高分子化工材料的用途和發(fā)展現(xiàn)狀

陽志榮（廣州鹿山新材料股份有限公司，廣東 廣州 510700）

1 高分子材料的概念和特點

1.1 高分子化工材料的概念

多由非金屬的元素組成或是由低分子等組成，并有一定的規(guī)則和條件，內(nèi)在的變化性小。

高分子材料主要是由分子這一小單元作為基本單元，大量重復(fù)連接而組成?；締卧褪侵貜?fù)單元，是高分子材料組成的最小單元分子，因基本單元的數(shù)量繁多，因此高分子材料也含有較多的分子量?；締卧g的相互連接一般由聚合反應(yīng)來進行實現(xiàn)，所以高分子材料也被稱為聚合物材料。高分子材料按來源可以分為三個大的種類：天然高分子材料、半天然分子材料、合成高分子材料，在這三個大種類中合成高分子材料是應(yīng)用最為廣泛的。按照特性可分為橡膠、塑料、高分子涂料、高分子基復(fù)合材料等。按照用途可分為普通高分子和功能高分子，功能高分子較普通高分子而言除了有普通高分子的基本性能外，還有一些特殊的功能。高分子的結(jié)構(gòu)是決定其性能的關(guān)鍵，因此對結(jié)構(gòu)進行改變就可讓高分子材料的性能產(chǎn)生變化。高分子化工材料因其結(jié)構(gòu)的易改變性和易加工等特性的影響，有著不可取代的位置[1]。

1.2 高分子化工材料的特點

2 高分子化工材料的用途和發(fā)展

2.1 軍工領(lǐng)域

軍工業(yè)的產(chǎn)品需要能應(yīng)對較為惡劣的環(huán)境，例如高熱、較強的嚴(yán)寒等，因此產(chǎn)品的材料性能是十分重要的，要能很好地經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗，高分子化工材料所具有的良好耐熱、耐腐蝕等優(yōu)點正好可以滿足軍工產(chǎn)品的材料需求，為此在軍工業(yè)的防彈衣、抗高溫保護罩制作方面都會使用高分子化工材料，而高分子材料性能的可設(shè)計性又能進一步為軍工業(yè)的產(chǎn)品材料提供良好的技術(shù)保障。除此之外，在交通運輸和海洋工程等領(lǐng)域高分子化工材料也是其不可缺少的基礎(chǔ)性材料。隨著對高分子化工材料的不斷研究和發(fā)展，高分子化工材料已經(jīng)能有效地替代部分金屬材料的作用，展示其所擁有的既輕又強的特點。所以，高分子材料在軍工領(lǐng)域具有很好的發(fā)展情況[2]。

第一，分子量大。因分子是高分子化工材料的基本單位，因此在高分子化工材料中的分子數(shù)量非常多，并且分子的質(zhì)量也較高。而又因高分子化工材料內(nèi)部的分子數(shù)量多，使得分子之間的排列比較緊密，其緊密性會更強。第二，多分散性。高分子化工材料中的相對分子質(zhì)量和尺寸都遠大于小分子或者中分子，并且其分子形態(tài)更為多樣，因此分子會呈現(xiàn)多分散性。第三，化學(xué)結(jié)構(gòu)組成較為簡單。高分子化工材料大

2.2 稀土領(lǐng)域

在稀土領(lǐng)域中高分子化學(xué)材料主要是指稀土催化材料，稀土催化材料有多種，如稀土鈣鈦礦催化材料、分子篩稀土催化材料等，這些材料有著使用方便、抗毒性強、耐高溫等特點，使用的范圍較大，是當(dāng)前很多環(huán)保催化劑的原材料。當(dāng)前我國的稀土主要由輕稀土構(gòu)成，但是隨著科技的不斷發(fā)展重稀土的需求量開始不斷增加，這使得稀土開采方面出現(xiàn)了一定的不平衡問題。因此為了能很好對稀土做好開采方面的側(cè)重控制，除了讓開采行為更為規(guī)范以外，還需要能對稀土材料使用率進行提升，以便更好地讓輕稀土和重稀土開采和使用達到平衡，讓我國的資源運用可以更為長久。所以在今后的稀土催化材料研究中，需要能讓稀土催化材料得到更好地發(fā)展，可以進一步讓稀土催化材料提高稀土資源的使用空間，從而有效緩解重稀土資源緊張的情況。

2.3 醫(yī)療領(lǐng)域

在醫(yī)療領(lǐng)域中高分子化工材料主要為生物醫(yī)用材料，生物醫(yī)用材料具有非常好的實用性特點和使用范圍廣泛等特點，可以使用合成的方式將其分為生物降解型和非降解型，可降解型的生物醫(yī)用材料可以使該生物材料在生物體內(nèi)進行自身結(jié)構(gòu)的改變，使其所降解的細小顆粒等隨生物體自身的新陳代謝排泄出來，更好地減少生物材料對生物體副作用的同時也能更好地展開對病人的救治，例如膠囊藥物的外部包裹膠原等。生物醫(yī)用材料因其具有很好的特點和作用在生物組織器官的修復(fù)替換、疾病診斷治療等方面具有非常顯著的效果，可以很好地將組織器官的作用展現(xiàn)出來，并且副作用小，有力地推動了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展[3]。

2.4 建筑領(lǐng)域

建筑業(yè)的發(fā)展與材料的發(fā)展密切相關(guān)，材料領(lǐng)域的每一次發(fā)展都會促進建筑行業(yè)的發(fā)展。高分子材料在建筑領(lǐng)域的發(fā)展中是十分重要的，目前在建筑領(lǐng)域中所使用高分子化工材料有建筑塑料、建筑涂料、建筑膠黏劑、防水材料等。建筑塑料有PVC-U塑料管材、聚氯乙烯地板等高分子化工材料，此外建筑的保溫、隔音等方面也使用了一定高分子化工材料，例如建筑內(nèi)的塑料門窗等。建筑涂料有建筑內(nèi)所涂的丙烯酸樹脂乳膠漆等高分子化工材料，這種材料的流變性和涂刷性都非常的好，而且具有耐擦洗、耐污等性能，是建筑涂料中運用范圍最廣的一種高分子化工材料，此外聚氨酯地面涂料、聚醋酸乙烯地面涂料等也是建筑涂料中的高分子化工材料，這些材料都有耐水、耐磨等性能。當(dāng)前建筑領(lǐng)域的高分子化工材料的發(fā)展有著很大的發(fā)展空間，而未來建筑領(lǐng)域的高分子化工材料的發(fā)展則更多地走向綠色、多功能的發(fā)展方向。

2.5 民用領(lǐng)域

聚烯烴材料是民用高分子化工材料的重要種類之一，它也是高分子化工材料的重要代表材料，聚烯烴材料是加劇反應(yīng)狀態(tài)下形成的一種材料，這種材料的原料豐富、操作程序簡單、使用效果好，并且成本低，各行各業(yè)都可適用。當(dāng)前這種材料在實際市場的使用中使用范圍最廣的是聚乙烯和聚丙烯等材料。聚乙烯和聚丙烯在民用領(lǐng)域的運用十分廣泛，用途涵蓋薄膜、注塑、電纜、絲類、管材等多個方面。現(xiàn)今因金屬催化劑的不斷研發(fā)和使用，聚烯烴合成材料的發(fā)展前景更為良好，為此當(dāng)前聚烯烴材料的主要研究方向為讓各類聚烯烴材料有效聚合的過渡金屬催化方向。雖然說聚烯烴這種高分子材料因其成本低、原料豐富、操作簡單等優(yōu)勢在民用領(lǐng)域較多地被使用也有較大的關(guān)注度，但是它在實際應(yīng)用中也存在一些問題，如不可降解、污染性較高等，高分子材料因其內(nèi)在分子穩(wěn)定等原因影響很難被有效地分解，因此高分子材料在使用后如果隨意丟棄會對水、大氣、土地等造成污染，使生態(tài)環(huán)境受到損害。所以在高分子材料研究中不可降解問題至今還是研究的一個重點所在[4]。

3 高分子化工材料發(fā)展趨勢

3.1 通用高分子化工材料

通用高分子化工材料的發(fā)展趨勢主要是綠色化、高性能高功能化、智能化方向。

3.1.1 綠色化

第一，環(huán)保無污染。現(xiàn)今環(huán)境保護問題是全球都關(guān)注的重點問題，工業(yè)的不斷發(fā)展會造成環(huán)境問題的出現(xiàn)，影響到人類的身體健康，因此針對環(huán)保問題綠色化工業(yè)發(fā)展成為發(fā)展的主要目標(biāo)所在。綠色化是指沒有污染或者有極微小的污染，極小污染完全可以被周邊環(huán)境或者樹木所稀釋，并且這種綠色工業(yè)材料要具備可循環(huán)使用的功能。在現(xiàn)今的環(huán)境保護措施中，減少工業(yè)污染排放是一個重點措施，而另一個重點就是使用更為環(huán)保綠色的化工材料，從而既能有效達到環(huán)境保護的相關(guān)要求，又能實現(xiàn)工業(yè)不斷發(fā)展的相關(guān)要求。因此綠色環(huán)保的高分子化工材料的研發(fā)成為今后高分子化工材料發(fā)展的重要趨勢所在，需要將高分子化工材料的可重復(fù)利用性和可降解性等環(huán)保性能提升，從高分子化工材料的內(nèi)部性能出發(fā)解決高分子化工材料所存在的污染問題，讓其可以更為環(huán)保綠色無污染。第二，減少自然資源的使用依賴。因此在當(dāng)前的高分子化工材料發(fā)展中需要能找到一種可替代石油的能量資源，或是通過原子分子等比率結(jié)構(gòu)的調(diào)整使某種可再生的資源擁有石油在高分子化工材料合成中的作用，從而減少高分子材料在合成中對不可再生資源的依賴，讓可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)得以實現(xiàn)[5]。

3.1.2 高性能和高功能化

高性能主要是對材料生產(chǎn)設(shè)備和加工工藝等進行提升讓其性能增強，如在高強度、高耐力等方面，讓其可以在更多的應(yīng)用環(huán)境中進行好的應(yīng)用，高功能性則是指進行多種復(fù)合功能的高分子材料，實現(xiàn)高分子化工材料功能的多樣性和復(fù)合性要求，具備同一材質(zhì)多種用途或同一材質(zhì)多種特點等功能。例如納米高分子材料，納米高分子材料是通過納米技術(shù)將納米材料和高分子材料進行混合，讓其可以形成一種復(fù)合型的材料，讓高分子材料的性質(zhì)和應(yīng)用環(huán)境進行改變。當(dāng)前在進行這種復(fù)合型材料的生產(chǎn)中所用的納米技術(shù)主要分為兩種，其一是將納米粒子直接作為高分子材料進行應(yīng)用并對其的性能進行改變，其二就是將高分子材料和納米材料混合后形成新的一種納米高分子材料，從而提升原有的特性，如耐高溫、抗震性等。因此將高分子材料和納米技術(shù)有效結(jié)合可以很好地進行新型高分子材料的研發(fā)，可以讓傳統(tǒng)高分子化工材料的性能和功能更強，有效實現(xiàn)高性能和高功能的發(fā)展要求。

3.1.3 智能化

智能化是隨著現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展所提出的一個新的發(fā)展目標(biāo)，智能化的高分子材料主要是讓其具備記憶功能，可根據(jù)具體外部需求進行自身性能的改變等，達到多用途、靈活性等發(fā)展要求。例如高分子材料的自修復(fù)功能，自修復(fù)型高分子材料首先是需要材料具備導(dǎo)電性，然后通過其導(dǎo)電性和后續(xù)的工藝加工實現(xiàn)其自修復(fù)能力。高分子化工材料的導(dǎo)電性獲取有兩種方式，其一就是直接在高分子材料中增加相應(yīng)的導(dǎo)電性聚合物，然后通過對其進行壓制定型達到性能穩(wěn)定的目標(biāo)，讓結(jié)構(gòu)和性能等不再產(chǎn)生變化，但是這一方法在操作中較為復(fù)雜，成本也較高，并且自修復(fù)的性能不佳。其二是借助具有導(dǎo)電性能的復(fù)合物進行納米顆粒的摻雜，再向具備自修復(fù)能力的聚合材料中添加微膠囊顆粒，讓高分子材料的導(dǎo)電性能提升，從而達到復(fù)合導(dǎo)電聚合物自修復(fù)材料的要求。這種可自修復(fù)材料可以實現(xiàn)再次復(fù)合，有著很好的發(fā)展情景。

3.2 功能高分子化工材料

隨著功能高分子化工材料的迅速發(fā)展，功能高分子材料將過去的小范圍使用擴大到大范圍使用，從發(fā)明研究走向?qū)嶋H應(yīng)用。在光電信息功能材料領(lǐng)域，光、電、磁等功能高分子化工材料作為科技時代重要的信息技術(shù)載體，在信息技術(shù)的發(fā)展中有著重要的作用。當(dāng)前針對此類高分子化工材料的發(fā)展重點主要在有機高分子顯示材料方面，例如：電致發(fā)光材料、高分子生物傳感材料等，以及新型功能高分子化工材料的研發(fā)和其他技術(shù)的結(jié)合等。在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域，發(fā)展的趨勢主要是從簡單的生物組織器官移入到有生命的生物組織器官的重建，從階段性器官的替換修復(fù)發(fā)展到長期器官的替換修復(fù)發(fā)展，從有創(chuàng)傷的手術(shù)開展到微創(chuàng)的治療等，因此生物醫(yī)用材料的發(fā)展重點就是以生物學(xué)原理為基礎(chǔ)進行材料使用時間、生活功能或者生物結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計和研究，從而讓生物醫(yī)用材料可以更好地實現(xiàn)治病救人的功效。在吸附分離材料領(lǐng)域中的高分子分離膜發(fā)展的重點為對聚合物分離膜的制備、成膜機理的研究，對膜結(jié)構(gòu)和膜分離的預(yù)測優(yōu)化，通過其與其他技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)材料性能上的提升等，而對于吸附分離樹脂材料，設(shè)計合成高選擇性地吸附樹脂材料是其發(fā)展重點。

3.3 高分子化工材料加工的發(fā)展

高分子化工材料的使用性能主要是由加工環(huán)節(jié)所決定，之后在成型后達到材料所要求的形態(tài)。聚合物的形態(tài)有結(jié)晶、取向等，而多相聚合物包含球形、片狀、棒形、纖維等相形態(tài)，聚合物的形態(tài)是在加工過程中通過溫度和外力作用而形成，為此需要對高分子化工材料加工的全過程進行研究，進行加工和成型新方法的發(fā)展，對高分子化工材料的基礎(chǔ)理論進行更深入地研究等，從而進一步促進高分子化工材料多功能化、高性能化等優(yōu)勢的發(fā)展。當(dāng)前針對加工環(huán)節(jié)的主要發(fā)展方向為加工過程中的材料結(jié)構(gòu)變化規(guī)律和結(jié)構(gòu)形成，展開對這方面的控制，并不斷探索研究新的加工方法。

3.4 高分子材料學(xué)科與其他學(xué)科的交叉發(fā)展

高分子材料學(xué)科與其他學(xué)科交叉發(fā)展除了能有效地促進高分子材料自身發(fā)展外，也會讓高分子材料的應(yīng)用范圍得到擴大，并形成復(fù)合型的高分子化工材料。例如與生物學(xué)結(jié)合的仿生高分子化工材料，這種材料不但具備很多好的生物性能，還能進一步推進生物材料的發(fā)展。另外還有與信息技術(shù)學(xué)科結(jié)合的有機高分子材料，與如今納米技術(shù)結(jié)合的高分子納米材料等。高分子材料學(xué)科與眾多學(xué)科都是有著緊密聯(lián)系，因此在今后的高分子材料的發(fā)展中與其他學(xué)科交叉發(fā)展必然是其大的發(fā)展趨勢所在。

4 結(jié)語

總而言之，高分子化工材料的研發(fā)工作不僅要能更好地提升其性能，與更多的學(xué)科進行結(jié)合，還需要考慮到其對環(huán)境的影響，要發(fā)展綠色、環(huán)保、可降解的高分子化工材料，讓高分子化工材料在進一步助力我國工業(yè)發(fā)展的同時，也能很好地促進我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實現(xiàn)。