功能高分子材料的應用及發展前景

郝麗娜　李瑩瑩

關鍵詞：功能高分子;電子工業;生物醫用;化學工業

功能高分子材料源于20世紀60年代末期，通過在高分子上修飾反應基團，使其具有化學反應活性、催化活性、導電性及生物相容性等特殊功能[1]。相較于傳統高分子材料，功能高分子材料不僅具備理化特性，還因經修飾的特殊基團而具有其他特殊性能，備受矚目。當今研究的熱點主要是功能高分子的性能與其結構的聯系，通過不斷研究開發功能高分子的新型結構及合成方法，篩選出具有更多功能的新興功能高分子，拓寬功能高分子材料的應用領域。隨著科技的進步，功能高分子材料領域正進行創新和發展以服務社會。

1 功能高分子材料的分類

功能高分子材料兼具傳統高分子材料的性能和特殊修飾基團帶來的特性，按功能特性可以分為具有反應型、光、電、生物醫用、環境降解、形狀記憶、吸附分離、液晶、導熱等功能的高分子材料，按照結構可以分為主鏈型、側鏈型和接合型3種[2]。

1.1 反應型功能高分子材料

反應型功能高分子材料通過將反應活性中心或催化性中心接枝到高分子鏈上，達到將小分子試劑或催化劑高分子化的目的，主要包括高分子催化劑和高分子試劑等。

1.2 光功能高分子材料

光功能高分子材料具有將光吸收、存儲和轉換的能力，主要包括光敏涂料、熒光劑、光轉化材料、光致變色材料和光導材料等。

1.3 電功能高分子材料

電功能高分子材料主要依靠自身提供的導電載流子導電或者通過添加炭黑、金屬粉、箔等實現導電，主要包括聚乙炔、線型聚苯以及各類導電塑料、橡膠、涂料和薄膜等。

1.4 生物醫用功能高分子材料

生物醫用功能高分子材料主要用于診療疾病，還可以充當生物體組織器官的替代品或者起到輔助作用的材料，主要應用于人工器官、藥物釋放、生物組織工程等領域[3]。

1.5 環境降解功能高分子材料

環境降解功能高分子材料是指通過一定手段可以降解的高分子材料，主要包括光降解和生物降解兩大類，被廣泛應用于生物工程和醫用降解高分子材料等學科領域。

1.6 形狀記憶功能高分子材料

形狀記憶功能高分子材料是指改變并固定形狀后，通過改變外界條件（溫度、pH、電場力等）能恢復初始形狀的材料，主要有熱感、電感、光感和化學感應型，被廣泛應用于包裝、建筑等行業。

1.7 吸附分離功能高分子材料

吸附分離功能高分子材料是具有吸附功能的高分子材料，主要有離子交換樹脂和吸附樹脂等。

1.8 液晶功能高分子材料

液晶功能高分子材料主要來自纖維基體和樹脂基體的宏觀復合，液晶高分子材料強度較高、熱脹系數較小、電光學性質較好，主要用于制作液晶顯示、復合材料，在電子工業有廣泛的應用[4]。

1.9 導熱功能高分子材料

導熱功能高分子材料是指具有良好導熱性能的高分子材料，主要有高導熱絕緣膠黏劑等。

2 功能高分子材料的應用

功能高分子材料由于功能較多，在生產生活中應用廣泛。因此，功能高分子材料近年來逐漸朝著多功能化方向發展，電磁材料、導電材料、光熱材料等相繼出現。

反應型功能高分子材料主要應用于化學合成和化學反應，特點是具有高反應活性、高選擇性和專一性。光功能高分子材料只有交聯光和分解光的功能，在受到物理作用和化學作用的情況下，會表現出與光相同的特性，如光穩定劑、光敏涂料、熒光劑、光轉化材料、光致變色材料和光導材料，主要應用于光導纖維、太陽能、集成電路和光電池等，在電子工業領域以及太陽能的開發利用等方面得到了廣泛的應用。電功能高分子材料被廣泛用于生產特殊用途的電池，例如電子器件以及敏感器件等。生物醫用功能高分子材料在生物體出現生理系統疾病時，可以對疾病起到診斷及治療的作用，有效促進生物體功能的恢復，不僅能對局部組織和器官起到再生作用，還能減輕痛苦、延長病人壽命，提高病人的生活質量。

近年來，高分子材料的發展非常迅速，應用也日益廣泛，但在自然環境中很難分解，造成了大量白色污染。因此，發展可降解高分子材料成為必然趨勢。環境降解功能高分子材料在食品包裝盒、醫藥領域的應用潛力巨大。形狀記憶功能高分子材料具有質量小、形變量大、成型容易等優點，被用于醫療、包裝、建筑等領域。離子交換樹脂作為代表，在化學工程、環境工程中是常用的吸附分離材料，高吸水性樹脂還能吸收大量的水，可用作農業、園林、苗木移植用保水劑。得益于電器行業的迅猛發展，液晶功能高分子材料近年來發展勢頭迅猛，遠超通信業、工業及運輸業，主要用于制作光纜結構件、機械手、復合材料、功能件、泵/閥門組件、接插件、繼電器、模塑印刷電路板等，顯著促進了液晶功能高分子材料及其他高新科技的發展。導熱功能高分子材料應用廣泛，在航空航天、日化領域均有涉及。

在生物醫用中，功能高分子材料（如反應型、生物醫用和環境降解型功能高分子材料）的應用較為廣泛，包括人工器官、藥物釋放、生物組織工程等領域。生物相容性較好的功能高分子材料在器官移植領域貢獻突出，如我國自主研發的高分子材料髖關節，排異反應小、相容性好，病患受益顯著。生物醫用中較為常見的還有醫用塑料等，在醫療器械中作為原材料占比超過15%。

在化學工業的生產中，離子交換樹脂、大孔吸附樹脂等有機活性材料和其他特殊功能的高分子材料早已被廣泛應用，高分子酶將現階段人們普遍使用的高溫、低壓反應轉化為常溫、低壓的反應，為我國的化學工業發展帶來一次質的飛躍。高效率的高分子分離膜給化工制造打下了良好的基礎。功能高分子材料還可以通過制備相關傳感裝置優化工業的自動化控制，表明化學工業領域是功能高分子材料充分應用的重要場所之一。

在電子工業領域，功能高分子材料在集成電路制造和有機電子器件制作中均有應用。例如光敏抗蝕劑與光敏膠可用于集成電路的制造，隨著社會的發展，對其性能提出了更高的要求。其中，感光樹脂能起到很好的抗腐蝕作用，用化學腐蝕法去除和保留半導體氧化層功效顯著。

在信息領域，信息儲存介質可以用液晶高分子材料制作，現階段研究的主要內容是以熱熔型側鍵液晶聚合物為材料制作信息存儲介質。相較于光盤存儲，其可靠性高、質地堅硬，可作為重要數據的長久存儲方式。同時，高分子液晶在電子工業領域也有廣泛應用。

3 功能高分子材料的發展前景

隨著社會的發展和科技的進步，功能高分子材料的研究不斷深入。國內外都開始對新型有機功能高分子材料展開深入的開發和研究，不僅給人們的生活帶來了一定便利，還推動了社會的發展。目前，我國高分子材料相關研究內容主要體現為材料的安全性、對組織和血液的相容性、生物學性能，提高了力學、機械、物理等性能。功能高分子材料不局限于此，朝著綠色化、智能化、多功能化和高性能化方向發展[5]。

（1）功能高分子材料的綠色化。高分子材料由于自身特性，很難被自然界降解，造成的污染日益嚴重，這也嚴重制約了高分子材料的發展。功能高分子材料的綠色化使其能被自然界降解或者通過其他方式降解，有助于社會和諧發展、保護綠水青山、建設環境友好型社會。

（2）功能高分子材料的智能化。21世紀是信息的世紀，也是智能的世紀，智能化已經成為研究的熱點，利用功能高分子材料存儲、傳遞、處理信息的功能，是功能高分子材料研究的重要方向，一旦取得突破，將帶來高分子智能材料領域和人工智能領域的飛躍式發展。

（3）功能高分子材料的多功能化。功能高分子材料增強了高分子材料的原有功能，實現更多方向的應用是多功能化的目的，同時有利于拓寬功能高分子材料的發展空間。隨著科技的發展，兼有數種功能的高分子材料一定會被研發出來。

（4）功能高分子材料的高性能化。功能高分子材料的特性在于理化性質，增強理化特性是功能高分子材料的重要發展方向之一。例如對其進行耐腐蝕、耐高溫、抗老化等方面的研究，在航空航天、電子工業、汽車交通、家電等領域具有重要意義。

除上述4個方面外，在應用傳統材料的基礎上，有學者開發出具有特殊功能的高分子材料，如具有隱身功能的高分子材料、具有生物相容性的高分子材料等，不僅具有科學意義，還具有戰略意義。還有學者研發了智能高分子水凝膠，被廣泛應用于傳感器、驅動器、藥物載體和生物催化等領域。

4 結語

主要介紹了功能高分子材料的分類，在此基礎上對其應用和發展前景進行簡要闡述。功能高分子材料種類繁多、應用廣泛、前景廣闊。隨著社會的不斷發展，功能高分子材料不斷進步，應用領域也從材料領域拓展到化工、電子、航天、交通、醫學、信息等領域。功能高分子材料優異的性能可帶來各個領域的技術進步，甚至實現質的飛躍，在各行業產生巨大的經濟效益和社會效益，推動新產品面市。功能高分子材料的發展將推動我國科學技術的發展，在激烈的競爭中，為中國科技帶來新的發展機遇。我國對功能高分子材料的研究起步晚，但是隨著綜合國力的提升、科技的進步，在此領域也取得了不少成果，但是不應固步自封，而要對各類高分子材料進行改進和完善，加大投入力度，促進我國各領域穩定持續發展。功能高分子科學的發展是必然的，應順應形勢，認識到發展的必然性，適應客觀需求，在此基礎上做好科學的規劃，促進我國功能高分子材料領域的發展。