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关键词:高分子材料;发展;应用
随着高分子材料应用范围的不断拓展,作为一名高中学生,还是应该对高分子材料的发展现状以及应用趋势有一定的了解,这样才能够对未来的生活与工作起到一定的铺垫作用。
一、高分子材料含义与发展现状
(一)高分子材料
高分子材料指的是多个重复单元共价连接,分子量很大一类的分子从而组成了相关的聚合物,并且还具有一定的粘弹性。现阶段,高分子材料正逐渐朝着高功能化、复合化、高性能化等方向不断发展。因此,我国高分子材料需要在通用性进一步开发的基础上,偏向于高分子材料品种、技术水平以及生产的重点发展,这样才能够促进市场的发展需求[1]。
(二)发展现状
为了满足汽车工业、家用电器、电子信息等多个领域的需求,高分子材料重点发展主要是:第一,高性能化,如耐热性、高机械性、耐腐蚀性以及耐久性等方面。第二,高功能化,如生物学、光学、力学等多种功能。第三,复合化。如复合材料,通常是基于高性能结构的材料作为基本的符合材料组成。第四,智能化,如材料本身拥有一定的生物功能预知性,如识别能力、修复能力、反应能力等。
二、高分子材料应用趋势
(一)具有记忆的高分子材料
1.热响应型
室温以上的变形,室温形态固定,同时可以进行长期的存放,当温度再一次提升到特定,温度,制件也可以迅速恢复到初始状态。针对这一能力,主要是在电子通讯、科学实验、汽车保险杠、油田封井器等领域之中使用,具体如医用器械、热缩连接紧固件、光信息、座垫、泡沫塑料等。热响应型形状的记忆高分子形变温度很容易控制,并且制作相对渐变,目前是记忆高分子研究之中开发最为活跃的一个领域。尤其是形状记忆纤维的开发利用,有利于纺织业发展的推动。
2.电/磁响应型
属于热响应形状记忆功能高分子材料同具有一定导电性能的金属粉末、导电炭黑以及导电高分子等复合材料。当电流产生热量之后,就会提升材料的温度,导致形状恢复,不但拥有导电性能,同时也具有一定的形状记忆功能。一般来说,在电子集束管、电磁屏蔽材料等电子通讯以及仪器仪表等领域之中得到广泛的应用[2]。
3.光响应型
指的是将某一部分光感应变色的基团引入到高分子的主链以及侧链之中,一旦有紫外光照射,PCG就会出现光异构化反应,这样就会改变分子链状态,导致其宏观形态也出现相应的变化;当停止光照之后,PCG光构化反应就可以逆行,分子链会恢复到原本的状态。主要用于光记录材料、药物缓释剂、印刷材料等。
4.化学感应型
材料的周边介质性质的变化就可以将材料的变形以及形状恢复激发出来。其条件主要是PH值扁你话、相变反应、平衡离子置换等。这一类型的物质,还存在部分的皂化聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等。这一材料主要是在“化学发动机”、蛋白质或者是酶的分离膜中广泛使用。
(二)水溶性高分子化合物
主要包含了水溶性的树脂和聚合物。属于一种拥有较强亲水性的高分子材料,在水中可以溶解成为溶液。在分子结构之中包含了阳离子、阴离子,极性非离子等亲水基团,这样就可以让高分子材料拥有性、分散性以及减磨性等多种性能。其主要的种类包含了:
第一,淀粉、动植物胶以及纤维素等天然性的水溶高分析。第二,人工合成水溶高分析,主要包含了离子型、非离子型以及缩合类等。
其物理性能包含了分子量、溶解度、絮凝作用、分散作用、减阻作用等。
溶解度指的是每一分溶剂之中,溶质溶解的平均值。一般来说,溶液之中的溶解溶质要多于平均值,这个时候就称之为过饱和溶液。所以,水溶性就是最重要的特性之一。分子量作为水溶性高分子的一大特性,其平均值就直接决定了高分子材料本身的性能。同时分子量分布,也会对分子量产生一定的影响。
分散作用指的是两相界面之中分散剂有序的排列,这样就可以确保分散体系本身的稳定性。水溶性高分子属于良好的分散剂,其本身具有疏水基团和亲水基团,本身也拥有一定的表面活性能。
当存在一定量的电解质,就会降低微粒的物理稳定性,将其聚集成为絮状,但是在振摇之后又能够均匀的分散,这样的作用就可以称之为絮凝作用。水溶性高分子本身拥有极性基团,可以吸附水中的固体离子,这样就能够形成絮凝团。增稠剂本身属于流变助剂,能够让低稠度的水性涂料增加粘稠度。
将高分子聚合物注入到流体之中,能够降低流动阻力,这样使用于降低流体流动阻力的化学剂就可以将其称之为减阻剂。
三、结束语
总而言之,随着科学技术的不断发展,也带动了高分子材料加工行业的不断发展,虽然目前国内的高分子材料的研究与应用还与发达国家存在一定的差距,但是相信在广大研究人员的努力下,我国高分子技术必定会发展的越来越迅速。作为高中生的我们,从现在开始,能够认识其作用,相信在未来发展中,也可以贡献自己的一份力。
参考文献:
[关键词]专业改革;高分子材料与工程;新常态;内涵凝练;特色发展
[中图分类号]G40[文献标识码]A[文章编号]10054634(2017)020061040
专业改革的大背景
目前,我国正处于经济社会发展的“新常态”时期。对“新常态”的内涵有不同的理解,但最重要的还是经济发展降速,从资源驱动、劳动力驱动发展向创新驱动发展,这就要实行经济结构调整和转型,鼓励创新创业,支持新兴战略性产业,发展高科技产业,支持绿色环保产业。因此要淘汰落后产能,向科技要增长[1,2]。这种“新常态”将要持续很长一段时间,大学对人才的培养模式与方法也要做相应调整。学校党委也提出了学校转型发展,要建设特色鲜明的高水平应用型大学,切实认识到转型发展的重要意义,把思想认识统一到转型发展这一重大战略部署上来,实现从以教学为主向教学科研并重、以本科教学为主向本科、研究生教育并重、从行业为主到行业与地方并重3个转型发展贡献力量,要紧紧抓住“提高科技创新能力”这一关键,通过推动综合改革,释放转型发展的活力;通过开放办学,调动一切可用资源;通过科教融合,充分发挥科研在人才培养中的作用,努力为转型发展开辟道路,努力提升学校的办学实力和核心竞争力[3,4]。为了适应我国的“新常态”,实现学校的转型发展要求,高分子专业就必须进行改革,探索人才培养的新模式,从而提高培养质量。
1北京石油化工学院高分子材料与工程专业现状北京石油化工学院是一所注重学生发展、以学生为中心的应用型大学,学校秉承“学以致用、宁静致远”的教育理念,本着公开、公正、公平的原则,管理日益精细化和人文化,为学生的发展提供了好的平台,培养具有高水平工程实践能力的人才。高分子材料与工程专业是本校最早建立的专业之一,自1978年我国恢复高考以来,高分子材料与工程专业陆续培养了2 000余名高分子材料与工程专业人才。
传统的高分子材料主要分为塑料、橡胶和纤维三大类,用量大、企业多、产能过剩,但附加值低、竞争激烈,较难凸显出高科技特点,在经济发展“新常态”时期,正在丧失优势地位,难以引起学生们的学习兴趣,造成学生学习积极性不高,就业率偏低。同时,学校为北京市属高校,高分子材料工程专业本科生主要为北京生源,其就业地主要为北京地区。北京市已经根据中央的要求和我国经济发展“新常态”的特点,制定了经济社会发展的新战略,既淘汰、转移传统产业,鼓励发展绿色环保的新兴产业[5],传统的高分子材料制备和加工已列为向外转移产业,如北京华盾雪花塑料集团公司主要从事塑料薄膜、管材、中空容器的生产,已启动向河北搬迁工程。类似这类的传统塑料、橡胶制品生产企业将陆续移出北京,造成高分子材料岗位人员需求大量减少。在高分子材料制备领域,更是受到大气污染治理的约束,难以发展,如燕山石化公司的产量和规模正在逐年减少。在可预见的将来,不排除移出北京的可能。因此,高分子材料与工程专业毕业生在北京的就业竞争日益激烈,学校在传统的高分子材料制备与加工领域不具有优势,必须另辟蹊径,寻找新的专业方向,开拓新的就业领域,从而提高就业率,因而,需要对专业进行改革。
2为学生搭建有特色的成长平台
学校及专业必须为学生搭建各类成长平台,让学生得到全面发展。根据学校的特点,主要为大学生搭建了以下成长和培养平台。
1) 工科专业的核心是培B学生的科技创新能力。高分子材料与工程专业是本校最早的专业之一,已有30多年的历史,是北京市“特色专业”和北京市“重点建设学科”,特别注重大学生科技创新能力的培养,在这方面,学校为学生搭建了国内先进、具有一定国际影响力的大学生科技创新平台――“特种弹性体复合材料北京市重点实验室”,拥有裂解色谱质谱联用仪、紫外加速老化仪、高级旋转流变仪、凝胶渗透色谱仪等3 000多万元的仪器设备,实验室对学生开放,学生可以从事“大学生科研创新项目”研究,为他们科技创新能力的培养打下了坚实基础。
2) 为学生搭建了科研训练平台――大学生研究训练计划(URT),要求高分子专业学生必须参加URT项目。URT项目来源于教师的科研项目,同时也鼓励学生根据自己的兴趣提出课题,经过论证后也可列入URT项目。URT项目以团队为主,确定项目负责人,制定任务分解,让团队内各成员发挥各自的特长,并鼓励跨专业组队,培养了学生的团队合作意识和人际交流能力等,对他们的成长是一个极大的锻炼。通过上述科技创新能力的培养,毕业生可从事科技创新创业工作,有些已成为科技公司的负责人,如广东聚赛龙公司的总经理郝源增先生,他还在在高分子材料专业设立了“聚赛龙奖学金”。
3) 搭建了“高分子材料多层次、模块化实验教学体系”,开设了一系列设计性、综合性、创新性实验,可根据学生兴趣和特点自由选择,充分调动学生的积极性。高分子专业实验多为单一的验证性实验,改革后开设了多个设计性实验,建立高分子材料与工程专业多层次、多模式创新实验教学体系,注重创新能力培养,突出工程实践特色,进行结构重组和整体优化,构建了高分子材料专业一体化、多层次、多模式创新实验教学体系。强化综合型和设计型实验,为学生综合运用所学知识和实验技术解决实际问题提供自由探索的空间,全面开放实验室,给学生提供更多的动手机会,促进学生知识、能力、素质协调发展;优化实验技术人员队伍,提高实验人员素质和水平。
在创新型实验教学体系中,设计性实验是重中之重。设计性实验的主要目的是让学生通过查阅文献设计方案,解决相对于自己的知识水平仍属于“新”的问题,这些问题有些属于学科的前沿问题,有些是工业生产、科学研究中的某些关键问题,可以称之为“二次创新”,形成“新材料制备表征应用”3个阶段,以“立题调研设计实验结果分析与讨论撰写研究论文”为主线进行教学,大大提高学生的科技创新能力。
4) 建立了一套产学研合作教学体系,搭建了工程实践能力培养平台,培养学生的工程实践创新能力。学校与中国石化、燕山石化合作建立了国家级大学生实践教学基地,与北京雪花华盾塑料公司建立了北京市级大学生实践教学基地,与北京碧水源公司、中科纳通公司、炭世纪公司、科化微电子公司、华德密封公司、华融塑胶公司等建立了校企合作产学研基地,为大学生的实践教育提供了平台,学生可以根据自己的兴趣和就业意愿,选择这些企业实习和实践,大大提高了学生的实践活动兴趣和就业能力。
5) 搭建了大学生学科竞赛体系,培养学生的创新产业意识和能力。如依据全国高分子材料创新产业大赛的宗旨和规则,创办了本校高分子材料创新创业竞赛,学生们有好的成果、好的设计均可以参赛,优胜者选拔参加全国高分子材料大学生创新创业大赛,大大开拓了学生的视野,提高了学生们的综合能力。
3学生综合能力培养的做法
作为一个应用型本科院校,本专业特别注重学生如下能力的培养:(1)创新意识和创新能力;(2)工程实践能力;(3)适应社会发展能力和自我提高能力。为了达到上述能力的培养,实施了以下措施。
1) 不断修订完善高分子材料专业的培养方案,结合时展,凝练专业建设内涵,适应经济社会发展要求。如近期修订了“高分子材料与工程专业培养方案(2013版)”,通过与企业等用人单位研讨,提出了高分子材料专业新内涵的建O与探索,即专业向“功能高分子材料”内涵发展,使之更适应目前我国经济结构调整、创新驱动的“新常态”。传统高分子材料主要有塑料、橡胶和纤维,这些材料产量大、技术成熟,市场也已饱和。功能高分子材料是新材料的重要内容,是国家鼓励发展的七大新兴战略性产业之一。功能高分子材料种类也很多,学校结合北京市和全国情况,进一步凝练,提出把形状记忆高分子材料、生物医用高分子材料、3D打印高分子材料、太阳能电池用高分子材料和电子信息用高分子复合材料作为本专业的重点内容。
如形状记忆高分子材料,具有形状记忆功能的材料,不管它如何变形,都可以在一定条件下恢复它原来的形状,可以应用在自修复涂层(如汽车涂层,如有划痕,可以拿吹风机加热一下既可以修复)、自修复材料(如风电叶片出现裂纹,也可以这样修复)、医用骨固定夹板和绷带(代替石膏,不仅轻,而且方便装卸)等。再如,3D打印成型(也称快速增材制造)发展很快,国家工信部刚刚制定了3D打印产业发展纲要,要在“十三五”期间大力发展。其中,很重要的一类为激光快速光固化成型体系,它使用的材料大部分为可光固化树脂,这也是学校的专业内容之一。
2) 实施教育部“卓越工程师计划”,与现代化的行业、先进企业建立合作关系,使之成为学校的实习实践基地。建立先进的产学研教育体系,聘请大量的校外教师讲学,使学生了解专业前沿和社会需求,从而有利于他们的就业。本专业是全国首批教育部“卓越工程师计划”试点专业,该计划的目的是培养具有高的工程实践能力的人才,从而推动我国产业界创新能力的提升。本专业的主要的培养手段就是增加企业阶段学习经历,提前让学生熟悉、掌握企业的运行机制和环境,近几年,陆续与北京市等地的现代化企业建立了产学研教育体系,如燕山石化公司、华盾雪花公司、北京碧水源公司、北京炭世纪公司、北京中科纳通公司、北京东方雨虹公司、广东榕泰公司等。其中,燕山石化、碧水源、东方雨虹和广东榕泰均是上市公司,具有现代化的企业管理制度,非常适合本校学生,因此与他们建立关系,不仅使学生掌握了产业先进的知识和技术,也有利于就业。
3) 开展国际工程专业认证,按照国际标准培养人才,从而使学生具有国际视野,也有利于他们的出国留学。
4) 开展高分子材料创新创业竞赛,选拔优秀的学生和项目参加全国大学生创新创业大赛,强化他们的创新创业意识,有利于他们毕业后进行创业。如2013年高分子专业高Z11班周颖等5名学生组成了“绿色风采队”,参加了由中国化工联合会、中国化工教育协会、青岛橡胶谷等主办的“首届全国高分子材料创新创业大赛”,参赛的项目是“高性能环保型大规模集成电路封装材料”,该项目在全国100多所院校近200个项目中脱颖而出,赢得专家的好评,获得大赛二等奖,并获得创业基金1万元。
5) 实行全程学业导师制,自新生进校开始就配备学业导师直到毕业,全程指导,使学生更好地成长。逐步完善学业导师考核机制,调动教师的积极性,指导学生学习、生活、科研、就业等。
4结束语
通过上述改革,学校高分子材料与工程专业学生有如下特点:(1)拓宽了高分子材料专业就业渠道,提高了就业率,除了在传统的石化企业、塑料橡胶纤维制品制造企业就业外,还可以在高科技高技术领域就业,如航空航天企业、医药及医疗制品企业、汽车企业、家电企业、手机企业、新能源企业等,每年的就业率均在95%以上;(2)通过加强工程实践能力的培养,本专业毕业生的工程实践能力大大提升,创新创业能力显著提高,得到了用人单位的肯定;(3)扩展了学生的国际化视野,提高了考研率和出国深造率。
参考文献
[1] 黄群慧.“新常态”工业化后期与工业增长新动力[J].中国工业经济,2014(10):519.
【关键词】高分子材料专业;大学生就业;复合型人才
【Abstract】This paper have supposed a series countermeasures in view of the dilemma of university students’ employment, which based on analying the requirement of polymer materials profession. In respect of graduates themselves, enterprise and government,college teaching reform, we provided new thoughts to improve university students’ employment.
【Key words】Polymer materials profession;University students’ employment; Inter-disciplinary talent
0 引言
进入21世纪以来中国社会正发生着日新月异的变化,经济发展迅速、科技发展迅猛、产业结构转型加剧、人们文化价值观也在多元化等等[1]。社会大背景下高分子行业大学生就业呈现出许多新的现象,一方面大学生就业难,另一方面企业人才难觅[2]。就业形势日益紧张的形式下,如何使高校的人才培养符合就业市场需求,做到企业有所用、人才有所为是十分重要的课题[3]。本文分析了当代高分子材料专业大学生就业的现状,并针对其弊端提出了一些建设性对策,以更好地满足企业需求,同时提高本专业大学生的就业率及满意度。
1 高分子材料专业人才需求分析
高分子材料专业是在大量的科学实验和工程实践基础上发展并运用于生产实践的学科。该专业毕业的大学生就业面很广,即可以继续深造攻读硕士、博士学位,也可以在高分子材料的合成、改性、成型加工等方面及其相关领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计等岗位工作。但是,随着产业结构的优化,企业对高分子材料专业本科层次人才的需求正在发生着变化;另外,全国一般的综合性大学都开设了高分子材料专业,每年有大量的毕业生涌入市场,竞争非常激烈。
通过对中国石化、杜邦、巴斯夫等高分子专业知名企业,以及吉林建筑大学近几年高分子专业毕业生就业去向的调查,目前该专业毕业生就业呈现出如下特征:
1.1 企业方面
就业市场供过于求的矛盾日渐凸显,招聘单位的门槛也在拔高,很少考虑岗位实际需要,对毕业生所提要求过高。中国石化如上海金山石化、吉林石化、燕山石化等大型的国有企业,往往优先招聘985、211大学的毕业生,所学专业严格对口;杜邦、拜耳、巴斯夫等知名外企,要求有丰富的实践或社会工作经验,对英语要求过六级。另外,这些大型的正规企业提供的职位有限,远远不能满足大学生的就业需要。
就业压力增大的形势下,很多大学生尤其是二本类高校毕业生只能选择去中小型企业发展。这类中小型企业为了适应市场需要,常常需要改进配方及工艺,更改设备设计等,因此他们希望大学生既有较好的专业知识,更有较强的动手实践能力以及解决实际问题能力,即需要集技术、研究、创新于一身的复合型人才。大学生必须熟悉生产一线的工作,才能提出问题并加以改进。然而,大学毕业生往往怕吃苦不愿像工人一样翻三班,更有甚者索性辞职、频繁跳槽,自然缺少实践经验的积累,更加欠缺解决实际问题的能力。这也正是出现企业用工难,而毕业生就业难这一矛盾的主要原因。
高分子材料相关的生产企业大多建在郊区或比较边远的地区,缺少现代化气息。然而,大学毕业生往往对大城市趋之若鹜,对小城市不屑一顾。当代大学生无论是个人还是家长都投入了很多的财力及精力,对未来的收益有较高的期望,都向往去发达地区、收入高的企业工作,这就影响了大学生到基层就业理念的形成。这些地域的限制,也成为大学生就业难的重要原因。
1.2 学校方面
一直以来,高等学校采用传统的教学模式,缺乏创新,学生所学知识与现实生产有较大差距;学校教育实践环节薄弱,造成学生动手实践能力差、缺乏创新能力及解决实践问题的能力。这些也是造成高分子专业毕业生与企业需要脱节的原因之一。为此,高等教育必须反思,突破本专业传统的教育模式,以就业为导向,不断调整专业知识结构,增强毕业生实力,以提高就业竞争力。
2 解决对策
2.1 毕业生转变求职观念,树立新型就业观
毕业生应该转变求职观念,合理调整就业期望值,不把“高薪”作为唯一择业标准,不好高骛远。珍惜就业机会,主动到基层就业,施展自身才华;要树立“先就业,后择业,再创业”的新型就业观,在实践中不断调适,找准个人期望与社会需求的契合点,科学择业,积极创业。毕业生在校期间要打好专业基础,努力提升自身综合素质,以提高社会就业适应性和就业弹性。
2.2 加大政府引导力度,完善企业聘用机制
做好政策引导,加强宏观调控。政府运用经济杠杆,对人才资源配置加以引导和调节,对于到城乡基层、中小企业、艰苦边远地区工作的大学生,在待遇和生活条件等方面给予优惠政策,鼓励和吸引人才去工作。
对企业而言,要摒弃招聘过程中过分强调工作经验的行为,注重大学生职业发展道路上的可塑造性,加强人才储备;同时,密切与高校的合作,提供实习岗位等,为企业与人才的快速接轨创造条件。整个社会要营造良好的社会舆论环境和广泛的社会支持网络,共同促进大学生就业。
2.3 面向企业需求, 进行教学改革
加强校企合作,派专业老师深入到相关企业做深度的调研,不断调整教学内容,优化课程配置,强化高分子材料专业课程设置与企业岗位的衔接,可以使毕业生很快适应岗位角色。
强化实践能力的培养。实践环节是培养学生综合运用所学专业知识解决实际问题能力的关键。一方面,开展多层次实验教学,培养学生基本实验技能及多种能力。设置基础实验,巩固理论教学内容;开设综合型实验,可以加强学生综合运用知识的能力;增设研究型实验,目的是加强学生实验的自主性和能动性,培养学生独立实验和分析问题能力。另一方面,完善实习实训教学体系。实习实训也是实践教学的重要组成部分。为完善本专业的实习实训教学体系,我校从大二到大四每学年都开展实习课程。首先要在保持原有的吉化厂、苯板生产企业等实习基地的基础上,不断开发新的实训基地,如绿色节能建筑材料生产厂、汽车配件生产企业、地热管生产等企业实训,将理论知识与实践相衔接,同时学习现代化工艺控制手段。
4 结语
在大学生就业的市场化道路上,需要政府、社会、学校以及学生自身的相互配合,四方联动才能有效促进大学生就业。以就业为导向,高校积极开展高分子材料专业的教学改革,才能培养出满足相关企业的生产工艺、设备、产品开发等综合要求的复合型人才。
【参考文献】
[1]陈秀梅.多维理论视角下的大学生就业实证研究综述[J].中国电力教育,2014(297):227-229.
关键词:高分子材料 抗静电 研究
静电广泛地存在于自然界和日常生活之中,如人们每时每刻呼吸的空气每厘米就含有100500个带电粒子;自然界的雷电;干燥季节里人身上化纤衣物由于摩擦起电而粘附在身体上,这一切都是比较常见的静电现象。实际上,静电在生物工程中有着重要的应用。
一、高分子抗静电的方法概述
高聚物表面聚集的电荷量取决于高聚物本身对电荷泄放的性质,其主要泄放方式为表面传导、本体传导以及向周围的空气中辐射,三者中以表面传导为主要途径。因为表面电导率一般大于体积电导率,所以高聚物表面的静电主要受组成它的高聚物表面电导所支配。因此,通过提高高聚物表面电导率或体积电导率使高聚物材料迅速放电可防止静电的积聚。抗静电剂是一类添加在树脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除静电产生的化学添加剂,添加抗静电剂是提高高分子材料表面电导率的有效方法,而提高高聚物体积电导率可采用添加导电填料、添加抗静电剂或与其它导电分子共混技术等。
(一)添加导电填料
这类方法通常是将各种无机导电填料掺入高分子材料基体中,目前此方法中所使用的无机导电填料主要是碳系填料、金属类填料等。
(二)与结构型导电高分子材料共混
导电高分子材料中的高分子(或聚合物)是由许多小的重复出现的结构单元组成,当在材料两端加上一定的电压,材料中就有电流通过,即具有导体的性质,凡同时具备上述两项性质的材料称为导电高分子材料。与金属导体不同,它属于分子导电物质。根本上讲,此类导电高分子材料本身就可以作为抗静电材料,但由于这类高分子一般分子刚性大、不溶不熔、成型困难、易氧化和稳定性差,无法直接单独应用,一般作导电填料与其它高分子基体进行共混,制成抗静电复合型材料,这类抗静电高分子复合材料具有较好的相容性,效果更好更持久。
(三)添加抗静电剂法
1.有机小分子抗静电剂。有机小分子抗静电剂是一类具有表面活性剂特征结构的有机物质,其结构通式为ryx,其中r为亲油基团,x为亲水基团,y为连接基。分子中非极性部分的亲油基和极性部分的亲水基之间应具有适当的平衡与高分子材料要有一定的相容性,c12以上的烷基是典型的亲油基团,羟基、羧基、磺酸基和醚键是典型的亲水基团,此类有机小分子抗静电剂可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型4大类:阳离子型抗静电剂;阴离子型抗静电剂;非离子型抗静电剂;两性型抗静电剂。
导电机理无论是外涂型还是内加型,高分子材料用抗静电剂的作用机理主要有以下4种:(1)抗静电剂的亲水基增加制品表面的吸湿性,吸收空气中的水分子,形成“海一岛”型水性的导电膜。(2)离子型抗静电剂增加制品表面的离子浓度,从而增加导电性。(3)介电常数大的抗静电剂可增加摩擦体间隙的介电性。(4)增加制品的表面平滑性,降低其表面的摩擦系数。概括起来一是降低制品的表面电阻,增加导电性和加快静电电荷的漏泄;二是减少摩擦电荷的产生。
2.永久性抗静电剂。永久性抗静电剂是一类相对分子质量大的亲水性高聚物,它们与基体树脂有较好的相容性,因而效果稳定、持久、性能较好。它们在基体高分子中的分散程度和分散状态对基体树脂抗静电性能有显著影响。亲水性聚合物在特殊相溶剂存在下,经较低的剪切力拉伸作用后,在基体高分子表面呈微细的筋状,即层状分散结构,而中心部分呈球状分布,这种“蕊壳”结构中的亲水性聚合物的层状分散状态能有效地降低共混物表面电阻,并且具有永久性抗静电性能。
二、我国高分子材料抗静电技术的发展状况
我国许多科研机构和生产企业已陆续开发出一些品种,以非离子表面活性剂为主,目前常用的品种有,大连轻工研究院开发的硬化棉籽单甘醇、abps(烷基苯氧基丙烷磺酸钠)、dpe(烷基二苯醚磺酸钾);上海助剂厂开发目前多家企业生产的抗静电剂sn(十八烷基羟乙基二甲胺硝酸盐),另外该厂生产的抗静电剂pm(硫酸二甲酯与乙醇胺的络合物)、抗静电剂p(磷酸酯与乙醇胺的缩合物);北京化工研究院开发的asa一10(三组份或二组份硬脂酸单甘酯复合物)、asa一150(阳离子与非离子表面活性剂复合物),近年来又开发出ash系列、asp系列和ab系列产品,其中asa系列抗静电剂由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非离子表面活性剂;asb系列产品则为有机硼表面活性剂(主要是硼酸双多元醇脂与环氧乙烷加成物的脂肪酸酯)与其他非离子表面活性剂复合而成;ash和asp系列主要是阳离子与非离子表面活性复合而成,杭州化工研究所开发的hz一1(羟乙基脂肪胺与一些配合剂复合物)、ch(烷基醇酰胺);天津合成材料工业研究所开发的ic一消静电剂(咪唑一氯化钙络合物);上海合成洗涤剂三厂开发生产的sh系列塑料抗静电剂,已经形成系列产品,在使用效果和性能上处于国内领先地位,部分品种可以替代进口,如sh一102(季铵盐型两性表面活性剂)、sh一103、104、105等(均为季铵盐型阳离子表面活性剂),sh抗静电剂属于结构较新的带多羟基阳离子表面活性剂;济南化工研究所jh一非离子型抗静电剂。(聚氧乙烯烷基胺复合物)等;
河南大学开发的kf系列等,如kf一100(非离子多羟基长碳链型抗静电剂)、kf-101(醚结构、多羟基阳离子永久型抗静电剂),另外还有聚氧乙烯醚类抗静电剂,聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯专用抗静电剂202、203、204等;抗静电剂tm系列产品也是目前国内常用的,主要用于合成纤维领域。
从抗静电剂发展来看,高分子型的永久抗静电剂是最为看好的产品,尤其是在精密的电子电气领域,目前国内多家科研机构利用聚合物合金化技术开发出高分子量永久型抗静电剂方面已取得明显进展。
三、结语
我国合成材料抗静电剂行业发展前景较好,针对目前国内研究、生产、应用与需求现状,对我国合成材料抗静电剂工业发展提出以下建议。
(一)加大新品种开发力度
近年来国外开发的高性能伯醇多聚氧化乙醚类非离子型表面活性剂;用于聚碳酸酯的脂肪酸单缩水甘油酯;用于磁带工业的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物;适应于聚烯烃、聚氯乙烯、聚氨酯等多种合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等,总之国内科研院所应根据我国合成材料制品要求,开发出多种高性能、环保无毒的抗静电品种,并不断强化应用技术研究,以满足国内需求。
(二)加快复
合抗静电剂和母粒的研究与生产
今后要加快多种结构抗静电剂及其他塑料助剂的复配,向适应范围广、效率高、系列化、多功能、复合型等方向发展。另外合成材料多功能母粒作为助剂已经成为今后合成树脂加工改性的重要原材料,如着色、阻燃、抗菌、成核等母粒在国内开发方兴未艾,国内要加快抗静电母粒的开发与研究,促进我国抗静电剂工业发展。
参考文献:
[1]高绪珊、童俨,导电纤维及抗静电纤维[m].北京:纺织工业出版社,1991.148154.
关键词:聚丙烯酸钠絮凝剂生产工艺
随着我国丙烯酸工业的迅速发展,对丙烯酸下游产品的研究不断深入,应用范围不断扩大。聚丙烯酸钠作为丙烯酸的一种主要下游产品,近年来在国内外的研究受到重视,生产也不断增加。聚丙烯酸钠产品包括水溶性产品和水不溶性产品。水溶性聚丙烯酸钠产品广泛应用于食品、纺织造纸、化工等领域[1-3]。水不溶性聚丙烯酸钠产品具高吸水性,主要用于农林园艺、生理卫生等领域。聚丙烯酸钠的分子量从几百至几千万以上,不同分子量的聚丙烯酸钠各有各的用途。超低分子量(700以下)的用途还未完全开发;低分子量(1000-5000)主要起分散作用;中等分子量(104-106)显示有增稠性;高分子量(106-107)的则主要做增稠剂和絮凝剂;超高分子量(107以上)的在水中溶胀,生成水凝胶,主要用作吸水剂。水溶性聚丙烯酸钠中又包括高分子量和低分子量两类。
1.高分子量聚丙烯酸钠研究现状
目前高分子量聚丙烯酸钠合成是采用丙烯酸经氢氧化钠中和形成丙烯酸钠溶液,然后再聚合的工艺路线。在水溶性高分子量聚丙烯酸钠的合成中,通常是高浓度丙烯酸钠溶液和低浓度氧化还原引发剂在低温下进行水溶液聚合。制备的关键是在聚合前要除去丙烯酸中的阻聚剂。去除阻聚剂的方法有减压蒸馏或加人活性炭吸附。高分子量聚丙烯酸钠聚合时往往因为自交联作用或聚合速度过快使产品水溶性降低,因此需加入抗交联剂和缓聚合剂。日本专利报道了以过硫酸盐和有机苯胺的复合引发体系,常温下催化丙烯酸钠水溶液聚合,制得溶解性能好的聚丙烯酸钠。戚银城[4]等采用氧化-还原体系,添加氨水和氯化钠,在30℃时合成了分子量几百至几千万的聚丙烯酸钠。水溶液聚合法具有设备简单,操作容易的特点,但缺点是所得到的聚合产物含水量高达60%-70%,难干燥。反相悬浮聚合法也可用于合成高分子量聚丙烯酸钠。韩淑珍[5]报道了北京化工大学开发出反相悬浮聚合法合成聚丙烯酸钠絮凝剂,并建成1000L聚合釜装置。反相悬浮聚合法工艺复杂、设备利用率低。
2.水溶性高分子量聚丙烯酸钠的应用
聚丙烯酸钠是一种线状、可溶性高分子化合物,其分子链上的梭基由于静电相斥,使聚合物链伸展,促成有吸附团外露到表面上,这些活性点吸附在溶液中悬浮粒子上,形成粒子间的架桥,从而加速了悬浮粒子的沉降。因此可作絮凝剂。
2.1盐水精制
纯碱和烧碱生产中,盐水中的Ca、Mg离子通常用碳酸钠和氢氧化钠或石灰水沉淀,沉淀后盐水中悬浮物质颗粒小、沉降慢,因此要加入絮凝剂促进沉降从而使盐水精制。因此,选用高效、溶解速度快的絮凝剂才是关键。以往生产中使用苛化淀粉或聚丙烯酞胺用于盐水精制的絮凝效果并不理想,使用后盐水澄清度不够,产品质量不高。而用聚丙烯酸钠能大大提高盐水质量。对用作盐水精制的聚丙烯酸钠要求主要有分子量高(>一千万),溶解时间短(15-30min),溶解性能好(无凝胶物)。使用时用量少,产生的矾花大、沉降快,盐水澄清度高。甘肃盐锅峡化工总厂用固体聚丙烯酸钠(分子质量>八百万)作盐水助沉剂助沉效果好,助沉剂用量少,吨碱耗用量为10-15g,且贮存方便。李泽洁[6]对盐水精制中使用聚丙烯酸钠进行了研究。王德怀[7]根据氯碱生产厂家的实际经验开发出了专用于盐水杂质助沉的速溶型固体聚丙烯钠,其分子量高达八百万以上,溶解速度快,30分钟之内可以完全溶解,助沉效果好。
2.2氧化铝生产
氧化铝生产中,拜耳法赤泥的分离洗涤采用沉降槽,为加速赤泥沉降,传统方法是添加面粉等天然高分子絮凝剂。随着氧化铝产量不断提高,沉降槽常出现跑浑现象。改用聚丙烯酸钠絮凝,大大增加了赤泥的沉降速度,澄清效果好,从而提高了沉降槽的产能和精盐液质量。我国聚丙烯酸钠中常用的絮凝剂品种是A-1000#。赤泥沉降过程中,为降低絮凝剂与赤泥初聚体“架桥”时的空间效应,江新民[8]将NaOH改性处理的A-1000#絮凝剂用于拜耳赤泥分离和烧结法赤泥分离,效果分别是未处理该絮凝剂的3倍和1.88倍。
2.3回收蛋白质
聚丙烯酸钠作为主要絮凝剂预处理味精浓废水有显著效果。朱莉[9]预处理过程对COD;SS;S042-的去除率分别达69%,91%和41%。张轶东[10]采用自由基水溶液聚合法合成了超高分子量的聚丙烯酸钠,将其直接用于蛋白质溶液等的浓缩,用该方法浓缩蛋白质效率高、浓缩剂用量少,更好地保持了酶的活性。
2.4其他方面
a糖汁澄清
糖汁中悬浮着被石灰吸附的粒子,添加少量聚丙烯酸钠可加速其沉降,使糖汁很快澄清。
b土壤改良剂
聚丙烯酸钠能使土壤形成稳定团粒,来改善土壤耕作和促进植物生长,减少水土流失。
3.高分子量聚丙烯酸钠的需求和应用前景
我国纯碱烧碱产量均居世界第二位。目前,这两碱行业的生产中,盐水精制过程大多不使用聚丙烯酸钠,主要由于一是使用习惯,其次是表面看聚丙烯酸钠价格稍贵,而忽视了聚丙烯酸钠的用量少,效果好的特点。由于使用聚丙烯酞胺导致盐水质量上不去,随着聚丙烯酸钠应用的推广,越来越多的企业倾向于使用聚丙烯酸钠。