高分子材料研究现状及产业发展策略

二氧化碳制冷我国分子材料研究现状及产业发展策略
导电高分子材料如果以材料来标志人类社会文明发展的阶段,刚刚过去的20世纪的社会文明的标志、则是以塑料、橡胶和纤维为代表的合成高分子材料走人了干家万户,影响}农业、能源、信息、环境及人口与健康等领域的进步与发展.
合成高分子材料按使用性质划分,有塑料、橡胶、纤维、涂料等,按用途划分有结构型和功能型,同一用途不同层次则有通用型和高性能型之分,功能型细分则有光、电、磁功能和生物相容功能等.
合成高分子材料具有量大、面广的特点.量大是指全世界合成高分子材料的年产量,按体积计已超过了钢铁材料的产量.美国的高分子材料的年消费总量为800亿美元,以重量汁接近钢铁材料,消费量的递增速度超过了GDP的递增.面广是指合成高分子材料的种类和品种繁多,即使是同了种化学组成的合成高分子材料,也往往因其结构的细微差别而成为不同的专用品种,以满足特定的使用需要.
-、高分子材料概述
材料是人类用来制造有用物件的物质,材料的可用性由形成材料的物质分子的属性所决定.组成高分子材料的分子是长链分子,由若干原子按一定规律重复地连接成具有成干上万甚至上百万质量、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,因此高分子材料又被称为聚合物材料.加油站三次油气回收
1.天然和人造高分子材料
高分子材料的发现和应用经过了从天然高分子材料的直接使用,到天然高分子材料的改造再利用,再到化学合成制簧高分子材料的过程.2500多年前,南美印地安人将天然橡胶树汁涂覆在脚上,依赖空气中的氧连接天然橡胶树汁中的长链分子使其变硬,制成了早期的"靴子".1839年,美国Goodyear.发现用硫原子取代空气中的氧使天然橡胶树汁变硬的方法,发明了硫化技术,使天然橡胶成为一种高分子材料.这种主耍通过化学反应对天然产物进行改性,使人类从原始利用进人到有目的改造天然产物而得到的高分子材料,称为人造高分子材料.1855年,由英国人Parks用硝化纤维素和樟脑制得的赛骆堵塑料,也是有划时代意义的一种人造高分子材料.
2.合成高分子材料
用化学合成的方法得到并被实际应用的第一个合成高分子材料,是19 09年报道的美国Baekeland发明的酚醛树脂.1920年,德国科学家Staudi nger提出高分子的长链分子概念后,开始了用化学合成的方法大规模制蚤合成高分子材料的时代.1935年,英国帝国化学公司ICI开发出高压聚乙烯,因其极低的介电常数而在第二次世界大战期间用作雷达电缆和潜水艇电缆的绝缘材料,此后得到广泛应用.1940年,美国杜邦公司Du Pont推出尼龙纺织品如尼龙丝袜,因其经久耐用而在当时的美国和欧洲风靡一时,而尼龙66纤维制造的降落伞,更是大大提高了美国军队在第二次世界大战
中的作战能力.
20世纪中叶的石油化工的发展虽然得到了许多可供合成高分子材料
工业使用的原料,但其中的许多原料却不能被当时已有的高分子合成反应和技术所接受.1953年,德国科学家Zieglar.和后来的意大利科学家Natt a,发明了配位聚合催化剂,大幅度地扩大了合戚高分子材料的原料来源,
背景广播系统得到了一大批新的合成高分子材料,使聚乙烯和聚丙烯这类通用合成高分子材料走人了干家万户,确立了合成高分子材料作为当代人类社会文明发展阶段的标志.
20世纪70年代中期,美国科学家Heeger,MacDiarmid和日本白川英树的一项发现,改变了高分子只能是绝缘体的观念,在塑料导电研究领域取
得突破性的发现,具有光、电、磁活性的导电聚合物成为对物理学家和化学家都具有重要意义的研究领域.导电聚合物在发光二极管、太阳能电池、移动电话和微型电视显示装置等领域不断到新的用武之地.
3.我国高分子材料的研究和开发
我国的高分子材料的研究起步于20世纪50年代初,通过高分子化学、高分子物理、高分子成型加工和高分子反应工程等学科和产业部门的合作,开发出一批体现我国科研和产业化水平和能力的高分子材料及生产技术.这些材料有满足国防需要的离子交换树脂和高分子粘结剂,有已产业
化的镰催化顺丁橡胶、辐照交联热收缩高分子材料及超细旦聚丙烯纤维,有已出口的SBS热塑弹性体工业化生产技术和聚丙烯工业化生产用N型催
化剂,还有已在实施的稀土催化异戊橡胶等.我国是高分子材料的大国,年消费量超过3000万t,但还不是强国.不仅产品的竞争力有待提高,产量也不能满足国内的需求,如合成塑料和合成橡胶的年产量只能满足一半左右的国内需求.尽快完成从高分子材料的生产和消费大国到强国的转变,发挥高分子材料对传统产业的改造、对新兴产业的兴起的支撑作用,需要开展高分子材料科学的创新研究,需要实现高分子材料产业的持续发展.
假山模型
二、高分子材料技术的创新研究
1.高分子材料的化学合成
多品种的合成高分子材料虽然体现了多用途的使用价值,但却增加了材料合成与制备的复杂性和材料回收再利用的难度.因为不同品种的高分子材料是由不同的原料单体采用不同的合成技术制得的,要采
接触式位移传感器用不同的技术进行分类后才能回收再利用.如果能开发一种化学合成技术,实现分子结构和立体结构的调控,达到由一种或有限的几种原料单体,制得具备不同性质、满足多种需求的高分子材料,显然是很有挑战意义的.这和钢铁材料产业提出的"一钢多能"-样,对通用高分子材料的更新换代有战略意义.
2.高分子材料的物理合戍
高分子材料的作用和功能的发挥,不仅取决于化学合成形成的分子链
的化学结构,还取决于分子链间的非化学成键的相互作用的支撑和协调.分子链间的非化学成锭的相互作用的形成,可以通过所谓的物理合成方法来实现.利用外场的物理作用,在一确定的空间或环境中像搬运积木块一样地移动分子链,采用自组合、自合成或自组装等方法,靠分子链间的相互作用,构建具有特殊结构形态的分子链聚集体.如果再在分子链聚集体中引发化学成键,则能得到具有高度准确的多级结构的高分子材料.这种物理合成的方法对获得大面积高分子功能薄膜材料和器件很有意义.
3.高分子材料的仿生合成和生命活性化
日光、二氧化碳和水经过植物的"合成",成为可以使用的高分子材料如天然橡胶等.柔蚕将桑叶"合成"蚕丝,蜘蛛将体液"合成"蜘蛛网,可以得到别具特的纤维材料.自然界中生物体的这种活性反应器和活性催化剂的功能和作用,正是高分子材料的仿生合成可惜鉴之处.传递着所有生命过程的生物大分
子,与合成高分子一样都是长链分子,但由于难以在合成高分子的分子链上接上确定的序列结构,难以形成精确的链折叠和链间组装,合成高分子表现不出生命活性.生命大分子结构的精确、活性的专一和功能的多元,对合成高分子材料的生物应用提出了挑战.合成高分子材料与生物工程学和生命科学的结合,不仅能开发出更多的生物医用高分子材料,还能制备出与生物高分子一样精确的序列结构,组装成类似细胞那样能控制生命过程的生物活性合成高分子材料,也能得到连接细胞与计算机、沟通生命与信息的合成高分子材料.

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