對(duì)高分子未來研究方向的思考

尹圣威(山東省東營(yíng)市勝利第一中學(xué),山東 東營(yíng) 257000)

對(duì)高分子未來研究方向的思考

尹圣威(山東省東營(yíng)市勝利第一中學(xué),山東 東營(yíng) 257000)

目前對(duì)于高分子材料的研究已經(jīng)越來越成熟，根據(jù)其研究現(xiàn)狀，本文闡述了高分子材料具有深遠(yuǎn)應(yīng)用前景和巨大研究潛力的方向。主要包括功能高分子材料、納米高分子復(fù)合材料、生物可降解高分子以及航天工業(yè)領(lǐng)域材料四大方向。

功能高分子材料；納米技術(shù)；可生物降解；

高分子材料早已經(jīng)滲透到。我們?nèi)祟惿畹姆椒矫婷妫谌粘Ｉ钐幪帯６加兄匾膽?yīng)用。所以我們每個(gè)人都。對(duì)于高分子材料不陌生。它又叫聚合物材料，通常指的是無數(shù)個(gè)小分子化合物再通過化學(xué)鍵，形成的大分子化合物。生活里可見的聚合物材料主要有合成橡膠、合成塑料、合成纖維這三種。到上世紀(jì)六十年代左右,這些聚合物材料已經(jīng)可以用來制造衣服、日常用品及各種工業(yè)材料，滿足相關(guān)行業(yè)的需求。在未來，高分子材料主要運(yùn)用領(lǐng)域分別是：納米高分子材料復(fù)合應(yīng)用、高分子材料功能化、生物可降解高分子材料開發(fā)。以及航天工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。

1 高分子材料功能化發(fā)展

功能高分子材料是一種聚合物大分子，它大多來自于半人工及人工合成的高分子材料。它與一般的聚合物有很大的不同，在化學(xué)性質(zhì)及物理性能上都發(fā)生了很大的變化，主要是增加了一些光學(xué)、電學(xué)等方面的特殊功能。在高分子研究中，有一個(gè)特殊領(lǐng)域，就是功能高分子，也就是那些數(shù)量甚微、作用特別、性能獨(dú)特卻是運(yùn)用新技術(shù)時(shí)必不可少的高分子材料。

隨著科技的進(jìn)步，以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新能源開發(fā)、交通和航天技術(shù)、微電子技術(shù)、生物醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域都如雨后春筍般蓬勃發(fā)展，這些領(lǐng)域的發(fā)展離不開功能高分子材料這個(gè)重要的基礎(chǔ)。

在功能設(shè)計(jì)方面，高分子材料的主要作用是：

（1）用分子設(shè)計(jì)來合成新的功能。如研制非晶質(zhì)光盤（APO）；

（2）以特別加工來增添材料功能特性。如功能高分子膜和塑料光纖；

（3）用兩種或兩種以上性能不同或者功能各異的材料，加以復(fù)合之后形成新材料所具有的功能，如EMI/RFI屏蔽導(dǎo)電、塑料、高分子磁性體和復(fù)合層積復(fù)合填料；

（4）對(duì)材料的表面進(jìn)行處理，從而讓材料具備新功能，如EMI/RFI屏蔽導(dǎo)電塑料、表面處理法。

功能設(shè)計(jì)，這一理論在所有功能高分子材料領(lǐng)域內(nèi)都得到了運(yùn)用，這自然也同其材料的研究方向緊密相關(guān)。在生物醫(yī)藥上，有研究者利用電化學(xué)反應(yīng)，模仿自然骨的成分及其產(chǎn)生過程，讓膠原通過微環(huán)境及反應(yīng)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)分子自組裝和礦化，最終獲得有關(guān)成份、骨組織及其結(jié)構(gòu)。利用相似度極高的生物活性涂層以及調(diào)控生物活性因子促進(jìn)骨的生長(zhǎng)。這種技術(shù)可以提高醫(yī)用移植體相關(guān)材料的生物活性，從而可以加速治好患病的骨骼。

由于功能高分子材質(zhì)具備與眾不同的出色作用，它可以替換許多功能材料，并可以通過功能高分子材質(zhì)來改善其他材料的性能，讓其變成一種全新的功能材料。有鑒于此，功能高分子材料及特種高分子材料在國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)受到越來越高的重視，科學(xué)家開展的相關(guān)研究也非常多。因此，發(fā)展功能高分子，其涉及面極廣，關(guān)系到許多學(xué)科的研究。我國(guó)也非常關(guān)注這一領(lǐng)域的研究，在自主研發(fā)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)國(guó)際交流，目前相關(guān)水平已處在世界的前列。

2 運(yùn)用納米技術(shù)，改性高分子材料

納米技術(shù)一般是來鉆研納米材料的特性和對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行制造的工藝。當(dāng)一種東西在現(xiàn)代化手段下以納米來描述時(shí)，那么它本身的作用便會(huì)產(chǎn)生一些變化，從而出現(xiàn)一些奇特的現(xiàn)象，表現(xiàn)出和普通物質(zhì)不一樣的性質(zhì)。并且，若是把具有特殊性質(zhì)的粒子和其他高分子物質(zhì)混合時(shí)，這種特殊的粒子會(huì)使高分子物質(zhì)發(fā)生性能的改變。所以，在改變高分子物質(zhì)的過程中，運(yùn)用的納米技術(shù)有兩種：一是對(duì)這兩種物質(zhì)加以合成，二是用納米粒子影響高分子材料的性能。第一種占得比例最多。

舉個(gè)例子，在探究苯乙烯一丙烯酸醋IPN/MMT納米復(fù)合阻尼材料時(shí)，可將這兩種物質(zhì)時(shí)行復(fù)合，據(jù)此提高其抗震、降噪的效果。結(jié)合眾多實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可以知道，聚合物基體中平均分布了二維納米片之后，該材料原本的能量將會(huì)有很大的升高，與此同時(shí)，基體材料的增韌性更好，耐磨性更強(qiáng)，阻透性也大大提高，也發(fā)送了其抗菌性以及抗老化性能，同時(shí)防紫外線的能力也有所提高。

又比如，把納米無機(jī)粘土粒子利用其他的改性劑，在化學(xué)反應(yīng)后得到的納米粒子片層，與尼龍等其他材料混合，得到的新材料的阻止燃燒的功能更加好。將納米材料和它的結(jié)構(gòu)的多種特性組合使用，能夠產(chǎn)生其他的多種新的材料。所以，研制出新的納米高分子復(fù)合材料，可以使傳統(tǒng)的聚合物技術(shù)更加先進(jìn)、方便，換言之，這項(xiàng)研究，有著它獨(dú)特的市場(chǎng)開發(fā)價(jià)值。

3 生物可降解高分子材料的發(fā)展

在特定時(shí)間及一定條件下，微生物或其分泌物利用化學(xué)分解的形式，可以獲得降解的新材料。

高分子材料已在日常生產(chǎn)及生活中得到了廣泛的應(yīng)用。可是，由于它無法循環(huán)使用，不易分解，加上用量很大，久而久之，就給環(huán)境帶來了比較厲害的化學(xué)污染。一般情況下，在降解這些廢棄的塑料制品時(shí)，最廣泛使用的辦法是挖坑埋掉或者燒掉，然而，這些方法都會(huì)對(duì)環(huán)境造成不可彌補(bǔ)的傷害。

因此，要改變這種不可回收的垃圾污染環(huán)境的狀況，研制新的可降解的物質(zhì)是最本質(zhì)的解決方法。正是這種現(xiàn)狀，才使得當(dāng)下研究新的可降解物質(zhì)有很大的前景。

譬如，我們的日常生活中，超市購物，買菜，包裝，全都用塑料制品，面對(duì)這一現(xiàn)象，四川有一家生物科技公司研制了一種抑菌的可降解的包裝食物的材質(zhì)，先把殼聚糖通過輻射法作出輻照降解，再混入偶聯(lián)劑助劑溶液，攪拌均勻，而后通過干燥使溶劑脫離后，再和聚己內(nèi)酯類可降解高分子材料混合在一起得出。聚己內(nèi)酯可以全部的溶解掉，而殼聚糖則可以抑制某些微生物的生存繁衍。

所以，在研究這一新材料時(shí)，重點(diǎn)是研究出可降解的聚合物，如何對(duì)已經(jīng)存在的可降解聚合物加以利用，經(jīng)濟(jì)意義是十分明顯的，值得研究。

4 先進(jìn)高分子材料在航天工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

自中華人民共和國(guó)建立以后，航天工業(yè)獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步，其代表是兩彈一星，這也促進(jìn)了相關(guān)新材料的科研及發(fā)展。進(jìn)入新時(shí)代，我國(guó)又陸續(xù)開展了載人航天及探月工程等一系列重大科研項(xiàng)目，這自然也離不開更多新材料的支持，在這個(gè)領(lǐng)域，一些關(guān)鍵的材料研制獲得突破性進(jìn)展。這里面就包括高分子材料。它是發(fā)展航天工業(yè)必備的配套產(chǎn)品，一般包含橡膠、膠黏劑、工程塑料、密封劑和涂料等。

橡膠是最合適的阻尼及密封材料，它運(yùn)用范圍十分寬廣。在我國(guó)開展航天工業(yè)的最初階段，那時(shí)對(duì)橡膠的需要量很大，為此，我國(guó)大力開展了特種橡膠的研發(fā)工程，緊跟我國(guó)工業(yè)的高速前進(jìn)，高性能的橡膠及相關(guān)運(yùn)用技巧也獲得了很大的發(fā)展。工程塑料是指能夠被當(dāng)作結(jié)構(gòu)材質(zhì)，在比較大的溫差區(qū)間內(nèi)經(jīng)受住機(jī)械應(yīng)力的考驗(yàn)，在嚴(yán)格的理化條件下可以使用的性能很高的高分子材質(zhì)。它最突出的特征就是其主鏈由苯環(huán)、氮雜環(huán)、萘環(huán)等經(jīng)過砜基、醚基、酮基等進(jìn)行連接，有著極好的耐熱、耐輻射性能，還有著強(qiáng)度好、重量小等優(yōu)點(diǎn)，主要運(yùn)用在制造裝備里面大量次結(jié)構(gòu)件，漸漸替換了以往的金屬材質(zhì)。眼下，聚酰亞胺、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚醚醚酮等、聚苯硫醚工程塑料已運(yùn)用在武裝設(shè)備上。復(fù)合材料、輕合金及蜂窩結(jié)構(gòu)等材料已普遍在航天產(chǎn)品上獲得了應(yīng)用。而且在這些領(lǐng)域里，大量使用了膠黏劑及相關(guān)的交接技術(shù)，當(dāng)然，由于這些膠黏劑適用的環(huán)境非常嚴(yán)苛，在運(yùn)用到航天工業(yè)時(shí)，往往需要承受得起各種復(fù)雜情況的考驗(yàn)，這些復(fù)雜情況包括：帶電離子、燒蝕、紫外線、高溫、溫度交變、高真空、超低溫、熱循環(huán)、微隕石、原子氧等。這些密封劑及特殊膠黏劑，主要包括有機(jī)硅類、丙烯酸酯類、聚氨酯類、酚醛樹脂類、有機(jī)硼膠黏劑、環(huán)氧樹脂類等，這些類型的材料僅航天材料及工藝研究所就研發(fā)出了一百多種，相當(dāng)部分都運(yùn)用在我國(guó)衛(wèi)星、飛船及運(yùn)載等航天產(chǎn)品上。

5 結(jié)語

本人從思考人類生存的環(huán)境問題出發(fā)，在建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的基礎(chǔ)上，形成了上述四個(gè)基本觀點(diǎn)。當(dāng)下，人們研究高分子材料，在目的及目標(biāo)等方面，改變都十分明顯：以往研究的目的是給人們的生活帶來方便，如今則開始注意環(huán)境安全，不浪費(fèi)能源與物質(zhì)，循環(huán)使用，同時(shí)研發(fā)出能耗低、效率高的新材料。毫無疑問，環(huán)境因素已成為今后任何研發(fā)工作所需要重點(diǎn)考慮的問題。對(duì)于從事新材料研發(fā)工作的人們來說，只有研發(fā)出無毒、綠色、功能化、可降解的材料，與環(huán)境有利，才能解決白色、黑色等方面的污染問題。

[1]謝建玲.現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,1995.

[2]翟美玉,彭茜等.化學(xué)與粘合,2008.

[3]四川奎克生物科技有限公司,一種可降解抑菌食物包裝材料及其制備方法,中國(guó)專利,ZL201010558450.4.2011.248.