導(dǎo)電與降解高分子材料20133

導(dǎo)電與降解高分子材料20133第一頁，共48頁。3.3奇妙的“人造金屬”

——導(dǎo)電高分子材料第二頁，共48頁。3.3奇妙的“人造金屬”——

導(dǎo)電高分子材料3.3.1“人造金屬”及其開發(fā)過程3.3.2導(dǎo)電高分子材料的分類與特點3.3.3高分子材料導(dǎo)電原理簡介3.3.4導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用3.3.7電子紙的開發(fā)與應(yīng)用3.3.8導(dǎo)電高分子材料的研究與進展第三頁，共48頁。3.3.1“人造金屬”及其開發(fā)過程我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫碾娖鞯耐鈿?、插頭、插座等是用塑料制成的。一般認(rèn)為高分子材料具良好絕緣性。但高分子的這一特性有時會產(chǎn)生不小的弊端。例如冬天夜晚，當(dāng)你把腈綸衫從身上脫下來時會聽到噼啪的響聲，黑暗中還能看到星星點點的火花。這是因腈綸衫在脫下來過程中，會相互磨擦產(chǎn)生電荷，這些電荷積聚在一起，一接觸皮膚就會放電。其電壓可高達幾千伏，幸好電流很小，只是讓皮膚稍感灼痛。如這種因磨擦產(chǎn)生的靜電發(fā)生在大工業(yè)生產(chǎn)中，將會給生產(chǎn)帶來極大危害。如運送煤炭的塑料傳送帶因磨擦生電會造成火災(zāi)和爆炸事故；運送原油的油船因海浪顛簸，塑料泡沫保溫層與原油磨擦生電，使泡沫帶電而失火；塑料薄膜在制備過程中，同導(dǎo)輥產(chǎn)生的靜電輕則造成產(chǎn)品變形、撕裂，重則釀成大火。靜電給大規(guī)模集成電路生產(chǎn)帶來的損失更是巨大，有的工廠因靜電擊穿造成集成電路的廢品率高達35％。據(jù)美國20世紀(jì)80年代統(tǒng)計資料，由于靜電給電子工業(yè)帶來的損失超過l00億美元。在信息通訊中，普通高分子材料對電磁波的屏蔽作用差，通訊設(shè)備常常會受外部電磁波的入侵而造成誤操作，造成的后果是難以想象的。這就是為什么在飛機和醫(yī)院急救室要嚴(yán)禁使用手機通訊。第四頁，共48頁。3.3.1“人造金屬”及其開發(fā)過程

為解決上述靜電問題，導(dǎo)電高分子材料應(yīng)工業(yè)需求迅速發(fā)展起來。說起導(dǎo)電高分子，還有一段插曲。

1967年，日本東京技術(shù)研究所的一位科學(xué)家百川英樹（當(dāng)時是研究生），正在研究用乙炔氣體制備聚乙烯塑料，當(dāng)他聽說著名研究聚乙烯合成的科學(xué)家池田回國后，就虛心拜訪。池田談了自己多年心得，并把自己試驗中用到的一些試劑的數(shù)據(jù)隨手寫在一張紙條上。后來百川等在用池田方法即用焊接用的電石合成聚乙炔塑料，他們先在反應(yīng)器中放入齊格勒—納塔催化劑，然后把電石放進這個反應(yīng)器里。奇怪，池田用此法制造出來的聚乙炔是一種黑色粉末，而他這次得到卻是一種具金屬光澤的銀灰色薄膜（即在-78℃的低溫下制成的具有高順式結(jié)構(gòu)的聚乙炔薄膜）。他冷靜地檢查了實驗全過程，發(fā)現(xiàn)添加的催化劑比規(guī)定數(shù)量多出1000倍。不過，測試結(jié)果表明，這種銀灰色的薄膜，仍是聚乙炔。那么，黑色和銀灰色的聚乙炔有沒有區(qū)別呢？他一直在思考著這個問題。第五頁，共48頁。1975年，百川偶然和來日本訪問的美國化學(xué)家和物理學(xué)家A.G.Macdiarmid麥可弟阿米特教授談到這種金屬樣的塑料時，對導(dǎo)電塑料研究多年的麥克弟阿米特彷佛看到了黎明前的曙光。1977年，百川與美國賓夕法尼亞大學(xué)化學(xué)家和物理學(xué)家麥可弟阿米特教授、黑格教授在美國共同發(fā)現(xiàn)，用碘（I2）或AsF5摻雜的聚乙炔塑料的室溫電導(dǎo)率一下子提高了12個數(shù)量級，由絕緣體(電導(dǎo)率10—9S·cm-1)變成了具有金屬導(dǎo)體性質(zhì)的材料(103S·cm-1)。他們從而證實了十九世紀(jì)初人們從理論提出的長鏈聚合物材料可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俚念A(yù)言是正確的。在之后的幾年里，他們相繼合成了聚對苯撐、聚吡咯等結(jié)構(gòu)（本征）型導(dǎo)電高分子材料，并且研究了新的物理現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)不僅改變了聚合物作為絕緣體的傳統(tǒng)概念，而且也開創(chuàng)了一個新型的多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域——導(dǎo)電高分子材料（intrinsicallyconductingpolymer,簡寫為ICP），他們?nèi)艘惨虼双@得了2000年度諾貝爾化學(xué)獎。第六頁，共48頁。3.3.1“人造金屬”及其開發(fā)過程于是，人類在塑料王國里拉開了導(dǎo)電塑料研究的帷幕！1987年，德國BASF的H·Naarmann教授將摻I2聚乙炔薄膜高度取向，獲得其室溫電導(dǎo)率高達1.5×105s/cm，這個電導(dǎo)率值已和銅的電導(dǎo)率相當(dāng)，而重量只有銅的1/12。以后，蘇武沛、Schriffer和Heeger提出了弧子理論（SSH理論）來解釋聚乙炔的導(dǎo)電行為。這種實驗和理論的相互推動，促進了導(dǎo)電聚合物材料的發(fā)展。在其后的短時間內(nèi)，相繼開發(fā)出了一系列新型導(dǎo)電聚合物材料，如聚噻吩、聚吡咯、聚苯硫醚、聚噻唑等（如表3.2.1所示）。這些聚合物的電導(dǎo)率在1～102S／cm之間。通過特殊的工藝方法，還可進一步提高其電導(dǎo)率，例如，將吡咯浸在微孔管內(nèi)，然后通過滲入氧化劑聚合。由于微孔的約束，聚合物呈高度取向的纖維狀，電導(dǎo)率可高達3.2×103S／cm。（S－西門子，電導(dǎo)即表示導(dǎo)電能力的評價）表3.2.1典型導(dǎo)電聚合物的結(jié)構(gòu)與電導(dǎo)率第七頁，共48頁。3.3.1“人造金屬”及其開發(fā)過程有報道,聚乙炔電導(dǎo)率可達2×106S／cm，即超過了金屬銅(電導(dǎo)率為5．5×l05S／cm)而成為真正的導(dǎo)電材料?！皳诫s”方法的發(fā)現(xiàn)是開發(fā)高性能導(dǎo)電高分子材料的關(guān)鍵性突破，也是當(dāng)今研究的熱點。摻雜聚乙炔與常見材料的電導(dǎo)率見圖3.7。為何經(jīng)摻雜處理后的塑料就會導(dǎo)電呢？首先讓我們搞清導(dǎo)電是怎么回事。電流是由電子的定向運動形成的。但是，固體物質(zhì)的電子卻只能在物質(zhì)的能帶之內(nèi)和能帶之間運動。導(dǎo)電過程類似于接力賽跑，能帶好比跑道，電子沿能帶運動。金屬的能帶沒有被電子充滿，電子可“接力跑”，因而能導(dǎo)電。塑料的的能帶充滿電子，電子不能運動，所以是絕緣體。塑料進行摻雜處理后，可從能帶中除去一部分電子，使它成為不飽和能帶，電子就能“接力跑”了，故也就一改昔日“面孔”，導(dǎo)起電來。當(dāng)今，導(dǎo)電塑料的研究，大有一發(fā)而不可收之勢，并成為發(fā)達國家競爭角逐的熱點之一，取得了累累碩果。圖3.7摻雜聚乙炔與常見材料的電導(dǎo)率比較第八頁，共48頁。3.3.1“人造金屬”及其開發(fā)過程我國在導(dǎo)電高分子方面也取得很大進展。錢人元1978年起就開始從事導(dǎo)電高分子的研究，其中對導(dǎo)電聚吡咯的研究極為成功。萬梅香研究員一直從事導(dǎo)電聚合物的結(jié)構(gòu)和性能研究，致力于解決導(dǎo)電聚合物的電磁功能化中的磁損耗問題，不僅使導(dǎo)電高分子具有電性，而且還具磁性，她發(fā)明的模板合成方法制備導(dǎo)電聚合物微管已成功并獲國家專利。

圖*2002.7.10江澤民會見三位諾獎獲得者所謂電導(dǎo)率是指物體傳導(dǎo)電子的能力，常用電阻率的倒數(shù)表示，單位是S·cm-1。S稱西門子，1S=1Ω-1。按照電導(dǎo)率，可將材料分為絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體三類。導(dǎo)電材料的電導(dǎo)率在102S·cm-1以上，銅的電導(dǎo)率可高達106S·cm-1，而大多數(shù)有機高分子材料都是絕緣體，它們的電導(dǎo)率都小于10-8S·cm-1，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率介于兩者之間(如下圖3.8所示)。圖3.8各種材料的電導(dǎo)率第九頁，共48頁。3.3.2導(dǎo)電高分子材料的分類與特點按結(jié)構(gòu)和制備方法可將導(dǎo)電高分子材料分為兩類：一類是結(jié)構(gòu)（本征）型導(dǎo)電高分子，指那些分子結(jié)構(gòu)本身能提供載流子從而顯示“固有”導(dǎo)電性的高分子材料，如聚乙炔、聚苯乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚對苯硫醚等。它是由那些具備共軛鍵的高分子經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)“摻雜”處理后,使之轉(zhuǎn)化為具有高導(dǎo)電特性的高分子材料。典型導(dǎo)電高分子如右表所示。表3.#典型導(dǎo)電高分子材料另一類是復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料，它是以通用高分子材料作基體，與導(dǎo)電性物質(zhì)(如炭黑、金屬粉等)通過各種復(fù)合方法而制得的材料，其導(dǎo)電性是靠混合在其中導(dǎo)電性物質(zhì)提供的，高分子連續(xù)相主要起支撐作用。

結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子成本較高，目前尚未商品化。復(fù)合型導(dǎo)電高分子制備較簡單，已得廣泛應(yīng)用,與金屬相比，其具有重量輕、易成形、電阻率可調(diào)節(jié)等優(yōu)點。

項目填充物種類復(fù)合物電阻率/Ω?cm性質(zhì)特點碳系填料炭黑處理石墨碳纖維100~102102~104≧10-2成本低、密度小、呈黑色，影響產(chǎn)品外觀顏色成本低，但雜質(zhì)多，電阻率高，呈黑色高強、高模，抗腐蝕，添加量小金屬填料金銀鎳銅不銹鋼10-410-510-310-410-2~102耐腐蝕、導(dǎo)電性好，但成本昂貴、密度大耐腐蝕、導(dǎo)電性優(yōu)異，但成本高、密度大穩(wěn)定性、成本和導(dǎo)電性能居中，密度較大導(dǎo)電性能較好，成本較低，但易氧化主要使用不銹鋼絲，導(dǎo)電能力一般，成本較低金屬氧化物氧化鋅氧化錫1010穩(wěn)定性好、顏色淺，電阻率較高穩(wěn)定性好、顏色淺，電阻率較高導(dǎo)電聚合物聚吡咯聚噻吩1~101~10密度小、相容性好、電阻率較高密度小、形容性好、電阻率較高表3.5常用復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電填加材料→第十頁，共48頁。3.3.3高分子材料導(dǎo)電原理簡介

1.結(jié)構(gòu)型(本征型)導(dǎo)電高分子材料按其結(jié)構(gòu)特征主要可分為4類：①共軛體系高分子一般整個分子是共軛的體系，如聚乙炔，聚吡咯，聚苯胺等。②高分子電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物簡單地分為摻雜型全共軛高分子和非全共軛型高分子形成的電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物兩大類。其可制成薄膜，作為電容、電阻材料使用。如TCNQ（四氰代二甲基對苯醌）金屬絡(luò)合物等。③金屬有機高分子將金屬引入高分子主鏈即得金屬有機高分子，如聚酞菁酮等。④離子移動型高分子絡(luò)合物如聚電解質(zhì)等。電解質(zhì)的作用是在電池內(nèi)部正負(fù)極間形成良好的離子導(dǎo)電通道。聚電解質(zhì)（高分子電解質(zhì)）是指在高分子鏈上帶有可離子化基團的物質(zhì)，屬于離子導(dǎo)電型高分子材料。按形態(tài)聚電解質(zhì)可分為固體、凝膠和多孔三類。按離子類型則可分為陽離子型（聚甲基丙烯酸酯季銨鹽、聚硫鹽、聚磷鹽等）、陰離子型（聚丙烯酸鹽、聚磷酸鹽等）和兩親型（內(nèi)鹽聚合物或高分子胺內(nèi)酯）三類。

第十一頁，共48頁。1.結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料

金屬導(dǎo)電是由于其含有大量自由電子，在電場作用下能在電場方向上流動，因而能夠?qū)щ?。有機分子不含自由電子，其電子大都以價電子形式被牢牢地禁錮在相應(yīng)原子上，不能移動。因此，絕大多數(shù)有機材料不能導(dǎo)電，是優(yōu)良絕緣體。但并不是所有有機材料的電子都不能移動，例如連接在雙鍵或叁鍵上的π電子就能在相鄰兩個碳原子間形成的雜化軌道上運動，運動范圍比單鍵要大得多。如在隔一個碳原子的位置上還有一根雙鍵，那么這兩根雙鍵就會形成共軛，電子運動的范圍就更大些。如整個高分子鏈都是由這樣共軛雙鍵組成，形成具有線型或平面型的大共軛結(jié)構(gòu)，電子就可在整根分子的范圍內(nèi)運動(如圖3.9示)。在熱或光的作用下，電子容易活化而具導(dǎo)電性。但完全由π電子共軛產(chǎn)生的導(dǎo)電性是不高的，因兩個自旋方向不同的電子有成對的要求。原來它們分別占有一個軌道，現(xiàn)在卻合占一個軌道，而把另一個軌道給空了出來。這兩個軌道在能量上存在一定差別，而當(dāng)電子導(dǎo)電時又不得不越過這個能級差。這就好比汽車在高低不平的路面上前進一樣，使運動受到阻礙，影響了導(dǎo)電率。因此，這種由π電子共軛制成導(dǎo)電材料只具有半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。播放圖3.9聚乙炔形成大π導(dǎo)電結(jié)構(gòu)示意圖第十二頁，共48頁。1.結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料解決的辦法是要減小這兩個軌道的能級差，已找到主要手段是“摻雜”。常用的摻雜劑是一類容易供給電子的電子供體物質(zhì)，如堿金屬，或是一類容易接受電子的電子受體物質(zhì)，如碘、溴、五氟化砷等。在摻雜過程中，摻雜分子進入高分子材料的分子鏈中，通過電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，使分子軌道電子的占有情況發(fā)生變化，結(jié)果使能帶間能量差減小，就好像我們用泥把路面鋪平一樣。這樣電子移動阻力降低了，電導(dǎo)率提高了。目前，導(dǎo)電高分子的電導(dǎo)率已達2×103s·cm-1以上，雖比銅小2到3個數(shù)量級，但已具實用價值。具有同聚乙炔類似結(jié)構(gòu)的聚吡咯、聚苯胺（如右圖所示）、聚噻吩類高分子也都可通過摻雜制備導(dǎo)電高分子材料。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子雖然由于成本問題還不能大規(guī)模應(yīng)用，但其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，展現(xiàn)了無比誘人的應(yīng)用前景。第十三頁，共48頁。

2.復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料

復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是通過高分子材料與各種導(dǎo)電填料分散復(fù)合、層積復(fù)合，使其表面形成導(dǎo)電膜等方法制成，它是靠填充在其中的導(dǎo)電粒子或纖維的相互緊密接觸形成導(dǎo)電通路而導(dǎo)電的。如圖3.10所示，當(dāng)導(dǎo)電填料濃度較低時，填料顆粒分散在聚合物中，相互接觸較少，導(dǎo)電性較低。隨填料用量增加，顆粒間接觸機會增多，電導(dǎo)率逐步上升。當(dāng)填料濃度增至某臨界值時，體系內(nèi)的顆粒相互接觸，形成無限網(wǎng)鏈，它就像一金屬網(wǎng)貫穿于聚合物中，形成導(dǎo)電通道，電導(dǎo)率急劇上升，使聚合物變成了導(dǎo)體。再增加填料的用量，對高分子的導(dǎo)電性就不會有多大貢獻了，所以電導(dǎo)率趨于平緩。圖3.10高分子導(dǎo)電率與導(dǎo)電填料量關(guān)系3.3.3高分子材料導(dǎo)電原理簡介第十四頁，共48頁。3.3.4導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用

1.復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料表3.6復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用材料種類電導(dǎo)率S·cm-1高分子樹脂導(dǎo)電填料應(yīng)用舉例半導(dǎo)體材料10－10～10－7塑料、橡膠金屬氧化物粒子、抗靜電劑復(fù)印用電極板、靜電記錄紙、感光紙、紡織材料、家用電器外殼、礦用電氣用品、儀器外殼等防靜電材料10－7～10－4塑料、彈性體抗靜電劑、炭黑集成電路用搬運箱、托盤、包裝袋等；傳送帶及軟管、導(dǎo)電輪胎、防爆電纜等弱導(dǎo)電材料10－4～10－2塑料、硅橡膠炭黑發(fā)熱器件、高壓電纜的過渡層、導(dǎo)電薄膜、彈性電極、導(dǎo)線接點等導(dǎo)電性材料10－2～103塑料樹脂、硅橡膠金屬纖維、銀、銅、炭黑、石墨電磁屏蔽材料、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠、接線柱墊圈等第十五頁，共48頁。2.結(jié)構(gòu)（本征）型導(dǎo)電高分子材料

其成本較高，故應(yīng)用受限，但其具許多獨特光電性能，適用于許多獨特應(yīng)用領(lǐng)域。（1）金屬防腐蝕

導(dǎo)電聚苯胺可防止鋼的腐蝕。如火箭發(fā)射塔在發(fā)射過程中會產(chǎn)生大量鹽酸霧，普通防腐涂料難以有效防止發(fā)射塔內(nèi)壁在高溫酸霧下的嚴(yán)重腐蝕。將聚苯胺涂在火箭發(fā)射塔內(nèi)壁，可起到防腐作用。（2）印刷電路板

印刷電路板中，需在絕緣基底上鍍銅，普通鍍銅法不僅過程復(fù)雜，且由于使用鉛等貴金屬及甲醛，導(dǎo)致成本高、存在環(huán)境污染。將導(dǎo)電高分子如聚苯胺、聚吡咯通過聚合方法沉積在絕緣的尼龍聚酯薄膜上，繼而通過電化學(xué)法將銅鍍到導(dǎo)電高分子層上，初步解決了印刷線路電鍍難題。如能進一步改善導(dǎo)電高分子層與金屬層、絕緣層的粘結(jié)性，將有可能引起印刷電路板工業(yè)革命。（3）導(dǎo)電高分子傳感器通過建立某種氣體與聚苯胺或者聚吡咯膜作用引起的電導(dǎo)率變化規(guī)律，可用于檢測空氣中NH3、H2S、SO2等有害氣體，以及戰(zhàn)場上的毒氣和戰(zhàn)車尾氣等。第十六頁，共48頁。（4）導(dǎo)電高分子電池?fù)诫s聚乙炔蓄電池具有高導(dǎo)電率、重量輕、體積小（重量僅為普通鉛蓄電池的1／10，體積僅1／3）、容量大、能量密度高、不需維修、加工簡便等優(yōu)點，比傳統(tǒng)鉛酸電池輕，放電速度快，其最大功率密度為鉛酸電池的l0～30倍，對電動自行車和汽車來說，如此快的電能釋放速度可大大提高汽車的加速性能和爬坡能力。研究表明：高分子蓄電池經(jīng)過1500次充放電循環(huán)后，容量損耗只有總?cè)萘康陌俜种畮祝U酸蓄電池一般只能充放電1000次，因此高分子蓄電池可用作汽車或其它裝置的備用電池。由于高分子蓄電池儲存容量為鉛蓄電池4倍，能量密度為其2倍以上，最大功率密度為其30倍，且質(zhì)量輕、容量大，可做成需要的任何形狀，使用方便。目前汽車上一般采用蓄電池質(zhì)量在15kg以上，而采用高分子電池僅2kg，因此在交通工具上具有廣泛的應(yīng)用。

又如，在傳統(tǒng)紡織物上涂上聚吡咯，就可使其變成導(dǎo)電體。用導(dǎo)電高分子做成的二次電池具易生產(chǎn)加工成膜、可繞曲、小型輕便、能量高等特點，如解決了有機物的耐久性和高壓下的穩(wěn)定性問題，以導(dǎo)電高分子為基礎(chǔ)的二次電池就可能實現(xiàn)商品化。第十七頁，共48頁。（5）吸波材料與顏色變化的應(yīng)用

作為微波吸收材料，它可對導(dǎo)電高分子的厚度、密度和導(dǎo)電性進行調(diào)整，從而可調(diào)整材料的微波反射系數(shù)和吸收系數(shù)，吸收系數(shù)可達105cm-1。導(dǎo)電高分子薄膜重量輕，柔性好，可作為包括飛機在內(nèi)之任何設(shè)備的蒙皮。

導(dǎo)電高分子通過電化學(xué)摻雜常常伴隨著顏色的變化。因而可制造電致變色器，用于軍事偽裝和節(jié)能玻璃窗的涂料;光記錄材料;廣告顯示器、儀器、儀表顯示器及復(fù)印機的敏感成像物等。

聚苯并噻吩為透明導(dǎo)電高分子材料，可用做透明導(dǎo)電高分子膜，當(dāng)與透明性好的聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯復(fù)合，可制成高強度的透明導(dǎo)電膜。據(jù)報道，一種研制的導(dǎo)電高分子涂料在導(dǎo)電態(tài)對可見光透明，對紅外光全反射，這在炎熱的夏天可阻止太陽光的熱輻射。而其非導(dǎo)電態(tài)是淺藍(lán)色的，在冬天可以透過陽光，從而降低了空調(diào)的費用。

第十八頁，共48頁。聚苯胺導(dǎo)電高分子材料制作的柔性芯片

（6）電子電器方面的應(yīng)用雖然導(dǎo)電高分子材料還不能作為民用材料大量使用，但它在飛機、航天器和無線電收發(fā)報機天線等特殊場合中已有應(yīng)用，另外可用于輕質(zhì)電線，抗靜電材料和各向異性導(dǎo)電材料等。采用導(dǎo)電高分子發(fā)光材料制作的顯示器（杜邦）第十九頁，共48頁。(7)高分子發(fā)光二極管（有機電致發(fā)光二極管OLED）有機發(fā)光二極管是由一層或多層半導(dǎo)體有機膜，加上兩頭電極封裝而成。在發(fā)光二極管的兩端加上3~5伏電壓，負(fù)極上的電子向有機膜移動，相反，與有機膜相連的正極上的電子向負(fù)極移動，這樣產(chǎn)生了相反運動方向的正負(fù)電荷載體，兩對電荷載體相遇，形成了“電子-空穴對”，并以發(fā)光形式將能量釋放。由于它發(fā)光強度高、色彩亮麗，光線角幾乎達180度，可用于制造新一代薄壁顯示器，應(yīng)用在手機、掌上電腦等低壓電器上，使圖像生動形象，并可圖文通顯。不久的將來，大型彩電、電腦顯示器可卷起塞在房間某個角落；當(dāng)塑料軍用地圖打開后，已不再是靜態(tài)圖紙一張，而是活生生的戰(zhàn)場實況；而士兵穿的電腦迷彩服像變色龍一樣，隨藏身處所不同配置與周圍環(huán)境相同的圖案；甚至把電腦在手腕或縫在衣服上也不會令人生出奇怪的感覺。第二十頁，共48頁。3.3.4導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用總之，導(dǎo)電高分子材料是有吸引力和取代傳統(tǒng)材料的新概念產(chǎn)品，由于其獨特的組合加工性、穩(wěn)定性、可控電導(dǎo)率、光學(xué)和機械性能，使其能在不同的工業(yè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用：（1）包裝行業(yè)：注塑成型產(chǎn)品，防靜電膜；（2）電子領(lǐng)域：防靜電包裝的組件，印刷電路板；（3）開窗：電致變色靈巧窗，電致變色汽車后視系統(tǒng)；（4）紡織業(yè)：導(dǎo)電布；（5）汽車行業(yè)：抗靜電電荷消散，油漆底漆，電致變色后視系統(tǒng)；（6）建筑：防靜電地板，防靜電工作面；（7）礦業(yè)：導(dǎo)電管爆炸物，防靜電包裝。第二十一頁，共48頁。3.3.7電子紙的開發(fā)與應(yīng)用1.何謂“電子紙”？2.電子紙所使用的基本材料及特點3.電子紙的基本工作原理4.電子紙顯示技術(shù)5.電子紙的應(yīng)用6.電子紙的發(fā)展前景(參見教材P112～116)第二十二頁，共48頁。1.何謂“電子紙”？電子紙是一種在保持紙張優(yōu)點（像紙一樣薄、像印刷品一樣的可閱讀性等）的同時可保存或者消除電子信息的顯示系統(tǒng)。電子紙（electronicpaper或e-Paper）又稱數(shù)碼紙、類紙顯示器。

電子紙完全打破了原有植物纖維紙的結(jié)構(gòu)，又具有與傳統(tǒng)紙張相似特點。電子紙顯示技術(shù)是具有與紙張一樣輕薄、又可擦寫的電子顯示技術(shù)，具有雙穩(wěn)態(tài)特點，圖像保持時并不需耗電，能大大節(jié)省能源。

所以從某種意義上講，電子紙是古代的紙形與現(xiàn)代高新技術(shù)結(jié)合的延伸、進步和發(fā)展，也是現(xiàn)代電子化社會的一種新型紙張。第二十三頁，共48頁。

2.電子紙所使用的基本材料及特點

電子紙是內(nèi)部裝有芯片線路的顯示屏，類似一種IC（集成電路）芯的結(jié)構(gòu)。它采用的基本材料主要是聚酯類化合物，紙面上印有硅膠電路，以便能夠控制好表面電荷的變化。與紙質(zhì)印刷品、電子顯示器相比較，電子紙的主要特點可歸納如下：（1）可反復(fù)重寫。（2）視讀狀況良好。其對比度比電腦屏還高，避免了如看電視“視力疲勞感”。（3）耗電量小。其耗電量大約僅液晶顯示器的1/10甚至1/100。（4）方便攜帶。它能制成類似書、報形式，“可分可合”。與電腦相連后可即時下載各種信息。不會使人感“份量很重”，也不需充足電源支撐，故頗為簡便。（5）環(huán)保，減少紙張使用。（6）具備低成本潛力。（7）基板靈活?？梢允遣Ａ?，也可是塑料、金屬等物質(zhì)的表面。（8）視角廣。是微球體結(jié)構(gòu)、反射面廣，視角達180°。第二十四頁，共48頁。

3.電子紙的基本工作原理

如圖3.12所示，電子紙主要是由電子墨及上下兩片透明極板組成，總體厚度控制在2mm以下。電子墨是一種加工成薄膜狀的專用材料，與電子顯示設(shè)備結(jié)合在一起使用，它由數(shù)百萬個尺寸極小微膠囊構(gòu)成，因這些微膠囊內(nèi)含液體，所以稱“墨”，這些能感應(yīng)電荷的微膠囊直徑與頭發(fā)絲相當(dāng)（100μm）。每一微膠囊中含有白色和黑色顆粒，分別帶有正、負(fù)電荷，它們懸浮在清潔液體中。電子墨薄膜頂部是一層透明材料，作為電極端使用；底部是電子墨另一電極，微膠囊夾在這兩電極間。微膠囊受負(fù)電場作用時，白色顆粒帶正電荷而移動到微膠囊頂部，相應(yīng)位置顯示白色；黑色顆粒由于帶負(fù)電荷而在電場力作用下達微膠囊底部，使用者不能看到黑色。若電場作用方向相反，則顯示效果亦反，即黑色顯示，白色隱藏?？梢?，只要改變電場作用方向就能在顯示黑和白色間切換。這些黑白小點聚合起來組成了電子紙上文字和圖案，白色部位對應(yīng)紙張的未著墨部分，而黑色則對應(yīng)紙張上的印刷圖文部分。圖3.12E-Ink公司電子紙工作原理示意第二十五頁，共48頁。

4.電子紙顯示技術(shù)（1）微膠囊電泳顯示技術(shù)

E-Ink公司和麻省理工學(xué)院最早研發(fā)此技術(shù)，其顯示器件由微膠囊電泳顯示材料和帶有驅(qū)動電路的底板及透明電極頂層構(gòu)成，在底板電路驅(qū)動下，顯示材料顯示相應(yīng)圖像，如圖3.12所示。電泳顯示技術(shù)將黑、白兩色帶電顆粒封裝于微胞化液滴結(jié)構(gòu)中，由外加電場控制不同電荷黑白顆粒的升降移動，以呈現(xiàn)黑白單色顯示效果。由于電泳顯示技術(shù)可呈現(xiàn)高反射率、高對比的黑白顯示效果，因此十分適合做電子紙。微膠囊電泳顯示具雙穩(wěn)性，圖像形成后，撤去電場，圖像仍可長時間保持。故微膠囊電泳顯示器只在改變圖像時消耗能量，這使得其能耗很低，顯示器件的低能耗還能降低電池重量，提高設(shè)備便攜性。微膠囊電泳顯示器件屬反射型平板顯示器，具寬視角、高亮度和高對比度，能耗低、可讀性強、超薄、超輕等優(yōu)點，且不受環(huán)境光照條件影響，具備類似印刷紙張顯示性能。第二十六頁，共48頁。

5.電子紙的應(yīng)用（1）顯示器一般顯示器都可應(yīng)用電子紙和電子油墨技術(shù)。該顯示器的外形像印刷品一樣，它有能耗少、重量輕等優(yōu)點。當(dāng)電源關(guān)掉后仍保留圖像。現(xiàn)有的顯示器，如LED等，因亮度不足，不便閱讀，或角度一變，就看不到了，而且笨重不便攜帶，又費電。電子紙改善了一般顯示器的不足，在易讀性、便攜性及人體工學(xué)等方面都具有優(yōu)勢。此外，電子紙還可用于電視機。據(jù)報道，英國劍橋顯示科技實驗室經(jīng)改良，已制造出一種發(fā)光塑膠化合物，利用這種材料可制造出和紙一樣薄，且可卷曲的電視機。這種化合物材料可印制在很薄塑膠上，可以推測未來的電視機將是印刷出來的。由于材料可卷曲，因此這種電視機不用時就可和投影機屏幕一樣卷起來存放。預(yù)測今后5年內(nèi)，人們就可在市場上看到這種高新技術(shù)電視機。此外，該材料還可用于各種便攜式顯示設(shè)備，如制造手表型電視機及顯示器等。（2）無線電接收器

由于這種紙僅需微量能源控制電子墨顆粒，因此有一枚太陽能電池就夠了。如在這種紙上印刷更多晶體管，便能集成一部無線電接收器。用它制作報紙，可利用房內(nèi)燈光作能源，接收多種新聞等無線電信號，可隨時更新這些內(nèi)容，等待人們隨時前來翻閱。這將是一份永遠(yuǎn)不會過時的無線電通訊報紙。電紙書視頻第二十七頁，共48頁。

5.電子紙的應(yīng)用（3）電子書閱讀器

它是一種輕便、應(yīng)用最廣泛的電子顯示器，盡管其具備了許多紙質(zhì)圖書沒有的優(yōu)點，但用戶概念中的書籍要有柔軟的紙張，不然就只不過是個鋼鐵怪物。如今，電子書以它特有的優(yōu)勢開始占據(jù)書刊市場，但它還存在諸如顯示閱讀等方面的一些不足之處，與傳統(tǒng)的普通書還有差異。而用電子紙構(gòu)成的萬能書，這本書的每一頁紙上都覆有微囊包封顆粒，電極可安裝在書中，無論外觀還是手感，都與普通書籍無異。區(qū)別主要是當(dāng)閱讀完以后，人們可以下載新的內(nèi)容到頁面上，甚至在你閱讀過程中也能這樣做。

（4）電子壁紙、廣（公）告牌與標(biāo)簽

它可根據(jù)人們的喜好、季節(jié)、時辰和活動內(nèi)容，設(shè)定并改變畫面，使壁紙面貌常新。目前電子紙將主要用于顯示電池工作的電子顯示板、廣告牌、公告牌、標(biāo)簽以及無線通信用途等領(lǐng)域。其產(chǎn)品主要提供給超市、百貨商店、批發(fā)店等零售店，用于吸引顧客。該產(chǎn)品可用于在店鋪內(nèi)顯示商品陳列、促銷標(biāo)語及廣告等。此外，也可作為數(shù)字出版及便攜式設(shè)備的顯示器使用，該產(chǎn)品不僅可顯示和編輯文本及圖形，還可反復(fù)使用幾千次。第二十八頁，共48頁。

5.電子紙的應(yīng)用（5）書寫用電筆

使用這種電筆，就可在電子紙上書寫，這在今后教學(xué)上將有極大用處?？梢韵胂?，當(dāng)用電子紙做成教室內(nèi)的黑板，再配上這種書寫的電筆，則這塊黑板就不僅是可隨意書寫的對象，而且包含著諸如辭典、網(wǎng)絡(luò)上的許多資料、信息等，并且顯示的并非不動的粉筆字符，而是色彩絢麗、生動活潑且活靈活現(xiàn)的動畫圖像?？梢灶A(yù)料，電子紙在將來的教育領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。（6）電子筆記本

在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)時代，這種電子紙做成的電子筆記本與普通紙張幾乎有同等質(zhì)感，在打印機上可重覆多次打印。由于與現(xiàn)硬拷貝以同樣形式來使用，所以容易被使用者接受。而且，電子紙集合而成的電子筆記本又能供數(shù)碼數(shù)據(jù)的存取，并可借助記錄來存儲情報等。第二十九頁，共48頁。3.3.8導(dǎo)電高分子材料的研究進展20世紀(jì)70年代以來，電子、電氣、通訊產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，推動了導(dǎo)電材料的快速發(fā)展。隨著導(dǎo)電材料使用環(huán)境的變化，對導(dǎo)電材料的發(fā)展也提出了新的要求。總體來說，導(dǎo)電高分子材料的發(fā)展主要圍繞以下幾個方面：（1）開展分子水平上的研究和應(yīng)用開發(fā)新品種導(dǎo)電材料，尤其是高導(dǎo)電性導(dǎo)電聚合物、高強度導(dǎo)電高分子材料、可溶性導(dǎo)電高分子材料和分子導(dǎo)電材料，以便能夠制成“分子導(dǎo)線”、“分子電路”和“分子器件”。（2）研究設(shè)計和合成結(jié)構(gòu)高度穩(wěn)定、具有高熒光量子效率和高電荷載流子遷移率的共軛高分子材料制備出結(jié)構(gòu)有序的導(dǎo)電聚合物薄膜材料。（3）導(dǎo)電材料多功能化除具有導(dǎo)電性能外，還應(yīng)具有優(yōu)良的阻燃性、阻隔性、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦等性能，并在加大導(dǎo)電填料用量以提高導(dǎo)電性能的前提下，如何保持或增強復(fù)合材料的成型加工性能、力學(xué)性能和其他性能。導(dǎo)電高分子材料的發(fā)展趨向預(yù)示著一個新的塑料電子學(xué)時代即將到來。第三十頁，共48頁。3.4改善生態(tài)環(huán)境的

可降解高分子材料3.4.1概述3.4.2降解高分子材料的概念3.4.3環(huán)境降解高分子材料發(fā)展簡史3.4.4環(huán)境降解高分子材料的分類與用途3.4.5

CO2高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀與展望第三十一頁，共48頁。3.4.1概述隨著高分子材料工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，其用途已深透到國民經(jīng)濟各部門以及人民生活的各領(lǐng)域。然而在高分子工業(yè)蓬勃發(fā)展的同時也導(dǎo)致了環(huán)境污染的加劇，引起了人們對聚合物廢料處理的關(guān)注。目前全世界每年生產(chǎn)塑料約1.4億噸，用后廢棄的大約占生產(chǎn)量的50％～60％。由于高分子材料的不可降解性，大量廢棄高分子材料是城市垃圾的主要來源之一，“白色污染”物嚴(yán)重污染環(huán)境，已成為固體廢棄物處理中的一個世界性棘手難題。它們對環(huán)境的污染、對生態(tài)平衡的破壞已引起了社會的極大關(guān)注。塑料廢棄物雖可采取回收再生辦法，但在很多情況下，廢舊高分子材料的回收十分困難。有些高分子的回收再生成本甚至大大高于高分子材料的制造成本。因此人們開始重視開發(fā)一種新型的綠色高分子材料，即改善生態(tài)環(huán)境的可降解高分子材料。日本組織了60多家大公司，成立“生物降解性塑料研究會”；美國也以幾家大公司為主體，成立了“可降解塑料協(xié)會”。我國從20世紀(jì)80年代開始研究和開發(fā)可降解塑料，現(xiàn)在已建成各種降解塑料母料和專用料的生產(chǎn)線約90條，生產(chǎn)廠家數(shù)十家，生產(chǎn)能力10萬噸／年；已有光降解農(nóng)用地膜，生物降解農(nóng)用地膜，可控光降解與微生物降解農(nóng)用地膜，可降解餐具等商品面世。最近，政府有關(guān)部門已要求一次性餐具要使用可降解塑料，減少“白色污染”。第三十二頁，共48頁。3.4.2降解高分子材料的概念降解塑料是指一類其制品的各項性能可滿足使用要求，在保存和使用期內(nèi)性能不變，但在使用期后，卻能在自然環(huán)境條件下降解成對環(huán)境無害物質(zhì)的塑料。高分子的降解是指因化學(xué)和物理因素引起聚合物大分子鏈斷裂的過程。聚合物的環(huán)境降解是指高分子暴露于大氣環(huán)境中，因接觸氧氣、水、熱、光、射線、化學(xué)品、污染物質(zhì)(尤指工業(yè)廢氣)、機械力(風(fēng)、沙、雨、波、車輛交通等)、昆蟲，以及微生物等環(huán)境條件而發(fā)生大分子鏈斷裂的降解過程。降解使聚合物的相對分子質(zhì)量下降，材料的物性降低，最后喪失可使用性，這種現(xiàn)象也被稱為高分子材料的老化降解。該過程包括多種物理的和化學(xué)的協(xié)同作用。高分子材料的降解有4種主要方式：①微生物降解。在有氧／無氧條件下，通過微生物使聚合物轉(zhuǎn)變成二氧化碳／甲烷及各種副產(chǎn)品。②大型生物降解。高分子被昆蟲、動物或其他生物攝取，在它們的咀嚼和消化活動中降解。③光降解。④化學(xué)降解。根據(jù)其降解機理大致可將材料的環(huán)境降解分為光降解和生物降解，以及光—生物共降解等。第三十三頁，共48頁。3.4.3環(huán)境降解高分子材料發(fā)展簡史

由于老化降解作用，使高分子材料的使用壽命大大降低。為此，自聚合物問世以來，科學(xué)家就致力于對這類材料的防老化，即穩(wěn)定化的研究，以制得高穩(wěn)定性的聚合物材料。但是對于一次性使用的高分子材料或一些不需要長期使用的材料，人們則希望它們在使用后，通過上述的環(huán)境降解過程盡快地降解。這種環(huán)境降解的樹脂正是目前各國科學(xué)家競相研究和開發(fā)的熱門課題。無論是天然高分子，還是合成高分子材料暴露于自然界環(huán)境條件下都會降解。天然高分子的降解主要通過生物降解的過程，而合成高分子主要通過熱或光氧化過程產(chǎn)生降解的。在相同的環(huán)境條件下，各種高分子材料，尤其是合成高分子的降解敏感性是非常不同的，它們的可降解性也各不相同。例如，聚丙烯在光氧化環(huán)境中易于降解，而聚苯乙烯在同樣的環(huán)境條件下卻難于降解。聚乙烯醇在某些微生物存在的條件下較易于降解，而聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯在同樣環(huán)境條件下難于降解。因此對不同的高分子材料應(yīng)當(dāng)采用不同的降解方法。第三十四頁，共48頁。3.4.3環(huán)境降解高分子材料發(fā)展簡史國外開發(fā)可環(huán)境降解的塑料始于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時的重點是開發(fā)光降解塑料，以解決塑料廢棄物，尤其是一次性塑料包裝制品帶來的環(huán)境污染問題。至80年代，開發(fā)研究轉(zhuǎn)向以生物降解塑料為主，出現(xiàn)了不用石油，而用可再生資源，如植物淀粉、纖維素和動物甲殼質(zhì)等為原料生產(chǎn)的生物降解塑料。另外，也開發(fā)了用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的生物降解塑料。我國對降解塑料的開發(fā)研究基本與世界同步，但最早的研究對象是可降解農(nóng)用地膜。中國是一農(nóng)業(yè)大國，地膜消費量占世界第一位。為解決累積在農(nóng)田的殘留地膜對植物根系發(fā)育造成的危害，及殘膜對農(nóng)機機耕操作所造成的妨礙，在70年代開始了光降解塑料地膜的研制。1990年前后，出現(xiàn)了將淀粉填充于通用塑料中制成的生物降解塑料。有人將淀粉填充在光降解塑料中，制備開發(fā)了兼有光降解和生物降解功能的地膜。由于性能、價格方面原因，這些研究成果尚處于應(yīng)用示范推廣階段。另外，近年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展，塑料包裝制品帶來的環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，為此，也正在積極開發(fā)用于包裝材料，特別是一次性包裝材料的環(huán)境降解制品，如垃圾袋、購物袋、餐盒等。垃圾袋第三十五頁，共48頁。

3.4.4環(huán)境降解高分子材料的分類與用途高分子材料的自然降解包括生物降解和非生物降解兩大類。非生物降解又包括光降解、熱降解、氧化降解、水解等。

1．按降解機理分類

(1)光降解型高分子材料在光照下受到光氧作用吸收光能(主要是紫外光)，發(fā)生斷鏈反應(yīng)而降解成為對環(huán)境安全的低相對分子化合物。這類對光敏感的高分子，稱為光降解高分子材料。

(2)生物降解型是指在自然環(huán)境中通過微生物的生命活動能很快降解的高分子材料。(3)光—生物降解型這是一類結(jié)合光和生物的降解作用，達到較完全降解的高分子材料，是當(dāng)前世界降解高分子材料的主要開發(fā)方向，可分為淀粉型和非淀粉型兩種。目前，采用天然高分子淀粉作為生物降解助劑的技術(shù)較為普遍。我國在采用復(fù)合光敏劑和添加改性淀粉方法制成的農(nóng)用聚乙烯薄膜，不僅具有光和生物雙重降解性，而且降解誘導(dǎo)期可調(diào)控。生物降解高分子材料按降解特性又可分為部分生物降解型和完全生物降解型，具有完全降解特性的完全生物降解高分子和具有光—生物雙重降解特性的高分子材料，是目前主要研究和產(chǎn)業(yè)開發(fā)的方向。第三十六頁，共48頁。

2.按來源分類（1）化學(xué)合成型大多在分子結(jié)構(gòu)中引入酯基結(jié)構(gòu)的脂肪族聚酯而成。在自然界中，其酯基易被微生物或酶分解。較成熟的有聚乳酸(PLA)、聚己內(nèi)酯(PCL)等。其物理力學(xué)性能可采用共聚法改性。乙烯與其他單體共聚制成的生物降解高分子材料，有良好生物降解和優(yōu)良力學(xué)性能，是一種有潛力的降解高分子材料。PCL具有良好的熱塑性和成型加工性，熔點62℃，結(jié)晶度較高，可采用擠出、吹塑、注塑等方法成型，制成纖維、薄膜、片材等，用作手術(shù)縫合線、醫(yī)療器材和食品包裝材料等。其生物分解性能良好，相對分子質(zhì)量為30000的制品在幾個月即完全降解。美、英、比利時等公司等已將其商品化。PLA具有良好生物相容和生物降解性，可完全參與人體內(nèi)代謝循環(huán)，因而在醫(yī)用領(lǐng)域獲大量應(yīng)用，如手術(shù)縫合線、緩釋藥物載體、體內(nèi)埋植材料等，此外還可用作食品包裝、衛(wèi)生用品等。目前生產(chǎn)廠商有美國Cargill公司及日本島津、三井東亞化學(xué)公司等。(2)天然高分子型它是利用淀粉、纖維素、木質(zhì)素等可再生天然資源制備而成。國內(nèi)外對這類材料的應(yīng)用研究較多。日本以纖維素衍生物和脫乙酰基多糖復(fù)合，采用流延法制得薄膜，強度與聚乙烯相近，2個月即可完全降解；我國對以淀粉為原料，添加極少量增塑劑等助劑制成的熱塑性塑料進行了研究，其降解性能非常好，通過控制配方，可達到3個月、半年及1年的不同降解速度。為降低制造生物聚酯成本，正在開展利用植物合成生物降解塑料的研究。美、日本先后利用基因工程技術(shù)，使一些植物在其枝葉上直接生長出可降解的聚酯，如美國密執(zhí)安州立大學(xué)的研究組將生物合成的微生物聚酯體系的遺傳基因?qū)酥参镏?，已成功地研制出可合成的聚酯。植物制造的淀粉，價格在2．5元／千克，是一類數(shù)量巨大而價格低廉的天然大分子，國內(nèi)外開展這種淀粉合成生物降解塑料的研究非常熱。第三十七頁，共48頁。

（3）摻混型

摻混型生物降解材料是將兩種或兩種以上的聚合物共混復(fù)合而成。其中至少有一種組分是生物可降解的。選用的生物降解組分以淀粉居多。淀粉摻混型生物降解高分子材料可分為3種類型：淀粉填充型、淀粉基質(zhì)型、生物降解聚合物共混型。有研究認(rèn)為，淀粉填充型生物降解材料的降解速度是隨淀粉含量的提高而加快(淀粉含量為20％～40％)。但這類生物降解材料的降解部分主要是淀粉，大部分聚烯烴無法降解，只是崩裂成粉末殘留在自然環(huán)境中，仍會污染環(huán)境。以淀粉為主要原料(大于70％)的淀粉基質(zhì)型降解材料具有優(yōu)良的生物降解性。生物降解高分子共混型材料則既可達到互相改性的目的，又可降低成本。（4）微生物合成型

它是微生物通過生命活動合成的，即利用微生物產(chǎn)生的酶將自然界中易于生物分解的聚酯類物解聚水解，再分解吸收合成聚合物，這些化合物含微生物聚酯和微生物多糖等。目前可供用于合成微生物聚酯的細(xì)菌約80多種，如甲醇、乙醇、CO2、羥基乙酸、3—羥基丁酸、4—羥基丁酸、丙酸、戊酸、丁二醇、1，5—戊二醇，γ－丁內(nèi)酯、葡萄糖等。英國ICI公司首先以丙酸和葡萄糖為底物，1990年商品化，商品名為“Biopol"。許多微生物能合成各種多糖類高分子，某些微生物多糖具有良好物理力學(xué)性能和生物降解性，其中一部分適宜于工業(yè)化生產(chǎn)，已應(yīng)用于食品及醫(yī)療等。（5）轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)型韓國科研人員利用現(xiàn)代生物技術(shù)從一種細(xì)菌中獲取合成高分子的基團，轉(zhuǎn)入大腸桿菌中獲得有效表達建構(gòu)“工程大腸桿菌”。這種“工程大腸桿菌”在lm3反應(yīng)器的底物中發(fā)酵40h可生產(chǎn)80kg以上的生物降解高分子材料。美國學(xué)者通過轉(zhuǎn)基因方式，將自豌豆植物中提取的DNA片斷外源基因轉(zhuǎn)入擬南芥菜細(xì)胞，使其葉綠體能產(chǎn)生聚(3HB)顆粒，產(chǎn)生聚(3HB)的能力提高了3倍，這種轉(zhuǎn)基因植物將成為生物降解高分子開發(fā)的一個新的方向。2.按來源分類第三十八頁，共48頁。

3.用途簡介

降解塑料的用途主要有兩個領(lǐng)域：一是使用次數(shù)少，時間短的一次性塑料包裝材料以及使用或消費后難于收集回收、并會對環(huán)境造成危害的塑料制品，如農(nóng)用地膜等。二是用于需要利用其降解特性制備的產(chǎn)品，如農(nóng)藥和農(nóng)肥的緩釋材料，醫(yī)用材料，如手術(shù)縫合線，人工骨材料等。具體的應(yīng)用領(lǐng)域如下：

①農(nóng)林漁業(yè)

地膜、保水材料、育苗缽、苗床、繩網(wǎng)、魚網(wǎng)、釣魚絲、魚餌容器、農(nóng)藥和農(nóng)肥緩釋材料。②包裝業(yè)：購物袋、垃圾袋、堆肥袋、肥料袋、一次性餐盒、方便面碗、化妝品容器、瓶類、標(biāo)簽、包裝薄膜、發(fā)泡片材、緩沖包裝材料。③日用雜貨：一次性餐具(刀、叉、筷、盤、碗)、玩具、一次性圓珠筆、各種卡片、蓋、罩、一次性手套、一次性桌布。④衛(wèi)生用品：婦女衛(wèi)生用品、嬰兒尿布、醫(yī)用褥墊、一次性刮胡刀、一次性牙刷。⑤體育用品：高爾夫球場球釘和球座。⑥醫(yī)藥用材：繃帶、夾子、棉簽用小棒、外科用脫脂棉、手套、藥物緩釋材料以及手術(shù)縫合線和骨折固定材料(后三種用途主要為生體降解材料)。第三十九頁，共48頁。3.4.5CO2高分子的發(fā)展現(xiàn)狀及展望二氧化碳（CO2）是石油和天然氣等物質(zhì)燃燒釋放出來的一種氣體，既是環(huán)境溫室效應(yīng)的“元兇”，又是潛在的碳資源。CO2是最主要的溫室氣體，所造成的溫室效應(yīng)已成為世界上最受關(guān)注的環(huán)境問題之一，這種溫室效應(yīng)已對人類的生存和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了極其嚴(yán)重威脅。若從碳平衡觀點應(yīng)對全球變暖問題，主要有兩大途徑：一是創(chuàng)建低碳經(jīng)濟發(fā)展模式，大力推廣節(jié)能減排技術(shù)，使用低碳或無碳燃料，減少溫室氣體排放，實現(xiàn)源頭控制；二是加大CO2資源化應(yīng)用力度，將CO2看作取之不盡、用之不竭的寶貴廉價資源，采用化學(xué)方法將其固定為大宗化工原料，從而實現(xiàn)變廢為寶的目標(biāo)。眾所周知，普通塑料如聚乙烯、聚丙烯等，是以烴為單體聚合而成，而CO2基高分子材料則是以烴和CO2為原料共聚而成，其中CO2含量占31%~50%，與常規(guī)高分子材料相比，對烴及上游原料石油的消耗大大減少。

CO2基高分子材料不但可減少石油的消耗，而且其環(huán)境適應(yīng)性也很理想。第四十頁，共48頁。3.4.5CO2高分子的發(fā)展現(xiàn)狀及展望CO2和環(huán)氧化合物共聚制備的脂肪族聚碳酸酯不僅具光和生物降解性,同時還具優(yōu)良阻隔氧氣和水的性能,

可用作工程塑料、生物降解的無污染材料、一次性醫(yī)藥和食品包裝材料、膠粘劑及復(fù)合材料等。該CO2固定技術(shù)不僅將工業(yè)廢氣CO2制成對環(huán)境友好的可降解塑料,而且避免了傳統(tǒng)塑料對環(huán)境的二次污染。它不但減少了溫室氣體排放,而且在一定程度上對日益枯竭的石油資源是一補充。我國對CO2與環(huán)氧化合物的共聚研究已有多年歷史。主要有中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所、中科院廣州化學(xué)所,中山大學(xué)等。我國CO2高分子基降解塑料技術(shù)已躋身世界前列。中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所為我國CO2基降解塑料技術(shù)自主研發(fā)與CO2的綜合利用作出了重要貢獻，在國際上發(fā)揮著重要的引領(lǐng)和示范作用。第四十一頁，共48頁。中科院長春應(yīng)化所歷時8年研究并通過與企業(yè)合作，突破了CO2共聚物研究中系列技術(shù)關(guān)鍵，創(chuàng)造了該研究領(lǐng)域7項世界第一：①在內(nèi)蒙建成世界上第1條年產(chǎn)3000

tCO2共聚物生產(chǎn)線；②首次在世界上將CO2玻璃化溫度提高到-10～120℃，使用溫度提到70℃，大幅拓展了CO2共聚物應(yīng)用范圍；③率先在世界上開拓出數(shù)均分子量超15萬，重均分子量超100萬、CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)超42%的CO2共聚物；④世界上唯一具可完全生物降解性高阻隔薄膜材料；⑤在國際上率先突破CO2共聚物連續(xù)吹制成膜的加工瓶頸，發(fā)明出具我國自主知識產(chǎn)權(quán)的大面積、連續(xù)薄膜制備技術(shù)；⑥開發(fā)出世界上唯一具可完全生物降解的高阻隔薄膜材料，該薄膜可大規(guī)模用于食品包裝材料；⑦成功開發(fā)出CO2共聚物醫(yī)用敷料，建立了該敷料企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，獲得世界上第1個CO2共聚物醫(yī)用一次性可降解材料生產(chǎn)許可證。長春應(yīng)化所經(jīng)3年攻關(guān)，與內(nèi)蒙蒙西集團合作建成世界上第1條年產(chǎn)3千噸CO2共聚物生產(chǎn)線，并已順利實現(xiàn)全過程連續(xù)運行。產(chǎn)品不僅供應(yīng)國內(nèi)，還遠(yuǎn)銷日、美等國際市場。還協(xié)助相關(guān)企業(yè)建立了聚合及后處理工業(yè)化中試平臺，在醫(yī)用CO2共聚物加工及應(yīng)用、食品包裝用CO2共聚物加工及應(yīng)用方面建立了技術(shù)平臺，為下一步工作打下扎實基礎(chǔ)。2008年12月建成第四十二頁，共48頁。3.4.5

CO2高分子的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

中科院長春應(yīng)化所與江蘇省南通華盛新材料公司于2009年12月初宣布，共同開發(fā)的CO2