新型功能高分子材料（共9篇）
新型功能高分子材料 篇1
酶催化聚合是一种新型的合成方法,可以通过开环反应、缩聚反应和酯交换等合成各类功能高分子[1,2,3]。特别是将酶催化与原子转移自由基聚合法结合,获得多种形态的功能高分子微球。随着填充床反应器和微反应器的发展[4],酶催化反应的连续生产已经成为可能,这将从根本上解决间歇式生产效率低,高生产成本等问题[5,6].因此,酶催化合成具有广阔的发展前景。
1 酶催化合成方法
酶催化合成可以采用具有不同官能团的引发剂(如醇类或者芳香树脂),进行催化开环聚合,合成具有不同端基的功能高分子,如羟基、羧基等,这些基团的引入可改变聚合物的亲水性和生物降解性,拓宽了聚合物的应用领域[7]。
1.1 不同反应时间合成不同端基的高分子
以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)作为引发剂,固定化脂肪酶Novozym-435为催化剂,内酯如ε-己内酯(CL)和ω-十五内酯(PDL)可进行开环聚合反应[8],不同的反应时间,将得到不同端基的聚合物。将实验设计为3个反应时间段,分别为24h、48h和72h,如图1所示,其中,R基团可为H或甲基丙烯酸酯基团,PDL(m=11),CL(m=2)聚合物分子量取决于单体与引发剂的摩尔比率。CL的开环聚合可以由HEA或HEMA引发,聚合所得的材料可以进一步用于接枝共聚。
1.2 不同引发剂合成遥爪聚合物
12-内酯(DDL)在脂肪酶lipase-B的催化下,同时加入引发剂乙烯基丙烯酸甲酯,可制备甲基丙烯酸酯型聚酯大分子单体。当使用癸二酸二乙烯酯作为引发剂时,则可以聚合生成两端带有羧酸基团的遥爪型聚酯[9](反应图略)。
Magnus Eriksson 等以2-羟乙基甲基丙烯酸乙酯(HEMA),乙二醇,己二酸二乙烯酯为反应单体,固定化脂肪酶Lipase B为催化剂,在60℃下进行“一锅法”减压聚合反应(72mbar)[10],反应24h,单体转化率可达95%,所得产物中以丙烯酸甲酯为端基的占90%。
2 酶催化法直接缩合反应
2.1 酶催化法合成高聚物
以固定化酶Novozyme-435为催化剂,在液-固混合体系中1,4-丁二醇与丁二酸缩聚经酶催化合成聚丁二酸丁二酯(PBS)[11],得到最佳反应条件为:丁二酸与1,4-丁二醇的物质的量的比为17∶23,Novozyme-435用量为底物总质量的7%,聚合温度为65℃(反应方程略)。以底物总质量200%的二苯醚为反应介质,真空条件下聚合48 h,PBS的最大Mw可达到50800(Mw/Mn=1.36)。实验表明,影响PBS聚合效果的最主要因素是丁二酸在反应介质中的溶解程度和副产物水的去除程度。
2.2 酶催化法合成齐聚物
2.2.1 二元酸酯与二元醇反应
采用酶催化法,在无机和有机溶剂中,以脂肪酶Novozyme-435为催化剂,丁二酸二乙酯和l,4-丁二醇(1,4-BDO)为单体,制备聚丁二酸丁二醇酯(PBS)[12],Mw分别达到2009和5295,如图2所示。研究结果表明:80℃时脂肪酶表现出最好的催化活性;70℃时所合成PBS的Mw/Mn最佳,并且Mw随反应时间的增加而增加;同时得到高Mw和低Mw/Mn的良溶剂是二苯醚;水含量、反应物浓度和酶浓度分别是影响Mw,Mw/Mn和产率的主要因素。
2.2.2 羟基羧酸聚合反应
Rajesh Mathur等[13]采用酶催化聚合方法,以2-氨基-4-甲硫基丁酸即L-蛋氨酸(Met)和2-羟基-4-甲硫基丁酸(HMB)为单体合成低分子量的齐聚物,实验结果表明,HMB处于Met 和HMB共聚物链的末端。
Matsumura等[14]采用不同碳链的羟基酸为研究对象,如12-羟基十八酸、12-羟基十二酸、12-羟基-cis-9-十八烯酸和16-羟基十六酸,以脂肪酶CC(Candida Cylindracea)催化剂,研究表明,十二羟基酸在异辛烷中,温度为35℃下反应72h,得到了分子量1260的聚羟基酸酯齐聚物,转化率高达99%。
3酶催化聚合与原子转移自由基聚合(ATRP)相结合的方法
酶是一种生物催化剂,与传统的化学金属有机催化剂相比具有环境友好、反应条件温和、反应效率高、作用底物专一和资源可再生等优点。大分子单体可以通过活性聚合的方法制备,如活性自由基聚合[15,16,17]。将这两种方法结合可以获得多种功能高分子嵌段物。
3.1 AB型嵌段功能高分子的合成
沙柯等[18,19]利用酶催化和ATRP方法将2,2,2-三氯-10-羟基癸酸(HD)和苯乙烯合成了AB型嵌段共聚物 PHD-b-PSt,产物可在水溶液中自组装形成纳米胶束。产物通过红外等表征手段证明了嵌段共聚物的存在,该共聚物具有微相分离结构,是由部分结晶的PHD引起。
聚己内酯(PCL)与聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)[20,21]首先通过酶催化开环聚合,生成端基为三氯取代基的PCL形成的大分子引发剂,再进行原子转移自由基聚合,就可得到一种新型嵌段块的碳氢化合物组成的共聚物(PCL-b-PGMA),动力学分析可得该聚合反应是可控的,该聚合物可在水溶液中自组装形成纳米胶束(聚合过程图略)。
3.2 ABA型功能高分子的合成
采用固定化酶Novozym-435催化1,10-癸二酸与l,10-癸二醇酶可得到端基为羟基的聚酯(PSD),再用α-溴代丙酰溴将聚酯的端羟基官能化形成双官能度引发剂,在CuCl/bpy体系中,与苯乙烯进行ATRP反应便得到三嵌段共聚物:聚(苯乙烯)-聚(1,10-癸二酸/1,10-癸二醇酯)-聚(苯乙烯)(PSt-b-PSD-b-PSt)[22]
3.3 A2BA2型功能高分子的合成
采用酶催化剂Novozym-435,乙二醇引发己内酯(ε-CL)酶促开环聚合,再用三乙胺作催化剂,将PCL端羟基与2,2-二氯代乙酰氯反应,生成四官能度大分子引发剂,引发甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)的ATRP聚合,合成了H型三嵌段共聚物(PGMA)2-b-PCL-b-(PGMA)undefined。嵌段共聚物的结构通过核磁共振和凝胶渗透色谱(GPC)得到了确证,其分子量分布为1.32,分子量为32000。此嵌段共聚物分子量可控,多分散度低,具有良好的生物相容性,在药物传输、生物酶固定和生物医学材料等方面具有一定的应用价值,如图3。
3.4 ABCBA型功能高分子的合成
采用脂肪酶促开环聚合(eROP)和ATRP,可以合成对称线性CBABC型三元共聚物,该共聚物由聚(环氧乙烷)(PEO)、聚己内酯(PCL)和聚苯乙烯(PSt)组成[24]。首先,端基为二羟基的PEO在生物酶Novozyme-435催化下首先引发的c-CL的开环反应,随后,由此产生的二羟基终止共聚物 PCL-b-PEO-b-PCL 转化为以溴结束并与之形成了α-溴丙酰溴酯化嵌段大分子,再加入苯乙烯,进行ATRP反应获得共聚物PSt-b-PCL-b-PEO-b-PCL-b-PSt,动力学分析表明它是一种有活性的可控自由基聚合。A-B-C-B-A型共聚物的自组装在水介质中进行,可形成球形胶束、棒状胶束、囊泡和片层。
3.5 具有特殊分子结构的功能高分子的合成
Y形嵌段共聚物是一种特殊的星形聚合物,由于其独特的形态和相行为已引起关注。Zhang和Li等[25,26]结合eROP与ATRP方法,将己内酯(CL)与GMA聚合得到Y型嵌段共聚物,反应中Novozym-435催化己内酯形成大分子引发剂,在进行ATRP反应,与GMA形成共聚物。经GPC测试,其分子量分布小于1.4,说明聚合反应可控性好。共聚物在水溶液中自组装,其胶束形态可为球形、片层等。
超支化脂肪族聚酯P(ε- CL)[27]的合成,首先采用Novozyme-435对BHB(2,2-双(羟甲基)丁酸)与己内酯进行ROP聚合,对含有端羟基的P(ε- CL)链进行α-溴丙酰溴处理,就可获得超支双官能大分子(如可用于St的ATRP聚合)。以CuCl/HMTETA为ATRP合成体系中的催化剂,也获得超支化聚合物聚苯乙烯-b-聚(2,2-双(羟甲基)丁酸)。
梳形共聚物具有很高的分子内有序性,它有异乎寻常的固态及液态性能。刘瑞雪等[28]以ε-CL,丙烯酸乙烯脂和聚乙二醇单甲醚等为反应物,在Novozym-435的催化下,先合成丙烯酰氧基聚己内酯-b-聚乙二醇单甲醚大分子单体(MPEG-b-APCL),再以MPEG-b-APCL作为大分子单体进行原子转移自由基聚合,得到带有接枝链的梳形共聚物。
4 结语
酶催化反应往往具有高选择性、高转化率、反应条件温和、耗能低,副反应和副产物少等优点,合成的聚合物具备良好的生物可降解性。酶催化聚合反应由于酶的价格偏高、实验条件限制等原因,工业上很少采用酶催化聚合获得功能高分子。然而,最新的技术已经可以采用连续填充床反应器或者微反应器等使连续生产得以进行,生产成本将降低且产品质量更加稳定。相信不久的将来,在工业上实现酶催化连续生产制备功能高分子。
摘要：酶催化聚合是一种新型的聚合方式,它在温和的反应条件下进行,与传统聚合工业中的金属有机催化剂相比,天然的生物酶具有高效性、高选择性、绿色环保性等优点。本研究主要综述酶催化合成新型功能高分子的研究进展。
关键词：酶催化,功能高分子,聚合
新型功能高分子材料 篇2
(理工类)
课程名称:____ 功能高分子材料概论_ ___ 论文题目:__ 生物医用高分子材料的现状、研究进展 学 院: 先进材料与能源中心 ______ 学生姓名:_ 陈____俊 _______ 学
号: 2120*** ______ 完成时间: 2013 年 12月15日___ ________
摘要：了解生物医用功能高分子材料近年来的现状、发展方向及应用研究，综述国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望对未来的生物医用高分子材料的发展趋势，通过介绍医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用，以及我国近年来的研究情况和存在的问题,形成对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。
关键词：功能高分子材料；生物医用高分子材料 生物医用高分子材料的现状
生物医用高分子材料(Poly-meric biomaterials)是指在生理环境中使用的高分子材料[1],它们中有的可以全部植入体内,有的也可以部分植入体内而部分暴露在体外, 或置于体外而通过某种方式作用于体内组织。医用高分子材料需长期与人体体表、血液、体液接触, 有的甚至要求永久性植入体内[2]。因此,这类材料必须具有优良的生物体替代性(力学性能、功能性)和生物相容性[3]。生物医用高分子材料需要满足的基本条件:在化学上是不活泼的,不会因与体液或血液接触而发生变化;对周围组织不会引起炎症反应;不会产生遗传毒性和致癌;不会产生免疫毒性;长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能;具有良好的血液相容性;能经受必要的灭菌过程而不变形;易于加工成所需要的、复杂的形态[4]。医用高分子材料的特殊要求
医用高分子材料是要用在人身上的, 必须对人体组织无害, 所以对其要求十分严格, 总体上可以概括为以下四个方面: 1)生物功能性: 因各种生物材料的用途而异,如: 作为缓释药物时, 药物的缓释性能就是其生物功能性。
2)生物相容性: 可概括为材料和活体之间的相互关系, 主要包括血液相容性和组织相容性。组织相容性主要指无毒性, 无致癌性, 无热原反应, 无免疫排斥反应, 不破坏邻近组织等。血液相容性一般指不引起凝血, 不破坏红细胞, 不破坏血小板, 不改变血中蛋白, 不扰乱电解质平衡。
3)化学稳定性: 耐生物老化性或可生物降解性。对于长期植入的医用高分子材
料, 生物稳定性要好;对于暂时植入的医用高分子材料, 则要求在确定时间内降解为无毒的单体或片段.通过吸收、代谢过程排出体外。
4)生产加工性：首先, 严格控制用于合成医用高分子材料的原料纯度, 不能带入有害物质, 重金属含量不能超标；其次, 材料加工助剂必须符合医用标准；第三, 对于体内应用的高分子材料, 生产环境应当具有符合标准的洁净级别；第四, 便于消毒灭菌(紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒和酒精消毒等)。正因为对于医用高分子材料的要求严格, 相关的研发周期一般较长, 需要经过体外实验、动物实验、临床实验等不同阶段的试验, 材料市场化需要经国家药品和医疗器械检验部门的批准, 且报批程序复杂, 费用高。这也是生物材料的市场价格居高不下的一个重要原因。生物医用高分子材料的种类
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。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，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。非降解和可生物降解生物医用高分子材料在生物医学领域各具有自己独特的发展地位，然而，随着生物医学和材料科学的发展，人们对生物医用高分子材料提出了更高的要求，可生物降解生物医用高分子材料越来越得到人们的亲睐。因此，在这里主要讨论可生物降解医用高分子材料的种类。
根据来源来划分，可生物降解医用高分子材料可分为天然可生物降解和合成可生物降解两大类。生物医用高分子材料的应用
根据不同的角度、目的甚至习惯，医用高分子材料应用有不同的分类方法，尚无统一标准。主要在人造器官、人造组织、以及其它的一些高分子药剂等。4.1人造器官
（1）人工肾：四十年前荷兰医生用赛璐洛玻璃纸作为透析膜, 成功地滤除了患者血液中的毒素。目前人工肾以中空丝型最为先进, 其材质有醋酸纤维, 赛
璐洛和聚乙烯醇。其中以赛璐路居多, 占98%, 它是一种亲水性的、气体和水都能通过的材料, 同时要求有很好的选择过滤性, 病人的血液从人工肾里流过由它们所构成的中空丝膜, 就可将尿素、尿酸,Ca2+等物质通过, 并留在人工肾里继而排出, 而人体所需的营养、蛋白质却被挡住,留在血液里返回人体, 从而对血液起到过滤作用, 目前中空纤维膜已在西德的恩卡公司、日本旭化成和夕沙毛公司研究成功, 并用于工业化生产。（2）人工肺：人工肺并不是对于人体肺的完全替代，而是体外执行血液氧交换功能的一种装置，目前以膜式人工肺最为适合生理要求,它是以疏水性硅橡胶, 聚四氟乙烯等高分子材料制成。(3)人工心脏：1982年美国犹他大学医疗中心, 成功地为61岁的牙科医生克拉克换上了Jarvak一7型人工心脏, 打破了人造心脏持久的世界纪录, 美国人工心脏专家考尔夫博士指出闭,人工心脏研制成功与否取决于找到合适的弹性体, 作为人工心脏主体心泵的高分子材料,现在所用的材料主要为硅橡胶。（4）其它，如人工心脏瓣膜、心脏起搏器电极的高分子包覆层、人工血管、人工喉、人工气管、人工食管、人工膀胱等。4.2人造组织
指用于口腔科、五官科、骨科、创伤外科和整型外科等的材料，包括：(1)牙科材料：主要采用聚甲基丙烯酸甲酯系、聚砜和硅橡胶等，如蛀牙填补用树脂、假牙和人工牙根、人工齿冠材料和硅橡胶牙托软衬垫等；(2)眼科材料：这类材料特别要求具有优良的光学性质、良好的润湿性和透氧性、生物惰性和一定的力学性能，主要制品有人工角膜(PTFE、PMMA)、人工晶状体(硅油、透明质酸水溶液)、人工玻璃体、人工眼球、人工视网膜、人工泪道、隐型眼镜(PMMA、PHEMA、PVA)等；；(3)骨科材料：人工关节、人工骨、接骨材料(如骨钉)等，原材料主要有高密度聚乙烯、高模量的芳香族聚酰胺、聚乳酸、碳纤维及其复合材料；(4)肌肉与韧带材料：人工肌肉、人工韧带等，原材料有PET、PP、PTFE、碳纤维等；(5)皮肤科材料：人工皮肤，含层压型人工皮肤、甲壳素人工皮肤、胶原质人工皮肤、组织膨胀器。4.3药用高分子
(1)高分子缓释药物载体：药物的缓释是近年来人们研究的热点。目前的部分药物尤其是抗癌药物和抗心血管病类药物(如强心苷)具有极高的生物毒性而
较少有生物选择性，通常利用生物吸收性材料作为药物载体，将药物活性分子投施到人体内以扩散、渗透等方式实现缓慢释放。通过对药物医疗剂量的有效控制，能够降低药物的毒副作用，减少抗药性，提高药物的靶向输送，减少给药次数，减轻患者的痛苦，并且节省财力、人力、物力。目前存在时间控制缓释体系(如“新康泰克”等，理想情形为零级释放)、部位控制缓释体系(脉冲释放方式)。近年来研究较多的是利用聚合物的相变温度依赖性(如智能型凝胶)，在病人发烧时按需释放药物，还有利用敏感性化学物质引致聚合物相变或构象改变来释放药物的物质响应型释放体系。(2)高分子药物(带有高分子链的药物和具有药理活性的高分子)：如抗癌高分子药物(非靶向、靶向)、用于心血管疾病的高分子药物(治疗动脉硬化、抗血栓、凝血)、抗菌和抗病毒高分子药物(抗菌、抗病毒、抗支原体感染)、抗辐射高分子药物、高分子止血剂等。将低分子药物与高分子链结合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一个实现高分子化的药物是青霉素(1 962年)，所用载体为聚乙烯胺，以后又有许多的抗生素、心血管药和酶抑制剂等实现了高分子化。天然药理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制剂等。生物医用高分子材料的发展方向
（1）可生物降解医用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视, 无论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料, 都将得到巨大的发展。
（2）1906 年En rililich 首次提出药物选择性地分布于病变部位以降低其对正常组织的毒副作用, 使病变组织的药物浓度增大, 从而提高药物利用率这一靶向给药的概念。此后一个世纪以来, 靶向药物的载体材料一直吸引了医药工作者的兴趣。其中高分子纳米粒子以其特有的优点是近年来国内外一个极为重要的研究热点。
（3）任何一种材料都是通过其表面与环境介质相接触的, 因此材料的开发与应用必然涉及其表面问题的研究。一般高分子材料的表面对外界响应性较弱, 但有些高分子表面的结构形态会因外界条件(如pH、温度、应力、光及电场等)的改变在极短时间内发生相应的变化, 从而造成表面性质的改变, 此乃智能高分子表面。因此设计这类智能表面将是生物医用高分子材料发展的一个重要方面。
（4）随着科学的发展,由高分子材料制成的人工脏器正在从体外使用型向内
植型发展,为满足医用功能性、生物相容性的要求,把酶和生物细胞固定在合成高分子材料上,从而制成各种脏器，将使生物医用高分子材料发展前景越来越广阔。
（5）通常,在组织工程的应用中,高分子材料支架要负载上生长因子,以促进组织在生物体内的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘连蛋白结合到支架上,可使聚合物表面能够促进对某种细胞的粘附,而排斥其它种类的细胞,即支架对细胞进行有选择的粘附。为了使生长因子和粘附因子能够结合到可降解高分子材料上,就需要对材料进行表面改性,而有时表面改性很困难, 因此，可利用与天然聚合物杂化的方法来达到上述目的, 同时由于这些材料有良好的机械性能,又可以弥补天然聚合物强度不高、稳定性差的缺点。可见，生物杂化材料在这方面的表现是相当突出的, 必将成为医用生物高分子材料发展的一个主要趋势。
6.生物医用高分子材料的研究进展
近年来, 美国、欧洲和日本对生物医用高分子材料的研究与开发突飞猛进, 从人工器官到高效缓释高分子药物都取得了很多成果和巨大效益。据美国健康工业制造者协会资料报告, 1995 年世界市场达1 200 亿美元, 美国为510 亿美元, 预计在21 世纪将成为国民经济的支柱产业。
目前, 除人脑外的大部分人体器官都可用高分子材料来制作, 有保健作用的功能高分子也在开发之中。目前植入的人工器官市场已达30 亿美元/ a,人工心脏导管市场的年增长率为10 %, 1999 年达到6 亿美元。预计药物释放系统的营业额将1993 年的50 亿美元增长到2000 年的70 亿美元。目前, 生物材料制品的总产值已达40 亿美元, 其中生物高分子及制品的产值为25 亿美元。据统计: 截至1990 年, 美国、日本和西欧等国发表的有关医用高分子的学术论文和专利已超过3 万篇。
我国生物医学高分子研究起步较晚。自20 世纪70 年代末起, 北京大学和南开大学从事这一领域的研究。“九五”期间由何炳林与卓仁禧主持的国家自然科学基金重大项目组织大批科研力量进行研究, 在此领域取得了显著成绩。1998 年“生物医学高分子”项目获教育部科技进步一等奖。例如, 冯新德等设计合成的链段化聚醚氨酯以及由铈离子引发的接枝聚合物, 具有良好的抗凝血性能；通过丙交酯与己内酯的开环共聚合反应制备了恒速降解的生物降解高分子, 可用作药物缓释材料。何炳林等根据分子识别原理设计合成的血液净化材料不仅可通
过血液灌流清除肝衰竭[5]、肾衰竭、自免疫疾病患者体内积蓄的内源性物质[6] , 而且还可以救治安眠药等药物中毒患者, 已在临床试用千余例;在医用固定化酶和高分子修饰酶研究中, 发展了若干有效的反应方法, 使生物高分子保持高活性的前提下达到较高的固载量[7]。卓仁禧等不仅设计合成了大量的始于药物控释的生物降解聚磷酸酯, 而且发展了以4-二甲氨基吡啶催化磷酸酯的缩聚反应制备高分量聚磷酸酯[8] 和用脂肪酶催化含磷杂环化合物的开环聚合方法[9] , 并研究发现聚磷酸酯的免疫活性[10]。林思聪等提出设计抗凝血材料的表面结构的“维持正常构象”假说, 并发展了聚氨酯、聚硅氧烷、聚烯烃的表面接枝反应, 合成了多种表面抗凝血性能良好的新材料[11]。这些研究成果不仅在国际上产生了重要影响, 而且对于我国生物医用高分子领域的发展奠定了基础。如1988 年在昆明召开了国际高分子生物材料讨论会, 它是继在日本召开的Biomaterial Congress的Post-symposium。此外, 在天津、桂林、武汉、昆明也召开过多次国际生物医学高分子讨论会。目前, 国内主要有十几个高校和研究机构从事生物医用高分子研究, 研究队伍不断扩大, 研究方向几乎包括生物医用高分子的各个方面。
参考文献
功能高分子材料 篇3
关键词：功能高分子材料,生物医用高分子材料
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。功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域, 是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来, 功能高分子材料的年增长率一般都在10%以上, 其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50%。所谓功能性高分子材料, 一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料, 但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括, 不一定很确切, 较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出, 这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多, 而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。功能高分子材料按照功能特性通常可分成以下几类: (1) 分离材料和化学功能材料; (2) 电磁功能高分子材料; (3) 光功能高分子材料; (4) 生物医用高分子材料。功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支, 它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。
随着时代的发展, 在医学领域中越来越迫切地需要开发出能应用于医疗的各种新型材料, 经多年的研究已发现有多种高分子化合物可以符合医用要求, 我们也把它归属于功能性高分子材料。一般归纳起来医用高分子材料应符合下列要求:
1、化学稳定性好, 在人体接触部分不能发生影响而变化;
2、组织相容性好, 在人体内不发生炎症和排异反应;
3、不会致癌变;
4、耐生物老化, 在人体内材料长期性能无变化;
5、耐煮沸, 灭菌、药液消毒等处理方法;
6、材料来源广、易于加工成型。
一、生物医用高分子材料的现状和发展趋势
生物医用高分子材料的发展经历了三个阶段, 第一阶段始于1937年, 其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料, 如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年, 其标志是医用级有机硅橡胶的出现, 随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚 (醚-氨) 酯心血管材料, 从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。该阶段的特点是在分子水平上对合成高分子的组成、配方和工艺进行优化设计, 有目的地开发所需要的高分子材料。目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料, 这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段。其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成, 在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能, 其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度在国外, 生物医用高分子材料研究已有50多年的历史, 早在1947年美国已发表了展望性论文。随后, 美国、日本、欧洲等工业发达国家不断有文章报道, 有些并已在临床上得到应用。我国研究历史较短, 上世纪70年代开始进行人工器官的研制, 并有部分器官进入临床应用。1980年成立了中国生物医疗工程学会, 并于1982年又成立了中国医学工程学会人工脏器及生物材料专业委员会, 使得生物医学器材获得进一步发展.生物医用高分子材料作为一门边缘科学, 融合了高分子化学和物理、高分子材料工艺学、药理学、病理学、解剖学和临床医学等方面的知识, 还涉及许多工程学问题。生物医用高分子材料的发展, 对于战胜危害人类的疾病, 保障人民身体健康, 探索人类生命奥秘具有重大意义。
二、生物医用高分子材料的基本要求及生物相容性
对于生物医用高分子材料来说, 除了要有医疗功能外, 还必须强调安全性, 即不仅要治病, 而且对人体健康无害。当然, 对生物医用高分子材料的要求也不是一律不变的, 可因其使用环境或功能的不同而异, 如外用医疗材料与肌体接触时间短, 要求可稍低, 而与血液直接接触, 或体内使用的材料则要求较高。
三、生物医用高分子材料的种类及发展
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。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, 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。非降解和可生物降解生物医用高分子材料在生物医学领域各具有自己独特的发展地位, 然而, 随着生物医学和材料科学的发展, 人们对生物医用高分子材料提出了更高的要求, 可生物降解生物医用高分子材料越来越得到人们的亲睐。因此, 在这里主要讨论可生物降解医用。
参考文献
[1]焦剑:《能高分子材料》, 化学工业出版社, 2007.7。
新型功能材料 篇4
摘要:本文概述了先进功能陶瓷材料的基本分类和优良性能,并对研究现状做了陈述和对未来先进功能陶瓷材料的发展做了展望.关键词: 先进功能陶瓷材料；分类；优良性能；发展概况；展望
Advanced ceramic materials
Abstract: This paper provides an overview of advanced ceramic materials the basic classification and excellent performance, and the research situation on the statement and the future of advanced ceramic materials is prospected.Key words: advanced ceramic materials;classification;excellent performance;development situation;Prospect
1.功能陶瓷材料的简要介绍
功能陶瓷材料对电、磁、光、热、化学、生物等现象或物理量有很强反应，或能使上述某些现象或量值发生相互转化的一种陶瓷材料。功能陶瓷是一类颇具灵性的材料，它们或能感知光线，或能区分气味，或能储存信息……因此，说它们多才多能一点都不过分【1-3】．它们在电、磁、声、光、热等方面具备的许多优异性能令其他材料难以企及，有的功能陶瓷材料还是一材多能呢！而这些性质的实现往往取决于其内部的电子状态或原子核结构，又称电子陶瓷。已在能源开发、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等方面有广泛应用。
超导陶瓷材料就是功能陶瓷的杰出代表。1987年美国科学家发现钇钡铜氧陶瓷在98K时具有超导性能，为超导材料的实用化开辟了道路，成为人类超导研究历程的重要里程碑【2】。压电陶瓷在力的作用下表面就会带电，反之若给它通电它就会发生机械变形。电容器陶瓷能储存大量的电能，目前全世界每年生产的陶瓷电容器达百亿支，在计算机中完成记忆功能。而敏感陶瓷的电性能随湿、热、光、力等外界条件的变化而产生敏感效应：热敏陶瓷可感知微小的湿度变化，用于测温、控温；而气敏陶瓷制成的气敏元件能对易燃、易爆、有毒、有害气体进行监测、控制、报警和空气调节；而用光敏陶瓷制成的电阻器可用作光电控制，进行自动送料、自动曝光、和自动记数。磁性陶瓷是部分重要的信息记录材料。还有半导体陶瓷、绝缘陶瓷、介电陶瓷、发光陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推进剂陶瓷、太阳能光转换陶瓷、贮能陶瓷、陶瓷固体电池、阻尼陶瓷、生物技术陶瓷、催化陶瓷、特种功能薄膜等，在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用【3】。
2.先进功能陶瓷材料的发展
先进功能陶瓷是包括具有电，礠，光，声，热，力学等不同性能极其交叉偶合效应的压电，磁电，热电，光电等能量互换的功能材料，主要分类有电子陶瓷，磁性陶瓷，敏感陶瓷，光电陶瓷，生物陶瓷，快离子导体和高温超导陶瓷材料等【4】。目前，残叶规模最大的功能陶瓷是新型元期间用的信息功能陶瓷或电子陶瓷，约占60%-80%的份额，主要包括：电介质陶瓷（电绝缘陶瓷和电容器陶瓷），铁电陶瓷，压电陶瓷，微博陶瓷，半导体敏感陶瓷和磁性陶瓷等。
3.先进功能陶瓷材料的基本分类
3.1压电陶瓷
主要是以锆钛酸铅为主，应用于超声换能器，压电谐振器，滤波器，微位移器和压电驱动器等【4-5】。近年来，作为环境友好性材料，无铅压电陶瓷的研发和应用的到普遍重视。3.2电容器陶瓷
陶瓷电容器是电子技术中使用量醉倒的电容器，其成分主要有金红石，钛酸钡等。其结构有圆片式高压陶瓷，晶界层电容器和多层陶瓷电容器【5】。3.3 装置陶瓷
主要包括用于电子技术，微电子技术和光电子技术中，起绝缘作用的高压电瓷，陶瓷理念，基片及多层陶瓷封装材料等，有滑石瓷，莫来石，刚玉磁等【6】。随着高温和低温供热陶瓷技术的快速发展，陶瓷和玻璃陶瓷基板材料的需求昨年增加。3.4微波介质陶瓷
主要为钛酸盐，锌酸盐基的陶瓷和玻璃陶瓷。是一种高频，低能耗，温度稳定型电介质材料，已经广泛应用于滤波器，移相器，微波电容等现代微波通讯的关键材料。
3.5 半导体陶瓷
主要组成有钛酸钡，钛酸镁等，主要用于热敏，电敏，光敏，气敏等敏感元件和传感器中【7】。
3.6 磁性陶瓷
是制造各种磁性与电感器件的基础材料，包括软磁铁氧体，永磁材料以及纳米微晶软磁合金等，其中主要是锰锌铁氧体，镍锌铁氧体等。3.7 压电晶体
应用于以声表面波器件为主的各类高频器件，主要有石英晶体，四硼酸锂和新型雅典单晶等【8】。另外，驰豫型贴点压电单晶陶瓷等，已经在医用超声成像方面取得突破性进展和应用。3.8功能陶瓷薄膜
随着集成铁电学的深入研究，铁电陶瓷薄膜与微电子工艺的兼容，利用其贴典型，美国已成功研制了非挥发性铁电随机存储器，并且已批量生产。微小型话和集成化的不断发展，才来与器件的融合，分立和集成器件的界限越来越模糊，这使得传统的材料分类变得困难【8-10】。
3.9其他功能陶瓷
除了上述得到广泛应用的功能陶瓷外，还有很多很有发展潜能和应用前景的陶瓷材料，例如远红外陶瓷，压电复合材料，磁电复合材料，透明导电材料，快粒子导体陶瓷，生物医用陶瓷，高温超导陶瓷以及核反应堆陶瓷等【9】。
4.先进功能陶瓷材料的应用领域
高性能先进功能陶瓷材料具有电、光、磁、半导、化学等多方面的功能特性，从而在广泛的应用领域中占有重要地位，并有广阔的开拓前景。
（1）电学、电子功能材料 该领域中有各种类型的材料，例如：绝缘材料、压电材料、半导体材料、离子传导材料等，现将典型的材料列举如下：氧化铝、钛酸钡、钛锆酸铅、氧化锌系陶瓷等。
（2）磁学功能材料 铁氧体就是在这种功能的材料，铁氧体有软质和硬质之分。在软质铁氧体中，有尖晶石型和石榴石型；在硬质铁氧体中，有磁铅酸盐型【11】。
（3）光学功能材料 透光陶瓷有氧化铝、氧化镁、氧化钇；透光压电陶瓷（光电陶瓷）已知有PLZT【12】。
（4）化学功能材料 这一领域的材料中，作为敏感元件的有：气敏元件、湿敏元件和催化剂；作为氧化物有的：氧化锡、氧化锌、复合氧化物等，应用很广。（5）热功能材料 作为红外线辐射材料的有氧化锆、氧化钛。可用作热源。（6）生物体功能材料 应用在人工牙齿、人工骨、人工关节等等。以下是几种常用的先进功能陶瓷的大概分类和应用领域：
（一）电性陶瓷——可分别归纳为几大类
1．介质材料。许多陶瓷材料具有高的介电常数，称为介质材料。按其结构与性能，可分为以下几类。
（1）绝缘陶瓷。其典型代表有al2o3、aln及beo等。al2o3陶瓷已广泛用作半导体集成电路的基片与高性能的封装材料。aln具有更高的导热系数，有利于在日益增长集成度条件下热量的散失，是继al2o3之后，下一代的基片材料。beo同样具有高的导热系数，但由于铍的毒性，而且价格昂贵，限制了它的应用。
（2）铁电陶瓷。这是一大类功能陶瓷，具有铁电性，以ba-tio3、srtio3等为代表，有宽广的应用性，其中电容性陶瓷的产量及销售额占有最大的比重。
（3）压电陶瓷。铁电陶瓷经过极化处理，在大多数情况下可使其电畴转向、排列，从而具有压电性，以钛酸钡、锆钛酸铅等为其主要代表。用它们制成的器件，在水声、电声、超声、滤波、引燃、引爆等方面，有甚为广泛的应用【13】。最近，微位移器的发展，压电陶瓷及电致伸缩陶瓷发挥了很大作用。著名的huber望远镜在外层空间的位置的微小而精确的调整，就是用这种微位移器实现的。2．半导陶瓷——不少类无机物质具有半导性，被利用为在不同环境下的敏感材料，发展成为传感器。
（1）湿敏材料、器件。
（2）温度敏感材料与器件——典型的有被广泛使用的ptc、ntc器件。
（3）气氛敏感材料与器件。
（4）变阻器（varister）——sic、zno等。吸收高电压、脉冲电流，作为避雷器等。
3．离子导体。其中以掺杂cao或y2o3的四方稳定zro2作为氧离子导体，以及β”al2o3和nasicon作为钠离子导体最有代表性。前者作为在各种环境下，包括高温窑炉、烟道气、汽车尾气和钢水中测定氧的浓度等，已发展成相应的器件，获得广泛的应用。在近年来发展中的氧化物燃料电池（sofc），氧离子导体是整个系统中构成传导氧离子的电介质部件，起到核心的作用。而钠离子导体材料则是多年来引起材料界与电化学界重视的钠-硫电池的关键材料。
（二）磁性陶瓷
1．软磁材料。以铁氧体为代表的软磁材料，人们经过多年的工作，开发了几代材料，为磁记录介质的应用与发展做出贡献。它的优点之一，是更适于在高频下使用。
2．硬磁材料。另外一大类铁氧体陶瓷构成铁磁体材料，也适用于高频，同样获得广泛的应用。
（三）光性陶瓷
陶瓷材料做到透明，从而可利用其光性，是陶瓷材料制备科学的一大进步。其关键是要在烧结致密化过程中，排除其中几乎所有的闭口气孔。否则，由于存在着许多与可见光波长相似的气孔，射入光因强烈的散射作用，不能透过，使陶瓷材料失透。
1．透明氧化铝。一般al2o3陶瓷是不透明的，利用其耐高温、高硬度、耐磨损，高强度以及电绝缘等特性。但当人们掌握了在制备al2o3陶瓷时，排除其中的全部气孔，即成为透明氧化铝。现在的水平，已可制出透过95％可见光的管子，用做高压钠蒸气灯。在灯管内，温度可达1400℃，同时钠蒸气有强烈的腐蚀作用，透明氧化铝成为理想的灯管材料，现已是一巨大的产业。
2．透明mgo、zns等。是红外及特殊的窗口材料。在工业、高温实验室及国防上均有重要应用【13】。
3．透明掺镧的锆钛酸铅（plzt）陶瓷，是一种有广泛应用价值的功能陶瓷。由于可制备得到透明的材料，在光阀、光调制、光存储、显示等领域获得应用，成为光信息处理技术中的重要材料和器件。
（四）化学陶瓷即利用其化学及电化学性能的一类材料。
1．气敏材料与器件，如zno、fe2o3、sno2等。已用于气氛检测器、漏气报警及自动换气风扇等。
2．催化剂载体及催化剂——沸石、氧化铝、尖晶石以及相应的纳米材料是很好或已获得广泛应用的催化剂载体，有些经过修饰就具有很好的催化剂功能。
3．电极材料。用于诸多的电解工业，主要是碳化物、硼化物等。
（五）热性陶瓷
主要利用陶瓷，特别是涂层材料在适当的高温下具有高效率的红外辐射特性。例如以 zro2及 tio2为基的涂层，在食品、化工、医药等许多行业中获得应用。
5.先进功能陶瓷材料的发展现状
先进功能陶瓷材料已经发展成为多晶体，单晶，薄膜，多层膜，复合材料等多种材料形态的大家族，功能效应的多样性，成分和结构的复杂性和应用的广泛性，使得先进功能陶瓷材料科学发展成为一门新兴的的交叉学科，设计固体物理，晶体化学，固体力学，电子器件与信息工程科学等多学科领域【14】，具有丰富的科学内涵，目前，先进功能陶瓷已经成为新一代电子元器件残叶的关键材料，是促进信息技术重大创新的源泉和先导，是技术创新和高科技发展十分活跃的研究领域，其地位仅次于集成电路，是当今世界竞争最激烈，发展最迅速的基础性和战略性的产业。同时也是衡量一个国家综合实力和国际竞争力的重要标志之一。先进功能陶瓷以每年15%的高速度增长，大约五年年产量增加一倍，信息功能陶瓷材料及其制品的用量逐年增加，因此先进功能陶瓷材料对电子信息产业及集成电路产业发展有着非常重要的作用【15】。
6.先进功能陶瓷材料的发展前景和展望
功能陶瓷的不断开发．对科学技术的发展起了巨大促进作用．功能陶瓷的应用领域也随之更为广泛．目前主要用于电、磁、光、声、热和化学等信息的检羽、转换、传输、处理和存储等，并已在电子信息、集成电路、计算机、能源工程、超声换能人工智能、生物工程等众多近代科技领域显示出广阔的应用前景。根据功能陶瓷组成结构的易词性和可控性，可以制备超高绝缘性、绝缘性、半导 性、导电性和超导电性陶瓷；根据能量转换和耦合特性，可以制备压电、光电、热电、磁电和铁电等陶瓷；根据其对外场条件的敏感效应，可制备热敏气敏、湿敏、压敏、磁敏和光敏等敏感陶瓷【16】。高温超导氧化物陶瓷的发现，能陶瓷的研究形成了全球性的热点，高温超导陶瓷的研究开发，为未来的技术革命带来新的曙光。本世纪90年代开始的纳米功能陶瓷的研究，表明人们已开始深入到介于宏观与原子尺度的纳米层次来研究功能陶瓷的性能与结构，以期进一步开拓功能陶新的应用领域无论从应用的广度。还是市场占有率来看，在当前及以后相当一段时间内。功能陶瓷在现代陶瓷中仍将占据主导地位。因此，功能陶瓷今后在性能方面会向着高教能、高可靠性、低损耗、多功能、超高功能以及智能化方向发展【17】。在设备技术方面向着多层、多相乃至超微细结构的调控与复合、低温活化烧结、立体布线、超细超纯、薄膜技术等方向发展，在材料及应用的主要研究方向应包括智能化敏感陶瓷及其传感器；具有高转换率、高可靠性、低损耗、大功率的压电陶瓷及其换能器；超高速大容量超导计算机用光纤陶瓷材料；多层封装立体布线用的高导热低介电常数陶瓷基板材料；量大面广、低烧、高比容、用定性的多层陶瓷电容器材料等。现代工业技术的快速提高，极大地促进了陶瓷工业的发展 陶瓷产品的应用也日益扩大，因此我们可以相信现代陶瓷必将给我们的生活带来巨大的变化，渗透到我们生活的各个方面。参考文献： 【1】 张金升张银燕编著.陶瓷材料显微结构与性能.北京:化学工业出版社2007 【2】 张玉龙, 马建平编著.实用陶瓷材料手册.北京: 化学工业出版社2006 【3】 李荣久编编著.陶瓷金属复合材料.北京: 冶金工业出版社2006
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新型本质阻燃高分子材料研究进展 篇5
关键词：本质阻燃,高分子材料,改性,研究进展
高分子材料因其性能优异、价格低廉而被广泛地应用于各类建筑和其它领域, 但是目前使用的绝大多数高聚物都是可燃的, 其极限氧指数 (LOI) 低于20%, 易发生火灾, 给环境、国民经济、人身安全等造成巨大的损失。在我国, 从2001~2012年全国重大火灾事故统计中, 因高分子材料所引起的火灾就有十几场, 例如:2000年, 由于聚氨酯保温材料的燃烧导致38人死亡, 20人受伤。因此, 如何提高高分子材料的阻燃性能, 已经成为当前一个急需解决的问题。对于现阶段, 制备阻燃高聚物的方法主要是对其添加阻燃剂, 但是这种方法存在很多的不足, 如聚合物的机械性能下降, 阻燃剂易迁移, 毒性物质易挥发等。为了克服这些缺点, 研究者们对聚合物进行化学改性, 从而得到本身就具有阻燃性能的聚合物。本文从反应型路线出发, 阐述国内外新型高聚物本征阻燃的发展现状及其前景[1,2,3]。
1 新型本质阻燃高分子材料
1.1 环氧树脂 (EP)
环氧树脂具有多方面优良的性能, 如耐腐蚀性能、力学性能、可粘结性以及优于其他热固性树脂的加工工艺性能, 因此环氧树脂以其优异的综合性能广泛应用于国民经济的各个领域, 尤其在电子电气领域, 环氧树脂已成为目前最为重要的电子化学材料之一。然而它是一种易于燃烧的材料, 其阻燃性能较差, 氧指数较低 (约19.8) , 因而环氧树脂的易燃性及离火后的持续自燃容易引发火灾的缺点限制了它的应用。所以对于提高环氧树脂阻燃性能的研究一直是国内外研究者关注的热点[4]。
Gao等[5]首先合成5, 5-二甲基-2-氧-1, 3, 2-二氧磷杂环乙烷 (DODP) , 以此为原料与对苯醌 (BQ) 反应合成DODPP, 最终合成了具有反应性能的含磷环氧树脂。通过实验检测得知:当P含量为2.5%时, 阻燃性能达到UL-94V-0等级, 极限氧指数 (LOI) 为30.2%。随着P含量的增加, LOI、成碳量、阻燃性能都随之增加。但是, 这种含P本质阻燃环氧树脂的玻璃化温度与热稳定性却有所下降。
Mercado L A等[6]采用2种不同的途径将硅元素引入到环氧树脂中。他们使用了新的反应型含硅单体, 通过硅醇反应将DGEBA接到分子链中, 获得含硅本质阻燃环氧树脂。合成出的含硅环氧树脂具有较高的极限氧指数, 当硅含量为3.3%时, 碳化率为33%, 分解温度为350℃。通过实验发现, 随着硅含量的上升, 含P环氧树脂的玻璃化温度缓慢下降, 其分解温度也随之降低, 然而碳化率却呈现出上升的趋势。
Hua等[7]首次成功的合成出BPHPPO, 并将其与环氧树脂 (EP) 反应制备出含磷阻燃环氧树脂 (BPHPPO-EP) 。通过实验得知:BPHPPO-EP本身就具有阻燃性能, 并且还能作为阻燃剂将其运用于其他商业树脂中。通过检测发现BPHP-PO-EP的防火性能比传统的四溴双酚A环氧树脂具有更好的防火性能, 而且在燃烧过程中产生更少的烟雾。
1.2 聚酯 (PET)
PET具有良好的物理性能, 如耐摩擦, 绝缘性好, 冲击强度高, 耐溶剂等优点。但是和大多数高分子材料一样, PET具有可燃性、氧指数较低等弱点, 其用途受到了一定的限制, 从而研究和制备阻燃型的PET具有重要的意义[8]。目前对其阻燃的方法主要有共聚改性型和共混添加型。虽然共混改性具有方便性、成本低等优点, 但由于阻燃剂的热稳定性和与聚酯的相容性较差等因素阻碍了其广泛应用。因此, 共聚阻燃改性已经逐渐成为最主要的阻燃改性手段。
夏延致[9]将阻燃剂与EG、TPA聚合在一起得到不同含量阻燃剂的共聚阻燃聚酯。通过利用NMR、SEM、DSC、DTA/TGA、LOI等测试方法对合成的磷系共聚型阻燃聚对苯二甲酸乙二酯 (PET) 切片的结构以及热性能、燃烧性能、成炭性能等进行研究, 结果发现共聚聚酯切片热降解温度变宽并具有良好的阻燃性能 (LOI>28) 和成炭性能。
葛欣国等[10]选用羟基苯氧膦丙烯酸 (HPPPA) 作为反应型含磷阻燃单体合成阻燃共聚酯。当聚酯中磷含量达到0.447的时候, 极限氧指数就可达32.2, 与纯PET相比, 有了很大的提高, 具备了良好的阻燃效果, 熔点降低10℃左右, 可纺性与普通PET基本相同。在考察的范围内, 限氧指数随P含量的升高而升高。
侯彩英等[11]在文中阐述了环保型共聚酯阻燃聚酯类型, 如侧链含磷共聚阻燃聚酯, 侧链含硫共聚阻燃聚酯。文中提到张强合成的共聚酯含磷单元位于大分子链的侧基, 当磷含量分别为0.35%, 0.65%时, 均表现出良好的阻燃性能, 其极限氧指数 (LOI) 分别为31.5%, 33.4%, 且具有良好的抗熔滴行为。
1.3 聚酰胺 (PA)
聚酰胺俗称尼龙, 是应用最广的工程塑料。PA具有良好的综合性能, 有一定的阻燃性, 但按美国UL标准, 为UL94V-2级, 仍为可燃物。因此, 自70年代以来, 世界各国相继开发了阻燃聚酰胺。但是目前用于防止塑料燃烧的主要方法是向其中添加卤系阻燃剂, 这类阻燃剂效果很好, 但在阻燃过程中释放大量的有毒黑烟, 剧统计, 在火灾中灼烧致死的人数仅占15%, 而85%的人是死于毒烟导致的窒息, 因此, 加快阻燃塑料的研究和发展是十分的迫切和必要。
欧育湘[12]在文中涉及到反应型磷系阻燃剂阻燃的PA, 文中是将含磷单体以共聚方法结合入PA链中, 即可赋予PA以较永久的阻燃性。欧育湘等人采用了在PA中引入三芳基氧化膦 (TPO) 单体从而制得阻燃PA。共聚物中随着TPO含量的增加, 其成炭率越高, 阻燃性能也随之提高。但TPO的引入可略降低聚合物的起始失重温度。
Shadpour等[13]采用二羧酸与芳香二胺在离子液体中通过缩聚反应合成出新型的PA, 使得PA本身就具有阻燃性能。通过一系列的实验得知, 合成出的PA高分子材料具有高的热稳定性, 分解温度超过400℃, 与相应的未经改性的PA相比略有下降, 而且文中还详细探讨了动力学参数。但在合成过程中存在一些不足如:使用了含溴的化合物作为原料, 碳源短缺等。
1.4 其他阻燃高分子材料
近年来阻燃高分子材料的发展迅速, 随着新型阻燃剂的出现和阻燃技术的不断进步及其制造工艺的改进, 阻燃高分子材料的用量和品种都在逐年的增加。但是本质阻燃高分子材料的研制在我国的起步比较晚, 无论在基础研究还是在应用研究方面, 与发达国家之间都存在较大的差距。
曹堃等[14]详细的阐述了目前已有的阻燃腈纶制备方法 (按生产过程和阻燃剂的引入方式) 。腈氯纶中阻燃单体含量一般在32%~36%范围内, LOI可达26%~37%。腈氯纶纤维及其织物的阻燃性好, 既不能维持燃烧, 也不会传播火焰或熔滴, 当火焰离开后会自行熄灭, 直接点火时发生无溶滴炭化, 从而形成一个附加的阻火层。但是, 燃烧剧烈时发烟量巨大, 并且会产生大量有害气体。
Ravichandan等[15]使用可再生和可生物降解的腰果酚, 不需要有机溶剂, 在水介质中, 制备出了聚腰果酚。通过TGAP、CFC检测显示, 这种环保新型聚合物, 具有很好的热稳定性和低热量释放能力。聚腰果酚通过分解产生惰性气体达到阻燃效果, 与其他商业高分子材料相比较具有适度的耐火性能。通过初步的实验结果显示, 合成出的这种新型聚合物成为新一代的阻燃材料, 其具有广阔的市场前景。
Sibads[16]选用三氯三嗪环合成了具有阻燃性能的超支化聚胺 (HBPA) 。通过TG、DSC分析显示, 这种聚合物具有良好的耐热性, 达到290℃时未分解, 玻璃化温度为243℃, 其具有自熄性 (LOI为38) , 并且能作为阻燃剂应用于线型聚合物, 如文中将其应用于PVC和LDPE材料中。
2 本质阻燃高分子材料的发展前景
现阶段, 制备阻燃高分子材料的方法主要是以物理机械的方式加入阻燃剂从而达到阻燃的目的, 这种方法虽然简便, 但是存在太多的不足:如阻燃剂的添加量太大 (加入量为20%~40%) ;阻燃剂的加入使得基体聚合物的理化性能、机械性能特别是力学、电学、加工性能大大下降;并且阻燃剂在材料中的稳定性差, 使用过程中容易流失从而污染环境和造成资源的严重浪费。而且对于氯、溴系阻燃剂由于其高效的阻燃性能, 曾一段时间内成为阻燃剂市场的主流, 但经过研究发现, 卤系阻燃剂在阻燃时产生大量的腐蚀性和有毒气体, 由此引发的二口恶英问题受到人们的关注, 对环境和人身生命安全构成严重的威胁。此外, 卤素的引入降低了被阻燃基体材料的抗紫外线的能力[17]。
为了克服以上的不足, 研究者们通过化学反应手段来合成出一系列自身具有阻燃性能的新型高分子材料。常采用的途径主要有两种: (1) 选用含有活泼原子的阻燃剂与聚合物中的羟基、环氧基、酯基等通过缩聚或重排来制得阻燃高聚物, 如:环氧树脂的阻燃、聚酯以及聚氨酯等。 (2) 选用具有阻燃性能的原子如:P、N等活泼的单体, 直接合成出新型本征阻燃高分子材料, 不需要添加阻燃剂就具有耐高温、抗氧化、不易燃烧等特点[18]。
新型功能高分子材料 篇6
关键词：材料化学,功能高分子,教学探索,教学改革
材料化学属于理科的材料科学类专业,其主要任务是将材料的组成、结构与性能间建立一座桥梁,从而揭示它们之间的关系,并最终实现按所需功能来设计材料,是材料科学研究的最高层次。功能高分子是一门与多种学科如物理学、生物学、医学、分离科学等交叉的综合性课程。高分子材料的功能化主要是从其组成,结构上加以设计而达到的,于是, 《功能高分子材料》在材料化学专业中是一门重要的专业主干课程,其主要内容涵盖了电、光、磁以及化学反应、吸附分离、膜分离、液晶、生物医用等特殊功能高分子,内容繁多,更新快。“十二五”期间,大力开发新材料是国家重点支持发展的技术领域之一,这对高校材料学方面课程教学和科学研究提出了更高的要求[1]。我校材料化学专业成立于2005年, 《功能高分子材料》也有了将近十年的教学经验。但随着社会的不断进步、材料科学的迅速发展以及学生对课程教学的要求提高,改进《功能高分子材料》课程传统的教学方式势在必行,这对培养出材料化学专业高素质的优秀人才显得越来越重要。
1 我校 《功能高分子材料》 课程的教学特点及存在的问题
功能高分子材料所涵盖的内容繁多,其发展迅速,具有特种功能的高分子材料不断涌现,它已成为新技术革命不可或缺的关键性材料。在21世纪,功能高分子材料对人们的物质生活具有重要的影响。因此,我校材料化学专业一直也很重视《功能高分子材料》这门课程的教学,不断的发现教学中存在的问题,并积极的进行改革和创新。至今为止,还存在不少的问题需要改进: 首先,功能高分子主要是涉及高分子材料的组成、结构、特性、制备及其应用,其自身结构复杂,相关知识的跨学科性强[2],此外,很多内容还涉及到正在发展的边缘学科,因此,该门课程的教学内容的选择需要进一步的去完善和提炼,教学课本不能照传统模式选取某一本,应该综合各版本的优势内容。其次,材料化学专业的学生学习功能高分子时,更需要重点理解高分子材料是怎样从组成、结构上进行设计而使材料功能化,但这些理论的东西往往比较晦涩难懂,学生学习缺乏兴趣。因此,怎么去提高学生对该门课的学习积极性,也是我们眼前面临的问题。此外,该门课程所涉及到的内容多,更新速度快,知识点和难点也比较多,常规的填鸭式教学已难取得较好的培养效果,更多需要从教学手段、教学方法以及考核方式等方面去思考。
2《功能高分子材料》 课程的教学实践与改革措施
2. 1 精心选取教学内容
《功能高分子材料》课程涉及功能高分子材料的组成、结构、性能、制备及其应用,内容包括有: 反应性、吸附分离、超高吸水、导电、感光、液晶、生物医用等功能高分子,讲述其发展历程,作用机制、设计思想、制备方法及发展方向等。其内容丰富,复杂,并涉及到高分子物理、高分子化学以及物理学、生物学和分离科学等交叉学科。就我校而言,该门课程主要在大四上学期开学,32学时。学时较短,且大四学生很多精力集中在考研找工作上面,因此,如何重点突出,精选功能高分子的授课内容至关重要。经过实践探索和分析,我们应该从各版较好的教材以及网络最新资源中提炼出该课程的授课内容,了解和掌握功能高分子材料的发展前沿。另外,在授课时,我们应该始终抓住“高分子的结构决定性能,性能反映结构,性能是应用的基础”这一主线,分清主次,重点突出。做到深入浅出,精炼授课内容。此外,功能高分子是发展迅速的新兴学科,其知识更新快,作为教师,应该随时跟随其发展步伐,了解其发展前沿,结合自己的科研方向和成果,扩充相关知识,积累该门课程的教学素材,让学生既可以掌握功能高分子的基础知识,又可以了解其发展动态,从而提高学生的学习积极性,改善教学效果。
2. 2 从生活实际出发,激发学生学习动力
马斯洛把人的需要分为七个层次,其中学习动机属于成长需要中的认知需要,是学生维持作为社会人的基本生活以及发展提高的需要,学生的学习动机实际是求知需要在学生头脑中的反映和转化[3]。因此,笔者认为教学中要帮助学生认识功能高分子的价值,激发学生主动地学习功能高分子的期望,选用适合的学习策略,努力有意义地获取功能高分子知识和技能。
教学效果不好,很多时候是因为老师没有激发出学生学习的激情和动力,学生缺乏探索新知识的意愿。因此,在每次讲解一个新知识点之前,老师可以先精心选取生活实例或学生可能有兴趣的最新发展情况进行介绍,从而达到激起学生的求知欲。比如,在讲到电致发光功能高分子材料时,可以先从学生们熟悉的智能手机,平板电脑谈起,进而慢慢讲解其屏幕发光机理和应用机制。再比如讲到吸波材料时,我们可以先从各国隐身战斗机的发展开始,这特别是对男同学也许更具吸引力。在谈到上述材料的特殊功能后,可慢慢引出其不足之处,比如为什么发光材料的发光效率低、吸波材料的吸波范围窄等问题,从而引导学生主动去思考,去发掘其原因。使学生领悟学习功能高分子与现实生活的紧密联系,与个人成长之间的关系,感受成功,增进自信,提高学习功能高分予的内部动机,让学生在功能高分子学习过程中感受到功能高分子学习在未来职业和社会生活中的作用。
2. 3 教学手段多样化,增强教与学的互动性
改革功还能不高够分,子在所今涉后及的到教的学内过容程繁中多,,还传要统随的时教进学行模教式学已探经索满,足找不出了更要好求的。一随些着教科学学方技法术和的手不段断。发此展外,,多注媒重体更教新学书起本到知了识越,来将越教重学要和的科作研结用合。起多来媒,体让课学件生所真涉正及、到全的面内的容掌多握,该信课息程量知大识,这和缓技解能了,为该科门学课程研内究容培多养与优秀教人学才课。时少的矛盾; 另外,多媒体教学内容形象生动、难点重点容易突出,并且能较好的提高学生的学习积极性,具有较好参的考教文学献效果。比如在讲到功能高分
[1] 柴波.《材料化学》课程教学改革和实践初探[J]. 广东化工,2014,
子材料中的吸附性材料时,老师们可以利用软件将相关内容做
41(18):173 - 174.
成动画形式,以这样的形式呈现在学生面前,学生更容易理解高性能吸附材料的吸附原理,并且更能提高学生学习的积极性。
但是,事物总是具有两面性,完全依靠多媒体教学也有一些不足之处。在教学过程中,过多的依赖多媒体,老师的主导作用以及学生的主体地位相应都会降低,课题的互动性也相应要减弱,特别是在对某一些重要的理论公式的推导时,老师用黑板板书的形式一步一步推导给学生看更具有教学效果,学生的理解更深刻,记忆更牢固。因此,在教学手段方面,老师应该将多媒体手段和传统的教学手段相结合,相得益彰,发挥更好的教学效果。
此外,互动性教学非常重要,互动性能提高学生的学习兴趣和对知识的掌握程度。老师可以安排学生课下查阅资料,之后让学生自己上台讲授,这样不仅能起到锻炼学生检索文献和演讲的能力,还能督促学生学习以及加强学习效果的作用。另外,还可以要求学生撰写一些相关的综述性科技小论文,培养学生的论文写作水平。充分发挥学生的学习主动性以及教与学的互动性,进一步提高教学效果。
2. 4 注重实验和实践性教学
《功能高分子材料》课程是一门将基础理论知识和实践紧密结合在一起的工科性质的课程,因此,实验以及实践性教学在功能高分子材料的学习过程中有着非常重要的作用[4]。实践能培养学生理论联系实际的能力,能提高学生的自主创新的积极性,能加强学生解决实际问题的动手能力。老师在教学过程中,可以增加设计性实验模块,让学生自己查阅相关理论资料,自行设计实验方案,在老师的帮助下,学生完成自己设计的实验,获得实验结果,并撰写成实验报告或学术论文。这大大的提高了学生对该门课程的学习效果。此外,在条件允许的情况下,老师可以带领学生去相关工厂进行实习,让学生对书本上,实验室中学到的东西亲眼所见,亲耳所闻,这样对教学效果能起到事半功倍的积极作用。
2. 5 改革考核方式,端正学习态度
教师应该随时注意自己的教学效果,教学效果的好坏主要是通过学生的考核情况来反映出来。教师只有随时做好查漏补缺,积极调整教学方式才能起到较好的教学效果。传统的考核方式主要是通过最后学生们的考试成绩来评价这门课的教学效果,在这种情况下,学生往往平时不学习,最后考试阶段突击复习几天,应付过关。这样,学生所学的知识往往在考试后不久就忘记了,没有较好的掌握。因此,本文对考核方式进行了改革,主要包括以下四个方面: 第一,课堂表现,其内容包括学生的上课出勤率、课题发言交流情况、该方面占最后总成绩的20% 。其目的主要是培养学生上课的纪律性和交流思考能力; 第二,文献检索及其课堂报告,在该部分中,老师给学生一个与功能高分子相关的论题,学生自行查阅资料并整理成报告,在课堂上讲解,最后占总成绩的20% 。其目的是锻炼学生检索资料、撰写报告以及演讲能力; 第三,设计性试验等课后作业,包括平时的课后作业以及一次专门的设计性试验方案作[业2], 该邹部勇分进占.《总功能成高绩分的子2材0%料》。课其程目教的学是的探培讨养与学实生践理[J]论. 联科技系信实息践,的创新20性12思(11维)能:23力4.; 第四,考试成绩,最终的闭卷考试占总成[绩3]的 4于0%清。波.考《查材料学化生学对》概教念学、体原会理[J]、. 性化能学以工及程与实装验备设,计20方08 案(3等):基本知14识6 -和 14理7.论的掌握情况。通过以上全新的考核方式,加强
[4] 齐民华. 功能高分子材料课程教学改革的思考[J]. 广东化工,
学生的学习主动性、积极性,培养学生自主创新的能力,这对
2011,38(5):267.
提高功能高分子材料课程的教学效果起到了重要的作用。
3 结 语
在《功能高分子材料》教学过程中,老师们也要不断的学习,不断的提升自身科学素养,要灵活的运用教学方法和手段,调动学生的学习积极性和主动性,提高教学效果。通过上述一些方法的优化改革,取得了较好的教学效果。当然,上述
改革还不够,在今后的教学过程中,还要随时进行教学探索,找出更好的一些教学方法和手段。此外,注重更新书本知识,将教学和科研结合起来,让学生真正、全面的掌握该课程知识和技能,为科学研究培养优秀人才。
参考文献
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新型功能高分子材料 篇7
自高校扩招以来, 毕业生的就业问题日益严峻。 国际及国内社会环境、经济环境风云变幻, 导致高校毕业生就业呈现越发复杂的趋势。国家教育部下发的《国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010~2020年) 》中明确提出要把高校毕业生就业摆在当前就业工作的首要位置[1]。然而, 高校以往的实践教学过于形式化, 导致学生实际应用技能与就业能力的缺失。 学生所学知识与现实生产差距较大;教育实践环节薄弱、学生动手实践能力差, 造成毕业生与企业实际需要脱节的现象[2,3]。
高分子材料以其突飞猛进的发展态势和广阔的应用前景成为了21世纪最具生命力的新型材料 。 众多与高分子材料相关的行业发展迅猛, 社会对兼具创新和实践能力的高分子材料专业的人才需求量越来越大[4]。 高分子材料专业是实践性很强的学科, 它的发展强烈地依赖于实践技术的进步。 实践教学为培养具有一定实际操作能力、能将理论应用于实践的高分子人才创造了必要的条件。 为此, 以行业为依托, 以就业为导向, 以服务企业为宗旨, 探索新的实践教学模式已经成为迫切需要解决的课题。
本文立足于我校的高分子材料专业, 以就业能力提升为核心, 以为社会各界输送优质人才为己任, 对实践教学体系进行了探索研究, 提出了一套适合高分子材料专业发展的新型实践教学模式。
1 实践教学与就业之间的内在关系
实践教学是高等学校整个教学活动中的主要环节和不可缺少的部分, 它有利于培养大学生动手操作的能力、分析问题及解决问题的能力, 从而提高就业竞争力及社会适应性。 通过开展实践教学活动, 容易吸引大学生的好奇心和注意力, 促使学生去思考、去判断、去解决问题, 能够放大学生研究问题的主动性和创新意识。 实践教学对本科生就业起到积极的促进作用。
随着社会经济发展模式的多元化, 以及产业结构的优化, 用人单位对高分子材料专业本科层次人才的实践能力和综合素质的要求越来越高。 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, 竞争异常激烈。 严峻的就业现状对本科生的实践教学提出了新的挑战。
理清就业与实践教学的关系, 有利于指导我们从专业特色出发, 突破本专业传统的教学模式, 以就业需求为导向, 加强实践教学改革。
2 新型实践教学模式的建立
长期以来, 各院校忽略了高分子材料专业的实践性与工程性, 教学中往往重视理论轻视实践。 我们以修订2014级高分子材料专业人才培养方案为契机, 结合高分子教研室多年的教学经验, 提出了“1+5”实践教学模式, 以供大家共同探讨。
“1+5”模式是以提升大学生就业能力为一个中心 , 实验课程改革 、专业实训基地建设、多样化实习、毕业论文革新和师资水平提升为五个基本点的新型实践教学模式。 以就业能力提升为核心, 在实施的层面上将实验教学体系、专业实训、实习、毕业论文和师资队伍五个基本点串联起来, 把各项实践活动凝聚在“就业”这一导向上。 模式的构建有利于把高分子专业人才所应具备的专业素质和就业能力连接成一个有机整体, 形成综合能力培养的动态过程, 最终实现促进就业及提高就业质量的目标。
3 高分子材料专业大学生“1+5”实践教学模式的运用
3.1 强化实验课程改革是提高高分子材料专业学生就业能力的基础
许多高校实验室建设得宽敞气派, 为评估也购买了不少实验设备, 然而利用率却很低。 有些实验室大门紧锁, 担心设备损坏只让参观不让动手。 让实验室开放政策真正落到实处, 不只是虚张声势, 不仅可以提高实验设施的利用率, 而且为学生利用课余时间开展创新性项目的研究提供了平台, 提高了大学生的实践能力。
实验教学是实践教学的最重要组成部分, 它是提高高分子材料专业大学生实际操作能力的最重要最直接的手段, 也是提升就业能力的基础。 积极推行实验课程改革, 降低验证性实验的比例, 开设综合性实验, 增设设计性实验, 可以提升大学生的专业能力和培养创造性思维能力, 从而使学生在就业竞争中展现出良好技能。 例如, 开设“聚苯胺的制备和导电性测试”这一综合性实验。 学生不仅能理解聚合物的结构, 还能掌握聚苯胺的聚合方法及性能测试, 可以把聚合物的“结构”和“性能”两大方面结合起来, 有利于提高学生综合运用知识的能力。例如, “海藻酸钠溶液的流变性研究”就是一个很好的设计性实验。 根据实验任务, 学生自己查阅相关文献、设计实验方案并付诸实施。 这个过程要求学生动手、动脑、交流、协作, 切实得到科学研究的一般逻辑过程训练, 有助于培养学生的科学思维和从事科学研究的能力。 以就业为导向, 切实进行实验课改, 加大实验室开放力度, 为提升大学生就业能力打下了坚实的基础。
3.2 增创专业实训基地是促进高分子材料专业学生就业的关键
以就业为导向, 校企结合为基础, 增创专业实训基地和良好的社会实践教学环境, 是促进高分子材料毕业生就业的关键, 也是提升就业质量的决定因素。
鉴于目前的大环境, 校外实习的学生很难安排到工厂生产第一线, 建立校内实训基地成为非常迫切的需要。 纵观国内外好的高分子专业都要有能够满足学生实践的工厂和车间, 学生的课程作业很大部分是在实物操作过程中完成的。 由于直接接触材料, 同时又因处于实际操作中, 所以更容易理解在教室授课所不能充分表达的内容, 教学效果立竿见影。 高校创立大型实验中心和创新中心, 以及与企业设立联合校内实训基地, 由教师带领学生亲临生产一线来完成企业的科研攻关任务, 不但可以增加实践机会, 而且可以加强学生对企业的了解。
校企联合共建校外实习基地。 校企共建的关键是需要双方共同遵守互利、互补、共同管理、共担风险的原则, 以克服企业工作繁忙、怕影响工作秩序、怕出事故与大学生实际操作经验少、好奇心强之间的矛盾。 工科高校应根据专业特点, 选择有代表性的企业合作建设稳定的校外实训基地。让学生在真实的企业环境中, 培养实践创新能力。这种稳定的实习基地能够让学生积累一定的实践经验, 加深学生对工作职责、工作技能的认识, 缩短与用人单位需求的差距, 从而使学生能够更快地适应工作环境。
3.3 开展多样式实习是拓宽高分子材料专业学生就业渠道的手段
实习教学是加深专业知识教育, 增加学生的感性认识, 培养学生实践能力、综合素质、创新能力的重要环节。 我校的高分子专业实习包括认识实习、生产实习和毕业实习等多种形式, 但从最终的实习报告中可以看出实习效果并不理想。 企业出于对安全事故的担心, “只准看, 不许动”几乎是所有企业对大学生实习的一条硬性规定。 学生没有机会进行实际操作, 往往使生产实习和毕业实习变成了参观。 鉴于大学生实习的种种困难, 采用分散与集中、模拟与真实实习相结合的多样式实习方式, 有望解决实际困难的同时增加就业渠道。
利用多媒体计算机技术开发仿真交互式实习教学软件, 为高校学生实习提供了一种新的教学手段。 学生修完专业课程以后, 可以在大三、大四第一学期进行。 学生可单人在计算机上操作, 也可多人练习, 这部分实习不受时间限制, 可多次重复进行。 例如, 塑料成型工艺CAI实习软件, 介绍了塑料成型工艺实习所必需的基础知识, 包括高分子材料的流变行为、物料的准备, 以及注射成型、挤出成型、中空吹塑成型等成型方法所用设备、工艺流程和相关产品, 学生可根据自己需要选择学习内容。 模拟实习过程中, 不用担心安全、产品质量等问题, 可以充分发挥想象力在计算机软件上探索各参数对最终产品性能的影响, 为将来从事企业的工艺设计及改进奠定了基础。 模拟实习省时省力, 它强化了大学生的专业技能, 为提高大学生的就业竞争力创造了条件。
改变以往集中实习的方式, 采取分散实习。 集中生产实习不仅会影响企业生产, 同时学生的实习效果不佳。 鼓励学生到专业对口的企业去生产实习, 如果企业对学生满意就可以长期实习或者签约就业。学生毕业后进入企业, 不需岗前培训和适应期, 为企业节约了时间和资金成本, 也增加了学生的就业机会。 高分子材料对口的企业非常多, 如塑料厂、汽车配件生产厂、涂料厂、外墙保温材料生产企业等, 学生分散到各自感兴趣的企业去生产实习, 可以使学生有机会与未来的就业实现零对接, 同时也拓宽了学生的就业渠道。
3.4 革新毕业论文选题方式是推动高分子材料专业学生就业的动力
适应就业取向, 革新毕业论文选题方式是推动高分子专业学生就业的动力源泉。 以往毕业论文选题以教师自拟为主, 缺乏针对性、不利于就业。 依据已经签约毕业生所签单位的工作性质, 选择相关的课题, 有利于学生掌握必备的专业知识, 更快地适应企业的工作, 并且有可能帮助企业解决技术难题。
对于未签约的学生可以尽量选择教师的科研项目或与企业合作的项目为课题, 让学生加入到指导教师的课题研究中来, 利用科研经费补充毕业论文经费的不足。 采用以学生操作为主, 教师指导为辅的方式, 极大地发挥学生的主动性和求知欲。 若干个学生在同一个教师的指导下, 从不同的方法或者不同的方案等角度围绕着同一个课题展开工作, 学生之间可以相互探讨和交流, 指导教师可以组织开会定期检查学生的工作进展, 及时地解决遇到的问题。 通过课题的完成, 学生得到了专业知识、计算机应用能力、实验操作技能及科研论文撰写等多方面的综合训练, 极大程度地提高了学生的综合能力, 为以后的就业打好基础。
3.5 提升师资队伍水平是提高高分子材料专业大学生就业能力的保障
随着高分子行业的发展, 不断有新技术、新理念、新材料出现, 作为高校教师需要顺应潮流、适时地更新知识同时应具备大量的实践经验, 才能保障培养出来的学生具有较强的实践能力及就业竞争力。 由于较重的教学任务, 分散了教师的精力, 减少了教师从事科研及实践的时间, 对大学生能力的培养非常不利。
高校应利用寒暑假组织教师参加实践教学能力培训, 加强与其它院校及企业间的交流; 鼓励教师通过社会化考试取得各类资格证书, 如建造师资格证、化学工程师证书等, 掌握行业职业标准和职业岗位能力;提供科研创新奖励机制, 激发教师和学生从事科研实践的积极性, 参加各种科技大赛, 积累实践经验, 逐步造就日后从事本岗位的专业能力。
以上五个基本要点紧紧围绕“提升就业能力”这一中心, 符合人才发展的需要, 也充分体现了高分子材料专业的技能性、实践性、应用性的本质特征。这种“1+5”实践教学模式的实施, 为推动高分子材料专业人才的就业起到了至关重要的作用。
4 结语
采用“1+5”新型实践教学模式以就业为导向, 将加强实验课改、增创专业实训基地、开展多样式实习、革新毕业论文选题和提升师资队伍水平五个基本要点贯彻执行, 可以提高高分子材料专业大学生的专业技能、社会适应力及竞争力, 实现大学生的稳步就业, 推动高分子材料专业的可持续发展。 该实践教学模式的推行需要高校与企业的配合, 需要教师与学生的积极响应, 最终成效需要就业市场的检验, 相信经各方齐心努力定会取得良好的效果。
参考文献
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新型功能高分子材料 篇8
随着社会的进步和科学技术的发展,一般的材料难以满足日益复杂的环境,因此需要具有自修复功能的智能材料———形状记忆材料。20世纪50年代以来,各国相继研究出在外加刺激的条件(如光、电、热、化学、机械等)经过形变可以回复到原始形状的具有形状记忆功能的材料,它可分为三大类,形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆聚合物材料。高分子产业的迅速发展,推动了功能高分子材料得到了蓬勃发展。形状记忆聚合物材料的独特性,广泛应用于很多领域并发展潜力巨大,人们开始广泛关注[1]。
1 功能高分子材料研究概况
功能高分子材料是20世纪60年代的新兴学科,是渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。由于它的内容丰富、品种繁多、发展迅速,成为新技术革命不可或缺的关键材料,对社会的生活将产生巨大影响。
1.1 功能高分子材料的介绍
功能高分子材料是指具有传递、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,通常也可简称为功能高分子,也可称为精细高分子或特种高分子[2]。
1.2 功能高分子材料分类
可分为两类:第一类:以原高分子材料为基础上进行改性或其他方法,使其成为具有人们所需要的且各项性能更好的高分子材料;第二类:是具有新型特殊功能的高分子材料[3]。
1.3 形状记忆功能高分子材料
自19世纪80年代发现热致形状记忆高分子材料[4],人们开始广泛关注作为功能材料的一个分支———形状记忆功能高分子材料。和其它功能材料相比的特点:首先,原料充足,形变量大,质量轻,易包装和运输,价格便宜,仅是金属形状记忆合金的1%;第二,制作工艺方简便;形状记忆回复温度范围宽,而且容易加工,易制成结构复杂的异型品,能耗低;第三,耐候性,介电性能和保温效果良好。
形状记忆聚合物(SMP)代表一项技术上的重要的类别刺激响应的材料,在于形状变动的反应。更确切地说,传统意义上的SMP是聚合物变形,随后能固定在一个临时的形状,这将保持稳定,除非它暴露在一个适当的外部刺激激活了聚合物恢复到它原来的(或永久的形状)。因此,相关的反应被称为聚合物内的形状记忆效应(SME)。虽然各种形式的外部刺激可以被用来作为恢复触发,最典型的一种是直接加热,通向温度增加[4]。
2 部分形状记忆高分子材料的制备方法
2.1 接枝聚乙烯共聚物
在形状记忆聚乙烯中,交联(辐射或化学)是必须的,但是交联程度过高会导致聚合物的加工性能不好,因此最好是将交联放在产品制造的最后一步:Feng Kui Li等采用尼龙接枝HDPE获得了形状记忆聚合物。他们采用马来酸酐和DC处理熔融HDPE在180℃反应5分钟,然后在230℃下和尼龙-6反应5分钟得到产物。SEM照片显示尼龙微粒小于0.3μm,在HDPE中分散良好,两者界面模糊,显示两者形成化学粘合;而尼龙和HDPE简单混合的SEM照片中两者界面明显试验同时表明,随着DCP含量和尼龙含量的提高,共聚物中形成了更多的共聚物具有和射线交联聚乙烯(XPE)SMP相似的形状记忆效应,形变大于95%,恢复速度好于射线交联的聚乙烯SMP,该聚合物在120℃左右形状恢复达到最大。对其机理研究表明,接枝在PE上的尼龙形成的物理交联对形状记忆效应有重要作用。值得注意的是该共混物是仅仅通过熔融混合得到的,工艺非常简单,而且采用的是通用聚合物,因此该方法值得推广[5]。
2.2 聚氨酯及其共混物
聚氨酯是含有部分结晶相的线性聚合物,该聚合物可以是热塑性的,也可是热固性的。聚氨酯类形状记忆材料,软段的结构组成和相对分子质量是影响其临界记忆温度的主要因素,硬段结构对记忆温度影响不大。
采用聚氨酯和其它聚合物共混,可以改善性能,得到所需要的产物。有报道采用聚己内酰胺(PCL)、热塑性聚氨酯(TPU)和苯氧基树脂制得的形状记忆材料。发现该产物随着组成的变化而玻璃化转化温度不同;同时发现PCL部分在混合物中结晶相消失,说明结晶过程被阻碍。改混合物具有形状记忆效应的原因在PCL/苯氧树脂作为了可逆相。该混合物的玻璃化温度可以通过TPU/苯氧基树脂的混合比例和种类决定,增加混合物中固定相和减少TPU链长度可以减少滞后效应。报道采用PVC和PU共混也能得到SMP。该混合物中存在PVC/PCL形成的无定形相,混合物的玻璃化的温度也随着PVC/PCL的组成变化而平稳的发生变化,固定相记忆着最初形状[6,7,8]。
3 国内外形状记忆高分子材料研究现状
3.1 国内研究现状
国内研究的形状记忆高分子材料多以聚氨酯和环氧树脂基为主,加入添加剂或固化剂进行改性,可以得到满足基本要求的SMPs,但是由于其自身缺点的约束,所以限制了其使用范围。最近几年来,形状记忆合金以利用聚合物为基体添加其他成分,突出各个优点进行对比,得到一些性能良好的形状记忆材料因此我们列举国内最新的SMPs研究。
魏堃等人将新型聚合物固化剂与环氧树脂(EP)进行机械共混,进行适度交联固化后,制出具有较低玻璃化转变温度(Tg)的无定型EP体系,得出结果显示适度交联固化的EP体系具有良好的形状记忆特性。
高淑春等人利用活化溅射方法制备Ti O2薄膜,以NiTi形状记忆合金生物材料为基体,附着在形状记忆和金材料的表面,其跟血液相容性比较好,因此具有较高的临床使用价值。
3.2 国外研究现状
对比国内,国外的SMPs发展比较早,例如:美国、日本、德国等由于具有先进的设备和理论基础,因此在各个方面相对国内都比较成熟,所以本人参考最近国外SMPs相关研究在此论述。
Y.C.Lu等人利用环氧基的形状记忆材料设计模拟服务环境所能反映出的预期性能要求即
(1)暴露在紫外线辐射下循环为125分钟;(2)在室温下沉浸润滑油内;(3)浸泡在热水中49℃。一种新颖的高温压痕法评估适应条件的SMPs的形状和力学性能。结果表明对于有条件的比较一般环境条件SMPs的玻璃化转变温度降低与较高模和敏感应变速率。如果温度设定低环境条件影响的SMPs形状恢复能力。特别是紫外线暴露和浸入水中的SMPs回复率明显低与无条件的材料。当回复温度高于Tg,材料的回复能力相对保持不变。
R.Biju等人用双酚A(BADC)与缩水甘油醚或者双酚A(DGEBA)与苯酚螯合物(PTOH)通过一系列聚反应合成热固性聚合物表现出具有形状记忆性能。利用差示扫描量热分析、红外光谱及流变仪来表征其固化特征。以不同比例DGEBA/PTOH/BADC混合,研究了它们的弯曲、动态力学性能以及热性能;对于一个给定的成分,弯曲强度和热稳定性随着氰酸酯浓度增加而增加,而这些特性随着PTOH浓度的增加而降低,储存模量表现出相似的趋势。这个转变温度(Tt)随着整体氰酸酯含量的增加而增加。这些聚合物在形状记忆性能显示出良好的恢复形状,并且形状恢复时间减少。而显示恢复时间与形状恢复模量增加(Eg/Er)刚好相反。这个转变温度可调谐反应物组成及变形恢复速度随驱动的温度增加而增加。这些环氧基氰酸盐系统具有良好的热、力学和形状记忆特征很有希望用在智能电气领域。
4 展望
由于SMP有着丰富的后备资源,而且形状记忆的方式灵活,具有广阔应用和发展前景。因此本文认为,有很多重要因素影响将SMPs技术成功转化成生产应用,例如:标准化的不同方法描述为量化形状记忆材料的性能。应该进一步完善形状记忆原理,在分子结构理论和弹性形变理论基础之上,建立形状记忆的数学理论模型,为开发新材料奠定了理论基础;运用分子结构理论、实验设计原理和改性技术知识,提高形状记忆各项性能、丰富品种、满足不同的应用需要,增强应用和开发研究,拓宽应用领域,尽快转化为生产力。
形状记忆高分子与形状记忆合金相比具有感应温度低,且形状记忆高分子因其独特的优点而具有广泛的应用前景,但是我们也应该看到在开发应用上仍存有一些不足[22]:形变回复力小;只有单程形状记忆功能,没有双程性记忆和全程记忆等性能;优化制作设计与工艺,开发更多优秀的品种,在研究聚合物基的SMP中有许多重要工作需要我们一步步努力去做,在完善SMP过程中,同时要研究复合社会不同需求的产品。
摘要：通过对形状记忆功能高分子材料制作和表征方法方面,以及国内外发展现状进行研究总结,得出形状记忆聚合物的发展趋势。
关键词：功能高分子材料,展望,形状记忆
参考文献
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新型功能高分子材料 篇9
1 聚磷腈的合成方法
1.1 环三磷腈合成聚磷腈
1.1.1 开环聚合
Allcock于1965年以六氯环三磷腈的热开环聚合制备出可溶性的聚二氯磷腈,大致过程如下:将六氯环三磷腈单体于真空条件下,在250℃左右保温反应数小时,得到长链聚合物,然后以功能基团进行亲核取代制备出目标高分子。此方法操作简单,条件成熟,合成聚合物分子量大,而且产物易于与反应物分离,目前大多数研究者仍沿用该方法[3]。其缺点是必须采用高纯度原料,很高的反应温度和较长的反应时间。
1.1.2 溶液聚合
溶液聚合是将六氯环三磷腈溶于α-氯代萘、1,2,4-三氯代苯等高沸点溶剂中,以三氯化硼为催化剂,使三聚体在精确控制温度下聚合得到聚二氯磷腈中间体,再经过取代反应制备出全取代的聚磷腈高分子。这种方法聚合时间短,反应温度低,转化率高,聚合产物分子量分布较窄。但是,目前该方法要求反应温度控制精确,否则不易得到聚合产物,且得到的聚合产物分子量较低,这些不足限制了其进一步应用[3,4,5,6]。
1.2 小分子合成聚磷腈
1.2.1 Cl3P=NSi(Me3)3的室温活性阳离子聚合
Paulsdorf J等[7]在室温下以单体Cl3P=NSi(Me3)3发生阳离子聚合,得到分子量分布窄的线性聚二氯磷腈,反应过程如反应式1所示。这个反应可在常温下(22～24℃)进行,并且几乎为定量反应,反应物的分子量可以通过加入引发剂的量来控制。但是,单体Cl3P=NSi(Me3)3的制备条件苛刻使其应用受到一定的限制[8]。
1.2.2 Cl3P=NP(O)Cl2为单体的溶液缩合聚合
Jaeger等[9]就报道过以Cl3P=NP(O)Cl2为单体的溶液缩合聚合制备磷腈高分子。将(NH4)2SO4和PCl5定量反应制备的Cl3P=NP(O)Cl2单体,于245℃高温下分解出P(O)Cl3,然后使体系温度升至276℃,继续通入N2除去残余的P(O)Cl3,最后在三氯苯中保温制得聚二氯磷腈,其反应过程如反应式2所示。该种方法的优点是:容易得到高纯度高产率的起始单体,而且可以通过反应时间来控制聚合物的相对分子质量,其缺陷是产物的相对分子质量分布较宽,而且分子量很难有效控制。
1.2.3 以PCl5和NH4Cl为单体的一步法合成
宋青等[10]以PCl5和NH4Cl为单体一步法合成了聚二氯磷腈,如反应式3所示。其大致过程是给PCl5和NH4Cl单体中加入催化剂HSO3(NH2)、CaSO4·2H2O,在1,2,4-三氯代苯溶剂中回流反应数小时,得到高分子量的磷腈聚合物。一步法缩短了反应时间,极大的提高了聚合物产率,且反应受环境因素的影响较小,适合于大规模生产。
1.3 环三磷腈衍生物合成聚磷腈
六氯环三磷腈上的一个或多个氯原子被其他官能团取代后的衍生物仍然可以进行开环聚合。实验表明,全取代的环三磷腈很难或不能发生聚合,这是因为全取代的三聚体空间位阻大,不利于聚合,导致聚合时间长,聚合产率低,而部分取代的三聚体开环聚合比较容易发生,而且聚合后,其余未被取代的氯原子仍可继续被其他功能基团所取代。
2 聚磷腈的改性及应用
2.1 高分子导体
聚磷腈的主链没有形成长程共轭结构,所以其本身并不具备导电性,但通过引入导电性侧基之后,能够使其具有导电性。人们发现,将一缩二乙二醇接枝的聚磷腈(MEEP)与Li盐或Ag盐掺杂后,可以得到高电导率的聚磷腈导体,但这种MEEP体系的分子链段运动力特别强、自支持力差,不能很好的成膜,其尺寸稳定性有待进一步提高[11,12]。Allcock等[13]通过在聚磷腈侧链上引入苯氧基和寡聚乙氧基,在不牺牲电导率的前提下,提高了聚合物的玻璃化转变温度和力学强度,同时苯氧基的引入提高了材料的阻燃性能。Pausdor J等[7]合成了聚二(2-苯氧基乙氧基)磷腈并对其进行磺化处理,发现聚合物在饱和大气压下,室温电导率为4.7×10-2S/cm,材料的电导率对于水分压的变化特别敏感,可以作为湿度传感器使用。刘承美等[14]合成出含吡咯侧基的聚磷腈,然后通过FeCl3 引发吡咯侧基的氧化交联,将聚合物的电导率提高到10-5 S/cm。徐国祥等[15]将无机低聚物S-S-S交联到聚磷腈分子中制备出电导率高达0.48S/cm的聚三硫代磷腈,聚合物具有良好的化学、电化学稳定性及阻燃特性,作为锂二次电池正极活性材料使用时显示出很高的充放电容量和优异的循环能力。由此可见,聚磷腈高分子导体兼具高的电导率、加工稳定性和阻燃特性,可以应用于高能密集电池的设计与制作。
2.2 生物医用材料
聚磷腈具有良好的生物相容性或生物活性,容易在生物体内降解为氨、磷酸盐等无毒小分子,因而受到药物与生物医学材料领域的广泛关注[16,17,18,19,20,21,22,23]。目前,世界各国的研究小组对于聚磷腈生物医用材料的改性及应用主要集中于高分子药物、药物控制释放载体及组织工程材料三个方面。Allcock等[24]选用生物相容性好、水溶性的甲氨基聚磷腈为载体,将顺铂结合在聚磷腈主链的氮原子上而形成顺铂-聚磷腈衍生物,顺铂小分子将随着磷腈高分子在体内的降解而逐渐被释放,有效地弥补其代谢半衰期短、副作用大的缺点,药理学的研究表明,这种高分子药物具有很好的抗癌效果。Lakshmi等[25]通过将合成的聚二羧基苯氧基磷腈在含有细菌和病毒抗原的11种动物模型中的测试,证明其对于流感病毒抗原有潜在的辅助作用,它的加入可以显著提高流感疫苗对HA系列流感病毒的免疫反应。张建祥等[26]报道了合成的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/色氨酸乙酯两亲接枝聚磷腈能够在水溶液中自组装成具有药物控制释放作用的纳米球体,可作为注射给药系统或肿瘤靶向给药系统的载体材料使用。王红霞等[27]合成了聚(二甘氨酸乙酯)磷腈(PEGP)并评价了肝癌细胞和人工合成纤维细胞在PEGP薄膜表面的生长性能。结果表明,材料不但没有细胞毒性,反而具有良好的促进细胞生长的能力,有望作为组织工程材料。
2.3 防火阻燃材料
聚磷腈主链具有高含量的磷、氮,磷、氮构成协同体系,具有优异的阻燃效能,氧指数25～65,广泛应用于阻燃材料领域。芳氧基取代的聚磷腈其氧指数一般大于30,能在250℃以下长期使用,具有良好的热稳定性和成碳性能,由于其具有高氧指数,低的排烟量,放出气体无毒、无腐蚀,日益受到军工部门的重视,美国HrinzinInc公司以芳氧基聚磷腈为基料,研制出军用耐火涂料和耐火泡沫塑料[28,29]。通过胺化改性得到的六胺基磷腈(TAP)具有丰富的P、N元素,可起到很好的阻燃效果,而且不含卤素,毒性小,并且其结构与纤维素的结构相似,用其阻燃整理的织物手感好,对纤维织物的物理性能影响小,现已广泛应用于降落伞、宇航服等阻燃织物材料[30]。六氯环三磷腈和多元胺(三聚氰胺、六次甲基四胺、对苯二胺等)反应生成的模压高分子材料,具有极高的热稳定性和极限氧指数,在700～800℃时成碳率为80%左右,可用作导弹或其它航天器头部的耐高温、阻燃涂层防护材料[31]。将对苯二酚和六氯环三磷腈进行缩聚得到的聚磷腈胶粘剂具有突出的耐热性,在300℃以上有较好的耐热性和粘结性能,并且其抗冲击韧性比无机盐好的多,主要应用于火箭、导弹、飞机等有关耐高温部件的金属、陶瓷和玻璃钢等工件的粘接[31]。
2.4 高分子分离膜
磷腈聚合物以其独特的耐高温和耐溶剂性能吸引人们的极大关注,是一类具有很好发展前景的高分子分离膜材料。聚乙氧基磷腈能很好地溶于苯、醇、醚、氯仿等有机溶剂中,具有良好的成膜性,通过溶液浇注法可制得弹性较好的均质膜,其膜具有较高的气体透过系数和分离系数,可作为氧、氮气体分离膜材质[32]。聚氟代烷氧基磷腈与聚芳氧基磷腈是膜应用领域中常采用的两种结构,常常用于醇混合物、各种有机化合物及各种离子的分离。Freeman等[33]研究了聚二(三氟乙氧基)磷腈和聚(三氟乙氧基/金刚氨基)磷腈作为气体分离膜的性能,发现该膜对于氢气、氧气和氮气等低吸附性气体,透过能力随着气体分子尺寸增大而降低,但对于CO2和烃类气体,透过能力不仅依赖于分子尺寸,而且与其吸附溶解行为相关,实验表明金刚胺的引入较好地改善了聚二(三氟乙氧基)磷腈对气体分离透过的选择能力。聚磷腈分离膜在海水的淡化、从异丙醇中回收染料以及混合气体的分离等领域的应用,国外都有所报道,国内目前对于聚磷腈膜材料的研究还比较少。
2.5 非线性光学材料
以磷腈聚合物作为非线性光学发色团的载体,制备非线性光学材料主要有以下优点[34,35]:(1)聚磷腈侧链上的氯原子比较活泼,取代反应比较容易实现;(2)磷腈高分子主链结构比较柔顺,可以引入体积较大的发色团作为侧链;(3)主链光学透明,在200～800nm内没有吸收,具有良好的光、热稳定性;(4)可以通过混合取代的方法来控制其非线性光学行为;(5)聚磷腈侧链和主链有可能发生相互作用,导致非线性效应的增强。Rojo等[36,37,38]将4-[4-(硝基苯基)]叠氮苯酚通过不同方式引入到聚磷腈体系并合成出高玻璃化转变温度的非线性光学材料,这种材料在常温下的二阶非线性光学响应,在70天内响应值下降不超过10%,将这种非线性材料薄膜涂于石英表面,可以作为光导材料使用。张丽等[39]采用后功能化方法,先用重氮偶合反应在聚磷腈上原位生成非线性光学生色团,首次制备了含咔唑双功能生色团的聚磷腈光折变高分子。聚磷腈作为一种新型的非线性光学材料,在远程通讯、数据存储、相位共等方面具有巨大的应用前景。
2.6 特种橡胶与弹性材料
聚磷腈的玻璃化转变温度较低,因而是优良的弹性体。聚烷氧基磷腈、聚芳氧基磷腈、聚氟代芳氧基磷腈等材料的使用温度范围在-70～300℃,可以作为高温飞行和航天用的弹性材料、塑料和密封材料。美国的Firestone轮胎公司研制的聚氟代烷氧基磷腈的玻璃化温度约为-70℃,可以作为北极和南极等严寒地带使用的密封件、垫圈、输油软管和减振器[40]。美国陆军材料和机械研究中心(AMMRC)从1968年开始部分使用这类聚磷睛,用于低温燃料输送与操作。很多聚芳氧基磷腈有很强的抗氧化性和成膜性,可以作为耐候性涂料和电线绝缘材料。卤代环磷腈与二羟基化合物的缩合产物是类似于橡胶的弹性体,对酸、碱和有机溶剂具有极好的化学稳定性,耐γ-射线和紫外线,能长时间经受250℃的高温,短时间经受540℃的高温,这种聚磷腈材料可以用作原子反应堆工程耐辐射材料,以及耐低温或耐高温材料[41]。
2.7 高分子液晶
聚磷腈柔顺的主链结构便于其形成液晶聚合物,它既显示热致液晶性又显示溶致液晶性。与常见的液晶高分子相比,其高温稳定性不算很高,只有583～683 K,但其具有优良的低温柔顺性,玻璃化转变温度可以低至165 K,常温下是弹性体[42]。Allcock、Singler等把R-C6H4-N=N-C6H4-R通过间隔基聚丙醚连接到P,N主链上,合成了一种新型高分子液晶。邢佩祥等[43]通过引入带柔性间隔基的介晶基团4-苄氧基-4’-羟己基醚联苯,成功合成了侧链磷腈聚合物液晶,通过偏光显微镜观察,材料呈现明显的热致液晶相。液晶聚磷腈作为低温耐溶剂型弹性体、密封垫圈、功能分离膜、阻燃建筑材料以及生物相容与生物降解材料很有潜力,有望得到广泛应用。
2.8 高分子催化剂及染料
磷腈聚合物柔顺的主链结构,便于作为催化剂载体。这些催化剂通过间隔基团或直接连接在聚磷腈上,使其具有很高的催化活性,这在产品分离与精制操作中已获得重要应用[44]。Allcock等[45]将三苯基磷接枝到聚磷腈的P,N主链上,再与AuCl、CuI、H2Os3(CO)10以及[RhCl(CO)2]2等金属化合物反应,合成出的聚磷腈金属复合体可以作为催化剂使用。有机磷腈聚合物中有机取代基含有活性基团,能进行重氮化反应制备高分子染料,这种高分子染料是其它染料所不及的,它能够耐高温、自阻燃,而且随着有机取代基结构的不同,可以呈现出不同的颜色。
3 前景展望
聚磷腈以其特殊的结构和优异的性能成为高分子科学领域中的一个重要分支,它潜在的应用覆盖航空航天、船舶制造、石油化工以及生物医用领域。目前聚磷腈产业在我国的发展还存在两个重要的制约因素:(1)聚磷腈的主要原料单体即六氯环三磷腈价格昂贵,目前国内虽有几家公司小规模生产,但均不成规模。(2)聚磷腈合成对原材料纯度和合成环境要求苛刻,生产成本过高,难于工业化。因此寻找合适的合成路线,降低产物成本,促进其实用化以及进一步开发新型聚磷腈功能材料,拓展其应用领域,仍然是今后聚磷腈材料发展的两个重要方向。
摘要：聚磷腈是一类具有特殊结构与性能的新型功能高分子材料,已经广泛应用于航空航天、船舶制造、石油化工及生物医学等领域。本文对聚磷腈材料的合成方法、改性进展以及作为功能高分子的应用近况进行简要综述。