对高分子材料未来研究方向的思考

潘飞 刘聪 毕海英

摘要：随着我国社会经济的快速发展，科技技术更新速度日益加快。高分子材料早已经渗透到我们人类生活的方方面面，在我们的日常生活中发挥着不可替代重要的作用。目前，高分子材料研究领域，，已经由原来如何方便人类生活，如何开发新型材料，逐步向减少环境负担，材料可循环利用，低能高效的方向发展。同时，随着航天事业的发展，高分子材料同样发挥着不可替代的作用。在未来的研究方面，将会是向低碳环保和科技技术方面发展。本文主要是对高分子材料未来研究的几个方向进行阐述。

关键词：高分子材料；纳米技术；功能高分子；航天；可降解生物

中图分类号：K477 文献标识码： A

一、高分子材料改性中纳米技术的应用

一般，纳米技术被认为是对纳米材料的性质和纳米结构的设计的一项研究技术。当任何材料用高科技手段被细化到纳米量级时，该材料的物化性能就会发生巨大的变化，产生出一些奇异的物化现象，呈现出与常规材料完全不同的新的性质。而且如果将拥有特殊性能的纳米粒子与高分子材料复合时，纳米粒子可以显著改变或者增强该高分子材料的某些性能。因此，在高分子材料改性中应用的纳米技术主要是包括两大类：第一，纳米粒子与高分子材料的复合；第二，对高分子材料进行纳米结构的设计和制作。其中第一类占主要地位。

例如，于苯乙烯一丙烯酸醋IPN/MMT纳米复合阻尼材料的研究，就是利用纳米粒子与高分子材料复合，提高原材料由于粘弹性而具有的抗震消声性能。并且研究表明，纳米粒子特别是二维纳米片均匀分散于聚合物基体中之后，将能大大改进和提高材料原有的应用性能，同时还能赋予基体材料其他新的性能：增强增韧性能、耐磨性能、阻透性能、抗菌性能、抗老化性能及防紫外线性能。再如，将纳米无机粘土粒子通过咪唑类有机改性剂有机化后得到的纳米粒子片层，跟尼龙6材料复合后，所得复合材料的阻燃性能显著提高。

利用纳米材料和纳米结构的种种特有性能，可以帮助我们合成制造出更多更适用的新材料。因此，开发纳米高分子复合材料，是改造传统聚合物工业技术的最有效途径，具有巨大研究价值和市场潜力。

二、功能高分子材料发展

功能高分子材料是指与常规聚合物相比具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊功能（如电学、光学等方面的特殊功能）的聚合物大分子（主要指全人工和半人工合成的聚合物）。功能高分子是高分子材料的一个特殊领域，泛指性能特殊、有某些特殊功能、用量少但能产生重要新技术的一类特殊高分子材料。随着经济和科学技术的发展，新能源开发、交通和宇航技术、微电子技术、生物医药等各个领域的发展和进步都迫切需要相应的功能高分子材料作为基础。高分子材料的功能设计的主要途径是：1）通过分子设计合成新功能，如非晶质光盘（APO）的研制；2）通过特殊加工赋予材料功能特性，如功能高分子膜和塑料光纤；3）通过两种或两种以上具有不同功能或性能的材料复合获得新功能，如层积复合填料复合的EMI/RFI屏蔽导电塑料和高分子磁性体；4）通过对材料进行各种表而处理以获得新功能，如表面处理法，EMI/RFI屏蔽导电塑料进行功能设计的思想，贯穿了功能高分子材料发展的各领域，代表着当今功能高分子材料的发展方向。在生物医药材料领域，就有人模仿自然骨成分和形成过程，利用电化学反应为胶原分子自组装和矿化提供反应动力和微环境，获得了成分和结构与骨组织相似的生物活性涂层，并且可以可控的释放生物活性因子调控促进骨生长，是增强医用移植体材料生物活性，加快早起治愈速度的理想方法。特种与功能高分子材料之所以能成为国内外材料学科的重要研究热点之一，最主要的原因在于它们具有独特的“性能”和“功能”，可用于替代其他功能材料，并提高或改进其性能，使其成为具有全新性质的功能材料。因此，功能高分子的发展是没有固定学科边界的。而我国更应该加大对功能高分子材料研究的重视，加强国际交流，努力提高自主研发水平，跻身世界高精尖技术行列。

三、生物可降解高分子材料的发展

生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。生物可降解的机理大致有以下三种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、PH值、微生物等外部环境有关。

四、先进高分子材料在航天工业领域的应用

新中国成立以来，以两弹一星为代表的航天产品的研制带动了我国许多关键新材料项目的启动和开展。改革开放以来，我国载人航天、探月工程等重点工程的开展需要众多新材料的支撑，也促使我国在许多关键新材料领域的研制工作取得了突破。其中，先进高分子材料是我国航天工业赖以支撑的重要配套材料，主要包括橡胶、工程塑料、胶黏剂及密封剂、涂料等。

作为理想的密封及阻尼材料，橡胶的应用非常广泛。我国航天工业建立伊始，为了满足当时的迫切需求，我国开展了大量特种橡胶材料的研制攻关工作；随着我国工业的发展，高性能橡胶材料及應用技术也取得了长足进步。工程塑料是指可作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较苛刻的化学物理环境中使用的高性能高分子材料。其结构特点是主链由苯环、萘环、氮杂环等通过醚基、砜基、酮基等连接而成，具有重量轻、强度高、耐热性好和耐辐射性好等优良特性，已经逐步取代金属材料，用于装备中大量次结构件的制造。目前，在国防装备上获得应用的工程塑料主要有聚酰胺（PA）、聚氨酯（PU）、聚苯硫醚（PPS）、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚四氟乙烯（PTFE）等。航天产品广泛采用轻合金、蜂窝结构和复合材料，因此，胶黏剂及胶接技术应用普遍，但航天产品使用环境苛刻，要承受高温、烧蚀、温度交变、高真空、超低温、热循环、紫外线、带电粒子、微陨石、原子氧等环境考验。航天材料及工艺研究所研制了百余种特种胶黏剂及密封剂，主要包括聚氨酯类、酚醛树脂类、环氧树脂类、有机硅类、丙烯酸酯类、有机硼类胶黏剂等，其中绝大多数已应用于我国运载火箭、卫星及飞船等航天产品。

结语

高分子材料也叫做聚合物材料，通常是指由千万个小分子化合物以化学键联结而成的大分子化合物。我们生活中应用的高分子材料主要就是指合成塑料、合成橡胶、合成纤维等合成高分子材料。然而至20世纪60年代，高分子材料工业已基本完善，解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。因此，在未来的高分子材料研究领域，高分子材料的三个钟头发展方向将会是高分子材料功能化、纳米高分子材料复合应用以及可生物降解高分子材料研发。

参考文献

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