有机高分子材料的发展与应用

有机高分子材料的发展与应用人类生存繁衍的历史可以说是人类同大自然相互作用、共同发展和不断进化的历史。

选择什么样的生存和发展模式以及如何实现它，一直是困扰着人类的重大命题。

文明是人类改造世界的物质成果和精神成果的总和，人类文明社会不断演替至今，大体经历了采猎文明、农业文明、工业文明和后工业文明这几个阶段。

人类破坏其赖以生存的自然环境的历史可能同人类文明史一样古老。

关键词：塑料、塑料的定义、塑料的分类、塑料的特征、降解塑料、导电塑料、塑料光纤。

前言：随着塑料工业技术的迅速发展，当前世界塑料总产量已超过1.5亿吨，其用途已渗透到国民经济各部门以及人民生活的各个领域，已和钢铁、木材、水泥并列成为四大支柱材料。

但随着塑料工业的发展，它对环境的污染、对生态平衡的破坏已引起了社会的极大关注，为此，高效的塑料回收利用技术和降解塑料的研究开发已成为塑料工业界、包装工业界发展的重要发展战略，而且成为全球瞩目的研究开发热点。

一、塑料的定义塑料是指以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填加剂、润滑剂，着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中能流动成型的材料。

塑料主要有以下特性：①大多数塑料质轻，化学稳定性好，不会锈蚀；②耐冲击性好；③具有较好的透明性和耐磨耗性；④绝缘性好，导热性低；⑤一般成型性、着色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；⑦尺寸稳定性差，容易变形；⑧多数塑料耐低温性差，低温下变脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶剂。

二、塑料的分类塑料的分类体系比较复杂，各种分类方法也有所交叉，按常规分类主要有以下三种：一是按使用特性分类；二是按理化特性分类；三是按加工方法分类。

1、按使用特性分类根据名种塑料不同的使用特性，通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。

⑪通用塑料一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。

⑫工程塑料一般指能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用作工程结构的塑料，如聚酰胺、聚砜等。

在工程塑料中又将其分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类。

通用工程塑料包括：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等。

特种工程塑料又有交联型的非交联型之分。

交联型的有：聚氨基双马来酰胺、聚三嗪、交联聚酰亚胺、耐热环氧树指等。

非交联型的有：聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮（PEEK）等。

⑬特种塑料一般是指具有特种功能，可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。

如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用，增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能，这些塑料都属于特种塑料的范畴。

①增强塑料。

增强塑料原料在外形上可分为粒状（如钙塑增强塑料）、纤维状（如玻璃纤维或玻璃布增强塑料）、片状（如云母增强塑料）三种。

按材质可分为布基增强塑料（如碎布增强或石棉增强塑料）、无机矿物填充塑料（如石英或云母填充塑料）、纤维增强塑料（如碳纤维增强塑料）三种。

②泡沫塑料。

泡沫塑料可以分为硬质、半硬质和软质泡沫塑料三种。

硬质泡沫塑料没有柔韧性，压缩硬度很大，只有达到一定应力值才产生变形，应力解除后不能恢复原状；软质泡沫塑料富有柔韧性，压缩硬度很小，很容易变形，应力解除后能恢复原状，残余变形较小；半硬质泡沫塑料的柔韧性和其他性能介于硬质、软质泡沫塑料之间。

2、按理化特性分类根据各种塑料不同的理化特性，可以把塑料分为热固性塑料和热塑料性塑料两种类型。

⑪热固性塑料热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、环氧塑料等。

热固性塑料又分甲醛交联型和其他交联型两种类型。

⑫热塑料性塑料热塑料性塑料是指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等。

热塑料性塑料又分烃类、含极性基因的乙烯基类、工程类、纤维素类等多种类型。

①烃类塑料。

属非极性塑料，具有结晶性和非结晶性之分，结晶性烃类塑料包括聚乙烯、聚丙烯等，非结晶性烃类塑料包括聚苯乙等。

②含极性基因的乙烯基类塑料。

除氟塑料外，大多数是非结晶型的透明体，包括聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯等。

乙烯基类单体大多数可以采用游离基型催化剂进行聚合。

③热塑性工程塑料。

主要包括聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚等。

聚四氟乙烯。

改性聚丙烯等也包括在这个范围内。

④热塑性纤维素类塑料。

主要包括醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、塞璐珞、玻璃纸等。

3、按加工方法分类根据各种塑料不同的成型方法，可以分为膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑料和反应注射塑料等多种类型。

膜压塑料多为物性的加工性能与一般固性塑料相类似的塑料；层压塑料是指浸有树脂的纤维织物，经叠合、热压而结合成为整体的材料；注射、挤出和吹塑多为物性和加工性能与一般热塑性塑料相类似的塑料；浇铸塑料是指能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料，如MC尼龙等；反应注射塑料是用液态原材料，加压注入膜腔内，使其反应固化成一定形状制品的塑料，如聚氨酯等。

三、塑料的革命今天我们每个人都被塑料包围着。

从儿童玩具到仪器和容器，从计算机和电话机的外壳到汽车轮胎及其他部件，从尼龙紧身内衣到航天飞机零部件，我们的生活被牢牢地拴在大分子的长链上。

用科学术语来说，具有这些大分子链的化合物称为聚合物。

塑料究竟是怎样制成的，怎样生产出日用物品？有哪些不同寻常的应用前景呢？当然随着人们认识的不断加强，对环境的越来越重视，对于塑料的环境作用也在不断地进行进一步的研究。

聚合物的分子非常大，有时甚至是几百万个相同的小分子头尾相接而得到一个极长的分子。

聚合物也称高分子化合物，不全是人工合成的。

在自然界也有天然的大分子：各种生命形式中的蛋白质、土豆和粮食中的淀粉，或者木材的主要成分纤维素都是高分子物质。

与一个水或氧的分子相比，高分子化合物的一个大分子要比它们大上数十倍乃至千万倍。

对天然聚合物进行加工可获得人造聚合物，使物质的特性得到加强，从而增强它的性能。

从纤维素可生产人造丝，它是像蚕丝一样细和光滑的纤维，但强度极高。

完全人工合成的聚合物“诞生”于1935年，杜邦化学公司实验室研究人员华莱士合成了尼龙的第一个大分子。

这种强度极高的纺织纤维的开发开创了我们称为“材料革命”的时代。

不久，除了尼龙的“后几代”纺织纤维外，以塑料和橡胶形式出现的合成聚合物迅速从实验室研究过渡到日常生活的应用之中，并且以质量和价格的优势排挤了木材、金属等传统材料。

当进一步的研究弄清楚了合成聚合物具有的潜能时，一场真正的革命才爆发了：为制造一件产品不再需要从现有的少数材料中去搜寻，而是根据产品性能的要求，去设计生产适合该产品需要的材料。

这在材料技术上是一次历史性的飞跃。

四、不同塑料的不同表现无论是一个饮料瓶、一件防风衣还是一盘录像带，这些完全不同的东西都是用相同的聚会物制成的，只要把聚合物加以适当改变，就会使它们呈现出如此不同的性质。

只要改变聚合物大分子的结构，也就是说改变它的基础分子的数量和排列方式，就能赋予它优于另一种材料的特性（如弹性、可塑性等等）。

聚合物间的差别不仅取决于构成聚合物的原子的不同性质和这些原子所确定的键的种类，而且还取决于它们的大分子链的结构，即大分子在空间的排列。

每一个不同结构就意味着形成一种新的聚合物，并具有与原有的聚合物不同的性能。

聚合物之间的重要差别还在于它们的结晶程度，即大分子顺序排列的程度。

可分为结晶聚合物和非结晶聚合物，结晶聚合物的链是有规则和有序排列的，非结晶聚合物的链是不规则排列的。

如果聚合物结晶程度比较高，产品就会更坚硬结实但可塑性差，反之亦然。

在合成树脂、纤维和橡胶中，合成橡胶是结晶结构较少的聚合物。

不断开发出多种多样的加工方法也使聚合物具有了更广泛用途，使用不同的加工方法可以使相同化学结构的高分子材料获得非常不同的表面特性。

所以，做成风衣或绒衣的纺织纤维只是把合成树脂的大分子链“拉长”而已，不“拉长”的用来做瓶子的塑料，“拉长”成薄膜可用作磁带的主要材料。

对于橡胶，不管是天然的还是合成的，人们立刻会想到它的弹性。

这些弹性聚合物也称弹性体，有一种柔性，但经特殊处理，即硫化作用就成为“橡胶状”和具有抗热性的物质。

五、几种常用塑料的性质和用途(一）、降解塑料危害更严重捧在手上的一次性发泡塑料饭盒，颜色不像过去用的那样白了，盒底上“降解塑料”几个大字清晰可辨。

“白色污染”的克星真的就是降解塑料吗？使用可降解塑料就意味着更环保了吗？专家的答案显然有点让人出乎意外：降解塑料的危害更严重！在“2004健康产业与生命科学高层论坛”上，上海市环保产业协会副会长郑华兴先生用十分肯定的口吻对降解塑料予以了否定。

郑先生说，目前上海市场上的可降解塑料饭盒有两种，一种是所谓的光降解，即在原有高分子塑料中加入一定比例的光敏剂，或是面碳酸钙、滑石粉；另一种则是生物降解，即在塑料原料中加入淀粉或藕合剂。

由于塑料是高分子材料，它永远不能像植物纤维那样还原成二氧化碳和水。

降解后的塑料分子依然会与土壤结合，使土壤的微生物减少，造成土壤板结、沙化、农作物减产。

说到底，降解塑料实际上只是使塑料提前老化或裂化、粉化，让人眼睛看不见而已，最多也仅仅只是减少了视觉污染。

值得关注的是，一个不容忽视的严重后果还将伴随着这一产品的使用而影响消费者的健康，塑料饭盒等产品中添加的碳酸钙及滑石粉会残留在食物当中，消费者食用后会产生肾结石。

目前，美国、欧洲、日本、韩国等一些发达国家已不再提倡生产和使用降解塑料一次性用品。

“禁白”的关键是打造环保替代品。

据郑先生介绍，上世纪90年代初，国内就已研制生产了以甘蔗、芦苇、稻麦草等天然植物纤维为原料的纸浆餐具，使用中可抗120℃的高温油，100℃开水烫，两小时不渗漏，使用后回收还可再生造纸，填埋可泥化为有机肥料，成为二氧化碳和水，还原于自然，不会污染环境。

但是，由于纸浆餐具的成本较一次性发泡塑料餐具高得多，就是与降解塑料餐具相比也高了许多，致使这一利国利民的环保产品叫好不叫座，偏偏给所谓的降解塑料钻了个空子。

（二）、怎样鉴别食品塑料的安全塑料由于它轻巧、多用和易塑性、坚固耐久，为食品用塑料开辟了广阔的应用前景。

但是食品塑料的兴起，给人类生活、健康带来的安全性问题也不可忽视。

特别是那些粗制滥造、以次充好，甚至乱用有毒材料制造的食品容器、餐具、包装材料导致人们发生急、慢性的塑料中毒的事常有发生。

因此，对应用广泛、五花十色的食用塑料的鉴别就非常必要。

我国目前允许生产供接触食品的餐具、食品容器、工具、设备、包装材料的塑料主要有四大类:聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和三聚氰胺。