基于化学工程的高分子材料分析

于吉鹏 赵国庆 王文娟 曲亮 张日

（山东华大化学新材料有限公司，山东烟台 264000）

近年来高分子材料不断深入研究，取得了卓越的研究成果，为工业生产和人们生活带来了极大的便利。其强大的传递、转换、储存、信息服务的功能，以及化学反应过程中的光敏、导电、催化、生物兼容等性能，使光功能、生物医用、高吸水性、形象记忆功能等各式各样的高分子材料得以问世。在不同领域中发挥着物质支撑作用，满足化学工程的现代材料需求，推进节能环保型材料新发展，目前可降解高分子材料仍是新型材料的研究重点[1]。

1.基于化学工程的高分子材料研究现状分析

1.1 光功能高分子材料分析

光功能高分子材料能够对光进行传输、吸收、储存、转换，利用高分子材料的光曲线传播特性，开发出的塑料光导纤维，以及为满足大容量、高信息密度储存材料需求开发出的光盘，是光功能高分子材料的代表性高科技产品。在电子工业和太阳能利用等方面具有广泛应用前景，也是相关科研的重点研究方向，研制出的新型光加工材料-感光高分子，在印刷制版、电子工业、金属材料的精密加工领域得到了广泛应用。透镜和棱镜、塑料和石英复合光导纤维、感光树脂、光固化涂料等材料中，均能见到光功能高分子材料，按功能可分为光记录、光导、光加工、光转化系统和光导电等各式各样的材料种类。随着激光技术和通信技术的发展，光功能高分子材料的研究还会实现进一步突破。

1.2 生物医用高分子材料分析

生物医用高分子材料是用于制造人体内脏、体外器官、药物剂型、医疗器械的聚合物材料，主要来源是天然生物高分子材料、合成生物高分子材料。前者来源于纤维素、甲壳素、胶原蛋白等自然资源，后者通过化学方法进行人工合成，常用的有聚氨酯、硅橡胶、聚酯纤维等，按材料性质可分为非降解、可生物降解两大类。由于生物医用高分子材料多应用于人体，要求其性能必须具有安全性、适应性，必须无毒或者副作用极少，材料需要与人体具有生物、血液、组织的相容性。且物理、化学、机械性能要满足医用所需设计和功能的要求，不同的应用领域，还要有一定的特殊功能。现有高分子材料的表面化学组成、结构等很难满足以上要求，需要进行表面改性处理，以及进行复杂形状材料的化繁为简加工成型，仍需要对材料进行升级研究，以满足生物医用高分子材料日益增长的高要求[2]。

1.3 高吸水性高分子材料分析

高吸水性高分子材料又称超级吸水剂，结构为三维网络，主要指高吸水性树脂，包括合成与天然两大类，具有强大的吸水能力，聚氨酯海绵、棉花、手纸等均是常见的高分子材料。不仅不溶于水，还能够吸收大量水分，使材料膨胀成高含水凝胶状态，具有吸水性、保水性等优越性能，吸水量可达自身重量的数百倍。随着研究的不断深入，具有吸收上千倍水量的高吸水性高分子材料问世，研究成果已经成为重要的工业产品。基于高吸水性高分子材料优越的亲水性、溶胀性、保水性等性能，即使承受了较大的外部压力也不易发生渗水，并且还能够吸收氨气等臭气，在石油生产、化学工程、轻工业、建筑业等领域被广泛应用，常作为堵水剂、脱水剂、增粘剂、密封剂等控水材料。在农业领域，还被用作土壤改良剂和保水剂、无土栽培和种子覆盖材料，以防止水土流失、改造沙漠化土壤等。在日常生活领域，常用的吸水性抹布、餐巾纸、透气鞋垫、纸尿裤等均含有高吸水性高分子材料成分。

1.4 形状记忆功能高分子材料分析

形状记忆功能高分子材料是一种新型的功能高分子材料，同时具备塑料和橡胶的性能，是高分子材料研究、开发、应用的新分支点，实现了高分子材料的新突破，在工业、军事、医学等领域均有广泛应用。形状记忆功能高分子材料的理论基础建立在高分子化学上，具有记忆性、可恢复原状的特点，能多次循环发生可逆变化，是高分子智能材料的杰出产品，无论在外力、温度、光照、电力、磁力等何种特殊条件刺激下，形状记忆功能高分子材料均可以实现恢复到初始状态，完成记忆起始态-固定变形态-恢复起始态的循环[3]。

2.基于化学工程的高分子材料应用领域分析

2.1 聚乙烯材料应用领域分析

高分子材料在聚乙烯材料领域上的应用非常广泛，以其性能极高的优势，广泛应用于汽车、家电、建筑等工业生产制造中，使用量非常大。聚乙烯材料无臭、无毒，具有优良的耐低温性能，化学稳定性良好，可耐除氧化性质酸的大多数种类酸碱侵蚀，常温下不溶于一般溶剂，具有吸水性小、电绝缘性好的特点。可通过高压或者超低压聚合的方式，将多种聚合物结合在一起，形成易加工、耐用、强韧度的高分子聚乙烯材料，其中超高分子聚乙烯综合性能优异，可应用于工程塑料使用。

2.2 高分子智能材料应用领域分析

高分子智能材料又称机敏材料，采用有机与合成的方法，使无生命的有机材料变得有“知觉”，缩小了有机材料性能与生物材料性能间的差距。例如：形象记忆分子智能材料，会随着外界环境的变化而发生形态转变，且能够灵活恢复到原本的形态。高分子智能材料自我调节和修复功能的优势，使之在建筑领域中的应用非常广泛。建筑室内外涂料中较为常用，室外净化空气涂料，能够有效捕捉空气中的各类污染源，且不易产生静电，具有良好的抗污染性能。室内净化空气涂料，能够有效激活无极抗菌净化材料，净化室内空气中的VOC、氮氧化物等污染气体。建筑玻璃上的使用也较为常见，低辐射玻璃，能够反射出40%～70%的热辐射，有效降低辐射伤害。光致变色玻璃，能够阻碍可见光通过，同时在一定程度上也具有吸收热辐射效果。高分子智能材料在瓷砖、板材、地毯、太阳能等诸多建筑领域中均有广泛应用，为人们生活带来了诸多便利。

2.3 稀土催化材料应用领域分析

稀土催化材料工业生产过程中，会在传统稀土材料中加入稀土催化材料，制成一种新的高分子化合物，以提高材料性能，是添加镧、铈和镨等轻稀土的化合物。相比于传统稀土材料，稀土催化材料成本消耗更低、工艺水平更高，解决了传统多相催化剂存在的低选择性、高污染的问题，以及均相催化剂合成中的原材料分离问题。目前稀土催化材料在汽车、家电等重工业领域均有广泛应用，为开发环境友好生产新工艺、实现化学工程中绿色化学和原子经济性等节能环保方面，做出了巨大的贡献。如分子筛稀土催化材料、稀土钙钛矿催化材料、铈锆固溶体催化材料等三类高分子稀土催化材料，常用于石油裂变催化、环保催化等工业生产中。

3.结语

化学工程涉及化工、炼油、冶金、能源、轻工、医药、环保、军工等领域，在科技的进步下化学工艺日益复杂，对工程材料的要求不断提高。各类高分子材料的高科技研究成果，被广泛应用到化学工程中，以满足不同应用领域的物质条件需求。基于社会、经济、环保三方效益要求，高分子材料向着高性能、低成本、节能环保方向研发，在提高环保性能、降低石油能源依赖性、优化材料细腻程度等方面不断进行技术攻克，以提升高分子材料使用价值。