功能高分子材料的现状

功能高分子材料的现状（精选8篇）

功能高分子材料的现状篇1

1、前言

随着高分子材料合成与加工的技术进步, 塑料在各行业得到广泛、深入的应用。各行业所采用的塑料制品大不相同, 对制品的材质、性能等方面的要求各有其特殊性。塑料助剂、树脂原料和塑料加工机械一起组成了塑料加工的三大基本要素。此外, 加工工艺水平、配方技术以及相关配套服务设施也成为完美展现塑料制品性能的不可或缺的因素。据统计,2001 年全球塑料助剂的消费量达到了7900kt ,销售额146 亿美元,其中,功能助剂占据了80 %左右。一些新型功能助剂发展时间不长,消费量较低, 却带来了助剂产业新的突破点和增长点, 丰富完善了整个助剂体系, 其高技术含量和巨大的增幅显示了强大的生命力。同时,传统的助剂也正努力寻找新的替代品。单一结构对应单一性能, 仍是助剂分子结构研究和设计的理论基础, 但复合化、高分子量化、环保化等新思路逐渐占据了新型研发的主线。一剂多功能化和单剂单功能高效能化成为现代助剂研发的趋势。在注重功能体现的同时, 人们将更多的目光投在了前期的加工适用性、配方设计和后期的回收、无害化处理等问题上, 这使得助剂研究的结构更为合理, 发展更为平衡。此外, 科研院所、高校的基础理论性研究如何与现代企业结合, 更快更好地投入到工业化生产, 加大应用研究的投入力度也是助剂专家和企业家需要考虑和面对的问题。

我国助剂工业起步较晚, 发展迟缓, 难以适应目前的发展趋势, 必须借助行业发展, 探索一条具有中国特色的助剂工业之路。在消化、吸收、仿制国外先进品种和技术的基础上, 针对不同行业要求和特点, 开发出高效、多功能、复合化、低(无)毒、低(无)污染、专用化的助剂品种, 提高规模化生产和管理能力, 改变目前助剂行业规模小、品种少、性能老化且雷同、针对性(专用性)差、性能价格比明显低于国外同类产品、创新能力低下、污染严重、无序竞争的局面, 创造一个投入产出比明显高于其他化工产品的新产业。

2、传统助剂的改进

2.1 复合化

复合化的目的是找到一种助剂使之具有多功能性,同时满足多种功能的需求。新型的复合化技术是以经典理论和应用技术研究为基础, 将显示协同效应或不同功能的助剂组分配合在一起, 构成一种复合品种或母料, 这无论对助剂开发或应用都具有事半功倍的效果, 也是复合化技术备受瞩目的重要原因。

助剂的复合化包括混合型助剂和浓缩母料。前者系各种助剂的混合物, 后者则是将助剂和分散剂等以较高浓度附着在载体树脂上, 加工时稀释一定倍数。复合技术的共同特点是助剂的应用简单方便。因此,复合化技术已渗透到了塑料助剂的各个领域。与早期简单的复合助剂相比,当代助剂的复合化技术已有质的飞跃, 协效组分的作用显得十分关键和突出。其各种组分之间的协同机理的研究和协效组分的开发将是未来助剂复合化技术发展的关键。

北京市化学工业研究院按特定工艺将高分子量受阻胺光稳定剂和具有高效热稳定性、金属离子螯合性的若干光、热稳定剂复合制成BW136复合而成。HP-136 可以捕获高聚物降解直接产生的碳自由基, 阻断降解链反应。GX2215 可使聚烯烃等高分子材料在高温加工过程中保持优异的稳定性。

2.2 高分子量化

高分子量化可提高助剂自身的热稳定性、耐水解能力、提高助剂与基材树脂的相容性, 进而提高助剂在塑料制品中的耐迁移性、耐抽提性, 且不致过度恶化基材的基本物理机械性能。高分子量化也是降低助剂自身毒性的有效手段。高分子量的抗氧剂1010 比低分子量1076 的耐水解能力、耐迁移性、耐抽提性有明显改善。聚合型抗静电剂可实现永久抗静电。齐聚溴代碳酸酯、齐聚磷酸酯等高分子量阻燃剂对除阻燃性之外的其他基本物理机械性能的恶化程度均明显降低。受阻胺光稳定剂(HAL S)高分子量化不仅可提高热稳定性、与树脂的相容性、耐迁移性、耐抽出性, 而且能降低毒性,延长塑料制品的使用寿命,扩大其使用范围。

2.3 环境友好化

各种合成高分子材料制品的深入广泛应用,给人类赖以生存的环境带来诸多压力。近年来,全球卫生、安全、环保等方面的法规日益严格, 要求塑料制品从选材、配方组分、加工工艺及其过程、使用,到废弃处理、分类回收、再生循环、环境可消纳性、燃烧产物及其毒性等环节或因素都必须考虑环境负荷。

“绿色”建筑塑料已成为21 世纪建材工业的发展方向,高效、多功能、无毒、无公害是塑料助剂发展的总趋势。大量使用重金属铅盐稳定剂的欧盟国家(如法国)已完成Ca/ Zn 热稳定体系的技术储备, 并已向欧盟承诺, 到2010 年50 %取代重金属,2015 年将全部取代重金属。

寻找铅、镉替代品的工作日益紧迫。目前, 已出现了大量具有较高性价比的钡/ 锌、钙/ 锌类复合稳定剂、稀土类热稳定剂和价格较高的有机锡类稳定剂。

采用溴代联苯醚类阻燃剂的阻燃高分子材料被怀疑燃烧时有可能释放苯并二英、苯并呋喃等致癌物质, 也使无卤阻燃剂的开发逐渐升温。PVC 树脂燃烧发烟量较高, 抑烟性成为提高PVC制品消防安全性能的关键因素。在开发阻燃剂的同时,抑烟剂的开发也同样具有重要意义。

酚类抗氧剂BHT 分子量低、易挥发和萃取,近年来更是出现了致癌性的报道。以维生素E 为基础的系列产品大大缓解了BHT 所带来的压力。该系列产品是将维生素E 与亚磷酸酯、甘油、聚乙二醇、高孔率树脂载体等组分配合而成的固体。基于人们对卫生安全和生态保护意识的进一步增强,这类“绿色”助剂将具有广阔的市场潜力和环保价值。

3、新型助剂

在传统助剂的基础上, 研究者们根据功能性和经济性的需要, 以基础理论为先导, 结合最新研制的技术成果, 辅以各种加工工艺, 试制了各种各样的新型助剂。这些助剂与传统型助剂相比,或者技术含量大大提高, 性能有了质的飞跃;或者从无到有,成为一类新型的助剂品种。这一切使得助剂行业呈现出了“百花开放、百家争鸣”的态势。

3.1 晶型改质剂(成核剂)

提到晶型改质剂, 人们很容易就想到成核剂、透明剂,再想到聚丙烯成核透明剂。成核透明剂仅是晶型改质剂的一种。晶型改质也并非聚丙烯的专利。凡结晶性聚合物均可添加晶型改质剂调节树脂的结晶行为。

晶型改质剂加入到聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚醚等结晶性聚合物中, 改变树脂的结晶行为, 加快结晶速度, 增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化, 缩短成型周期, 或全面或部分提高制品透明性、表面光泽、拉伸强度、刚性、热变形温度等物理机械性能

北京燕化树脂所采用稀土类晶型改质剂WB G4 后, 聚丙烯的β晶型比例占总结晶部分的95 %以上。而且,经过多次热历程后,β晶型比例变化不大。

目前国内外从事晶型改质剂研究的单位不少, 很多文献报导都涉及了聚丙烯β晶型成核剂,但更应值得关注的是高比例β晶型稳定存在的聚丙烯商品化的切入点在哪里。

聚丙烯的结晶改性成为研究热点已是不争的事实, 但是工程塑料需用的晶型改质剂在国内几乎是空白。国外很多改性工程塑料的说明书明示已添加成核剂, 而国内绝大多数工程塑料树脂仍沿用了纤维级树脂的习惯。如PET、PA6、PA66 等树脂几乎没有添加成核剂的品种。工程塑料(聚酯、聚酰胺等)的专用晶型改质剂(成核剂)的合成与应用急待开发。

聚丙烯用成核剂能否引入工程塑料, 值得深入研究。国外有相关专利文献报导,国内很少有人从事此类研究。

3.2 表面处理剂

填充改性是塑料改性的重要手段之一, 刚性和韧性是塑料制品两个重要性能指标, 如何保证塑料制品同时具有良好的刚性和韧性, 是长期以来

材料科学研究的重要课题之一。

提高填充改性效果的技术关键之一是无机粉体的表面处理技术。目前应用最多的是偶联剂活化技术。偶联剂的工业品种众多, 主要有硅烷类、钛酸酯、铝酸酯、铝钛复合酯、磷酸酯、硼酸酯等偶联剂。偶联剂通常都是两亲性物质,其中一些基团与填料表面吸附或与表面的结合水或-OH 反应;另一些基团(或长链)与高聚物基体缠绕, 提高无机填料与基材树脂的相容性, 改善其在基体中的分散性和界面粘结力。但因有机偶联剂的有机链段短, 与基体作用小, 对材料力学性能的提高有限, 满足不了目前市场上迫切要求提高改善制品性能,进一步降低成本的发展需要。人们希望能有一种新型结构的偶联剂除能保持传统偶联剂的双亲结构外, 还能以更强的结合力与填料和基础树脂键合、缔合或形成其他形式的物理作用。稀土元素的结构特点恰能满足这种需求。

广东炜林纳公司针对PVC 应用体系, 利用稀土元素与有机配体合成一种具增韧偶联、多功能特性的新型改性剂, 与无机粉体CaCO3 等, 通过“核-壳”包裹技术开发出新型表面处理剂。该产品可用作PVC 用无机刚性粒子增韧剂, 具多功能性, 对PVC 或PVC/ CaCO3 填充体系具有独特的致廉增效改性作用,已在工业上应用。

3.3 接枝高聚物、特种共聚物作相容剂

高分子共混是进行材料改性的最简单易行的手段。相容剂就是伴随这种处理方式而产生的。所谓相容剂就是能使共混的两种树脂在加工熔融过程中,在其帮助下能形成热力学相容状态,从而结合几种共混材料的优点,实现高性能化和功能化。

相容剂一般为接枝高聚物或特种共聚物, 即将两种性能差异较大的分子链段用化学方法结合在一起, 分子链段性能差异越大, 其相容效果就越好。如将极性的马来酸酐接枝在聚烯烃大分子链上,对于PP/ PA 合金就有良好的相容作用。至今为止, 高分子相容剂是以界面活性剂的概念为基础发展起来的, 主要目的是通过对两种或两种以上具有不同性质的高分子共混体系的微观相态结构起到调整和控制作用, 以提高其材料的性能, 从机能特征角度可以将其概括为结构型相容剂。目前这类相容剂在应用中还存在着制备成本高、作用效率低、兼容性差等问题, 而且对某些特殊高分子材料体系, 至今还没有发现作用效果好的相容剂种类。

今后的相容剂的发展必然要以全面迎合和促进高分子材料日新月异的进步为目标, 从结构型相容剂向功能型相容剂、兼容型相容剂、高效型相容剂和特征相容剂等方向转变。从广义上讲,高分子材料制备技术所能涉及的复合(分散)相尺度已从微米时代进入到纳米时代,而且高分子分子设计、材料性能与结构设计、工艺设计等方面的理论与实践的进步,将使相容剂在发展方向上的转变成为历史之必然。

3.4 纳米粉体/ 纤维粉体

无机粉体的超细化技术派生出两个分支, 一是无机粉体粒度的纳米化, 二是无机粉体向增强纤维方向发展。

各种纳米技术使无机粉体纳米化成为现实,各种纳米无机粉体/ 聚合物复合材料研究成果的问世使纳米无机粉体进入了功能添加剂行列, 而不再仅仅是超细化的无机填充剂。

镁盐晶须、类纤维状硅灰石的工业化生产, 拓宽了应用领域,自身功能得到提升。

中科院漆宗能教授以纳米无机相材料蒙脱土为填充材料, 采用插层复合技术制备了具有高强度和耐热性、高阻隔和自熄性的纳米复合材料, 如尼龙6 纳米塑料、PET 纳米塑料、超高分子量聚乙烯粘土纳米复合材料、纳米无规共聚聚丙烯、纳米聚乙烯高阻隔膜等, 经测试, 性能均大大高于一般填充材料, 且某些性能极为突出。目前, 已有部分产品实现了工业化。

四川大学的黄锐教授采用熔融共混法制备聚合物/ 纳米无机粒子复合材料, 通过对聚合物/ 弹性体/ 纳米无机粒子的三元复合体系的工艺研究,提出了“沙袋结构”的增韧机理并验证了增韧体系符合逾渗规律,对复合体系的脆韧转变实现了定量化。

4、稀土类助剂成为新的研发热点

稀土元素由于其特殊的外电子层结构, 使得其化合物具有光、电、磁以及界面效应、屏蔽作用和化学活泼性等多种特殊功能, 被成功用于制作光、电、磁性材料和催化剂等。稀土元素被引入到高分子材料助剂结构以后, 助剂的功效发生了令人耳目一新的变化。世纪90 年代, 我国率先将稀土化合物商品化地用于PVC 热稳定。由于它不仅具有热稳定剂的作用, 还表现出偶联、加工改性、增亮增艳等功

能,具有较高的性能价格比。

稀土化合物作为PP 的晶型改性剂, 作为LLDPE 的流变改性剂和作为无机粒子的表面处理剂等方面都具有独特的功能, 对聚烯烃的增韧增刚、提高热变形温度和改善加工性能都具有明显作用。利用稀土化合物的荧光性质也已制成发光塑料, 利用磁性稀土材料制成了磁性塑料, 利用稀土化合物的光转换性质制成了发光塑料等。将轻稀土化合物与传统无卤阻燃剂结合, 开发无卤稀土阻燃剂, 并应用于聚烯烃, 可在满足阻燃性能要求的同时, 提升阻燃材料的综合性能, 克服传统的无机非卤阻燃剂劣化被阻燃基材物理-机械性能的弊端。

此外, 稀土改性母料或专用料, 可应用于各种特定目标产品,如汽车、家电、管材等。

5、结论

功能高分子材料的现状篇2

一、化学教学价值

新课程改革使所有的教育活动要围绕体现学生主动认知、健康发展的核心价值而进行。化学教育价值在于其能够奠定学生的科学素养基础, 形成基本的化学观念, 提供化学学科独特的认识物质世界的视角与完善“结构决定性质、性质反映结构”等化学思维结构。但是, 在传统的化学教学领域中, 大部分教师对化学教学价值的认识还停留在“传递化学知识”上, 部分教师虽然已经关注到学生技能与技巧的发展, 但大多为点缀。在教学实践中, 教师奉行的价值观与理想中的教学价值观并不一致, 相去甚远。因此, 我们要想转变教学价值观, 就要在化学教学实践中不断摸索、发展与完善。

二、“功能高分子材料”的化学教学价值

“功能高分子材料”是人教版高中化学选修5第五章第三节的内容, 是高中“有机化学”的最后一节内容。在传统教学中, 我们会把这节课当作科普内容介绍给学生或安排学生自学。然而, 经过深入分析教材, 我们就会发现, 这节容易被忽视的课, 从各个方面都蕴含着可实现的化学教学价值。功能高分子材料与学生的生产生活实际、高科技材料发展有着紧密的关系, 能够深层次地体现“结构决定性质”的化学思维结构, 运用宏观与微观视角解决本节教学相关问题, 能让学生体验有机化学原理在解决实际问题中的重要作用。如何才能在教学实践中实现化学的教学价值, 我结合“功能高分子材料”的教学实例, 将具体分析如何在新课程改革的教学实践中实现化学教学价值。

1.奠定科学素养基础, 形成基本的化学观念

形成超越课堂的持久价值和迁移价值是化学学科具有强大生命力的体现。《高中化学新课程标准》强调从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等三个维度着手培养学生的科学素养, 在此基础上形成基本的化学观念, 使之成为认识物质世界、做出相关判断的出发点与基本依据。这意味着化学教学不仅要提供给学生基本的化学知识、技能和方法, 更重要的是要让学生从化学视角去认识科学、技术、社会和生活, 了解化学制品对人类的影响, 形成如微粒观、元素观、分类观、结构决定性质等基本的化学观念, 懂得运用化学知识去治理环境污染, 合理地开发和利用化学资源, 在面临与化学有关的社会问题的挑战时, 做出更理智、更科学的决策。

围绕“奠定科学素养基础、形成基本的化学观念”这一教学价值, 我在“功能高分子材料”的教学过程中突出教学素材的选取和化学观念的合理运用。

在引入环节, 我展示了功能高分子材料在各个领域的广泛应用, 从新材料的实际应用出发, 让学生了解功能高分子材料, 引导学生关注高科技产品与生产生活的紧密联系。随后, 我会问同学们这样一个问题:在沙漠治理和抗旱保水的过程中, 我们需要一种高吸水性材料, 如何获得?这就将学生置身于解决实际问题的环境中, 面对与化学有关的社会问题的挑战, 引导学生去探求化学知识的实际应用价值, 引发他们进行创新性思考。

为了解决这个问题, 我让同学们说说生活中常见的吸水性物质有哪些?之后, 我会从他们都熟知的物质——棉花入手, 分析其性质和结构特点, 引发学生有针对性的思考和研究, 从而在明确其结构特点与性质关系的基础上, 对棉花的结构按需进行改造, 合成能够解决沙漠问题的高吸水性材料——聚丙烯酸钠。所有的教学环节都在培养当学生面临与化学有关问题的挑战时有运用化学研究的一般思路做出科学决策的能力。

在我们完成探究高吸水性材料的性质之后, 我又以尿不湿为例拓展高吸水性材料的重要应用, 从应用和结构的角度比较聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺性质的异同, 培养学生从化学视角分析生活中常见物质结构和性质的异同, 巩固学生已有的基本认识和观念, 培养学生观察、对比和分析等科研能力。

这部分教学材料的选取始终突出化学的教学价值, 围绕奠定学生化学科学素养基础的要求, 将化学课堂教学与学生生活体验、高新科技发展紧密联系在一起, 将各种素材在有机合成思想的指导下合理安排, 落实官能团性质、有机合成思路等化学知识, 帮助学生主动建立并巩固化学观念, 引发学生对化学与社会、科技的主动关注与思考, 尝试运用化学知识解决现实世界的问题。

2.提供化学学科独特的认识物质世界的视角

微观结构与宏观性质的关系是认识客观世界的一个思想方法, 是化学不同于其他学科的最具特征的思维方式。化学的基本特点是在分子水平上研究物质的结构、组成、性质和变化, 在微观层面揭示事物一般的、本质的与深层次的特征与联系, 因此, 化学能帮助学生从宏观与微观视角认识物质及其运动, 使他们的认识得以升华。

“功能高分子材料”一课的教学实践源于学生的生活经验, 我们可以从宏观层面研究天然吸水性材料——棉花的宏观性质和外部特征, 探究棉花具有一定吸水性和保水能力的原因。在这个过程中, 学生能够在问题的驱动下主动地分析棉花纤维素分子的功能基团和分子骨架, 自觉从微观层面研究分子物质的组成。结合素材分析微观结构, 我们会进一步思考并讨论如何通过改变结构, 增强棉花的吸水能力和保水能力, 进而获得强吸水性和强保水能力的高吸水性材料, 从微观分析进入到宏观观察, 进而探究聚丙烯酸钠的性质和特征。

3.完善“结构决定性质、性质反映结构”的化学思维结构

化学研究既重视观察与操作, 又突出化学思维, 从实现化学教学价值的角度看, 建立并完善“结构决定性质、性质反映结构”的化学思维结构是化学教学的一个核心任务。化学教学需要唤起学生主动进行科学探索的意识, 更要优化学生的科学思维结构。

“功能高分子材料”一课通过改造和修饰功能基或分子骨架, 合成所需要的功能高分子, 将“结构决定性质”的体现从静态结论转变为动态过程, 让学生从被动地接受转变为主动运用化学观念。从完善“结构决定性质、性质反映结构”的化学思维结构视角出发, 我们通过对高吸水性树脂的合成分析, 遵循材料科技发展的路径, 从天然材料中得到启发, 通过引入功能基团和改造分子骨架, 得到高性能材料, 从结构角度认识性质, 进行结构优化, 实现性能优化, 最终形成合成功能高分子材料的一般思路。例如, 我会从学生熟知的天然吸水性材料——棉花开始, 探究它的吸水性和保水性, 分析哪些分子结构特点会影响棉花的性质, 认识纤维素分子的分子骨架和功能基团与棉花吸水性、保水性的关系。因为棉花的性质特点不能满足沙漠治理的需要, 如何在了解棉花的结构后合成高吸水性材料?我会让学生从纤维素分子的结构入手, 改造分子结构, 通过对分子骨架的改造和功能基团的修饰, 设计出合成高吸水性材料的路线, 合成聚丙烯酸钠, 通过实验验证其性质, 反映物质结构与性质的关系。

化学课程把形成学生主动、健康发展的意识与能力作为其实施的核心价值, 因此, 我们要在化学教学活动中, 选取教学素材、设计探究活动、安排教学程序, 完成化学教学的真正任务, 实现化学教学的价值。

参考文献

[1]胡久华, 王磊.促进学生认识素养发展的化学教学[J].教育科学研究, 2010 (3) .

[2]教学部基础教学教材审定工作办公室.新课程实验教材精粹选评 (化学卷) [M].北京:人民教育出版社, 2012.

[3]林承志.化学课程与教学论[M].北京:北京师范大学出版社, 2012.

[4]沈理明.化学教学研究[M].镇江:江苏大学出版社, 2010.

[5]杨梓生.试析《化学1 (必修) 》教材如何引导学生形成化学观念[J].化学教育, 2008 (4) .

功能高分子材料的现状篇3

关键词：高分子材料；化工材料；发展现状

我国自上世纪80年代以来，开始致力于高分子化工材料的研发，并且将高分子化工材料用于多种领域，满足了节能减排、高性能高科技等现代社会发展的要求。除了本文主要介绍三种材料以外，我国在烯类单体聚合、a—烯烃的聚合、乙烯基单体的光聚合与光刻胶等方面也取得很大的研究成果，随着现代科技的发展以及社会发展的进一步需求，高分子化工材料将得到进一步的开发研究，并广泛的应用于农业、工业、医学、生物、能源等领域。高分子智能材料已经成为材料科学发展的一个重要研究领域，全世界各个国家科学家都在为此作不懈的努力。从人类历史发展来看，任何一种重要材料的发明和利用，都能够把人类改造自然，创造社会的能力提高到一个新的高度，并给社会生产力和人类生产生活带来巨大的影响，使人类的物质文明建设和精神文明建设共同向前推进一大步。所以可以肯定的说，未来将会有更多更好更实用的智能材料出现在我们的面前。

一、高分子材料概念描述

所谓高分子材料是指由许多重复单元共价连接而成的，分子量很大的一类分子所组成的相关聚合物，并且具有粘弹性。高分子材料正在向以下几方面发展：高功能化，高性能化，复合化，精细化和智能化。鉴于此，我国的高分子材料在进一步开发通用的基础上，应该重点发展高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以进一步满足市场需要。天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质，可分为天然纤维、天然树脂、天然橡胶、动物胶等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料，此外还包括胶黏剂、涂料以及各种功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所没有的或较为优越的性能，较小的密度、较高的力学、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等。

二、高分子材料的应用分析

（一）聚烯烃材料

聚烯烃是高分子化工材料中用量最大的，也是应用范围最广的一种，主要在汽车、建筑、家电等领域得到广泛的应用。聚烯烃是烯烃的聚合物，是由乙烯、丙烯1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性树脂的总称，主要通过高压聚合或者低压聚合如溶液法、浆液法等方法生产合成，主要品种有聚乙烯以及以乙烯为基础的一些共聚物、聚丙烯以及以聚丙烯为基础的丙烯共聚物。具有容易加工、综合性能良好、原料丰富，价格低廉等优点。目前，各研究机构正在研究使用过渡金属做催化剂，进行各类烯烃的聚合。近年来，随着节能减排、低碳经济以及可持续发展思想的深入，聚烯烃的合金化、高性能化和多样化成为研究的方向和重点。

（二）高分子智能材料

高分子智能材料是通过有机和合成的方法，使无生命的有机材料变得具有生物功能的一种材料。其功能可随外界条件的变化而有意识地调节、修饰和修复。形状记忆高分子材料是指在一定条件下赋予高分子材料的起始装态，当外部条件发生改变时，它可以改变成相应地形状，并能固定其形态。当外部条件再次发生改变时，智能高分子材料以特定的规律和方式再一次发生变化并恢复至起始态。从而完成从起始记忆态到固定变形态再到恢复起始态的循环过程。自行调温调光的新型建筑材料，成分是由水和聚合物构成的。在低温时聚合物是成串排列的，为透明状，能够透过90%的光线。加热时，这种聚合物就以纤维的形式聚合在一起，成乳白色，能够阻挡90%的光线。并且这种可逆过程是在两三度温差范围内完成的。具有传感功能的高分子材料，这种与传感器结合起来的高分子材料，已成为智能材料的一个新特点。例如，装有压电陶瓷传感器的机器人，可以灵敏地感觉到轴承脱离时摩擦力突然变化的情况，并迅速作出握紧反应。

（三）稀土催化材料

稀土元素具有独特的化学性能和物理组成，以稀土元素为基础的稀土功能材料在信息、生物、新技术、新能源以及环境保护等现代科学技术和现代工业发展中起着十分重要的作用，稀土催化材料比传统的贵金属催化材料相比，具有资源丰度高、成本低、生产工艺水平高以及性能优越等方面的优势。稀土催化材料不仅能够提高生产效率，最重要的是能够节约资源和能源，进而减少环境污染。上世纪60年代，中科院长春应用化学研究所运用稀土化合物组成新型催化剂用于二烯烃的聚合以及橡胶的制备，打破了传统的Z-N催化剂，取得重大研究进展。目前稀土催化材料大量运用在能源环境领域中，如汽车尾气净化、工业废气以及人居环境净化等方面。

（四）生物医用材料

生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。高分子合成的生物医用材料通过分子设计和聚合，能够获得具有良好物理性能和生物相容性的生物材料，其中高分子软材料常用做为人体软组织如血管、食道和指关节等的替代品。合成的高分子硬材料可以用作人工硬脑膜、笼架球形的人工心脏瓣膜的球形阀等；液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用作注入式组织修补材料。

三、结束语

新型高分子材料对人们的日常生活和工作产生越来越大的影响，本文从几个方面介绍新型智能高分子材料。主要包括高分子材料的含义，发展现状和高分子材料的应用等几方面内容。作为一种与国民经济、高科技技术和现代化生活密切相关重要的材料已经在各个领域中发挥了巨大的作用，人类已经进入了高分子时代。

参考文献：

[1]陈伟.聚醚酮过滤装置中温度和压力控制的改进[J].化工自动化及仪表，2014.

分子识别功能高分子膜的研究进展篇4

分子识别功能高分子膜是随着分子识别聚合物(Molecular recognition polymers)和分子印迹技术(Molecular imprinting technique)的发展而发展起来的一个崭新的`研究领域.从分子识别功能高分子膜的发展历史、膜材料的开发、应用领域以及理论研究等方面,全面总结了其研究现状,并初步展望了其发展趋势.

作者：夏绍灵毕豫孙宏王红英 XIA Shaoling BI Yu SUN Hong WANG Hongying 作者单位：夏绍灵,毕豫,XIA Shaoling,BI Yu(河南工业大学材料科学与工程学院,郑州,450007)

孙宏,王红英,SUN Hong,WANG Hongying(郑州大学材料工程学院,郑州,450052)

高分子材料在生活中的应用篇5

摘要：塑料，纤维和橡胶，被称为三大有机材料，生活中越来越多的产品是由这些材料所组成，特别是塑料产品。我们日常所用到的物品基本都是这些材料所构成，然而我们对这些材料却知之甚少，通过这次的研究性学习，查阅了相关的文献，对这些材料的组成、性质和应用有一个更深入的了解。

关键词：高分子材料，应用，塑料，纤维，橡胶

Application of polymer materials in life Abstract：Plastic, fiber, and rubber, are known as the three polymer materials, there are a growing number of products are composed of these materials in our lives, especially plastic products.Our daily used items are basically made of these materials.however, we know little about these materials.this research study, access to the relevant literature,we have a more in-depth understanding of composition, properties, and applications of these materials.Keywords：polymer materials，application，plastic，fiber，rubber 高分子材料简介

高分子材料，是以高分子化合物为基础的材料。由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，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。

高分子材料的来源是：高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。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高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。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，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂，标志着人类应用合成高分子材料的开始。现代，高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。

有机高分子材料的两个基本特性就是，首先，它是有机物，然后它的分子量很大。其实专业点来说，高分子是指由一种或几种结构单元多次，103，105，重复连接起来的化合物。它们的组成元素并不多，主要就是碳、氢、氧、氮等。分子量一般在10000以上，高的可达几百万。在我们的衣食住行和工农业生活中，处处离不开这种材料。在棉、毛、丝、塑料、橡胶等制品中显得尤为重要。随着近代化学化工科学技术的告诉发展，目前人类已经可以合成很多自然界并不存在的高分子材料，为满足各种需求，做出了巨大贡献。高分子化合物的基本结构特征，使它们具有跟低分子化合物不同的许多宝贵性能。例如机械强度大、弹性高、可塑性强、硬度大、耐磨、耐热、耐腐蚀、耐溶剂、电绝缘性强、气密性好等。使高分子材料具有非常广泛的用途。

高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、胶黏剂，高分子涂料和高分子基复合材料等。其中，塑料、纤维和橡胶被称为三大高分子材料，在生活中的应用最为广泛。

塑料

塑料为合成的高分子化合物，也是一般所俗称的塑料或树脂，可以自由改变形体样式。是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的。

根据各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。

生活中常用的塑料品种如下：

⑴ 聚乙烯：常用聚乙烯可分为低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）。三者当中，HDPE有较好的热性能、电性能和机械性能，而LDPE和LLDPE有较好的柔韧性、冲击性能、成膜性等。LDPE和LLDPE主要用于包装用薄膜、农用薄膜、塑料改性等，而HDPE 的用途比较广泛，薄膜、管材、注射日用品等多个领域。

⑵ 聚丙烯：相对来说，聚丙烯的品种更多，用途也比较复杂，领域繁多，品种主要有均聚聚丙烯（homopp），嵌段共聚聚丙烯（copp）和无规共聚聚丙烯（rapp），根据用途的不同，均聚主要用在拉丝、纤维、注射、BOPP膜等领域，共聚聚丙烯主要应用于家用电器注射件，改性原料，日用注射产品、管材等，无规聚丙烯主要用于透明制品、高性能产品、高性能管材等。

⑶ 聚氯乙烯：由于其成本低廉，产品具有自阻燃的特性，故在建筑领域里用途广泛，尤其是下水道管材、塑钢门窗、板材、人造皮革等用途最为广泛。

⑷ 聚苯乙烯：作为一种透明的原材料，在有透明需求的情况下，用途广泛，如汽车灯罩、日用透明件、透明杯、罐等。

⑸ ABS：是一种用途广泛的工程塑料，具有杰出的物理机械和热性能，广泛应用于家用电器、面板、面罩、组合件、配件等，尤其是家用电器，如洗衣机、空调、冰箱、电扇等，用量十分庞大，另外在塑料改性方面，用途也很广。

在生活中，我们所使用的塑料器皿的底部都有一个数字，它所代表的意义如下：

⑴ “1号”PET，即聚酯塑料。主要用于矿泉水瓶、碳酸饮料瓶。使用耐热至65℃，耐冷至-20℃，只适合装暖饮或冻饮，装高温液体、或加热则易变形，有对人体有害的物质融出。因此，饮料瓶等用完了就丢掉，不要再用来做为水杯，或者用来做储物容器乘装其他物品，以免引发健康问题得不偿失。

⑵ “2号”HDPE，即高密度聚乙烯塑料。

主要用于清洁用品、沐浴产品。可在小心清洁后重复使用，但这些容器通常不好清洗，残留原有的清洁用品，变成细菌的温床，你最好不要循环使用。

⑶ “3号”PVC，即聚氯乙烯塑料。

目前很少用于食品包装，最好不要购买，使用这种材质高温时容易有有害物质产生，甚至连制造的过程中它都会释放，有毒物随食物进入人体后，可能引起乳癌、新生儿先天缺陷等疾病。目前，这种材料的容器已经比较少用于包装食品。如果在使用，千万不要让它受热。

⑷ “4号”LDPE，即低密度聚乙烯塑料。

主要用于保鲜膜、塑料膜等。保鲜膜别包着在食物表面进微波炉使用，耐热性不强，通常，合格的PE保鲜膜在遇温度超过110℃时会出现热熔现象，会留下一些人体无法分解的塑料制剂。并且，用保鲜膜包裹食物加热，食物中的油脂很容易将保鲜膜中的有害物质溶解出来。因此，食物入微波炉，先要取下包裹着的保鲜膜。

⑸ “5号”PP，即聚丙烯塑料。

主要用于微波炉餐盒、保鲜盒等。因微波炉餐盒一般使用微波炉专用PP（聚丙烯，微波炉专用PP耐高温120℃，耐低温-20℃），因造价成本，盖子一般不使用专用PP，放入微波炉时，需将把盖子取下方可使用。因各类卡口型保鲜盒大多使用透明PP而非专用PP，一般不能放入微波炉使用。

⑹ “6号”PS，即聚苯乙烯塑料。

主要用于碗装泡面盒、快餐盒等。别用微波炉煮碗装方便面，使用，又耐热又抗寒，但不能放进微波炉中，以免因温度过高而释出化学物（耐温70℃时即释放出）。并且不能用于乘装强酸（如柳橙汁）、强碱性物质，因为会分解出对人体不好的聚苯乙烯，容易致癌。因此，您要尽量避免用快餐盒打包滚烫的食物。

⑺ “7号”PC，即聚碳酸酯塑料。

主要用于水壶、水杯、奶瓶等。理论上，只要在制作PC的过程中，双酚A百分百转化成塑料结构，便表示制品完全没有双酚A，更谈不上释出。只是，若有小量双酚A没有转化成PC的塑料结构，则可能会释出而进入食物或饮品中。因此，小心为上，在使用此塑料容器时要格外注意。

纤维纤维分为天然纤纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。

纤维在生活中，主要用来纺织成衣服。由于天然纤维对环境的抵抗能力较差，容易被腐蚀，所以并不耐穿。而且，天然纤维的产量有限，容易受地理和环境因素影响。所以现在我们所穿的衣服，基本都是用合成纤维编织而成，主要用到的合成纤维如下：

⑴ 锦纶又称耐纶、尼龙，是聚酰胺类的高分子化合物，其特点是：耐磨、强度高、比重大、不怕虫蛀。常用来制作运动服、弹力袜等。但是锦纶织物保形性差，易起皱变形，易起毛结球。

⑵ 涤纶俗称“的确良”，是聚酯类高分子化合物。它的强度高、弹性好，不易变形，易洗、易干，是一种比较理想的纺织材料。但是，由于其吸水性差，穿着时会感到气闷不舒服，因此宜做外衣不宜做内衣。涤纶常与棉、毛混纺，以弥补其不足。

⑶ 腈纶是聚丙烯腈纤维，素有“合成羊毛”之美称。它的主要特点是蓬松、柔软，比羊毛轻，有良好的保暖性，易洗、易干，不怕虫蛀和霉烂，适于编织毛衣、毛料、毛毯，也可加工成人造毛皮等。腈纶的耐晒性很高，因此适于制作窗帘、幕布、帐蓬、船帆等室外使用的织物。但是腈纶的耐磨性、耐碱性差，所以洗涤时不要用力搓洗，不要用碱性太强的肥皂或洗涤剂。

⑷ 丙纶是聚丙烯纤维，是最轻的纤维，密度是棉花的3/5，能浮在水面上。它的吸水性小，耐磨性好，做成的衣服不走样，可用来制成各种针织物、衣料、人造毛皮。还可以用来制作蚊帐布、地毯、帆布、尿不湿等，医学上丙纶可以代替棉纱布，做卫生用品。另外，丙纶耐酸、耐碱、弹性较好，有优良的电绝缘性和机械性能，工业上大量用来制造绳索、包装材料、渔网、降落伞等。但其耐光、耐热性差，因此不宜在烈日下暴晒，洗涤时也不能在开水中浸泡。丙纶的另一缺点是染色困难。

⑸ 氯纶的化学名称是聚氯乙烯纤维，是将聚氯乙烯溶于丙酮和苯的混合剂或纯丙酮溶剂中，纺丝成形的。它的化学稳定性好，耐强酸强碱，遇火不燃烧，因此常被用来作为化工厂的滤布、工作服、安全帐幕，以及民用的窗帘、地毯、家具上的覆盖材料等。氯纶的保暖性很好，比棉花高50%，比羊毛高10%—20%，用它的短纤维做成的絮棉很受欢迎。氯纶还有一种奇妙的特性，它的带静电作用很强，再加上它良好的保暖性，所以贴身穿氯纶织物，对于患有风湿性关节炎的人有一定的疗效。氯纶的缺点是耐热性差，沸水收缩率大，染色也较困难。

合成纤维具有结实耐用、易洗快干等优点，但也有许多缺点，如吸水性、不耐热、不易染色、易带电起毛等。这些缺点正在被不断克服，吸水纤维、耐热纤维、有色纤维等已相继问世。它们不仅为人们的生活增添了色彩，还应用到工农业、国防和科学研究的各个领域。但合成纤维会释放苯、甲醛、甲苯、二甲苯、苯乙烯等毒素，不利于人体健康。因此人们有时会选用羊毛或纯棉等天然纤维来代替合成纤维。

橡胶

提取橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。高弹性的高分子化合物。分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。

人类使用天然橡胶的历史已经有好几个世纪了。哥伦布在发现新大陆的航行中发现，南美洲土著人玩的一种球是用硬化了的植物汁液做成的。哥伦布和后来的探险家们无不对这种有弹性的球惊讶不已。一些样品被视为珍品带回欧洲。后来人们发现这种弹性球能够擦掉铅笔的痕迹，因此给它起了一个普通的名字“擦子(rubber)”。这仍是现在这种物质的英文名字。这种物质就是橡胶。但是直到1839年，美国人古德伊尔成功地将天然橡胶进行了硫化后，橡胶才成为有使用价值的材料。通过与硫磺一起加热进行硫化，实现了橡胶分子链的交联，使橡胶具备了良好的弹性。

由于天然橡胶的产量很小，而生活中对橡胶的需求量很大，于是合成橡胶占据了主要的市场，通常我们所见到的合成橡胶如下：

⑴丁苯橡胶

丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯共聚制得的，是产量最大的通用合成橡胶，有乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶和热塑性橡胶（SBR）。

⑵ 顺丁橡胶

是丁二烯经溶液聚合制得的，顺丁橡胶具有特别优异的耐寒性、耐磨性和弹性，还具有较好的耐老化性能。顺丁橡胶绝大部分用于生产轮胎，少部分用于制造耐寒制品、缓冲材料以及胶带、胶鞋等。顺丁橡胶的缺点是抗撕裂性能较差，抗湿滑性能不好。

⑶ 异戊橡胶

异戊橡胶是聚异戊二烯橡胶的简称，采用溶液聚合法生产。异戊橡胶与天然橡胶一样，具有良好的弹性和耐磨性，优良的耐热性和较好的化学稳定性。异戊橡胶生胶（未加工前）强度显著低于天然橡胶，但质量均一性、加工性能等优于天然橡胶。异戊橡胶可以代替天然橡胶制造载重轮胎和越野轮胎还可以用于生产各种橡胶制品。⑷ 乙丙橡胶

乙丙橡胶以乙烯和丙烯为主要原料合成，耐老化、电绝缘性能和耐臭氧性能突出。乙丙橡胶可大量充油和填充碳黑，制品价格较低，乙丙橡胶化学稳定性好，耐磨性、弹性、耐油性和丁苯橡胶接近。乙丙橡胶的用途十分广泛，可以作为轮胎胎侧、胶条和内胎以及汽车的零部件，还可以作电线、电缆包皮及高压、超高压绝缘材料。还可制造胶鞋、卫生用品等浅色制品。

⑸ 氯丁橡胶

它是以氯丁二烯为主要原料，通过均聚或少量其它单体共聚而成的。如抗张强度高耐热、耐光、耐老化性能优良，耐油性能均优于天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶。具有较强的耐燃性和优异的抗延燃性，其化学稳定性较高，耐水性良好。氯丁橡胶的缺点是电绝缘性能，耐寒性能较差，生胶在贮存时不稳定。氯丁橡胶用途广泛，如用来制作运输皮带和传动带，电线、电缆的包皮材料，制造耐油胶管、垫圈以及耐化学腐蚀的设备衬里。高分子材料的发展趋势

功能高分子材料的现状篇6

材料学院高分子材料专业

2003级甲班

马新

金工实习号：02

2学号：200336001068

2005-5-16

实习的第一天：

我们便被安排去看一个实习安全方面的录像，录像里详尽的播放了许多工种的实习要求，像电焊气焊，热处理等。看着许多因不按要求操作机器而发生的事故，再加上老师告诉我们的以前发生的类似事件，我真的有点害怕，许多人也和我有同样的感受。老师看出了这一点，就告诉我们，只要按照正确的方法，掌握要领，是不会发生事故的，于是我明白了，规范的操作，是安全的重要保证！

于是，第一天就给我留下了深刻的印象：工业上的一切指标的制定等等都是得非常谨慎科学，因为这关系着人的生命安全。

……

接下来的每天，我们都被安排到相应的车间进行了很多乐趣无穷的工种实习。其中印象最新的有好几个：

钳工：

在钳工实习中，我们知道了钳工的主要内容为刮研、钻孔，攻套丝、锯割、锉削、装配、划线；当我们用锯条将铁棒上的11mm长的铁块锯下来时，我们是多么的欣慰啊。然而这还是第一步，我们接下来还要对其表面进行处理并找出其中心，然后还是用手一步一步将它由圆柱状磨成六面体状。一切都是多么的艰辛！但甚感高兴的是：我们还得到了劳动成果——自己亲手做的六角螺冒。看着这最后的小咚咚，大家都笑了，都把它收藏起来了作为以后的美好的回忆！

于是，我学到了：做工业设计时，一定要耐心，不厌其烦的对进行精加工！

线切割：

第一次尝试着用数字化控制的方法进行生产，激动的心情是不言而喻的，经过了6个小时的紧张设计，终于设计出了自己心目中的产品，可是师傅却说“切不了”，真是叫人失望，不过这一天并没有虚度，在有限的时间中，帮助其他同学解决软件上的问题也是很高兴得阿，这也使我对线切割有了更深的了解，显然，只有用心体会过的设计才能真正的投入生产，所以，劳动人民是伟大的，而作为大学生的我们，还有很多东西要学习……

pLC培训部的日子：

虽然由于英语课，错过了半天的实习，但是在pLC培训部的日子是和学生生活最相似的，因为这里没有金属气息，没有铁水奔流，但是这里有充满智慧的设计人员，通过一个个小小的按钮，就可以模拟完成多种任务，原来以为像抢答器之类的东西设计起来会很难，经过了半天的学习，发现在pLC培训部里，这并不难，但是望着一页页难懂的教程，觉得自己真的需要静下心来安心学习知识明锻炼学习的能力，才能应变未来世界的技术革新，任重而道远……

电火花：

同样是半天的实习，感受仍然深刻，虽然由于时间关系我们每个人的得意之作“奇形怪状的电极”不能都印在螺母上，但是看着师傅用机床操作时，还是深深地被吸引了，更令人惊奇的是，精确度如此之高，居然可以精确至0.001米！

注塑挤塑

好像金工实习这么久，终于有一件自己能够拿得出去的产品了，虽然几个塑料杯经常出现在生活中，我仍然为自己的产品感到骄傲，听说南方有些农家就是靠生产塑料杯发家致富的，还真的感谢这样的全自动的设备，造福了一方水土，养育了一方人，别看简简单单按几下按钮，里面融进的都是劳动人民智慧的结晶，挤塑做出来的塑料棒虽然不能直接使用，但是他的制造思想还是给了我们很深的启发…

热处理：

在热处理实习中——这是一项最轻松的实习工种，因为它动手时间短，观察时间长，经过老师的讲解与示范后，同学们争先恐后地去感受铁在水中冷却时“水煮鸡蛋”式的震动。在笑语中，还自然而然地知道了为什么铁在水里冷却与在空气中自然冷却所造成的硬度不同的原理。

焊接：

在气焊的实习中，我们知道了气焊由乙炔发生器，回火防止器、氧气瓶、减压器、焊枪组成；学会了如何调火焰和平焊。刚开始大家看着蓝色的火焰心中对我都有些恐惧，因为大家对乙炔爆炸都是皇皇不安。但在老师的指导下，大家一下就上手了。别说！同学们戴着墨镜焊接的样子还蛮可爱的！

在电焊实习中，我们了解了电焊的实质，电焊机的组成与焊条的构成；学会了选用焊条的种类和如何操作电焊机。看着大家脚绑长靴，手举放面罩，熟练地在缺口上焊接，还是很象模象样的呢！

数控板金：

给自己的手机安个家，并不是一句广告语，他充分的反映了半天的工作，一块小小的铁皮在我们手中变成了一个个手机座椅，虽然做工粗糙，由于剪刀用的不熟练导致尺寸有问题等等的问题摆在面前，但仍然不能阻止我完成任务的决心，以前在街边看着白铁匠用铁锤打出一个个生活用品时不禁惊叹，现在出自自己手中的小小产品也能够给自己一点安慰，不过，可见板金在我们生活中还是有很重要的作用的。

……

还有很多其他的工种，虽然印象不是很深刻，但也在无形中培养了我对机械行业的了解和热爱！

实习就这样结束了。

[后记]

在这10天实习里面，累吗？自然是避免不了的，但我们学到的也不少啊！

功能高分子材料的现状篇7

1 聚磷腈的合成方法

1.1 环三磷腈合成聚磷腈

1.1.1 开环聚合

Allcock于1965年以六氯环三磷腈的热开环聚合制备出可溶性的聚二氯磷腈,大致过程如下:将六氯环三磷腈单体于真空条件下,在250℃左右保温反应数小时,得到长链聚合物,然后以功能基团进行亲核取代制备出目标高分子。此方法操作简单,条件成熟,合成聚合物分子量大,而且产物易于与反应物分离,目前大多数研究者仍沿用该方法[3]。其缺点是必须采用高纯度原料,很高的反应温度和较长的反应时间。

1.1.2 溶液聚合

溶液聚合是将六氯环三磷腈溶于α-氯代萘、1,2,4-三氯代苯等高沸点溶剂中,以三氯化硼为催化剂,使三聚体在精确控制温度下聚合得到聚二氯磷腈中间体,再经过取代反应制备出全取代的聚磷腈高分子。这种方法聚合时间短,反应温度低,转化率高,聚合产物分子量分布较窄。但是,目前该方法要求反应温度控制精确,否则不易得到聚合产物,且得到的聚合产物分子量较低,这些不足限制了其进一步应用[3,4,5,6]。

1.2 小分子合成聚磷腈

1.2.1 Cl3P=NSi(Me3)3的室温活性阳离子聚合

Paulsdorf J等[7]在室温下以单体Cl3P=NSi(Me3)3发生阳离子聚合,得到分子量分布窄的线性聚二氯磷腈,反应过程如反应式1所示。这个反应可在常温下(22～24℃)进行,并且几乎为定量反应,反应物的分子量可以通过加入引发剂的量来控制。但是,单体Cl3P=NSi(Me3)3的制备条件苛刻使其应用受到一定的限制[8]。

1.2.2 Cl3P=NP(O)Cl2为单体的溶液缩合聚合

Jaeger等[9]就报道过以Cl3P=NP(O)Cl2为单体的溶液缩合聚合制备磷腈高分子。将(NH4)2SO4和PCl5定量反应制备的Cl3P=NP(O)Cl2单体,于245℃高温下分解出P(O)Cl3,然后使体系温度升至276℃,继续通入N2除去残余的P(O)Cl3,最后在三氯苯中保温制得聚二氯磷腈,其反应过程如反应式2所示。该种方法的优点是:容易得到高纯度高产率的起始单体,而且可以通过反应时间来控制聚合物的相对分子质量,其缺陷是产物的相对分子质量分布较宽,而且分子量很难有效控制。

1.2.3 以PCl5和NH4Cl为单体的一步法合成

宋青等[10]以PCl5和NH4Cl为单体一步法合成了聚二氯磷腈,如反应式3所示。其大致过程是给PCl5和NH4Cl单体中加入催化剂HSO3(NH2)、CaSO4·2H2O,在1,2,4-三氯代苯溶剂中回流反应数小时,得到高分子量的磷腈聚合物。一步法缩短了反应时间,极大的提高了聚合物产率,且反应受环境因素的影响较小,适合于大规模生产。

1.3 环三磷腈衍生物合成聚磷腈

六氯环三磷腈上的一个或多个氯原子被其他官能团取代后的衍生物仍然可以进行开环聚合。实验表明,全取代的环三磷腈很难或不能发生聚合,这是因为全取代的三聚体空间位阻大,不利于聚合,导致聚合时间长,聚合产率低,而部分取代的三聚体开环聚合比较容易发生,而且聚合后,其余未被取代的氯原子仍可继续被其他功能基团所取代。

2 聚磷腈的改性及应用

2.1 高分子导体

聚磷腈的主链没有形成长程共轭结构,所以其本身并不具备导电性,但通过引入导电性侧基之后,能够使其具有导电性。人们发现,将一缩二乙二醇接枝的聚磷腈(MEEP)与Li盐或Ag盐掺杂后,可以得到高电导率的聚磷腈导体,但这种MEEP体系的分子链段运动力特别强、自支持力差,不能很好的成膜,其尺寸稳定性有待进一步提高[11,12]。Allcock等[13]通过在聚磷腈侧链上引入苯氧基和寡聚乙氧基,在不牺牲电导率的前提下,提高了聚合物的玻璃化转变温度和力学强度,同时苯氧基的引入提高了材料的阻燃性能。Pausdor J等[7]合成了聚二(2-苯氧基乙氧基)磷腈并对其进行磺化处理,发现聚合物在饱和大气压下,室温电导率为4.7×10-2S/cm,材料的电导率对于水分压的变化特别敏感,可以作为湿度传感器使用。刘承美等[14]合成出含吡咯侧基的聚磷腈,然后通过FeCl3 引发吡咯侧基的氧化交联,将聚合物的电导率提高到10-5 S/cm。徐国祥等[15]将无机低聚物S-S-S交联到聚磷腈分子中制备出电导率高达0.48S/cm的聚三硫代磷腈,聚合物具有良好的化学、电化学稳定性及阻燃特性,作为锂二次电池正极活性材料使用时显示出很高的充放电容量和优异的循环能力。由此可见,聚磷腈高分子导体兼具高的电导率、加工稳定性和阻燃特性,可以应用于高能密集电池的设计与制作。

2.2 生物医用材料

聚磷腈具有良好的生物相容性或生物活性,容易在生物体内降解为氨、磷酸盐等无毒小分子,因而受到药物与生物医学材料领域的广泛关注[16,17,18,19,20,21,22,23]。目前,世界各国的研究小组对于聚磷腈生物医用材料的改性及应用主要集中于高分子药物、药物控制释放载体及组织工程材料三个方面。Allcock等[24]选用生物相容性好、水溶性的甲氨基聚磷腈为载体,将顺铂结合在聚磷腈主链的氮原子上而形成顺铂-聚磷腈衍生物,顺铂小分子将随着磷腈高分子在体内的降解而逐渐被释放,有效地弥补其代谢半衰期短、副作用大的缺点,药理学的研究表明,这种高分子药物具有很好的抗癌效果。Lakshmi等[25]通过将合成的聚二羧基苯氧基磷腈在含有细菌和病毒抗原的11种动物模型中的测试,证明其对于流感病毒抗原有潜在的辅助作用,它的加入可以显著提高流感疫苗对HA系列流感病毒的免疫反应。张建祥等[26]报道了合成的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/色氨酸乙酯两亲接枝聚磷腈能够在水溶液中自组装成具有药物控制释放作用的纳米球体,可作为注射给药系统或肿瘤靶向给药系统的载体材料使用。王红霞等[27]合成了聚(二甘氨酸乙酯)磷腈(PEGP)并评价了肝癌细胞和人工合成纤维细胞在PEGP薄膜表面的生长性能。结果表明,材料不但没有细胞毒性,反而具有良好的促进细胞生长的能力,有望作为组织工程材料。

2.3 防火阻燃材料

聚磷腈主链具有高含量的磷、氮,磷、氮构成协同体系,具有优异的阻燃效能,氧指数25～65,广泛应用于阻燃材料领域。芳氧基取代的聚磷腈其氧指数一般大于30,能在250℃以下长期使用,具有良好的热稳定性和成碳性能,由于其具有高氧指数,低的排烟量,放出气体无毒、无腐蚀,日益受到军工部门的重视,美国HrinzinInc公司以芳氧基聚磷腈为基料,研制出军用耐火涂料和耐火泡沫塑料[28,29]。通过胺化改性得到的六胺基磷腈(TAP)具有丰富的P、N元素,可起到很好的阻燃效果,而且不含卤素,毒性小,并且其结构与纤维素的结构相似,用其阻燃整理的织物手感好,对纤维织物的物理性能影响小,现已广泛应用于降落伞、宇航服等阻燃织物材料[30]。六氯环三磷腈和多元胺(三聚氰胺、六次甲基四胺、对苯二胺等)反应生成的模压高分子材料,具有极高的热稳定性和极限氧指数,在700～800℃时成碳率为80%左右,可用作导弹或其它航天器头部的耐高温、阻燃涂层防护材料[31]。将对苯二酚和六氯环三磷腈进行缩聚得到的聚磷腈胶粘剂具有突出的耐热性,在300℃以上有较好的耐热性和粘结性能,并且其抗冲击韧性比无机盐好的多,主要应用于火箭、导弹、飞机等有关耐高温部件的金属、陶瓷和玻璃钢等工件的粘接[31]。

2.4 高分子分离膜

磷腈聚合物以其独特的耐高温和耐溶剂性能吸引人们的极大关注,是一类具有很好发展前景的高分子分离膜材料。聚乙氧基磷腈能很好地溶于苯、醇、醚、氯仿等有机溶剂中,具有良好的成膜性,通过溶液浇注法可制得弹性较好的均质膜,其膜具有较高的气体透过系数和分离系数,可作为氧、氮气体分离膜材质[32]。聚氟代烷氧基磷腈与聚芳氧基磷腈是膜应用领域中常采用的两种结构,常常用于醇混合物、各种有机化合物及各种离子的分离。Freeman等[33]研究了聚二(三氟乙氧基)磷腈和聚(三氟乙氧基/金刚氨基)磷腈作为气体分离膜的性能,发现该膜对于氢气、氧气和氮气等低吸附性气体,透过能力随着气体分子尺寸增大而降低,但对于CO2和烃类气体,透过能力不仅依赖于分子尺寸,而且与其吸附溶解行为相关,实验表明金刚胺的引入较好地改善了聚二(三氟乙氧基)磷腈对气体分离透过的选择能力。聚磷腈分离膜在海水的淡化、从异丙醇中回收染料以及混合气体的分离等领域的应用,国外都有所报道,国内目前对于聚磷腈膜材料的研究还比较少。

2.5 非线性光学材料

以磷腈聚合物作为非线性光学发色团的载体,制备非线性光学材料主要有以下优点[34,35]:(1)聚磷腈侧链上的氯原子比较活泼,取代反应比较容易实现;(2)磷腈高分子主链结构比较柔顺,可以引入体积较大的发色团作为侧链;(3)主链光学透明,在200～800nm内没有吸收,具有良好的光、热稳定性;(4)可以通过混合取代的方法来控制其非线性光学行为;(5)聚磷腈侧链和主链有可能发生相互作用,导致非线性效应的增强。Rojo等[36,37,38]将4-[4-(硝基苯基)]叠氮苯酚通过不同方式引入到聚磷腈体系并合成出高玻璃化转变温度的非线性光学材料,这种材料在常温下的二阶非线性光学响应,在70天内响应值下降不超过10%,将这种非线性材料薄膜涂于石英表面,可以作为光导材料使用。张丽等[39]采用后功能化方法,先用重氮偶合反应在聚磷腈上原位生成非线性光学生色团,首次制备了含咔唑双功能生色团的聚磷腈光折变高分子。聚磷腈作为一种新型的非线性光学材料,在远程通讯、数据存储、相位共等方面具有巨大的应用前景。

2.6 特种橡胶与弹性材料

聚磷腈的玻璃化转变温度较低,因而是优良的弹性体。聚烷氧基磷腈、聚芳氧基磷腈、聚氟代芳氧基磷腈等材料的使用温度范围在-70～300℃,可以作为高温飞行和航天用的弹性材料、塑料和密封材料。美国的Firestone轮胎公司研制的聚氟代烷氧基磷腈的玻璃化温度约为-70℃,可以作为北极和南极等严寒地带使用的密封件、垫圈、输油软管和减振器[40]。美国陆军材料和机械研究中心(AMMRC)从1968年开始部分使用这类聚磷睛,用于低温燃料输送与操作。很多聚芳氧基磷腈有很强的抗氧化性和成膜性,可以作为耐候性涂料和电线绝缘材料。卤代环磷腈与二羟基化合物的缩合产物是类似于橡胶的弹性体,对酸、碱和有机溶剂具有极好的化学稳定性,耐γ-射线和紫外线,能长时间经受250℃的高温,短时间经受540℃的高温,这种聚磷腈材料可以用作原子反应堆工程耐辐射材料,以及耐低温或耐高温材料[41]。

2.7 高分子液晶

聚磷腈柔顺的主链结构便于其形成液晶聚合物,它既显示热致液晶性又显示溶致液晶性。与常见的液晶高分子相比,其高温稳定性不算很高,只有583～683 K,但其具有优良的低温柔顺性,玻璃化转变温度可以低至165 K,常温下是弹性体[42]。Allcock、Singler等把R-C6H4-N=N-C6H4-R通过间隔基聚丙醚连接到P,N主链上,合成了一种新型高分子液晶。邢佩祥等[43]通过引入带柔性间隔基的介晶基团4-苄氧基-4’-羟己基醚联苯,成功合成了侧链磷腈聚合物液晶,通过偏光显微镜观察,材料呈现明显的热致液晶相。液晶聚磷腈作为低温耐溶剂型弹性体、密封垫圈、功能分离膜、阻燃建筑材料以及生物相容与生物降解材料很有潜力,有望得到广泛应用。

2.8 高分子催化剂及染料

磷腈聚合物柔顺的主链结构,便于作为催化剂载体。这些催化剂通过间隔基团或直接连接在聚磷腈上,使其具有很高的催化活性,这在产品分离与精制操作中已获得重要应用[44]。Allcock等[45]将三苯基磷接枝到聚磷腈的P,N主链上,再与AuCl、CuI、H2Os3(CO)10以及[RhCl(CO)2]2等金属化合物反应,合成出的聚磷腈金属复合体可以作为催化剂使用。有机磷腈聚合物中有机取代基含有活性基团,能进行重氮化反应制备高分子染料,这种高分子染料是其它染料所不及的,它能够耐高温、自阻燃,而且随着有机取代基结构的不同,可以呈现出不同的颜色。

3 前景展望

聚磷腈以其特殊的结构和优异的性能成为高分子科学领域中的一个重要分支,它潜在的应用覆盖航空航天、船舶制造、石油化工以及生物医用领域。目前聚磷腈产业在我国的发展还存在两个重要的制约因素:(1)聚磷腈的主要原料单体即六氯环三磷腈价格昂贵,目前国内虽有几家公司小规模生产,但均不成规模。(2)聚磷腈合成对原材料纯度和合成环境要求苛刻,生产成本过高,难于工业化。因此寻找合适的合成路线,降低产物成本,促进其实用化以及进一步开发新型聚磷腈功能材料,拓展其应用领域,仍然是今后聚磷腈材料发展的两个重要方向。

摘要：聚磷腈是一类具有特殊结构与性能的新型功能高分子材料,已经广泛应用于航空航天、船舶制造、石油化工及生物医学等领域。本文对聚磷腈材料的合成方法、改性进展以及作为功能高分子的应用近况进行简要综述。