜。

高分子膜的智能化是通过膜的组成、结构和形态的变化来实现的。

研究较多的是选择性渗透、选择性吸收和分离等。

将生物分子或复杂的生物系统与高分子膜杂化，既有利于延长生物材料的活性寿命，又能获得良好的选择性。

LB 膜是与生物膜的脂质双层结构非常相似的有序分子组合体系。

官能化高分子LB 膜可获得非线性光学特性、光学记忆、光电交换、选择性传质和传感等功能，日本东芝基础研究所已成功地研制了人工视网膜，模拟鼻嗅觉功能的味觉LB 膜正在研究之中。

形状记忆材料。

高分子聚合物形状记忆材料是日本学者在80年代初以形状记忆合金(SMA)为基础开发出来的新型弹性记忆材料，同样具有SMA可“感知”及“驱动”的特点。

当温度到达特征温度时，材料从玻璃态转化到橡胶态，出现大的变形。

温度升高，材料变形容易；温度降低，硬化为持续可塑的新形状。

形状记忆过程可简单表达为：初始形状的制品→2次形变→形变固定→形变回复。

已经开发的形状记忆树脂主要有聚降冰片烯、反式1 ，4 一聚异戊二烯、苯乙烯一丁二烯共聚物和聚氨酯等品种。

形状记树脂在工业上的应用很广，包括从精密复杂的机器到较为简单的连接件、紧固件，如各种管接头，热敏驱动元件，机器人手臂、肘、腕、指等以及利用其双向记忆功能进行能量转换的形状记忆热机。

智能织物【5】。

Vigo 等将聚乙二醇与各种纤维如棉、聚酯或聚酰胺／聚氨酯共混物结合，使其具有热适应性与可逆收缩性。

所谓热适应性，是赋予材料热记忆特征：温度升高时纤维冷却；温度降低时纤维发热。

此热记忆效应源于结合在纤维上的相邻多元醇螺旋间氢键相互作用。

温度升高时，氢键解离，系统趋于无序，此类线团松弛，过程吸热；当环境温度降低时，氢键使系统更为有序，线团压缩，过程放热。

此类织物的另一功能是可逆收缩：湿时收缩，干时回复至其原始尺寸。

其中湿态收缩率可达35％，水以外的溶剂亦能使其产生这种响应。

如压力绷带，它在血液( 其中主要是水) 中收缩，伤口上所产生的压力会止血，绷带干燥时压力消除。

2.导电高分子导电性高分子材料【4】一般分为结构型和复合型两大类。

结构型导电高分子聚合物是1977年才发现的，它是有机聚合掺杂后的聚乙炔，具有类似金属的电导率。

而纯粹的结构型导电高分子聚合物至今只有聚氮化硫类，其它许多导电聚合物几平均需采用氧化还原、离子化或电化学等手段进行掺杂之后才能有较高的导电性。

其代表性的产物有聚乙炔、聚对苯撑、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。

还有一种叫作热分解导电高分子，这是把聚酰亚胺、聚丙烯腈等在高温下热处理，使之生成与石墨结构相近的物质，从而获得导电性。