壹、功能高分子材料的分類
功能高分子材料既有傳統高分子材料的性能,又有特殊改性基團帶來的特性。根據其功能特點,可分為反應性、光學、電學、生物醫學、環境降解、形狀記憶、吸附分離、液晶、導熱等功能。根據它們的結構,可以分為三種類型:主鏈型、側鏈型和鍵合型。
1.反應功能高分子材料
反應型功能高分子材料主要包括高分子催化劑和高分子試劑,通過在高分子鏈上接枝反應中心或催化中心,達到使小分子試劑或催化劑大分子化的目的。
2.光學功能高分子材料
光學功能高分子材料具有吸收、存儲和轉換光的能力,主要包括光敏塗料、熒光劑、光轉換材料、光致變色材料和光導材料。
3.電功能聚合物材料
電功能高分子材料主要依靠自身的導電載體導電,或者通過添加碳黑、金屬粉末、箔片等。,主要包括聚乙炔、線性聚苯乙烯和各種導電塑料、橡膠、塗料和薄膜。
4.生物醫學功能高分子材料
生物醫用功能高分子材料主要用於疾病的診斷和治療,也可作為生物組織和器官的替代物或輔助材料,主要用於人工器官、藥物釋放、生物組織工程等領域。
5.環境降解功能高分子材料
環境降解功能高分子材料是指可通過壹定手段降解的高分子材料,主要包括光降解和生物降解,廣泛應用於生物工程和醫用降解高分子材料等學科。
6.形狀記憶功能高分子材料
具有形狀記憶功能的高分子材料是指能夠通過改變外界條件(溫度、pH值、電場力等)恢復其原有形狀的材料。)後改變和固定其形狀,主要包括熱感應、感應、光感應和化學感應類型,廣泛應用於包裝、建築等行業。
7.具有吸附和分離功能的高分子材料
具有吸附分離功能的高分子材料是具有吸附功能的高分子材料,主要包括離子交換樹脂和吸附樹脂。
8.液晶功能高分子材料
液晶功能高分子材料主要來源於纖維基體和樹脂基體的宏觀復合。液晶高分子材料強度高、熱膨脹系數小、電光性能好,主要用於制作液晶顯示器和復合材料,廣泛應用於電子工業。
9.具有導熱功能的高分子材料
導熱高分子材料是指導熱性好的高分子材料,主要包括高導熱絕緣膠。
二、功能高分子材料的應用
功能高分子材料因其具有多種功能而廣泛應用於生產和生活中。因此,近年來功能高分子材料逐漸向多功能方向發展,電磁材料、導電材料、光熱材料等相繼出現。
反應型功能高分子材料主要用於化學合成和化學反應,其特點是高反應性、高選擇性和專壹性。光學功能高分子材料只具有交聯光和分解光的功能,在物理和化學作用下會表現出與光相同的特性,如光穩定劑、光敏塗料、熒光劑、光轉換材料、光致變色材料和光導材料等,主要應用於光纖、太陽能、集成電路和光伏電池,在電子工業和太陽能的開發利用中得到了廣泛的應用。電功能高分子材料廣泛用於生產特殊用途的電池,如電子器件和敏感器件。生物醫用功能高分子材料可以在生物體內生理系統疾病的診斷和治療中發揮作用,有效促進生物功能的恢復,不僅可以使局部組織和器官再生,還可以減輕疼痛,延長患者的生命,提高患者的生活質量。
近年來,高分子材料的發展非常迅速,應用日益廣泛,但在自然環境中很難分解,產生了很多白色汙染。因此,開發可降解高分子材料已成為必然趨勢。環境降解功能高分子材料在食品包裝盒和醫藥領域具有巨大的應用潛力。具有形狀記憶功能的高分子材料具有質量小、變形大、易成型等優點,應用於醫療、包裝、建築等領域。以離子交換樹脂為代表,是化學工程和環境工程中常用的吸附分離材料。高吸水性樹脂還能吸收大量水分,可用作農業、園林和苗木移植的保水劑。得益於電器行業的快速發展,液晶功能高分子材料近年來發展迅速,遠超通訊行業、工業、交通行業。主要用於制作光纜結構件、機械手、復合材料、功能件、泵/閥組件、連接器、繼電器、模壓印刷電路板等。,極大地推動了液晶功能高分子材料等高新技術的發展。具有導熱功能的高分子材料應用廣泛,涉及航空航天、日用化工等領域。
在生物醫學中,功能高分子材料(如反應性、生物醫用和環境可降解的功能高分子材料)應用廣泛,包括人工器官、藥物釋放、生物組織工程等領域。生物相容性好的功能高分子材料在器官移植領域有突出貢獻,如我國自主研發的高分子材料髖關節,排異反應小,相容性好,患者受益顯著。醫用塑料在生物醫藥中較為常見,作為醫療器械中的原料占15%以上。
在化工生產中,有機活性材料如離子交換樹脂、大孔吸附樹脂等具有特殊功能的高分子材料長期以來被廣泛使用。聚合酶將常用的高溫低壓反應轉變為常溫低壓反應,給我國化學工業的發展帶來了質的飛躍。高效聚合物分離膜為化工制造奠定了良好的基礎。功能高分子材料還可以通過制備相關傳感器件來優化工業自動化控制,表明化工領域是功能高分子材料充分應用的重要場所之壹。
在電子工業領域,功能高分子材料在集成電路和有機電子器件的制造中具有應用。比如光刻膠和光致抗蝕劑可以用於集成電路的制造,隨著社會的發展,對其性能提出了更高的要求。其中光敏樹脂可以起到很好的抗腐蝕作用,化學蝕刻對去除和保留半導體氧化層有效。
在信息領域,信息存儲介質可以由液晶聚合物制成。目前研究的主要內容是用熱熔側鍵液晶聚合物制作信息存儲介質。與光盤存儲相比,可靠性高,質地堅硬,可作為重要數據的長期存儲方式。同時,高分子液晶也廣泛應用於電子行業。
三、功能高分子材料的發展前景
隨著社會的發展和科技的進步,功能高分子材料的研究正在不斷深入。國內外對新型有機功能高分子材料進行了深入的開發和研究,不僅給人們的生活帶來了便利,也促進了社會的發展。目前,我國對高分子材料的研究內容主要體現在材料的安全性、與組織和血液的相容性、生物性能以及力學、機械和物理性能的提高等方面。功能高分子材料並不局限於此,而是朝著綠色、智能、多功能、高性能的方向發展。
(1)功能高分子材料的綠色化。高分子材料由於自身的特點,難以被自然降解,導致汙染日益嚴重,這也嚴重制約了高分子材料的發展。功能高分子材料的綠色化可以通過自然或其他方式降解,有助於社會的和諧發展,保護青山綠水,建設環境友好型社會。
(2)功能高分子材料的智能化。21世紀是信息和智能的世紀,智能已成為熱門的研究課題。利用功能高分子材料存儲、傳輸和處理信息的功能,是功能高分子材料的壹個重要研究方向。壹旦取得突破,將帶來高分子智能材料、人工智能等領域的跨越式發展。
(3)多功能功能高分子材料。功能高分子材料增強了高分子材料原有的功能,實現更多的應用是多功能的目的,這也有利於拓寬功能高分子材料的發展空間。隨著科學技術的發展,將會開發出具有多種功能的高分子材料。
(4)功能高分子材料的高性能。功能高分子材料的特點是理化性能,增強理化性能是功能高分子材料的重要發展方向之壹。如耐腐蝕、耐高溫、耐老化的研究,在航空航天、電子工業、汽車運輸、家用電器等領域都有重要意義。
除了以上四個方面,還有學者在傳統材料應用的基礎上,開發了具有特殊功能的高分子材料,如具有隱身功能的高分子材料、具有生物相容性的高分子材料等,不僅具有科學意義,還具有戰略意義。壹些學者開發了智能高分子水凝膠,廣泛應用於傳感器、驅動器、藥物載體和生物催化等領域。
四。結論
功能高分子材料種類繁多,應用廣泛,前景廣闊。隨著社會的不斷發展,功能高分子材料不斷進步,應用領域也從材料領域擴展到化工、電子、航空航天、交通運輸、醫學、信息等領域。功能高分子材料的優異性能可以帶來各個領域的技術進步,甚至實現質的飛躍,在各個行業產生巨大的經濟效益和社會效益,推動新產品走向市場。功能高分子材料的發展將推動我國科技的發展,在激烈的競爭中為我國科技帶來新的發展機遇。我國對功能高分子材料的研究起步較晚,但隨著綜合國力的提高和科技的進步,在該領域取得了不少成果。但我們不能固步自封,要改進和完善各種高分子材料,加大投入,促進我國各領域的穩定持續發展。功能高分子科學的發展是必然的。我們應順應形勢,認識到發展的必然性,適應客觀需要,並在此基礎上進行科學規劃,推動我國功能高分子材料的發展。