高分子材料基礎(chǔ)知識(shí)及發(fā)展現(xiàn)狀

高分子材料基礎(chǔ)知識(shí)及發(fā)展現(xiàn)狀高分子發(fā)展歷史高分子基礎(chǔ)知識(shí)1高分子材料的發(fā)展歷史20年代：高分子概念30年代：高分子合成40年代：自由基聚合50年代：工業(yè)化生產(chǎn)60年代：耐高溫高分子70年代：導(dǎo)電高分子80年代：復(fù)合材料2高分子材料的發(fā)展歷史20世紀(jì)初，人們已經(jīng)確認(rèn)了淀粉的分子式，并知道其水解后得到葡萄糖。但并不知道分子之間如何連接，所以認(rèn)為淀粉是葡萄糖或它的環(huán)狀二聚體的締合體。同樣，科學(xué)家了解天然橡膠裂解可得異戊二烯，但是不知它們之間如何連接以及它的末端結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐舱J(rèn)為是二聚環(huán)狀結(jié)構(gòu)的締合體?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展使科學(xué)家們有可能用物理化學(xué)和膠體化學(xué)的方法去研究天然和實(shí)驗(yàn)室合成的高分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。德國(guó)物理化學(xué)家斯陶丁格經(jīng)過(guò)近10年的研究認(rèn)為，高分子物質(zhì)是由具有相同化學(xué)結(jié)構(gòu)的單體經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)（聚合）將化學(xué)鍵連接在一起的大分子化合物，即重復(fù)鏈結(jié)構(gòu)，高分子或聚合物一詞即源于此。1928年當(dāng)斯陶丁格在德國(guó)物理和膠體化學(xué)年會(huì)上宣布這一觀點(diǎn)時(shí)，卻遭到多數(shù)同行反對(duì)而未被承認(rèn)。但真理是在斯陶丁格這一邊，經(jīng)過(guò)兩年的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，1930年斯陶丁格再次在德國(guó)物理和膠體化學(xué)年會(huì)上闡明他的高分子概念觀點(diǎn)時(shí)，他成功了。至此，歷經(jīng)10余載的爭(zhēng)論，科學(xué)的高分子概念才得以確立。他進(jìn)一步闡明了高分子的稀溶液粘度與分子量的定量關(guān)系，并在1932年出版了一部關(guān)于高分子有機(jī)物的論著，這后來(lái)被公認(rèn)為是高分子化學(xué)作為一門新興學(xué)科建立的標(biāo)志。為了表?yè)P(yáng)斯陶丁格的功績(jī)，瑞典皇家科學(xué)院授予他1953年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。3高分子材料的發(fā)展歷史30年代，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，高分子結(jié)構(gòu)概念，有機(jī)自由基化學(xué)三者的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了許多通用高分子品種并工業(yè)化生產(chǎn)。30年末,W.H.Carothers發(fā)現(xiàn)了縮聚合成高分子的方法。例：對(duì)大分子概念的一個(gè)有力證實(shí)就是1935年美國(guó)杜邦公司發(fā)表已二胺與已二酸縮聚而成高分子聚酰胺，即尼龍6－6，并于1938年工業(yè)化，這就是大家熟知的尼龍襪材料。另外，鮮為人知的是，二次大戰(zhàn)后期美軍使用的降落傘就是這種尼龍6－6材料制作的。40年代乙烯類單體的自由基引發(fā)聚合發(fā)展很快，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的包括氯乙烯、聚苯乙烯和有機(jī)玻璃等，這是合成高分子蓬勃發(fā)展的時(shí)期。進(jìn)入50年代，從石油裂解而得的a－烯烴主要包括乙烯與丙烯，德國(guó)人齊格勒與意大利人納塔分別發(fā)明用金屬絡(luò)合催化劑聚合而成聚乙烯即低壓聚乙烯與聚丙烯，前者1952年工業(yè)化，后者1957年工業(yè)化，這是高分子化學(xué)的歷史性發(fā)展，因?yàn)榭梢杂墒蜑樵嫌帜芙⒛戤a(chǎn)10萬(wàn)t的大廠，他們二人后來(lái)都獲得了諾貝爾獎(jiǎng)金。4高分子材料的發(fā)展歷史60年代，由于要飛往月球而出現(xiàn)高溫高分子的研究熱。耐高溫的定義是材料能夠在氮?dú)庵小?00℃環(huán)境中能使用一個(gè)月；在空氣中，300℃環(huán)境下能使用一個(gè)月。其結(jié)果主要分為兩大類，一類是芳香聚酰胺例如苯二胺與間苯二?？s聚得到的高分子Nomex，這在當(dāng)時(shí)曾被作為太空服的原料。還有對(duì)苯二胺與對(duì)苯二酰氯縮聚得到的高分子Kevlar，它屬于耐高溫的高分子液晶，現(xiàn)在用于超音速飛機(jī)的復(fù)合材料中。另一類是雜環(huán)高分子，例如聚芳亞酰胺和作為高溫粘合劑的聚苯并咪唑?yàn)楝F(xiàn)在的宇航飛行所需的材料打下了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)科學(xué)家Heeger,MacDiarmid和日本白川英樹(shù)的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，改變了高分子只能是絕緣體的觀念，在塑料導(dǎo)電研究領(lǐng)域取得突破性的發(fā)現(xiàn)，具有光、電、磁活性的導(dǎo)電聚合物成為對(duì)物理學(xué)家和化學(xué)家都具有重要意義的研究領(lǐng)域。導(dǎo)電聚合物在發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、移動(dòng)電話和微型電視顯示裝置等領(lǐng)域不斷找到新的用武之地。

例：美國(guó)1929年高分子產(chǎn)量2萬(wàn)多噸，1980年發(fā)展到2000多萬(wàn)噸，1979年合成高分子總產(chǎn)量體積算大大超過(guò)所有各種技術(shù)的總產(chǎn)量。

2000年，金屬材料：天然材料：合成材料=19：3：78（消耗量比值）5我國(guó)高分子材料的研究和開(kāi)發(fā)

我國(guó)的高分子材料的研究起步于20世紀(jì)50年代初，通過(guò)高分子化學(xué)、高分子物理、高分子成型加工和高分子反應(yīng)工程等學(xué)科和產(chǎn)業(yè)部門的合作，開(kāi)發(fā)出一批體現(xiàn)我國(guó)科研和產(chǎn)業(yè)化水平和能力的高分子材料及生產(chǎn)技術(shù)。這些材料有滿足國(guó)防需要的離子交換樹(shù)脂和高分子粘結(jié)劑，有已產(chǎn)業(yè)化的鐮催化順丁橡膠、輻照交聯(lián)熱收縮高分子材料及超細(xì)旦聚丙烯纖維，有已出口的SBS熱塑彈性體工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)和聚丙烯工業(yè)化生產(chǎn)用Ｎ型催化劑，還有已在境外實(shí)施的稀土催化異戊橡膠等。我國(guó)是高分子材料的大國(guó)，年消費(fèi)量超過(guò)3000萬(wàn)ｔ，但還不是強(qiáng)國(guó)。不僅產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力有待提高，產(chǎn)量也不能滿足國(guó)內(nèi)的需求，如合成塑料和合成橡膠的年產(chǎn)量只能滿足一半左右的國(guó)內(nèi)需求。盡快完成從高分子材料的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)到強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，發(fā)揮高分子材料對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、對(duì)新興產(chǎn)業(yè)的興起的支撐作用，需要開(kāi)展高分子材料科學(xué)的創(chuàng)新研究，需要實(shí)現(xiàn)高分子材料產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。6高分子材料優(yōu)點(diǎn)及用途塑料：質(zhì)輕，不腐，不蝕，色彩絢麗。用于機(jī)械零件、車船材料、工業(yè)管道容器、農(nóng)用薄膜、包裝用品、板材、管材。醫(yī)療器械、家用器具、文化體育娛樂(lè)用品、兒童玩具。纖維：輕柔、不皺、強(qiáng)韌、挺括、不霉一個(gè)工廠生產(chǎn)的合成纖維相當(dāng)上百萬(wàn)畝農(nóng)田生產(chǎn)的天然纖維。橡膠：不受地域限制例：最強(qiáng)韌的材料，不是鋼、鈦、鈹，而是碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合的塑料。7高分子材料迅速發(fā)展迅速發(fā)展的原因人類社會(huì)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)高分子新材料不斷需求如：衣著服飾（棉、的確良、腈綸）促進(jìn)聚酰胺、聚酯發(fā)展納米纖維、高強(qiáng)度高模量纖維相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)交叉、滲透、融合有機(jī)化學(xué)—高分子化學(xué)–高分子物理—高分子工程—功能高分子高分子材料具有優(yōu)異性能資源豐富，原料價(jià)格低廉8高分子材料迅速發(fā)展高分子新技術(shù)、新材料電子功能聚合物光電磁功能高分子高分子液晶顯示技術(shù)高密度紀(jì)錄技術(shù)醫(yī)藥功能高分子控制藥物釋放材料醫(yī)用材料人體組織修復(fù)材料9塑料之王—賽璐珞由“象牙問(wèn)題”引發(fā)的研究最早的“天然塑料物質(zhì)”毛發(fā)、蹄腳、角質(zhì)物、羽毛等纖維蛋白都是含有高硫量的聚合物

10纖維素硝酸酯—賽璐珞的合成

纖維素分子中的羥基與硝酸生成酯，稱之纖維素硝酸酯

把硝比纖維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱使它于模型，然后在常壓下硬化。他研制出第一個(gè)合成塑料是一種堅(jiān)韌材料，具有很大的抗張強(qiáng)度，耐水，耐油、耐酸，能夠低成本地生產(chǎn)各種顏色的產(chǎn)品，由牙科產(chǎn)品創(chuàng)出一條成功之路于1870年建立奧爾巴尼(Albany〕牙托公司生產(chǎn)賽璐珞假牙托，成功以后在1871年注冊(cè)商標(biāo)，命名為賽璐珞，塑料之王—賽璐珞海厄特

11塑料之王—賽璐珞18世紀(jì)末和19世紀(jì)初，賽璐珞有很多方面的應(yīng)用，如制造梳子、牙刷，衣領(lǐng)、薄膜玩具、汽車風(fēng)擋、鋼琴鍵及照相膠卷等消費(fèi)品賽璐珞一度作為專利產(chǎn)品的還有眼鏡框架、鋼筆桿、安全(不碎）玻璃及彈子球等乒乓球，火棉易燃12塑料之王—賽璐珞13醫(yī)用高分子材料醫(yī)用高分子材料的重大需求

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步已經(jīng)越來(lái)越依賴于生物材料和器械的發(fā)展生物醫(yī)用材料可分為醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用陶瓷材料和醫(yī)用高分子材料三大類（當(dāng)然還可以由它們組合而成復(fù)合材料）高分子材料的物理化學(xué)性能與金屬、陶瓷等材料相比，與人體組織更加匹配（骨密質(zhì)等除外），因此適用面最廣。14醫(yī)用高分子材料的要求（1）生物功能性：因各種生物材料的用途而異，如：作為緩釋藥物時(shí)，藥物的緩釋性能就是其生物功能性。

（2）生物相容性：可概括為材料和活體之間的相互關(guān)系，主要包括血液相容性和組織相容性（無(wú)毒性、無(wú)致癌性、無(wú)熱原反應(yīng)、無(wú)免疫排斥反應(yīng)等）。

（3）化學(xué)穩(wěn)定性：耐生物老化性（特別穩(wěn)定）或可生物降解性（可控降解）。

（4）可加工性：能夠成型、消毒（紫外滅菌、高壓煮沸、環(huán)氧乙烷氣體消毒、酒精消毒等）15醫(yī)用高分子材料種類人工臟器

人工肺（并不是對(duì)于人體肺的完全替代，而是體外執(zhí)行血液氧交換功能的一種裝置）；人工腎（透析型、過(guò)濾型、吸附型）；人工肝臟（透析等）人工組織

牙科材料（蛀牙填補(bǔ)用樹(shù)脂、假牙和人工牙根、人工齒冠材料和硅橡膠牙托軟襯墊等）；（2）眼科材料（人工角膜、人工晶狀體、人工玻璃體、人工眼球、人工視網(wǎng)膜、人工淚道、隱型眼鏡）護(hù)理和醫(yī)療用具相關(guān)的醫(yī)用材料

高分子醫(yī)療用具及制品，如：一次性高分子用品（注射器、輸血輸液袋等）、高分子繃帶材料（彈性繃帶、高分子代用石膏繃帶、防滑脫繃帶）、醫(yī)用縫合線等；

16醫(yī)用高分子材料種類藥用高分子

（1）高