高分子材料現(xiàn)狀及未來發(fā)展展望

1、學生姓名：學號：老師：高分子材料發(fā)展前景及展望摘要高分子材料是一門內(nèi)容廣闊、與其他許多學科交叉滲透，相互關(guān)聯(lián)的綜合型學科。目前高分子材料的發(fā)展十分迅猛，例如高強度，高韌性、耐高溫以及極端條件的高性能高分子材料發(fā)展很快，與電子、機械、航天航空聯(lián)系緊密。高分子材料正在向功能化，智能化，精細化方向發(fā)展。高分子材料也由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料轉(zhuǎn)向光、電、聲、磁等功能化材料發(fā)展，導電材料、儲能材料、智能材料、納米材料、光導材料、生物活性材料、電子信息材料等方面的研究日趨活躍，成果頗豐。學科交叉以及先進表征加工技術(shù)給高分子材料一個嶄新的發(fā)展機遇，高分子材料正在百花齊放的科學界蓬勃發(fā)展。關(guān)鍵詞高分子材料 通用高分子材

2、料 功能高分子材料 改性 一、高分子材料的發(fā)展史材料是人類用來制造各種產(chǎn)品的物質(zhì)，是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎，它先于人類存在，人類社會一開始就與材料結(jié)下不解之緣，材料的進步和發(fā)展直接影響人來生活質(zhì)量的改善和科學技術(shù)的進步。目前，材料已和能源，信息并列成為現(xiàn)代科學技術(shù)進步的三大支柱。其中材料是工業(yè)發(fā)展的基礎，一個國家的材料品種和總產(chǎn)量是直接衡量其科學技術(shù)、經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的重要標志，也是一個時代的標志。高分子材料相對于傳統(tǒng)材料如玻璃，陶瓷，水泥，金屬而言是后起的材料，但其發(fā)展速度以及應用的廣泛性卻大大超過了傳統(tǒng)材料，它已成為工業(yè)農(nóng)業(yè)、國防和科技等領域的重要材料。高分子材料既可用于結(jié)構(gòu)材料，

3、又可用于功能材料。高分子材料已廣泛滲透與人類生活的各個方面，早人們生活中起到了至關(guān)重要的作用，通俗的說就是衣食住行，鍋碗瓢盆，現(xiàn)代生活中幾乎所有事物都直接或間接與高分子材料聯(lián)系起來。高分子材料可分為天然高分子材料和合成高分子材料兩大類。人類遠古時期就開始使用皮毛、棉花、天然橡膠、纖維素、蟲膠、蠶絲、甲殼蘇、木料等一系列天然高分子材料。隨著社會的發(fā)展，也相應開發(fā)出了天然高分子材料的改性和加工工藝。例如19世紀中葉，德國人用硝酸溶解纖維素，然后紡成絲或制成膜，并利用其易燃的性能制成炸藥。1823年，英國建造了世界上第一座橡膠工廠，生產(chǎn)防水膠布。但當時所用的工藝十分原始，采用溶解法，將橡膠溶于有機溶

4、劑中然后涂抹到布上。當時的橡膠受熱變軟遇冷變硬，受溫度影響很大。1839年，美國人發(fā)現(xiàn)了橡膠的硫化方法，通過硫化大大加強了橡膠的彈性和硬度，開辟了橡膠工業(yè)的廣泛前景，橡膠工業(yè)開始蓬勃發(fā)展，形成了塑煉、混煉、壓延、壓出、這一完整的加工過程并快速發(fā)展，同時也極大地推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。合成高分子的誕生和發(fā)展開始于酚醛樹脂。20世紀初期，科學家發(fā)現(xiàn)苯酚與甲醛的反應，在酸和堿的條件下會得到線性和體型兩種樹脂。從此以后合成并工業(yè)生產(chǎn)的高分子材料種類迅速擴展。20世紀60年代后期高分子合成工業(yè)日新月異的發(fā)展，新的產(chǎn)物和產(chǎn)品層出不窮，合成了各種特性的塑料材料，如聚甲醛、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亞胺、聚醚

5、醚酮、聚苯硫醚等；合成了特種涂料、粘合劑、液體橡膠、熱塑性彈性體以及耐高溫特種有機纖維，使高分子合成的產(chǎn)品成為國民經(jīng)濟和日常生活不可或缺的材料。目前，高分子材料正向功能化、智能化、精細化方向發(fā)展，使其由結(jié)構(gòu)材料向具有光、聲、電、磁、生物醫(yī)學、仿生、催化、物質(zhì)分離以及能量轉(zhuǎn)換等效應的功能材料方向擴展，分離材料、光導材料、生物材料、儲能材料、智能材料、納米材料、電子信息材料等的發(fā)展表明了這種發(fā)展趨勢。與此同時，在高分子材料的生產(chǎn)加工也引進了各種先進技術(shù)，如等離子體技術(shù)、激光技術(shù)、輻射技術(shù)等。而且結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系的研究也由宏觀轉(zhuǎn)到微觀，從定性進入定量，有靜態(tài)進入動態(tài)，正逐步實現(xiàn)在分子設計水平上合成并

6、制備所要求性能的新型材料。當今世界，材料科學和新型材料技術(shù)是優(yōu)先發(fā)展的重要技術(shù)，高分子材料已成為現(xiàn)代工程材料的主要支柱，與信息技術(shù)、生物技術(shù)一起推動社會的進步。高分子材料的快速發(fā)展和廣泛應用也對高分子本身提出了更高的要求。要求高分子材料在基本性能上和功能上進一步提高，在綠色合成化學、環(huán)境友好加工上作出更大的進步，以適應和改善由于工業(yè)快速發(fā)展而帶來的環(huán)境污染，能源緊缺及人類生存空間縮小等問題。二、現(xiàn)狀分類高分子材料按照來源，可分為天然高分子材料和合成高分子材料。如果按照高分子材料的物理形態(tài)和用途來分，可分為塑料、橡膠、纖維、黏合劑、涂料、聚合物復合材料、聚合物合金、功能高分子材料、生物高分子材料

7、。塑料常用的塑料主要是以合成樹脂為基礎，再加入塑料輔助劑制得的，又分為熱塑性和熱固性兩類，前者可以受熱軟化加工冷卻硬化，后者受熱不熔融，溶劑中不溶解。按照用途和適用范圍又可分為通用塑料和工程塑料。前者價格低，性能一般，應用廣泛，產(chǎn)量大；后者價格高具有較好的力學性能，用于結(jié)構(gòu)材料。常見的有：ABS,EP,HDPE,LDPE,MF,PA,PAM,PC,PE,PEG,PES,PET,PF,PMMA,PP,PS,PTFE,PU,PVA,PVC,UF,UP等。橡膠橡膠是一類線性柔性高分子聚合物，分子鏈柔性好，在外力作用下可產(chǎn)生較大變形，除去外力后能迅速恢復原狀。它的特點就是在很寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)異的彈

8、性，所以又稱彈性體。橡膠按照其來源也可分為天然和合成橡膠兩大類。合成橡膠是各種單體經(jīng)聚合反應合成的高分子材料，按性能和用途可分為通用合成橡膠和特種合成橡膠。用以代替天然橡膠來制造輪胎以及其他常用橡膠制品的合成橡膠成為通用橡膠。常見的有順丁橡膠、丁苯橡膠、乙苯橡膠、丁基橡膠、氯丁橡膠等；還有一類用于各種耐寒，耐熱，耐油等特種橡膠制品的橡膠，稱為特種橡膠。纖維纖維是指長度比直徑長很多倍并且有一定韌性的纖細物質(zhì)。纖維是一類發(fā)展比較早的高分子化合物，如棉花，麻，蠶絲屬于天然纖維，隨著化學反應，合成技術(shù)和石油工業(yè)的不斷進步，出現(xiàn)了人造纖維和合成纖維，并統(tǒng)稱化學纖維。人造纖維是以天然聚合物為原料，經(jīng)過化學

9、處理和機械加工得到的；合成纖維是由合成的聚合物制的的，品種繁多，投入生產(chǎn)的已有40余種，其中最主要的是聚酯纖維（滌綸）、聚酰胺纖維（聚酰胺）、聚丙烯晴纖維（腈綸）三大類。涂料涂料是指涂布在物體表面而形成的具有保護和裝飾功能的膜層材料。涂料是多組分體系，主要有三種組分：成膜物、顏料和溶劑黏合劑（膠黏劑）一般來說，相對分子量不大的高分子都可以作為黏合劑。比如熱塑性樹脂聚乙烯醇、聚乙烯醇縮醛、聚丙烯酸酯、聚酰胺類等；作為粘合劑的熱固性樹脂有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯等；作為黏合劑的橡膠有氯丁橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠、聚硫橡膠、熱塑性彈性體等。聚合物基復合材料由兩種或兩種以上物理和化學性質(zhì)不同的材

10、料組成的，并且具有復合效應的多相固體。具有很高的比強度及比模量；具有較好的耐疲勞性能同時減震性能安全性好還具有較好的可設計性。目前，聚合物復合材料正向高性能復合材料方向發(fā)展。因為傳統(tǒng)聚合物基復合材料中基體樹脂耐熱性較差，不能用于高溫構(gòu)件上?，F(xiàn)在熱門的是開發(fā)耐熱性樹脂，同時也是未來的發(fā)展方向，目前開發(fā)出的耐熱性樹脂基體有聚酰亞胺、聚芳醚酮、聚芳砜等。另外，由于復合材料中應用的最為廣泛的增強材料為纖維，因此，現(xiàn)在對纖維材料的開發(fā)有了進一步發(fā)展，除了玻璃纖維之外，現(xiàn)在應用比較熱門的是碳纖維、芳綸纖維。芳綸纖維和碳纖維都是高性能纖維，芳綸纖維特性不如碳纖維，但是成本較低，應用的較為廣泛?，F(xiàn)在，一種被稱

11、為晶須的單晶體短纖維也被人們應用于復合材料中。晶須本身的拉伸強度和彈性模量極大，但生產(chǎn)率低，價格高、成型困難，目前還不能成為工業(yè)原料，相信隨著研究的不斷深入，成產(chǎn)工藝會不斷成熟。其他的增強纖維還有碳化硅纖維、氧化鋁纖維、超高分子量聚乙烯纖維及金屬纖維等會在復合材料應用中有較好的應用前景。聚合物合金近30年來，為了獲得理想性能的聚合物材料，人們把不同種類聚合物加以混合，成為聚合物共混物或聚合物合金；同時嵌段共聚物與接枝共聚物，在結(jié)構(gòu)上有一定相似，人們把他們統(tǒng)稱為聚合物合金。目前工業(yè)生產(chǎn)的聚合物有數(shù)十種，而人們普遍認識到共混是聚合物改性和制備性能的特的聚合物的重要途徑之一。功能高分子材料功能高分子

12、材料是高分子材料中發(fā)展最快、具有重要理論研究和實際應用的新領域。功能高分子材料除了具有聚合物的一般力學性能、絕緣性能和熱性能之外，還具有物質(zhì)、能量和信息轉(zhuǎn)換、傳遞和儲存等特殊功能。目前，功能高分子材料以其特殊的電學、光學、醫(yī)學、仿生等諸多物理學學性質(zhì)構(gòu)成功能材料的主要組成部分，功能高分子材料的研究以及進展必回提供更多更好的具有高附加值的各種新型功能高分子材料。三、未來高分子合成材料發(fā)展至今，已構(gòu)成了一個完整的工業(yè)體系，其品種繁多、技術(shù)成熟，生產(chǎn)效率高、成本低、用途廣泛，是人類生產(chǎn)、生活必不可少的重要材料。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，對高分子提出更高更新的要求，一方面對通用高分子材料進行改性，提高綜

13、合性能，另一方面又要開發(fā)新品種、新材料，使高分子材料不斷向著高技術(shù)、高性能、高效益的新型、特種、功能高分子領域發(fā)展。通用高分子生產(chǎn)品種塑料中的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯，合成纖維中的聚酯、尼龍、聚丙烯腈、維尼綸，合成橡膠中的氯丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、異戊橡膠等，一方面對單體的生產(chǎn)技術(shù)要進一步改進，降低成本；另一方面需要研究新型催化劑，特別是高效催化劑的使用，改進聚合方法和成產(chǎn)工藝，在提高產(chǎn)品綜合性能和產(chǎn)率的同時，要減小消耗，減低成本。通用高分子的改性研究也是重要的領域，利用高分子設計原理，在大分子鏈上引入不同的官能團制成的新品種，改變了原有品種分子的結(jié)構(gòu)和組成，從而改變高聚物的綜合

14、性能，得到改性的通用高分子。工程塑料和特種橡膠隨著國防工業(yè)的現(xiàn)代化，對材料性能的要求越來越高，原有品種已不適應要求，必須開發(fā)新品種。如原有工程塑料中的聚苯醚、聚砜、聚甲醛、聚酯、聚酰胺等高分子材料要進一步提高強度、耐磨性、耐高溫、耐寒冷、耐化學復制等特性。特種橡膠密封制品要求具有更高的耐高溫、耐寒、耐油、耐紫外光、耐輻射等性能。同時，目前工程塑料和特種橡膠單體的生產(chǎn)成本較高，需要進一步改進生產(chǎn)工藝，以降低成本。功能高分子材料的發(fā)展方向 今后，功能高分子材料的科研方向是進一步開發(fā)以下功能高分子：具有光學功能的光敏高分子，高分子磁性材料，高分子導電材料。研制具有化學功能的個各種高分子催化劑，如電解

15、質(zhì)高分子，氧化還原高分子，進行不對稱合成的旋光高分子，金屬聚合物高分子催化劑，以及高分子為載體的酶催化劑等。研制新型高分子離子交換樹脂，高分子膜材料，高分子液晶，高分子吸附材料，高分子吸水材料等。如分離海水的海水淡化膜，涂抹即可用的高分子液晶材料可應用于溫度指示。應用于醫(yī)學的生物高分子材料，如人工心臟，人工肺、人造皮膚、用于醫(yī)療的緩釋劑，高分子生物酶等。在研究方向上，非PVC醫(yī)療用品因PVC與藥物的作用將是未來的發(fā)展重點；硅橡膠具有疏水性，通過表面改性使之更親水將提高其作為醫(yī)療用品的價值；體內(nèi)埋植用品由于需要取出增加了患者的痛苦，單根型埋植劑、生物降解埋植劑是主要的研發(fā)方向；隨著生物醫(yī)學工程、

16、組織工程的發(fā)展，對醫(yī)用材料的技術(shù)和性能要求日益提高。就硅橡膠而言，如何使其充分應用于生物工程與組織工程是今后研究工作的主要方向；如：生物傳感器是當今引人注目的一項生物技術(shù)。生物傳感器的微型化，與生物體的適應性等，將成為與人工臟器相關(guān)的重要課題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各類功能高分子材料，如生長劑、除害劑，食品添加劑等。高分子材料將在解決高效率灌溉用具、種子處理、農(nóng)產(chǎn)品長期保鮮、運輸、綠色化肥等方面具有較為廣闊的發(fā)展空間。精細化工高分子材料用于船舶、汽車、火車、摩托、家電設備的各種高性能油漆涂料；建筑行業(yè)裝修用的高分子材料；日化中的包裝材料，服裝、皮革、高檔印刷紙的涂飾材料以及紡織工業(yè)用的特殊性能材料。要進一步開發(fā)綠色新品種，防止環(huán)境污染，提高應用質(zhì)量并注意降低成本，擴大適用范圍。隨著國防、航空航天、電子電氣工程、信息工程、生物工程、