高分子材料燃燒合成技術探析

劉云鶴 劉曉東

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高分子材料在社會各領域產業中均有廣泛而深入的應用。采用燃燒合成技術合成高分子材料，能夠節約能源，簡化工藝流程，提高產品純度，反應過程以燃燒波形式進行傳播，能夠合成梯度材料，因而該技術近些年來在高分子材料合成領域有廣泛的應用。

1.燃燒合成技術與理論原理分析

自1825年，Berzelius室溫下發現了非晶鋯燃燒所生成氧化物之后，燃燒合成技術開始發展，并為材料合成提供了新方法，該技術具有如下優勢：1）反應速度極快；2）無能耗，合成所需熱量來源于自身放熱過程，極少數需要外部能源以啟動合成反應；3）所得產物純度很高，合成過程原料所含的雜質能夠揮發逸出；4）適用于各種無機或復合材料中；5）所需設備與工藝技術較為簡單；6）燃燒中具有高溫梯度與較快的冷卻速度，可以迅速形成新的非平衡相、亞穩相；7）借助于反應物自身化學能，結合其他方式，能夠使材料合成過程與致密化實現同步。當前，借助于燃燒合成技術所制備的材料有很多，包括功能性、難溶性、復合型材料等。

燃燒合成反應過程即燃燒體系熱力學過程，利用熱力學計算，能夠對絕熱燃燒溫度等加以計算，實現對反應溫度與產物的有效控制，如熵變計算、自由能、熱熔計算等，燃燒絕熱溫度為反應所能推動封閉體系達到的最高溫度，可用以判斷反應過程能夠維持，以便對產物狀態等進行判斷。燃燒合成反應中高放熱同反應物、生成物間存在的焓變息息相關。表達式如下：

2.高分子材料中燃燒合成技術的應用

高分子材料燃燒合成技術反應過程中所需溫度低，燃燒速度較緩慢、通常而言均低于200℃，燃燒速度低于1cm/min，故也被稱為自蔓延低溫合成技術。反應過程中，反應物的粒度對于整個過程并無太大影響。單體聚合中只有一個引發劑分子分解，將會引發整個聚合反應，此時粒度大小并無影響。在反應體系中加入適當的稀釋劑，可以顯著提高燃燒的速度。高分子材料在燃燒合成過程中，將反映產物加入之后，雖然溫度降低，但燃燒速度有所提高。而且多數高分子材料燃燒合成反應均需要進行加壓，以避免由于反應物出現氣化，出現熱損致使燃燒傳播失穩，對反應過程造成影響。

由于燃燒合成技術在合成高分子材料中具有顯著的優勢，因而在高分子材料領域具有廣泛的應用，主要體現在如下方面：1）復合材料線材合成，將反應物單體密封于容器中，采用纖維材料由一端穿入，由另一端穿出，在出口端點燃，此時反應開始，對纖維拉拔速度進行有效控制，使其同該反應的燃燒波速度相同，拉出纖維時可得固化的復合材料線材；2）高聚物涂層合成。在密閉容器中，將反應單體混合物放置于物料表面，通過施加一定的壓力，點燃并引發反應，燃燒波將會沿著物料的表面展開，反應結束后物料表面即制備了聚合物涂層。該方法制備涂層不僅工藝簡單，而且效率較高，成本低，無需使用溶劑即可，不會對人和環境帶來危害；3）梯度功能材料合成。借助于該技術可制備高分子材料相互間，及其同金屬、陶瓷間的梯度功能型材料，在多領域有廣泛應用，如制作激光標尺、光盤等。

3.結語

近些年來，高分子材料燃燒合成技術應用前景越來越廣闊，但是，燃燒合成技術在高分子材料合成領域的應用與研究只是近些年才開始，仍有很多待提高和改善的地方，不少研究仍停留在實驗室或理論階段，因此，有必要進一步對燃燒合成技術對高分子材料合成產物結構與性能的影響進行研究，以便更好地完善燃燒合成技術的應用，同各種已成熟技術有機結合，拓寬該技術在高分子材料生產領域的范圍。

參考文獻：

[1] 高俊剛等.高分子材料[M]北京：化學工業出版社，2008

[2] 雷林海.材料合成新工藝——燃燒合成技術[J]石油化工腐蝕與防護，2010， 14（3）：312-316