高分子材料展望

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高分子材料展望范文第1篇

1．何为高分子化学

顾名思义，高分子就是相对分子质量很高的分子，它是高分子化合物的简称。高分子化合物，又称聚合物或高聚物，是结构上由重复单元（低分子化合物—单体）连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大，小到几千，大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支，同样也是从事制造和研究分子的科学，但其制造和研究的对象都是大分子，即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子，称为高分子、大分子或聚合物。

2．高相对分子质量与高强度

相对分子质量和物质的性质是密切相关的，是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能，才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直链的烷烃化合物，但是分子量变化很大，其机械力学性能因而也有极大的区别。

3．高分子科学的主要内容

既然高分子化学是制造和研究大分子的科学，对大分子的反应和方法的研究，显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题，也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有：如何将低分子化合物连

接成高分子化合物，即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子，其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子，就要去合成具有特殊结构的高分子。

二、高分子材料化学的应用

材料是人类社会文明发展阶段的标志，是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用，把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变革，材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料，家家离不开高分子材料，处处离不开高分子材料，是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的，高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料，另外许多精细化工材料也都是高分子材料。

第一，塑料：一类是通用塑料，如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等；另一类叫工程塑料，其强度大，如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。

第二，纤维：人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物，通过不同的加工，生产出了各种纤维制品，极大地满足着人类的需要。

第三，橡胶：天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制，于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶，如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。

第四，精细化工：比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品，如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油，使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂，以及各种吸水树脂等都是高分子产品。

三、高分子化学与高科技的结合

当今社会，人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起，人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料，来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展，出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。

随着生产和科学技术的发展，许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来，如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域，下面简单介绍特种高分子材料：功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料；高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴；特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料（化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂）的范畴。

第一，力学功能材料：强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等；)弹材料，如热塑性弹性体等。

第二，化学功能材料：分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等；反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂；生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。

第三，生物化学功能材料：人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等；高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等；生物分解材料，如可降解性高分子材料等。

可以预计，在今后很长的历史时期中，特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。

四、高分子化学的可持续发展

研究高分子合成材料的环境同化，增加循环使用和再生使用，减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染，也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成，在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成，探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子，以及用合成高分子来处理污水和毒物，研究合成高分子与生态的相互作用，达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。

参考文献：

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高分子材料展望范文第2篇

关键词：高分子材料 形状记忆效应 自拆卸

中图分类号：TS195 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0009-02

形状记忆高分子材料（SMP，Shape Memory Polymer）是一种新型的智能材料（Intelligent material），它能感知外部刺激，从而恢复自身形状的功能材料。形状记忆高分子材料种类繁多，用途广泛，其应用在商品防伪、医疗卫生、航空航天等不同领域。形状记忆高分子材料具有形变量大、赋形容易、形状恢复温度易于调整、电绝缘性好等优点[1]；且易于制备具有形状记忆性能的复合物。现在，电子产品（如智能手机等）的升级、换代越来越快。废弃电子产品的回收、处理问题日益突出。废弃电子产品中，含有很多重金属，对环境的潜在危害巨大。垃圾的收集、分类耗费大量的人力、物力；在人力成本大大增加的当下，发展能够自拆卸的构件、器件甚至产品将大大缓解这个问题。形状记忆高分子材料具有的回复自身初始形状的特性，使其在自拆卸构件的设计上具有很大的潜力。本文在讨论形状记忆高分子材料形状记忆效应的基础上，对形状记忆材料在设计、制造自拆卸构件中的应用进行了综述。

1 形状记忆高分子材料的记忆效应及其机理

1.1 形状记忆效应

形状记忆材料是一种刺激、响应型的功能材料。这类材料能够“记住”自己的初始形状。形状记忆效应就是指材料在外界的刺激下，能够改变自身的形状并回复初始形状。不同的材料可以根据外部环境产生的不同刺激（如热、磁、光、化学等），回复自身的初始形状。如果在加热的情况下，回复自身的初始形状，则称之为热驱动的形状记忆效应或热致形状记忆效应。以此类推，可以产生磁致、光致、化学驱动的形状记忆效应。

1.2 形状记忆高分子材料的形状记忆机理

Huang等提出：可以将形状记忆高分子材料看成由两相组成，一相为固定相，另一相为可转变相。当材料受外界环境刺激（如，加热、光照等）时，可转变相变软，聚合物变形后，处于能稳定存在的临时形状；当材料再次受外界刺激后，高分子链运动，驱动聚合物回复初始形状[3]。目前，形状记忆高分子材料仍以热致响应型为主，其产生形状记忆效应的分子机理如图1所示[4]。

当形状记忆聚合物材料加热到转变温度以上时，材料能容易地产生形变（如图1黑色部分所示）；当温度降低到转变温度以下时，材料处于临时形状（如图1灰色部分表示）。图1（a）表示转变温度为熔点的嵌段共聚物。当温度低于可结晶组分的熔融温度时，这些晶体形成物理交联点，使材料能够保持临时形状，并使材料具有一定的机械强度；当温度高于熔点时，晶体相熔融，在链段运动下，材料恢复初始形状。图1（b）表示转变温度为熔点的共价交联聚合物。当在高温拉伸后的高分子链冷却到转变温度以下时，高分子链段产生应变诱导结晶，形成结构不完善的结晶。这些不完善的晶体以及共价交联点，使材料处于稳定的临时形状。当材料处于转变温度以上时，不完善的晶体融化，链段运动，材料回复初始形状。图1（c）表示转变温度为玻璃化温度的高分子材料。该材料可以是共价交联高分子，也可以是无定型高分子。当材料在高于玻璃化转变温度拉伸时，高分子链伸长，产生一定的相对位移；当温度低于玻璃化转变温度时，材料中的无定形高分子链段运动受限，在共价交联点或者纠缠的高分子链（形成物理交联点）作用下使材料获得稳定的临时形状。加热时，这些冻结的无定形高分子链段再次运动，使其恢复到初始形状。

2 自拆卸构件中的形状记忆高分子

自拆卸[5]是指用形状记忆材料制成的自拆卸构件代替传统的连接件，当材料被加热到形状记忆高分子材料的回复温度时，自拆卸构件的连接部分被激发回复初始形状使其失去连接功能，实现产品的主动拆卸。随着研究的深入，自拆卸构件的拆卸方法实现了多样化。通常研究者会通过对热致形状记忆高分子材料进行整体加热以达到激发温度实现自拆卸，加热的方式主要有空气对流加热、水浴加热、红外加热。当然，不同的加热方式，材料实现自拆卸所需时间也不相同。应根据不同的工作环境选择不同的加热介质。自拆卸构件可大大提高废弃产品的拆解效率，促进材料的回收再利用，有助于保护环境。近年来，基于形状记忆高分子材料设计、制造自拆卸构件越来越受关注。

刘志峰、李新宇等利用辐照分别对PVC、PE改性，研究利用辐照高分子制造的可自拆卸构件的形变回复率与回复速度。结果表明：形状记忆高分子的形状记忆效应与聚合物的交联程度密切相关。通过调节辐射剂量来改变高分子的交联程度，可调节材料的激发温度。经4KGy剂量辐照的PVC，其激发温度为85℃；而经100KGy剂量辐照的PE，其激发温度为95℃。此外，形状记忆材料在形变恢复率小于最大变形的80%时变形恢复速度较快，之后回复速度明显下降。且拆卸时间和主动拆解率与加热方式有关，水浴加热方式要优于空气加热，可能与水的传热效果好有关[6]。

还有研究者采用电热激发，来实现产品自拆卸[7]。他们将电热片贴在形状记忆高分子卡扣根部来激发材料回复形变，实现零部件的分离。通过调节电热元件的功率，控制自拆卸的时间，并实现了产品的多级拆卸。实验表明：达到第一级主动拆卸时间为7 s，电热片的功率为0.06 W；达到第三级主动拆卸时间为17 s，电热片的功率为 0.025 W。研究者还利用热风枪加热材料，回复需22 s，而电热片只需7s，可见电热激发效率更高。左兰等[8]提出可以利用PUs的形状记忆效应来制造液晶显示器的支架，将互联网通讯产品上的液晶显示器（LDC）等一些小的电子产品清洁地、无破坏地、快速地剥离下来。ChiodoJ.D.等[9]对利用聚氨酯设计自动拆卸技术做了可行性研究。宋守许等[10]利用形状记忆材料作为液晶显示器支架之间的自拆卸单元，运用ADSM方法对液晶显示器支架进行重新设计，确定了主动拆卸结构的最优尺寸。由此可见，形状记忆高分子材料在工业产品设计、特别是电子产品的应用有巨大的发展潜力。

3 基于形状记忆效应的自拆卸构件的展望

形状记忆聚合物自身具有很多突出的优点，但同样也存在形状回复的精度低、回复响应滞后、形状记忆性能的稳定性等需要改进的地方。目前已有越来越多的研究者利用纳米材料与形状记忆高分子复合制备形状记忆复合物，在保持材料形状记忆特性的基础上，进一步提高材料的其他性能，以适应不同环境下的需求。基于商用高分子材料制备形状记忆高分子复合物材料，将会大大促进形状记忆高分子材料的商业应用。新型智能材料的发展给传统材料的设计观念带来更大的突破。形状记忆高分子材料必将在众多领域（如，电子设备、航空航天、自修复体系、医疗救护等）中得到更加广泛的应用。

（致谢：非常感谢江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目（201311276047X）以及南京工程学院人才引进科研启动项目（YKJ201207）的大力资助。）

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[8] 左兰，陈大俊.形状记忆聚氨酯的研究与应用[J].弹性体，2002，12（6）：56-60.

高分子材料展望范文第3篇

一、生物医用高分子材料的特点

生物医用高分子材料是一种聚合物材料，主要用于制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械。按照来源的不同，生物医用高分子材料可以分为天然生物高分子材料和合成生物高分子材料2种。前者是自然界形成的高分子材料，如纤维素、甲壳素、透明质酸、胶原蛋白、明胶及海藻酸钠等；后者主要通过化学合成的方法加以制备，常见的有合聚氨酯、硅橡胶、聚酯纤维、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。按照材料的性质，生物医用高分子材料可以分为非降解材料和降解材料。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃，芳香聚酯、聚硅氧烷等；后者包括聚乙烯亚胺—聚氨基酸共聚物、聚乙烯亚胺—聚乙二醇—聚（β-胺酯）共聚物、聚乙烯亚胺—聚碳酸酯共聚物等。

生物医用高分子材料作为植入人体内的材料，必须满足人体内复杂的环境，因此对材料的性能有着严格的要求。首先，材料不能有毒性，不能造成畸形；其次，生物相容性比较好，不能与人体产生排异反应；第三，化学稳定性强，不容易分解；第四，具备一定的物理机械性能；第五，比较容易加工；最后，性价比适宜。其中最关键的性能是生物相容性。

根据国际标准化组织（InternationalStandardsOrganization，ISO）的解释，生物相容性是指非活性材料进入后，生命体组织对其产生反应的情况。当生物材料被植入人体后，生物材料和特定的生物组织环境相互产生影响和作用，这种作用会一直持续，直到达到平衡或者植入物被去除。生物相容性包括组织相容性、细胞相容性和血液相容性。

二、生物医用高分子材料的发展历史

人类对生物医用高分子材料的应用经过了漫长的阶段。根据记载，公元前3500年，古埃及人就用棉花纤维和马鬃缝合伤口，此后到19世纪中期，人类还主要停留在使用天然高分子材料的阶段；随后到20世纪20年代，人类开始学会对天然高分子材料进行改性，使之符合生物医学的要求；再后来人类开始尝试人工合成高分子材料；20世纪60年代以来，生物医用高分子材料得到了飞速发展和广泛的普及。1949年，美国就率先发表了研究论文，在文中第1次阐述了将有机玻璃作为人的头盖骨、关节和股骨，将聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用情况，对医用高分子的应用前景进行了展望。这被认为是生物医用高分子材料的开端。

在20世纪50年代，人类发现有机硅聚合物功能多样，具有良好的生物相容性（无致敏性和无刺激性），之后有机硅聚合物被大量用于器官替代和整容领域。随着科技的发展，20世纪60年代，美国杜邦公司生产出了热塑性聚氨酯，这种材料的耐屈挠疲劳性优于硅橡胶，因此在植入生物体的医用装置及人工器官中得到了广泛应用。随后人工尿道、人工食道、人工心脏瓣膜、人工心肺等器官先后问世。生物医用高分子材料也从此走上快速发展的道路。

三、生物医用高分子材料的发展现状、前景和趋势

据相关研究调查显示，我国生物医用高分子材料研制和生产发展迅速。随着我国开始慢慢进入老龄化社会和经济发展水平的逐步提高，植入性医疗器械的需求日益增长，对生物医用高分子材料的需求也将日益旺盛。2015年1月28日，中国医药物资协会的《2014中国单体药店发展状况蓝皮书》显示，2014全年全国医疗器械销售规模约2556亿元，比2013年度的2120亿元增长了436亿元，增长率为20.06%。但是相比于医药市场总规模（预计为13326亿元）来说，医药和医疗消费比为1∶0.19还略低，因此业内普遍认为，医疗器械仍然还有较广阔的成长空间，生物医用高分子材料也将迎来良好的发展前景。

根据evaluateMedTech公司基于全球300家顶尖医疗器械生产商的公开数据而得出的报告《2015-2020全球医疗器械市场》预测，2020年全球医疗器械市场将达到4775亿美元，2016-2020年间的复合年均增长率为4.1%。世界医疗器械格局的前6大领域包括：诊断、心血管、影像大型设备、骨科、眼科、内窥镜，其中生物医用高分子材料在其中都得到了广泛的应用。

以往的医学研究对组织和器官的修复，更多是选择一种替代品，实现原有组织和器官的部分功能。随着再生医学和干细胞技术的迅速发展，利用生物技术再生和重建器官、个性化治疗和精准医学已经成为趋势。因此传统的生物医药高分子材料已经不能满足现有的需求，需要模拟生物的结构，恢复和改进生物体组织与器官的功能，最终实现器官和组织的再生，这也是生物医用高分子材料未来的发展方向。

生物医用高分子材料在医疗器械领域中得到了非常广泛的应用，主要体现在人工器官、医用塑料和医用高分子材料3个领域。

1.人工器官

人工器官指的是能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料；或者说是具有天然器官组织或部件功能的材料，如人工心瓣膜、人工血管、人工肾、人工关节、人工骨、人工肌腱等，通常被认为是植入性医疗器械。人工器官主要分为机械性人工器官、半机械性半生物性人工器官、生物性人工器官3种。第1种是指用高分子材料仿造器官，通常不具有生物活性；第2种是指将电子技术和生物技术结合；第3种是指用干细胞等纯生物的方法，人为“制造”出器官。目前生物医用高分子材料主要应用在第1种人工器官中。

目前，植入性医疗器械中骨科占据约为38%的市场份额；随后是心血管领域的36%；伤口护理和整形外科分别为8%左右。人工重建骨骼在骨科产品市场中占据了超过31%的市场份额，主要产品是人工膝盖，人工髋关节以及骨骼生物活性材料等，主要应用的生物医用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增强聚乳酸、自增强聚乙醇酸等。心血管产品市场中支架占据了一半以上的市场份额，此外还有周边血管导管移植、血管通路装置和心跳节律器等。

目前各国都认识到了人工器官的重要价值，加大了研发力度，取得了一些进展。2015年，美国康奈尔大学的研究人员开发出了一种轻量级的柔性材料，并准备将其用于创建一个人工心脏。在我国，3D打印人工髋关节产品获得国家食品药品监督管理总局（CFDA）注册批准，这也是我国首个3D打印人体植入物。

人工器官未来发展趋势是诱导被损坏的组织或器官再生的材料和植入器械。人工骨制备的发展趋势是将生物活性物质和基质物质组合到一起，促进生物活性物质的黏附、增殖和分化。血管生物支架的发展趋势是聚合物共混技术，如海藻酸钠/壳聚糖、胶原/壳聚糖、胶原/琼脂糖、壳聚糖/明胶、壳聚糖/聚己内酯、聚乳酸/聚乙二醇等体系。

2.医用塑料

医用塑料，主要用于输血输液用器具、注射器、心导管、中心静脉插管、腹膜透析管、膀胱造瘘管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜、创伤包扎材料和各种手术、护理用品等。注塑产品是医用塑料制品当中产量最大的品种。与普通塑料相比，医用塑料要求比较高，严格限制了单体、低聚物、金属离子的残留，对于原材料的纯度要求很高，对加工设备的要求也非常严格，在加工和改性过程中避免使用有毒助剂，通常具有表面亲水、抗凝血等特殊功能。常用医用塑料包括聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、热塑性聚氨酯（TPU）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET）等。

目前医用塑料市场约占全球医疗器械市场的10%，并保持着每年7%～12%的年均增长率。统计数据显示，美国每人每年在医用塑料领域消费额为300美元，而我国只有30元，由此可见医用塑料在我国的发展潜力非常大。

我国医用塑料制品产业经过多年的发展，取得了长足的进步。中国医药保健品进出口商会统计数据显示，2015年上半年，纱布、绷带、医用导管、药棉、化纤制一次性或医用无纺布物服装、注射器等一次性耗材和中低端诊断治疗器械等成为我国医疗器械的出口大户。但是也必须清醒地认识到，我国的医用塑料发展水平还比较落后。医用塑料的原料门类不全、生产质量标准不规范、新技术和新产品的创新能力薄弱，导致一些高端原料导致国内所需的高端产品原料还主要靠进口。

目前各国都认识到了医用塑料的重要价值，加大了研发力度，取得了一些进展。2015年，英国伦敦克莱蒙特诊所率先开展了塑胶晶状体移植手术，不仅可以治疗远视眼或近视眼，还可以恢复患有白内障和散光者的视力；住友德马格公司推出一种聚甲醛（POM）齿轮微注塑设备，在新型白内障手术器械中具有重要作用；美国美利肯公司开发了一项技术，可使非处方药和保健品塑料瓶的抗湿性和抗氧化性提高30%；MHT模具与热流道技术公司开发出了PET血液试管，质量不足4g，优于玻璃试管；Rollprint公司与TOPAS先进高分子材料公司合作，采用环烯烃共聚物作为聚丙烯腈树脂的替代品，以满足苛刻的医疗标准；美国化合物生产商特诺尔爱佩斯推出了一款硬质PVC，以取代透明医疗零部件中用到的PC材料，如连接器、止回阀、Y接头、套管、鲁尔接口配件、过滤器、滴注器和盖子，以及样本容器。

未来医用塑料的发展趋势是开发可耐多种消毒方式的医用塑料，改善现有医用塑料的血液相容性和组织相容性，开发新型的治疗、诊断、预防、保健用塑料制品等。

3.药用高分子材料，

药用高分子材料在现代药物制剂研发及生产中扮演了重要的角色，在改善药品质量和研发新型药物传输系统中发挥了重要作用。药用高分子材料的应用主要包括2个方面：用于药品剂型的改善以及缓释和靶向作用，此外还可以合成新的药物。

药物缓释技术是指将衣物表面包裹一层医用高分子材料，使得药物进入人体后短时间内不会被吸收，而是在流动到治疗区域后再溶解到血液中，这时药物就可以最大限度的发挥作用。药物缓释技术主要有贮库型（膜控制型）、骨架型（基质型）、新型缓控释制剂（口服渗透泵控释系统、脉冲释放型释药系统、pH敏感型定位释药系统、结肠定位给药系统等）。

贮库型制剂是指在药物外包裹一层高分子膜，分为微孔膜控释系统、致密膜控释系统、肠溶性膜控释系统等，常用的高分子材料有丙烯酸树脂、聚乙二醇、羟丙基纤维素、聚维酮、醋酸纤维素等。骨架型制剂是指向药物分散到高分子材料形成的骨架中，分为不溶性骨架缓控释系统、亲水凝胶骨架缓控释系统、溶蚀性骨架缓控释系统，常用的高分子材料有无毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷、甲基纤维素、羟丙甲纤维素、海藻酸钠、甲壳素、蜂蜡、硬脂酸丁酯等。

我国的高分子基础研究处于世界一流，但是药用高分子的应用发展相对滞后，品种不够多、规格不完整、质量不稳定，导致制剂研发能力与国际产生差距。国内市场规模前10大种类分别为明胶胶囊、蔗糖、淀粉、薄膜包衣粉、1，2-丙二醇、PVP、羟丙基甲基纤维素（HPMC）、微晶纤维素、HPC、乳糖。高端药用高分子材料几乎全部依赖进口。专业药用高分子企业则存在规模小、品种少、技术水平低、研发投入少的问题。

目前，药物剂型逐步走向定时、定位、定量的精准给药系统，考虑到医用高分子材料所具备的优异性能，将会在这一发展过程中发挥关键性的作用。未来发展趋势是开发生物活性物质（疫苗、蛋白、基因等）靶向控释载体。

四、结语

虽然生物医用高分子材料的应用已经取得了一些进展，但是，随着临床应用的不断推广，也暴露出不少问题，主要表现出功能有局限、免疫性不好、有效时间不长等问题。如植入血管支架后，血管易出现再度狭窄的情况；人工关节有效期相对较短，之所以出现这些问题，主要原因是人体与生俱来的排异性。

生物医用高分子材料隶属于医疗器械产业，其发展备受政策支持。国务院于2015年5月印发的《中国制造2025》明确指出，大力发展生物医药及高性能医疗器械，重点发展全降解血管支架等高值医用耗材，以及可穿戴、远程诊疗等移动医疗产品。可以预见，在未来20～30年，生物医用高分子材料就会迎来新一轮的快速发展。

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高分子材料展望范文第4篇

关键词：聚合物废料再循环 化学再循环 回收与利用

化学循环是聚合物材料循环的重要方法之一，它指的是在热和化学试剂的作用下高分子发生降解反应，形成低分子量的产物，产物可进一步利用，如单体可再聚合，油品可进行深度加工。目前化学循环的主要方法是化学降解化学降解可分为解聚、热裂解、加氢和气化。

一、聚合物材料化学循环发展的现状

1.逐步聚合型高分子材料

逐步聚合型高分子材料主要包括聚酯、聚氨酯，聚酯以聚对苯二甲酸乙二醇酯为代表。主要用于薄膜、纤维及织物、饮料瓶等。废料在催化剂存在下能与多元醇发生反应，其产物与不饱和多元酸缩合可以制成不饱和聚酷树脂。用不同醇来醇解可获得不同的酯，或用作单体或用作增塑剂。PET可在酸性或碱性条件下水解，在强酸（如硫酸、硝酸）介质中可常压水解，水解速度很快，但是酸性水解的耗酸量大，还会腐蚀设备，在实际使用中受到限制；若在碱性（如NaOH）水溶液中水解，需在210～2500C、1.4～2.0MPa条件下反应3～sh，反应结束立即用强酸中和，可沉淀出TPA。弱碱（如氢氧化钱）也可以用来水解PET废料，获取原料单体。常压下的皂化反应已应用于回收PET胶片中的银和TPA。聚氨酯是缩聚型高分子材料，可以水解成多元醇和多元胺，利用特制的挤出机水解，产物经纯化可得到二元酸和二元胺，二元胺再与光气反应，制备二异氰酸酯，用于 泡沫塑料生产。但此工艺路线的费用大，回收效益不高。PU醇解是目前用得比较多的途径，醇解PU废料可获得多元醇混合物，这种混合物目前还不能有效地分离开来，但这种产物可用作泡沫塑料和弹性体制造中的组分。

2.加聚型聚合物材料

聚苯乙烯（PS）除用作涂料、粘结剂等外，还用来裂解制苯乙烯。PS在热的作用下可以裂解成苯乙烯，其产率在65%，以上。日本科学家曾在溶剂法对PS进行裂解，在400一500℃分解10～20min，得到的冷凝物经蒸馏可得到纯度为96%的苯乙烯。利用金属氧化物作催化剂，在熔融状态下（>350℃）进行裂解，产物经分馏可获得高纯度苯乙烯。此外人们还利用铅合金作加热介质裂解PS。聚烯烃在适当的催化剂或辐照的作用下，可进行化学反应，形成性能良好的材料，如聚乙烯（PE）在交联剂（如过氧化物）的作用下交联产生性能优良的PE材料。废旧聚烯烃可进行氯化，得到的氯化聚烯烃可用在粘结剂、涂料等方面。此外聚合物聚解制油是常用的循环方法。

3.混杂聚合物及复合材料

利用多种聚合物混合物的常用方法是将其裂解制油。混合物在高温下进行裂解可得到燃气和油品，油品可作燃料，也可直接在炼油厂精炼。化工厂对油的有机氯含量要求比较高 ，一般不超过10*10-6，但从塑料混合物裂解得到油的有机氯含量可达（50～200）*10-6，因此在裂解之前或裂解过程中脱卤非常重要。此外，废塑料中常含有重金属元素化合物，裂解油的精炼要考虑催化剂的中毒问题。复合材料的树脂大多数是不饱和聚醋树脂、环氧树脂和酚醛树脂等热固性树脂，复合材料废料除了用作粉末填料、燃烧取热及化学助燃料之外，也用来裂解回收油品、原料等。如玻璃纤维增强塑料在380～450℃常压分解之后，在450～550℃进一步分解，可得到油产物。由于残渣多，需设计特殊的分解炉来完成裂解过程，其研究工作还在进行中。又如酚醛树脂在实验硫化床上裂解（722℃），其产物有脂肪族烃（质量分数为5.24%）、苯酚（8.25%）、炭黑（42.2%）、气体（24.3%）等。

二、化学循环的工艺与设备

1.反应釜

反应釜是化学循环常用的化工设备，与其相匹配的设备有冷凝器、储罐、蒸馏塔等。原材料（如聚烯烃）在反应釜中降解生成的产物可以是单体、化工原料等，如PET裂解后再聚合成PET，也可制造不饱和聚醋树脂。根据需要可把反应器设计成槽式反应器，使加热和清渣方便。也可把反应器设计成管式反应器，裂解温度可提高，时间缩短，且可连续进行裂解，适用于PS、PMMA等聚合物的裂解。

2.流化床反应器

流化床反应器是一种床式反应器。德国w.Kaminsky等人用丙烷燃烧来加热载流气体或水蒸气，并用加热器等将砂和载气加热到500～900℃，载气量要足够大使砂在反应器中成流化状态。聚合物经挤出机挤入流化床，高分子材料在流化床上发生裂解反应，产生的气体和载气经分离、冷凝分离等过程，可得到裂解产物，其中部分裂解气作燃料而在裂解器中循环使用。流化床裂解器具有加热快、效率高、裂解温度均匀、体系封闭等优点。裂解反应最好在惰性载气下进行，若以空气为载气，产物易氧化，所得到的油的热能量要低10%。

3.挤出裂解设备

挤出裂解设备是由两台挤出机串联而成，第一台挤出机设有排气孔。废旧聚合物材料在第一台挤出机上进行低温裂解，主要目的是除去废料中产生的HCI；裂解中间产物再进入第两台挤出机，进行高温裂解，使聚合物变成低分子化合物或油或气体，经分离加以利用HCI。裂解反应可连续进行，其裂解可有机械降解和热降解。除此之外，新的设备还在研究和开发中。

三、聚合物材料化学循环的发展前景与展望

高分子材料的化学循环还处在幼期，其研究和发展仍需积极的努力，许多技术问题有待于解决，其前景是光明的。展望未来，化学循环的发展将集中在以下几方面：（1）裂解过程的跟踪，解决裂解机理问题；（2）改善现有的化学循环技术，创经济效益；（3）设计和优化裂解设备；（4）开发新的化学循环技术。进入本世纪以来，环境间题已成为世界共同关心的问题。聚合物材料的再循环不仅节省了资源，而且缓和或解决了环境的污染问题。化学循环是聚合物材料再循环的重要方面，将会成为一种新型的化学工业。

高分子材料展望范文第5篇

关键词：导电聚合物，聚噻吩，聚苯胺，聚吡咯，对比

 

1、引 言

1977白川英树等人发现了碘掺杂的聚乙炔具有很高的导电性，比一般的有机高分子材料高约13个数量级。这一惊人发现，彻底改变了人们以往的观念-—有机高分子是绝缘体。导电聚合物大多都有一个较长的π共轭主链，因此又称为共轭聚合物。论文大全。共轭分子中，σ键是定域键，构成分子骨架；而垂直于分子平面的p轨道组合成离域π键，所有π电子在整个分子骨架内运动。离域π键的形成，增大了π电子活动范围，使体系能级降低、能级间隔变小，增加物质的导电性能。交替的单键、双键共轭结构是导电高分子材料的共同特征，若进行掺杂可使其电导率增加若干数量级，接近于金属电导率，这为导电高分子进入市场提供了强劲的力量。

2.三种导电高分子的对比

本文导电高分子材料研究主要是聚噻吩，聚苯胺，聚吡咯这三种聚合物，其中只有聚苯胺初步形成了工业化规模，由此可见他们之间存在一定程度的差异，接下来将从以下四个方面对三种物质的性质进行对比:

2.1优缺点比较：

聚吡咯具有质量轻，电导率高，易于制备与掺杂，空气稳定性好，合成方便，电化学可逆性强等优点，但价格及工艺流程比较昂贵，因此还没有大规模推广；聚苯胺以其良好的热稳定性,化学稳定性,电化学可逆性,优良的电磁微波吸收性能,潜在的溶液和熔融加工性能,原料易得,合成方法简便,还有独特的掺杂现象等特性,成为现在研究进展最快的导电高分子材料之一;聚噻吩作为高分子材料的一种,具有极其小的尺寸、丰富潜在的功能, 导电能力，可以在酸性体系中聚合，生成粉末状不溶物或者液态的聚合物但是由于导电高分子聚吡咯聚噻吩聚苯胺链的强刚性和链间的强的相互作用使得它们的溶解性极差,相应的可加工性也差,限制了它们在技术上的广泛应用。

2.2导电机理的对比

聚吡咯和聚噻吩的导电机理可以类比于石墨。石墨是稠合苯环组成的平面网。苯环中碳碳之间的π电子能够强烈离域，故由苯环稠合而成的平面网构成了一个无限大的π电子轨道体系。π电子可以在整个网的π大体系中离域，在共轭聚合物中，π电子数与分子构造密切相关。电子离域的难易程度取决于共轭链中π电子活化能的关系。理论与实践表明，共轭聚合物的分子链越长，π电子数越多，则电子活化能越低，亦即电子越易离域，则其导电性越好。聚吡咯和聚噻吩中具有碳碳单键和碳碳双键交替排列成的共轭结构，双键是有σ电子和π电子构成的，σ电子被固定住，无法移动，在碳原子间形成共价键，共轭双键中的2个电子并没有定域在某个碳原子上，它们可以从一个碳碳键转位到另一个碳碳键上，即具有在整个分子链上延伸的倾向，也就是说分子内的π电子云的重叠产生了为整个分子所有的能带。从这个意义上讲，π电子类似于金属导体中的自由电子，当加上电场时，组成π键的电子可以快速地沿着分子链移动，所以，PPY和PTh可以导电的。但是不经掺杂的聚吡咯和聚噻吩只是半导体。

聚苯胺可看作是苯二胺与醌二亚胺的共聚物,y值用于表征聚苯胺的氧化还原程度,(1-y)值代表了聚苯胺的氧化状态。不同的y值对应于不同的结构、组分及电导率。完全还原型(y=1)和完全氧化型(y=0)都为绝缘体。聚苯胺与强氧化剂，例如碘，反应得到全氧化态的全苯胺黑，此时y=1，也无法起到导电作用；和苯肼反应可以得到全还原态的褪色翠绿亚胺，此时y=0，无法导电;只有当聚苯胺聚合物结构处于翠绿亚胺态并且经过掺杂而成翠绿亚胺盐时才能导电。在0<y<1的任一状态都能通过质子酸掺杂,从绝缘体变为导体。当y=0.5时,称为“部分氧化式聚苯胺”，其电导率最大。部分氧化式聚苯胺通过质子酸掺杂后,其电导率可达10-100S/cm。当用质子酸进行掺杂时,质子化优先发生在分子链的亚胺氮原子上,质子酸HA发生离解,生成的氢质子(H+)转移至聚苯胺分子链上,使分子链中亚胺上的氮原子发生质子化反应,生成荷电元激发态极化子。因此,本征态的聚苯胺经质子酸掺杂后分子内的醌环消失,电子云重新分布,氮原子上的正电荷离域到大共轭键中,而使聚苯胺呈现出高的导电性。

2.3掺杂类型的对比

聚噻吩主要是P型掺杂，P型掺杂剂对聚噻吩电子体系发生氧化作用，使得聚噻吩能隙之间出现新的能级，并随掺杂程度不同而变化，这些能级以其变化决定聚合物导电和致光性质，但与P型掺杂剂具体是哪一种无关，P型掺杂剂的作用实质都是吸电子。与聚吡咯与聚苯胺相比，聚噻吩具有较窄的禁带宽度和较高的氧化掺杂电位，这就使得中性态聚噻吩不仅不可被氧化而P型掺杂，也可以被还原N_P型掺杂，较高的氧化掺杂电位使其氧化电位的导电态不如导电聚吡咯稳定，但这可以使得聚噻吩的中性态比较稳定，使其中性态的半导体光电特性得到广泛应用。论文大全。

不同于聚噻吩和聚苯胺，聚吡咯具有可以再掺杂的性质，这个性质为制备掺杂聚苯胺提供了另一种途径。有些不能直接在合成聚吡咯的时候掺杂聚苯胺的质子酸就可以通过再掺杂方法掺杂聚吡咯。不过用再掺杂的方法制备的导电聚吡咯一般电导率不高，这可能是因为质子酸难以渗入聚合物的分子链中去进行掺杂的缘故。除此之外，聚吡咯还具有二次掺杂的现象。论文大全。有机酸掺杂过的聚吡咯用间甲酚作为溶剂比。

聚苯胺是一种P型半导体，其分子主链上含有大量的共轭电子，尤其是用质子酸掺杂后形成了空穴载流子，当受强光照射时，聚苯胺价带中的电子将受激发至导带，出现附加的电子一空穴对，即本征光电导，同时激发带中的杂质能级上的电子或空穴而改变其电导率，因此具有显著的光电转换效应。其次与聚吡咯与聚噻吩不同，聚苯胺在酸性介质中合成的同时可能被掺杂。盐酸掺杂虽然可使聚苯胺获得较高的导电率，但由于HCl易挥发，容易发生去掺杂；而用硫酸、高氯酸等非挥发性的质子酸掺杂时，在真空干燥下它们会残留在聚苯胺的表面，影响产品的质量。

2.4价格对比

噻吩：99.9% 33500元每吨，吡咯 纯度99.8% 300元/KG。苯胺纯度99% 12000元每吨（大致价格）

从价格上来看，很明显，苯胺价格比较低，这可能是聚苯胺已经产业化而聚吡咯和聚噻吩还没有的原因之一。

参考文献

[1]汤琪;共聚态聚苯胺的合成及其性能研究[D];重庆大学;2002年

[2] 赵金玲;聚吡咯（聚苯胺）/蒙脱土导电复合材料的制备与性能研究[D];河北工业大学;2002年

[3] 江波,梁子材,王跃川,李炯;功能高分子材料的发展现状与展望[J];石油化工动态;1998年02期