高分子材料發(fā)展概況和未來的趨勢

1、高分子材料發(fā)展概況和未來的趨勢 材料：金屬材料 無機非金屬材料（陶瓷、水泥、玻璃) 高分子材料(塑料、橡膠、纖維、涂料、粘 合劑、油墨、高分子復(fù)合材料、功能 高分子材料、天然高分子材料等） 復(fù)合材料高分子材料是當(dāng)代新材料的后起之秀，其發(fā)展速度與應(yīng)用超過了傳統(tǒng)的金屬材料和無機材料，已成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科技和日常生活等領(lǐng)域不可缺少的重要材料 。 世界高分子材料工業(yè)的歷史，從1839年建立天然橡膠硫化膠生產(chǎn)廠算起，不過是短短的170年；合成高分子材料工業(yè)的歷史也不過是100年。 二十世紀(jì)后期以來，隨著世界新技術(shù)革命和經(jīng)濟的飛速發(fā)展，世界高分子材料產(chǎn)業(yè)進入了高速發(fā)展時期，世界合成高分子材料的總產(chǎn)量

2、已接近3億噸，其體積產(chǎn)量早在九十年代中期已超過金屬材料。1. 當(dāng)代高分子材料與人類生活 衣：天然纖維、化學(xué)纖維、皮革；食：天然高分子食品：淀粉、蛋白質(zhì)等； 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)：農(nóng)用薄膜與溫室技術(shù)； 排灌技術(shù)與水土保持技術(shù)； 食品包裝：?。盒滦徒ú模核芰瞎懿?、塑料門窗、建筑粘合劑 建筑防水材料、建筑裝修材料（涂料、 人造板、電線、開關(guān)等）； 高性能混凝土外加劑 行：汽車：輪胎和數(shù)以千計的高分子材料零 部件，一輛小轎車要使用一百多 公斤各種高分子材料，是汽車輕 量化的關(guān)鍵 ； 火車：提速與減震； 飛機：大型客機需要數(shù)萬個高分子零件； 高速公路：改性瀝青、反光指示牌;用：各種家用電器和家庭用品 2. 高分子材

3、料與當(dāng)代高新技術(shù)電子信息： 線路板（覆銅板）；光敏樹脂； 光盤； 復(fù)印機；打印墨水；按鍵； 高分子發(fā)光材料與器件.生物技術(shù)： 人工臟器; 醫(yī)用導(dǎo)管與介入療法; 高分子藥物：長效、緩釋、靶向；航空航天： 衛(wèi)星與火箭外殼（碳纖維復(fù)合材 料）； 挑戰(zhàn)者號航天飛船失事；新能源： 新型電池（鋰離子電池、燃料電池）； LED燈；風(fēng)力發(fā)電.3.1 高性能化 80年代以來,由于新的工業(yè)化大品種聚合物幾乎未再出現(xiàn)，通過各種改性手段實現(xiàn)現(xiàn)有高分子材料及其制品的高性能化成為當(dāng)前高分子材料的重要發(fā)展趨勢。 3.世界高分子材料工業(yè)的發(fā)展動向3.1.1 塑料的高性能化通用塑料的工程化和工程塑料的高性能化塑料高性能化的方法

4、： （1）化學(xué)改性（茂金屬催化聚合、間規(guī)聚合、 超高分子量聚乙烯等）； （2）共混與合金化（接枝、嵌段、互穿聚合物網(wǎng) 絡(luò)、相容劑技術(shù)、液晶聚合物改性）； （3）填充（偶聯(lián)劑技術(shù)、納米復(fù)合技術(shù)等）； （4）纖維增強（高性能纖維增強塑料、自增 強技術(shù)）。 （5）塑料及其制品高性能化的成型加工新技術(shù)： 1）反應(yīng)擠出技術(shù)； 2）微波技術(shù)； 3）振動技術(shù)； 4）擠出自增強技術(shù)； 5）注塑自增強技術(shù)； 6）旋轉(zhuǎn)注射和擺動注射成型技術(shù)3.1.2 橡膠的高性能化子午線輪胎：世界輪胎子午化率達90以上，而中國僅75。高性能輪胎的研究開發(fā)： 包括“綠色”輪胎、節(jié)能輪胎、安全輪胎、高里程輪胎、智能輪胎等，其特點是兼

5、具低滾動阻力、高抗?jié)窕?、高耐磨、高壽命等?yōu)良綜合性能。滾動阻力下降2037，節(jié)油35。 汽車用非輪胎橡膠制品： 汽車的輕量化對橡膠制品耐熱、耐油和耐化學(xué)品性能要求提高 ，促進了丙烯酸酯橡膠、氯磺化聚乙烯、硅橡膠、氟橡膠、氫化丁腈橡膠、三元乙丙橡膠等的使用。減震橡膠制品： 應(yīng)用于房屋建筑、汽車、橋梁、鐵路、飛機、船艦等領(lǐng)域。3.1.3 纖維的高性能化高性能纖維：高強度纖維、高模量纖維、 耐高溫纖維、阻燃耐火纖維 耐腐蝕纖維特點: (1) 具有遠(yuǎn)優(yōu)于普通纖維的物理機械性 能、熱性能和化學(xué)性能； （2）采用高技術(shù)制備，應(yīng)用于高科技或 特殊領(lǐng)域； （3）高附加值。主要品種: 碳纖維、聚芳酰胺（芳綸）

6、纖維、 聚芳酯纖維、超高分子量聚乙烯纖維3.2 功能化 隨著高新技術(shù)的發(fā)展，各種功能化高分子材料及其制品的應(yīng)用越來越廣泛，品種越來越多，要求越來越高，市場需求量越來越大，從而為高分子材料產(chǎn)業(yè)提供了許多新的發(fā)展機遇。 功能高分子材料已經(jīng)或正在形成新的產(chǎn)業(yè)，成為高分子材料產(chǎn)業(yè)中最有發(fā)展前景的新的增長點。 3.2.1 電子電器用高分子材料:覆銅板（線路板）感光高分子材料 隨著集成電路的集成化程度的不斷提高，對 印刷電路感光高分子材料的要求越來越高。硅橡膠按鍵磁性高分子材料: 由高分子材料與磁性粉末復(fù)合而成?？捎涗浡?、光、電等信息，并有重放功能，廣泛用于電子、電氣、通訊、航空航天、汽車、家電、計算機、

7、復(fù)印機等。 3.2.2 導(dǎo)電和光電高分子材料： 導(dǎo)電聚合物不僅是高分子領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)（2000年諾貝爾化學(xué)獎），而且對電子信息和其他有關(guān)領(lǐng)域正在產(chǎn)生革命性的影響，正在形成21世紀(jì)的新興產(chǎn)業(yè)。 高分子電致發(fā)光材料：可用作平面顯示器和平面光源，正在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 聚合物太陽能電池：效率已達3，成本低。3.2.3 高分子半導(dǎo)體芯片： 具有柔韌、易加工、價廉等優(yōu)點，有可能成為新一代芯片的主角。劍橋創(chuàng)辦了第一家塑料芯片公司，許多IT公司投入巨資研發(fā)塑料芯片。3.2.4 塑料光纖（PMMA,PS,PC)： 具有大口徑、高開口數(shù)、處理方便、加工簡便、價廉、接續(xù)方便等優(yōu)點，適用于短距離通信網(wǎng)絡(luò)，將會成為未來信息

8、社會的新興產(chǎn)業(yè)。3.2.5 生物醫(yī)學(xué)高分子材料： 人工臟器材料（人工心臟、人工腎、人工肺、人工骨、人造關(guān)節(jié)、人工血管); 醫(yī)用導(dǎo)管及其他醫(yī)療衛(wèi)生用品； 高分子藥物：長效、緩釋、靶向、治癌3.2.6 功能涂料： 裝飾、保護和特殊功能相結(jié)合，如導(dǎo)電、阻尼、阻燃防火、隔熱、示溫、防輻射、微波吸收、防水、自潔性、殺蟲、空氣凈化、熒光等特種涂料。3.2.7 高吸水樹脂: 衛(wèi)生用品、水土保護。3.2.8 其他： 分離功能材料； 形狀記憶材料； 水處理材料 高分子催化劑等。 高分子制品的功能化： 如智能輪胎、零壓輪胎、智能鞋等。3.3 復(fù)合化1.纖維增強樹脂復(fù)合材料： 1. 玻璃纖維增強樹脂復(fù)合材料（玻璃鋼

9、）； 2. 高性能（先進）復(fù)合材料： 高性能纖維（碳纖維、芳綸纖維、高模量聚乙烯纖維等、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、氮化硅纖維、硼纖維等） 高性能樹脂（特種環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺、氰酸酯樹脂、特種熱塑性樹脂如PEEK、PSF等） 2. 聚合物/無機物納米復(fù)合材料： 納米材料是二十世紀(jì)后期崛起的一類具有劃時代意義的新材料. 聚合物/無機物納米復(fù)合材料的主要特征是復(fù)合體系的一個組分至少有一維以納米尺寸（100nm）均勻分散在另一組分的基體中。 聚合物/無機物納米復(fù)合材料的性能(包括力學(xué)性能、阻隔性能、阻燃性能、熱性能、電性能、生物性能等）比相應(yīng)的宏觀或微米級復(fù)合材料有非常顯著的提高，甚至表現(xiàn)

10、出全新的性能。聚合物/無機物納米復(fù)合材料可分為3類: (1) 聚合物/粒狀無機物納米復(fù)合材料： 由各種聚合物與納米二氧化硅、納米超細(xì)碳酸鈣、納米二氧化鈦等粒狀填料組成。當(dāng)前主要研究如何克服納米粒子團聚，充分發(fā)揮納米復(fù)合效果。 (2) 聚合物/層狀無機物納米復(fù)合材料： 如各種聚合物與層狀硅酸鹽（蒙脫土、高嶺土等）形成的插層納米復(fù)合材料，二十世紀(jì)八十年代才開始成功的研究開發(fā)，各國都處在實現(xiàn)工業(yè)化的熱潮中。（3）聚合物/無機納米管納米復(fù)合材料： 碳納米管，埃洛石3.4 環(huán)境友好化 高分子材料工業(yè)是一個與環(huán)境保護密切相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，不僅其生產(chǎn)過程存在環(huán)境污染問題，其產(chǎn)品在使用和廢棄過程中也對環(huán)境有重大影響

11、，高分子材料工業(yè)和高分子材料制品與環(huán)境的關(guān)系越來越引起人們的重視。 隨著石油資源的緊缺和油價暴漲，從可再生資源或非石油資源制備高分子材料越來越引起人們的重視?？山到馓烊桓叻肿硬牧霞捌鋸?fù)合材料 （1）淀粉塑料（全降解）； （2）纖維素塑料； （3）聚乳酸、聚羥基酸、聚氨基酸等； （4）可降解復(fù)合材料。由非石油資源制造高分子材料 （1）由煤制造液體燃料和烯烴： 南非用煤生產(chǎn)液體燃料居世界領(lǐng)先地位，是世界第一個利用煤大規(guī)模生產(chǎn)石化產(chǎn)品的國家。 （2）由C1（甲烷、甲醇）原料制造烯烴； （3）由CO2制造高分子材料; (4) 由植物資源制造高分子材料：淀粉、纖維素、木質(zhì)素、殼聚糖、聚乳酸等。美國已建有

12、萬噸聚乳酸工廠，其成本可與石油化工產(chǎn)品競爭。廢棄高分子材料的回收和再生利用： 廢舊高分子材料的回收利用已發(fā)展為一門新產(chǎn)業(yè)E產(chǎn)業(yè)，即環(huán)保產(chǎn)業(yè)。 （1）廢塑料的回收利用； （2）廢橡膠的回收利用： 1）作燃料 ； 2) 傳統(tǒng)的再生膠產(chǎn)業(yè)走向衰落； 3）廢膠粉直接利用技術(shù)迅速獲得發(fā)展 （直接加入橡膠配方、增韌塑料、熱 塑性彈性體、鋪路、跑道等）木塑復(fù)合材料（WPC) 木塑復(fù)合材料（Wood-plastic composites,WPC)是近年蓬勃興起的一種新型復(fù)合材料，由占50以上的木粉、稻殼、桔梗等廢天然纖維與廢舊熱塑性塑料（PE，PP，PVC等）經(jīng)特殊工藝制成的性能優(yōu)良的環(huán)保型綠色復(fù)合材料，兼有

13、塑料與木材二者的優(yōu)點，還有許多塑料與木材不具備的新特點，在包裝、物流、家具、園林等許多領(lǐng)域具有廣泛的用途。 木塑復(fù)合材料符合節(jié)約資源，保護生態(tài)環(huán)境，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的原則。木塑園林產(chǎn)品 花箱木塑園林產(chǎn)品 垃圾箱木塑園林產(chǎn)品 休閑椅、凳木塑園林產(chǎn)品 欄桿WPC 行業(yè)的國內(nèi)外狀況國外木塑復(fù)合材料生產(chǎn)和應(yīng)用始于二十世紀(jì)九十 年代，至今只有十幾年的時間；北美、歐洲，日本、韓國、澳大利亞、新西蘭等國和臺灣地區(qū)都在大力發(fā)展木塑復(fù)合材料，木塑復(fù)合制品的年增長率達16%。中國近年發(fā)展迅速，將以年增長率50%以上的速度發(fā)展。高分子材料生產(chǎn)和使用過程的環(huán)保問題： 粉塵污染； 溶劑污染； 某些橡膠促進劑（TMTD，NO

14、BS）和防老劑（胺類）具有致癌作用，必須用其它品種代替。 取締或限制使用有毒重金屬助劑和部分含溴阻燃劑（歐盟ROHS指令）。 開發(fā)非鹵阻燃劑(無機阻燃劑、含磷氮阻燃劑、含硅阻燃劑等）。高分子材料及其制品，特別是制鞋和橡膠生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染及對工人的危害已成為一個眾所周知的問題，要從技術(shù)和法規(guī)上加以解決。減少VOC的排放，滿足環(huán)保法規(guī)，涂料正朝著水性涂料、高固體份涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等綠色涂料方向發(fā)展。裝修污染： 環(huán)境友好、綠色化學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的概念： （1）從“原子經(jīng)濟性”的原則出發(fā)，從化學(xué)原理的源頭減少或消除環(huán)境污染，減少資源和能源的浪費； （2）盡可能節(jié)約不可再生的原料資源，使用

15、可再生的生物資源作原料； （3）采用無毒無害的原料、催化劑、溶劑和助劑； （4）采用高效、節(jié)能、清潔的化工生產(chǎn)過程強化技術(shù)，最大限度減少廢料排放； （5）兼顧產(chǎn)品的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，走可持續(xù)發(fā)展的道路。 3.5 信息化計算機在高分子材料設(shè)計中的應(yīng)用： 配方設(shè)計與優(yōu)化 計算機輔助產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計 計算機輔助工程設(shè)計 計算機模擬仿真計算機用于高分子材料制品生產(chǎn)工藝的控制： 從微機控制混煉、壓延、擠出、成型、硫化到整個生產(chǎn)線的自動控制。信息化管理和電子商務(wù)： 網(wǎng)上采購、銷售、訪問客戶等3.6 全球化與規(guī)模化 市場全球化、生產(chǎn)國際化 企業(yè)規(guī)?；?、裝置大型化 2001年道化學(xué)與聯(lián)碳公司合并，成為世界最大的石油化工公司，2005年其乙烯生產(chǎn)能力達1316萬噸/年，占全球的11%左右； 美國?？松炯娌⒚梨谑凸境蔀槭澜绲诙笠蚁┕?； 2005年世界十大乙烯公司占世界乙烯產(chǎn)能的 63.2 %. 世界輪胎十強占領(lǐng)了全球輪胎市場的80，三大輪胎巨頭（法國米