對高分子材料未來研究方向的思考

潘飛 劉聰 畢海英

摘要：隨著我國社會經濟的快速發展，科技技術更新速度日益加快。高分子材料早已經滲透到我們人類生活的方方面面，在我們的日常生活中發揮著不可替代重要的作用。目前，高分子材料研究領域，，已經由原來如何方便人類生活，如何開發新型材料，逐步向減少環境負擔，材料可循環利用，低能高效的方向發展。同時，隨著航天事業的發展，高分子材料同樣發揮著不可替代的作用。在未來的研究方面，將會是向低碳環保和科技技術方面發展。本文主要是對高分子材料未來研究的幾個方向進行闡述。

關鍵詞：高分子材料；納米技術；功能高分子；航天；可降解生物

中圖分類號：K477 文獻標識碼： A

一、高分子材料改性中納米技術的應用

一般，納米技術被認為是對納米材料的性質和納米結構的設計的一項研究技術。當任何材料用高科技手段被細化到納米量級時，該材料的物化性能就會發生巨大的變化，產生出一些奇異的物化現象，呈現出與常規材料完全不同的新的性質。而且如果將擁有特殊性能的納米粒子與高分子材料復合時，納米粒子可以顯著改變或者增強該高分子材料的某些性能。因此，在高分子材料改性中應用的納米技術主要是包括兩大類：第一，納米粒子與高分子材料的復合；第二，對高分子材料進行納米結構的設計和制作。其中第一類占主要地位。

例如，于苯乙烯一丙烯酸醋IPN/MMT納米復合阻尼材料的研究，就是利用納米粒子與高分子材料復合，提高原材料由于粘彈性而具有的抗震消聲性能。并且研究表明，納米粒子特別是二維納米片均勻分散于聚合物基體中之后，將能大大改進和提高材料原有的應用性能，同時還能賦予基體材料其他新的性能：增強增韌性能、耐磨性能、阻透性能、抗菌性能、抗老化性能及防紫外線性能。再如，將納米無機粘土粒子通過咪唑類有機改性劑有機化后得到的納米粒子片層，跟尼龍6材料復合后，所得復合材料的阻燃性能顯著提高。

利用納米材料和納米結構的種種特有性能，可以幫助我們合成制造出更多更適用的新材料。因此，開發納米高分子復合材料，是改造傳統聚合物工業技術的最有效途徑，具有巨大研究價值和市場潛力。

二、功能高分子材料發展

功能高分子材料是指與常規聚合物相比具有明顯不同的物理化學性質，并具有某些特殊功能（如電學、光學等方面的特殊功能）的聚合物大分子（主要指全人工和半人工合成的聚合物）。功能高分子是高分子材料的一個特殊領域，泛指性能特殊、有某些特殊功能、用量少但能產生重要新技術的一類特殊高分子材料。隨著經濟和科學技術的發展，新能源開發、交通和宇航技術、微電子技術、生物醫藥等各個領域的發展和進步都迫切需要相應的功能高分子材料作為基礎。高分子材料的功能設計的主要途徑是：1）通過分子設計合成新功能，如非晶質光盤（APO）的研制；2）通過特殊加工賦予材料功能特性，如功能高分子膜和塑料光纖；3）通過兩種或兩種以上具有不同功能或性能的材料復合獲得新功能，如層積復合填料復合的EMI/RFI屏蔽導電塑料和高分子磁性體；4）通過對材料進行各種表而處理以獲得新功能，如表面處理法，EMI/RFI屏蔽導電塑料進行功能設計的思想，貫穿了功能高分子材料發展的各領域，代表著當今功能高分子材料的發展方向。在生物醫藥材料領域，就有人模仿自然骨成分和形成過程，利用電化學反應為膠原分子自組裝和礦化提供反應動力和微環境，獲得了成分和結構與骨組織相似的生物活性涂層，并且可以可控的釋放生物活性因子調控促進骨生長，是增強醫用移植體材料生物活性，加快早起治愈速度的理想方法。特種與功能高分子材料之所以能成為國內外材料學科的重要研究熱點之一，最主要的原因在于它們具有獨特的“性能”和“功能”，可用于替代其他功能材料，并提高或改進其性能，使其成為具有全新性質的功能材料。因此，功能高分子的發展是沒有固定學科邊界的。而我國更應該加大對功能高分子材料研究的重視，加強國際交流，努力提高自主研發水平，躋身世界高精尖技術行列。

三、生物可降解高分子材料的發展

生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發生降解的高分子材料。生物可降解的機理大致有以下三種方式：生物的細胞增長使物質發生機械性破壞；微生物對聚合物作用產生新的物質；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。一般認為，高分子材料的生物可降解是經過兩個過程進行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內，經過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉化為微生物活動的能量，最終都轉化為水和二氧化碳。因此，生物可降解并非單一機理，而是一個復雜的生物物理、生物化學協同作用，相互促進的物理化學過程。到目前為止，有關生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機體內的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環境有關。

四、先進高分子材料在航天工業領域的應用

新中國成立以來，以兩彈一星為代表的航天產品的研制帶動了我國許多關鍵新材料項目的啟動和開展。改革開放以來，我國載人航天、探月工程等重點工程的開展需要眾多新材料的支撐，也促使我國在許多關鍵新材料領域的研制工作取得了突破。其中，先進高分子材料是我國航天工業賴以支撐的重要配套材料，主要包括橡膠、工程塑料、膠黏劑及密封劑、涂料等。

作為理想的密封及阻尼材料，橡膠的應用非常廣泛。我國航天工業建立伊始，為了滿足當時的迫切需求，我國開展了大量特種橡膠材料的研制攻關工作；隨著我國工業的發展，高性能橡膠材料及應用技術也取得了長足進步。工程塑料是指可作為結構材料，在較寬的溫度范圍內承受機械應力，在較苛刻的化學物理環境中使用的高性能高分子材料。其結構特點是主鏈由苯環、萘環、氮雜環等通過醚基、砜基、酮基等連接而成，具有重量輕、強度高、耐熱性好和耐輻射性好等優良特性，已經逐步取代金屬材料，用于裝備中大量次結構件的制造。目前，在國防裝備上獲得應用的工程塑料主要有聚酰胺（PA）、聚氨酯（PU）、聚苯硫醚（PPS）、聚酰亞胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚四氟乙烯（PTFE）等。航天產品廣泛采用輕合金、蜂窩結構和復合材料，因此，膠黏劑及膠接技術應用普遍，但航天產品使用環境苛刻，要承受高溫、燒蝕、溫度交變、高真空、超低溫、熱循環、紫外線、帶電粒子、微隕石、原子氧等環境考驗。航天材料及工藝研究所研制了百余種特種膠黏劑及密封劑，主要包括聚氨酯類、酚醛樹脂類、環氧樹脂類、有機硅類、丙烯酸酯類、有機硼類膠黏劑等，其中絕大多數已應用于我國運載火箭、衛星及飛船等航天產品。

結語

高分子材料也叫做聚合物材料，通常是指由千萬個小分子化合物以化學鍵聯結而成的大分子化合物。我們生活中應用的高分子材料主要就是指合成塑料、合成橡膠、合成纖維等合成高分子材料。然而至20世紀60年代，高分子材料工業已基本完善，解決了人們的衣著、日用品和工業材料等需求。因此，在未來的高分子材料研究領域，高分子材料的三個鐘頭發展方向將會是高分子材料功能化、納米高分子材料復合應用以及可生物降解高分子材料研發。

參考文獻

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