生活中的高分子材料

高分子是生命存在的形式，所有的生命體都可以看作是高分子的集合。在100多年來的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)中，有7次頒發(fā)給了10位直接或間接對(duì)高分子科學(xué)發(fā)展做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家。由此可見高分子材料是多么的重要。高分子材料(macromolecularmaterial)是以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料，由相對(duì)分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成。其按來源分為天然、半合成(改性天然高分子材料)和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和進(jìn)化的基礎(chǔ)，我們接觸的很多天然材料通常是高分子材料組成的，如天然橡膠、棉花、人體器官等。人類社會(huì)一開始就利用天然高分子材料作為生活資料和生產(chǎn)資料，并掌握了其加工技術(shù)。如利用蠶絲、棉、毛織成織物，用木材、棉、麻造紙等。19世紀(jì)30年代末期，進(jìn)入天然高分子化學(xué)改性階段，出現(xiàn)半合成高分子材料。1907年出現(xiàn)合成高分子酚醛樹脂，標(biāo)志著人類應(yīng)用合成高分子材料的開始?，F(xiàn)代，高分子材料已與金屬材料、無機(jī)非金屬材料相同，成為科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要材料；高分子材料按用途又分為普通高分子材料和功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力學(xué)性能、絕緣性能和熱性能外，還具有物質(zhì)、能量和信息的轉(zhuǎn)換、傳遞和儲(chǔ)存等特殊功能。已實(shí)用的有高分子信息轉(zhuǎn)換材料、高分子透明材料、高分子模擬酶、生物降解高分子材料、高分子形狀記憶材料和醫(yī)用、藥用高分子材料等。以上兩種分類只在此做以系統(tǒng)性的說明，本文著重以高分子材料的特性分類入手對(duì)其用途進(jìn)行闡述。一般將高分子材料按特性分為五類，即橡膠、纖維、塑料、膠粘劑、涂料。橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。其分子鏈間次價(jià)力小，分子鏈柔性好，在外力作用下可產(chǎn)生較大形變，除去外力后能迅速恢復(fù)原狀，有天然橡膠和合成橡膠兩種。天然橡膠的主要成分是聚異戊二烯；合成橡膠的主要品種有丁基橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠、丙烯酸酯橡膠、聚氨酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠等等。天然橡膠因其具有很強(qiáng)的彈性和良好的絕緣性、可塑性、隔水隔氣、抗拉和耐磨等特點(diǎn)，廣泛地運(yùn)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通、運(yùn)輸、機(jī)械制造、醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域和日常生活等方面，如交通運(yùn)輸上用的各種輪胎;工業(yè)上用的運(yùn)輸帶、傳動(dòng)帶、各種密封圈；醫(yī)用的手套、輸血管；日常生活中所用的膠鞋、雨衣、暖水袋等都是以橡膠為主要原料制造的，國防上使用的飛機(jī)、大炮、坦克，甚至尖端科技領(lǐng)域里的火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等都需要大量的橡膠零部件，目前，世界上部分或完全用天然橡膠制成的物品已達(dá)7萬種以上，其中輪胎的用量要占天然橡膠使用量的一半以上。相比于天然橡膠，合成橡膠中有少數(shù)品種的性能與其相似，大多數(shù)與天然橡膠不同，但兩者都是高彈性的高分子材料，一般均需經(jīng)過硫化和加工之后，才具有實(shí)用性和使用價(jià)值。合成橡膠在20世紀(jì)初開始生產(chǎn)，從40年代起得到了迅速的發(fā)展。合成橡膠一般在性能上不如天然橡膠全面，但它具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或低溫等性能，因而廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國防、交通及日常生活中。拿丁基橡膠來說，其用于制作各種輪胎的內(nèi)胎、無內(nèi)胎輪胎的氣密層、各種密封墊圈，在化學(xué)工業(yè)中作盛放腐蝕性液體容器的襯里、管道和輸送帶，農(nóng)業(yè)上用作防水材料。再如合成橡膠中的佼佼者--硅橡膠，它具有良好的電絕緣性、耐氧抗老化性、耐光抗老化性以及防霉性、化學(xué)穩(wěn)定性，且無味無毒，不怕高溫、嚴(yán)寒，因此在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中廣泛發(fā)揮了重要作用，如制造的硅橡膠防噪音耳塞、硅橡膠胎頭器吸引器、硅橡膠人造血管、硅橡膠鼓膜修補(bǔ)片，此外還有硅橡膠人造氣管、人造肺、人造骨、硅橡膠十二指腸管等，功效都十分理想。另一種廣泛應(yīng)用的高分子材料便是纖維。纖維分為天然纖纖維和化學(xué)纖維。前者指蠶絲、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子為原料，經(jīng)過紡絲和后處理制得。纖維的次價(jià)力大、形變能力小、模量高，一般為結(jié)品聚合物。纖維在各行各業(yè)中可算得上是“熱門人物”，其最早用于紡織業(yè)中，日常生活中的衣物用品大多采用纖維做材料不僅穿得舒服，且御寒防曬。而如今纖維更大的作用早已不僅停留在日常穿著，它在軍事、醫(yī)用、環(huán)保等領(lǐng)域也已有舉足輕重的作用。如碳納米管可用作電磁波吸收材料，用于制作隱形材料、電磁屏蔽材料、電磁波輻射污染防護(hù)材料和吸波材料，由于其物質(zhì)的可降解性，在醫(yī)用上，聚乳酸或者脫乙酰甲殼素纖維制成的外科縫合線，在傷口愈合后自動(dòng)降解并吸收，直接避免手術(shù)后的拆線；在環(huán)保上，聚乳酸作為可完全生物降解性塑料，越來越受到人們重視。在建筑領(lǐng)域上，防滲防裂纖維可以增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度和防滲性能，纖維技術(shù)與混凝土技術(shù)相結(jié)合，可研制出能改善混凝土性能，提高土建工程質(zhì)量的鋼纖維以及合成纖維，前者對(duì)于大壩、機(jī)場(chǎng)、高速公路等工程可起到防裂、抗?jié)B、抗沖擊和抗折性能，后者可以起到預(yù)防混凝土早期開裂，在混凝土材料制造初期起到表面保護(hù)。另外，隨著生物科技的發(fā)展，一些纖維的特性可以派上用場(chǎng)，如類似肌肉的纖維可制成“人工肌肉”、“人體器官”等，是人體組織良好的替代材料。當(dāng)代生活中，有一種高分子材料更是占據(jù)了材料的半壁江山，那就是塑料。塑料是以合成樹脂或化學(xué)改性的天然高分子為主要成分，再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。其分子間次價(jià)力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。通常按合成樹脂的特性分為熱固性塑料和熱塑性塑料；按用途又分為通用塑料和工程塑料。塑料的應(yīng)用在生活中隨處可見，小到塑料袋、各種機(jī)械器具，大到工程、航空，毫不夸張的說，塑料已經(jīng)成為世界的一部分。拋開其他用途，這里對(duì)其最新的應(yīng)用做以介紹：透明塑料制成整體薄板車頂。薄板車頂?shù)男赂拍罨谕该黛`活的聚碳酸酯或硅樹脂材料，可以被永久性地塑造成單個(gè)的聚碳酸酯薄板，也可作為可折疊鉸鏈和封條。拜耳材料科技研發(fā)的原型總共配備了四個(gè)靈活的薄板部件，形成了四扇“頂窗”，每扇窗都可單獨(dú)打開和關(guān)閉。導(dǎo)軌用于連接薄板部件，形成一個(gè)牢固、透明的聚碳酸酯車頂外殼。一個(gè)同樣透明的管子沿車頂結(jié)構(gòu)中央縱向放置，在“頂窗”打開后用來調(diào)節(jié)折疊薄板。這樣可以形成三維立體結(jié)構(gòu)，組件比平坦的薄板更加牢固。同時(shí)也大大降低了單個(gè)組件的數(shù)量。用塑料制造車頂為設(shè)計(jì)者提供了更大的設(shè)計(jì)空間。他們可以創(chuàng)造三維幾何形狀，將玻璃液化合物推至最高限值。膠粘劑是以合成天然高分子化合物為主體制成的膠粘材料。分為天然和合成膠粘劑兩種。應(yīng)用較多的是合成膠粘劑。膠粘劑的產(chǎn)生很好的解決了聚合物與非金屬或金屬之間，金屬與金屬和金屬與非金屬之間的膠接，尤其對(duì)現(xiàn)在工業(yè)、工程做出了巨大的貢獻(xiàn)。小到家用三秒膠、波紋板、紙袋、標(biāo)簽、膠帶、郵票，大到建筑用膠，工業(yè)用膠，甚至在飛機(jī)機(jī)翼或尾翼和機(jī)身的粘接中也不乏膠粘劑的身影。與傳統(tǒng)的編織織布法、金屬的焊接法以及鉚接、螺栓或釘接等機(jī)械聯(lián)結(jié)法相比，膠粘劑粘接法更快、更經(jīng)濟(jì)，并能將不同材料結(jié)合在一起，而且當(dāng)粘接兩種金屬時(shí)，膠粘劑能隔開它們以防腐蝕，同時(shí)又可降低裝配體的疲勞破壞，并比機(jī)械聯(lián)結(jié)更輕更強(qiáng)，因此膠粘劑在生活中的應(yīng)用也有了漸漸取代傳統(tǒng)聯(lián)接法德趨勢(shì)。自從有了文明，便有了裝飾，而裝飾則必然離不開涂料了。涂料是以聚合物為主要成膜物質(zhì)，添加溶劑和各種添加劑制得。根據(jù)成膜物質(zhì)不同，分為油脂涂料、天然樹脂涂料和合成樹脂涂料。習(xí)慣上我們也稱這幾種涂料為油漆，其是裝修中的一道必需的菜式。不管是高級(jí)裝修，或者普通裝修，都會(huì)和油漆多多少少扯上關(guān)系，因此和我們的生活也息息相關(guān)。涂料對(duì)于被施用的對(duì)象來說，它的第一個(gè)用途是保護(hù)表面，第二個(gè)用途是修飾作用。就以木制品來說，由于木制品表面屬多孔結(jié)構(gòu)，不耐臟污。同時(shí)木制品的表面多節(jié)眼，不夠美觀，而涂料就能同時(shí)解決這方面的問題。如今涂料的應(yīng)用也早已突破傳統(tǒng)，延伸到航空航天，軍事等更寬的領(lǐng)域，如軍事設(shè)備所用涂料在保護(hù)或掩護(hù)被施用者上有著重要作用。綜上，高分子材料業(yè)已和我們的生活息息相關(guān)。從人類進(jìn)入天然高分子化學(xué)改性階段出現(xiàn)半合成高分子材料起，到1907年出現(xiàn)合成高分子酚醛樹脂，標(biāo)志著人類開始應(yīng)用合成高分子材料，再到現(xiàn)代其與金屬材料、無機(jī)非金屬材料同成為科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要材料，高分子材料必將在各個(gè)領(lǐng)域大放光彩，并越來越擁有更重要的作用。日常生活中的高分子材料知識(shí)材料、能源、信息是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱，材料科學(xué)是當(dāng)今世界的帶頭學(xué)科之一，是一切技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。高分子材料是材料領(lǐng)域中的新秀，自19世紀(jì)中葉天然高分子化學(xué)改性開始，高分子材料這個(gè)名詞越來越多地出現(xiàn)在我們的生活里。高分子材料也稱為聚合物材料，是以高分子化合物（樹脂）為基體，再配以其他添加劑所構(gòu)成的材料。高分子材料主要分成塑料、纖維、橡膠三大類，此外還有涂料、膠黏劑、離子交換樹脂等。塑料，在一定條件下具有流動(dòng)性、可塑性，并能加工成型，當(dāng)恢復(fù)平常條件時(shí)（如降溫降壓）則保持加工時(shí)形狀。纖維，具備或保持其本身長度大于直徑1000倍以上而又具有一定強(qiáng)度的線條或絲狀高分子材料。纖維分為天然纖維和化學(xué)纖維?；瘜W(xué)纖維又分為改性纖維素纖維（人造纖維，如黏膠纖維）和合成纖維。改性纖維素纖維是將天然纖維經(jīng)化學(xué)處理后再紡絲而得到的纖維。難怪黏膠的衣服那么貴合成纖維是將單體經(jīng)聚合反應(yīng)而得的樹脂經(jīng)紡絲而成的纖維。重要的纖維品種由聚酯纖維（又稱滌綸）、聚酰胺纖維（如尼龍-66），聚丙烯腈纖維（又稱晴綸）、聚丙烯纖維（又稱丙綸）和聚氯乙烯纖維（氯綸）等。橡膠，在室溫下具有高彈性的高分子材料。在外力的作用下，橡膠能產(chǎn)生很大的形變，外力除去后又能迅速恢復(fù)原狀。重要的橡膠品種有聚丁二烯（順丁橡膠）、聚異戊二烯（異戊橡膠）、氯丁橡膠、丁基橡膠等。還以為橡膠都是天然的呢。邊寫邊學(xué)，希望也能讓大家受益。往自從有了人類社會(huì)，高分子就在人類的生活中無處不在。高分子材料見證了人類文明發(fā)展的印記。高分子材料現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)、科研和國防等各個(gè)領(lǐng)域，成為世界科學(xué)研究的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。另外，高分子材料在文化領(lǐng)域和人類的生活方式方面也產(chǎn)生了重要的影響。如果人類生活中沒有了高分子材料，我們的文明世界將黯然無光。在人類歷史上，幾乎沒有什么科學(xué)技術(shù)像高分子科學(xué)這樣對(duì)人類社會(huì)