高分子材料发展现状和应用趋势

2022-09-12

1 高分子材料的含义与发展现状

1.1 什么是高分子材料

所谓高分子材料是指由许多重复单元共价连接而成的, 分子量很大的一类分子所组成的相关聚合物, 并且具有粘弹性。高分子材料正在向以下几方面发展:高功能化, 高性能化, 复合化, 精细化和智能化。鉴于此, 我国的高分子材料在进一步开发通用的基础上, 应该重点发展高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以进一步满足市场需要。

1.2 高分子材料的发展现状

为了满足家用电器、电子信息、汽车工业、航空航天等各个领域的需要, 高分子材料重点向五个方向发展:

1.2.1 高性能化, 如具有高机械性、耐久性、耐热性、耐腐蚀性等。

1.2.2 高功能化, 如具有光学、力学、生物学等各种功能。

1.2.3 复合化, 如复合材料, 通常是以高性能结构的高分子材料作为复合材料的主要基体。

1.2.4 智能化, 如材料具有生物功能的预知性, 诊断性, 修复性, 增殖能力, 识别能力, 反应能力等。

2 高分子材料的应用

2.1 智能高分子材料

高分子智能材料是通过有机和合成的方法, 使无生命的有机材料变得具有生物功能的一种材料。其功能可随外界条件的变化而有意识地调节、修饰和修复。

2.1.1 具有记忆功能的高分子材料

形状记忆高分子材料是指在一定条件下赋予高分子材料的起始装态, 当外部条件发生改变时, 它可以改变成相应地形状, 并能固定其形态。当外部条件再次发生改变时, 智能高分子材料以特定的规律和方式再一次发生变化并恢复至起始态。从而完成从起始记忆态到固定变形态再到恢复起始态的循环过程。

自行调温调光的新型建筑材料, 成分是由水和聚合物构成的。在低温时聚合物是成串排列的, 为透明状, 能够透过90%的光线。加热时, 这种聚合物就以纤维的形式聚合在一起, 成乳白色, 能够阻挡90%的光线。并且这种可逆过程是在两三度温差范围内完成的。

具有传感功能的高分子材料, 这种与传感器结合起来的高分子材料, 已成为智能材料的一个新特点。例如, 装有压电陶瓷传感器的机器人, 可以灵敏地感觉到轴承脱离时摩擦力突然变化的情况, 并迅速作出握紧反应。

智能纤维, 是将聚乙二醇与各种纤维混合结合而成的, 并具有两种特性:热适应性与可逆收缩性。热适应性是指材料的热记忆特性, 也就是说当温度升高时智能纤维吸热, 温度降低时智能纤维放热。可逆收缩性是指湿时收缩, 干时恢复至原始状态的特性。

2.1.2 水溶性高分子化合物

主要分为水溶性树脂或水溶性聚合物。是一种具有亲水性特点的高分子材料, 其能够在水中溶解形成溶液。分子结构中含有阳离子基团, 阴离子基团, 极性非离子基团等亲水基团, 可以使高分子材料拥粘合性, 润滑性, 减磨性, 分散性等性能。

水溶性高分子的种类包括以下几个方面:

(1) 天然性水溶高分子, 例如淀粉、纤维素、动植物胶等。

(2) 人工合成水溶高分子, 又分为聚合类和缩合类, 非离子型和离子型等多种分法。

其物理性能又可分为溶解度、分子量、分散作用、絮凝作用、增稠作用和减阻作用。

溶解度是每份溶剂所能溶解的溶质的平均值, 通常情况下, 溶液中溶解的溶质会比平均值多, 这时称为过饱和溶液。因此水溶性是这类高分子的重要特性。

分子量是水溶性高分子的重要特性之一。它是一个平均值, 决定了的高分子性能。同时分子量分布, 也是影响分子量重要因素之一。

分散作用是分散剂在两相界面的有序排列过程, 从而使分散体系更加稳定的作用。水溶性高分子是良好的分散剂, 因其含有亲水和疏水基团, 具有良好的表面活性能。

入一定量的电解质, 从而使微粒的物理稳定性下降, 聚集成絮状, 但振摇后可重新分散均匀, 这种作用叫做絮凝作用。水溶性高分子中有极性基团, 吸附水中的固体粒子, 形成絮凝团。

增稠剂是一种流变助剂, 能使低黏度的水性涂料增稠。

在流体中注入高分子聚合物可以降低流动阻力, 而这样的用于降低流体流动阻力的化学剂称为减阻剂。

总之, 高分子智能材料已经成为材料科学发展的一个重要研究领域, 全世界各个国家科学家都在为此作不懈的努力。从人类历史发展来看, 任何一种重要材料的发明和利用, 都能够把人类改造自然, 创造社会的能力提高到一个新的高度, 并给社会生产力和人类生产生活带来巨大的影响, 使人类的物质文明建设和精神文明建设共同向前推进一大步。所以可以肯定的说, 未来将会有更多更好更实用的智能材料出现在我们的面前。

摘要：本文主要阐述新型高分子材料对人们的日常生活和工作产生越来越大的影响, 并从以下几个方面介绍新型智能高分子材料。主要包括高分子材料的含义, 发展现状和高分子材料的应用等几方面内容。作为一种与国民经济、高科技技术和现代化生活密切相关重要的材料已经在各个领域中发挥了巨大的作用, 人类已经进入了高分子时代。

关键词：智能高分子材料,水溶性高分子化合物,功能高分子材料