功能高分子材料的应用综述

功能高分子材料的应用***广西科技大学生化学院，广西柳州545006【摘要】新型功能高分子材料已广泛应用于许多领域，本文介绍了功能高分子材料在化学、光、电、生物医用等方面的应用；介绍了几种新型功能高分子材料的研究进展，并论述了发展功能高分子材料对促进现代化发展的重要意义，对初步了解认识功能高分子材料的应用具有一定的指导意义。【关键词】功能材料；高分子；应用材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类文明的重要里程碑，如今有人将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱。进入本世纪8O年代以来。一场与之相适应的“新材料革命”蓬勃兴起。功能材料是新材料发展的方向。而功能高分子材料占有举足轻重的地位，由于其原料丰富、种类繁多，发展十分迅速，已成为新技术革命必不可少的关键材料[1]。1功能高分子材料功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料[2]。功能高分子材料的研究现状在原来高分子材料的基础上，可将功能高分子材料分为两类：一类是以改进其性能为目的的高功能高分子材料；另一类是为赋予其某种新功能的新型功能高分子材料。2高功能高分子材料2．1化学功能高分子材料通常具有某种化学反应功能。它将具有化学活性的基团连接到以原有主链为骨架的高分子上。离子交换树脂是材料一种带有可交换离子的活性基团、具有三维网状结构、不溶的交联聚合物。在水中具有足够大的凝胶孔或大孔结构。由于它具有高效快速分析和分离功能，目前已广泛用于硬水软化、废水净化、高纯水制备、海水淡化、溶液浓缩和净化、海水提铀，特别是在食品工业、制药行业、治理污染和催化剂中应用的更为广泛。2．2光功能高分子材料在光的作用下，实现对光的传输、吸收、贮存、转换的高分子材料即为光功能高分子材料。近年来，在数据传输、能量转换和降低电阻率等方面的应用增长迅速，感光性树脂由感光基团或光敏剂吸收光的能量后，迅速改变分子内或分子间的化学结构，引起物理和化学变化。光致变色高分子具有光色基团。不同波长的光对其照射时会呈现不同的颜色，而当其受到特定波长照射后又会恢复为原来的颜色，利用这种可逆反应可以实现信息的存储、信号的显示和材料的隐蔽，应用前景十分诱人。2.3电磁功能高分子材料电磁功能高分子材料主要包括：导电性材料、高分子磁性体、光电导材料、压电材料、热电材料和磁记录材料等。导电性高分子材料按材料的结构和组成，可将导电高分子分为两大类：一类是依靠高分子结构本身所能提供的载流子导电的结构型导电高分子，在电致显色、微波吸收抗静电、等领域显示出广阔的应用前景。另一类是高分子材料本身不具有导电性能，依靠添加在其中的炭黑或金属粉导电的复合型导电高分子，具有制备方便，实用性强的特点，在许多领域发挥着重要的作用，常用作导电橡胶电磁波屏蔽材料和抗静电材料。2.4生物医用高分子材料生物医用高分子材料按性质可分为非降解和可生物降解两大类。非生物降解的生物医用高分子包括．聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等，其在生理环境中能长期保持稳定，不发生降解、交联或物理磨损等，并具有良好的力学性能，其应用很广。可生物降解的生物医用高分子材料则包括胶原、脂肪族聚酯、聚氨基酸、聚己内酯等，这些材料能在生理环境中发生结构性破坏，并且降解产物能通过正常的新陈代谢被基体吸收或排出体外[3]。生物医用高分子按用途可分医用高分子和药用高分子两大类。医用高分子材料材料科学应用于生物医疗的交叉学科，将加工后的无生命的材料用来取代或恢复某些组织器官的功能；医用高分子材料作用于人体必须具备生物相容性、化学稳定性、耐腐蚀老化、易于加工等优点，主要用于人工器官、治疗疾患、诊断检查等医疗领域中。目前，医用功能高分子材料在心血管的植入、局部整形和眼睛系统的矫正等方面获得了较大成果新型高分子药物，具有缓释、长效、低毒的特点，一方面达到将最小的剂量在作用于特定部位产生治效的目的；另一方面使药物的释放速率可控，在提高疗效的同时降低了毒副作用[4]。2.5功能高分子材料在国防中的应用高技术现代化战争大大提高了武器的对抗性，未来的智能武器、隐形武器、电子战争武器、光学武器等诸多先进武器装备的设防，使功能性材料在军用领域得到了重用。纵观国外军工实力强大国家的高新技术计划中涉及航空、航天、兵器、电子等类别的先进技术，都会涉及到先进制造技术和信息技术的功能性材料的研究开发，并提出将这些技术成功转化为工程应用的要求[5]。3新型功能高分子材料3．1高吸水性高分子材料近年来开发的高吸水性树脂是一种新型功能高分子材料，它可吸收自身重量数百倍至上千倍的水，自身含有强亲水性基团同时具有一定交联度。此外，高吸水性树脂的保水性能极好，即使受压也不会渗水，而且具有吸收氨等臭气的功能。高吸水性树脂在石油、化工、轻工、建筑等部门被用作堵水剂、脱水剂、增粘剂、密封材料等；在农业上可以做土壤改良剂、保水剂、植物无土栽培材料、种子覆盖材料，并可用以改造沙漠，防止土壤流失等；在日常生活中，高吸水性树脂可用作吸水性抹布、餐巾、鞋垫、一次性尿布等。3．2．CO2功能高分子材料在不同催化剂作用下，以CO2为基本原料与其他化合物缩聚成多种共聚物。其中研究较多、已取得实质性进展、并具有应用价值和开发前景的共聚物是由CO2与环氧化合物通过开键、开环、缩聚制得的C02共聚物脂肪族碳酸酯。把长期以来因石化能源燃烧和代谢而排放的污染环境、产生温室效应的CO2视为一种新的资源。利用它与其他化合物共聚,合成新型CO2共聚物材料,对解决当今世界日趋严重的CO2含量增高等问题有重要的现实意义[6]。3．3形状记忆功能高分子材料形状记忆功能材料的特点是形状记忆性。它是一种能循环多次的可逆变化，即具有特定形状的聚合物受到外力作用，发生变形并被保持下来；一旦给予适当的条件(力、热、光、电磁)，就会恢复到原始状态。根据不同的触发材料记忆功能的条件，可将其分为电致型、光致型、热致型和酸碱感应型。形状记忆高分子材料是高分子功能材料研究新分支，在电子、印刷、纺织、包装和汽车工业中具有良好的发展前景。3．4生态可降解高分子材料随着人类对环境的重视，材料的可降解性成为新的性能指标。因此生态可降解高分子材料受到广泛重视，目前我国生态可降解性高分子材料的发展还处于复制和仿制国外产品的初级阶段。国外产品占据主要市场高分子的降解主要是各种生物酶的水解。其中聚乳酸类高分子是已开发应用于生命科学新型生物可降解材料，尽管已形成了多个品种，但目前应用的生物可降解材料在生物相容性、理化性能、控制其降解速率和缓释性等方面仍存在较多问题，有待进一步研究[7]。3.5分子印迹技术分子印迹是Wulff等人在1972年最早提出的新技术，它模拟了抗体�抗原相互作用原理。其基本原理是：在印迹分子的存在下，带有特殊官能团的单体与大量的基质单体进行模板聚合。聚合过程中，单体分子上的特殊官能团会根据与印迹分子相互作用的需要调整并形成特定的空间构象。聚合结束后通过洗脱等方法除去聚合物上结合的印迹分子，聚合物中就形成了与印迹分子空间匹配的具有多重作用位点的空穴。这样的印迹聚合物对印迹分子及其他与印迹分子结构相似的物质具有高特异性的结合能力。开发功能高分子材料的重要意义功能高分子材料其独特的功能和不可替代的特性已带来各个领域技术进步，甚至质的飞跃，且在各行业已产生相当高的经济和社会效益，并导致许多新产品的出现，给人们的生活带来了极大的方便，让很多以前技术上做不出来的产品，现在成为了可能。功能高分子材料也逐渐成为一个国家在高尖领域技术竞争的制高点，如我国歼-20隐形战机就大量使用了功能高分子材料，特别是战机表面使用的吸收电磁波、声波等起到隐形作用所使用的材料就是功能高分子材料。随着人们对有机高分子材料研究的逐步深人和加强，功能高分子材料的方向包括两方面：一方面，改进通用有机高分子材料，在不断提高它们的使用性能的同时，扩大其应用范围。另一方面，与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强。因此，功能高分子材料是未来材料科学与工程技术领域的重要发展方向，必将影响人类的生产和生活产。目前我国在功能高分子材料技术上还是落后于国外，为此我们必须加大在这方面的人才、资金、政策的投入，特别是从事高分子材料研究的我们，更应该加大精力的投入，为我国的功能高分子材料向更高领域发展而努力。【参考文献】[1]张恒翔，蔡建，邱莎莎．功能高分子材料在军用包装中的应用[J]．包装工程201l,(23)：60—62．[2]李家瑞，景特.功能高分子材料.科技天地[M].59[3]李家瑞，景特.功能高分子材料.科技天地[J]，2011(11)[4]杨晓红，王海英．新型有机高分子材料发展[J]．科技资讯，2009，(4)：7．[5]张恒翔，蔡建，邱莎莎.功能高分子材料在军用包装中的应用[J].包装工程,2011.12[6]齐菲.功能高分子材料的应用现状及研究进展[J].科技向导，2012.14.[7]王正伟，刘吉平，王君等．新型功能高分子材料研究[J]．现代化工，2007，(2)