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關(guān)鍵詞:高分子材料;成型加工技術(shù);創(chuàng)新研究
尖端技術(shù)的發(fā)展代表著國家經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮與發(fā)展,如何推進(jìn)我國高端工業(yè)領(lǐng)域和軍事工業(yè)的不斷向前發(fā)展,是我國尖端科學(xué)工作者共同面臨的發(fā)展問題。高分子材料的成型加工技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展,有利于實(shí)現(xiàn)國家高端科學(xué)領(lǐng)域的不斷向前發(fā)展。文章本著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的觀念,探究我國高分子材料成型加工技術(shù)的發(fā)展歷程和發(fā)展步伐,提出相關(guān)創(chuàng)新思路,以期更好地奉獻(xiàn)于我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展。
現(xiàn)階段,我國某些特殊領(lǐng)域如航空工業(yè)、國防尖端工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展對聚合物材料的性能提出了更高的要求,如高強(qiáng)度、高模量、輕質(zhì)等,各種特定要求的高強(qiáng)度聚合物的開發(fā)研制越來越顯迫切。這些結(jié)合物主要材料就是高分子材料。然而,高分子材料能否達(dá)到我國這些領(lǐng)域的質(zhì)量要求,就有賴于高分子材料成型加工技術(shù)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。從該項(xiàng)技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展,更依賴于科研人員的不斷研究和創(chuàng)新設(shè)計(jì)發(fā)展,從而更進(jìn)一步的不斷完善,達(dá)到我國特殊行業(yè)領(lǐng)域的高端要求。
一、高分子材料成型加工技術(shù)發(fā)展概述
高分子材料形成加工技術(shù)進(jìn)入21世紀(jì)以后已經(jīng)成為國際社會的一門高端熱行的競爭行業(yè)。合成工業(yè)的避震材料的研制發(fā)展促使易于璃確控制樹脂的分子結(jié)構(gòu),加速采用大規(guī)模進(jìn)行低成本的生產(chǎn)。例如新時期汽車工業(yè)的發(fā)展,節(jié)能、高速、美觀、環(huán)保、乘坐舒適及安全可靠等要求對高分子材料的要求越來越重要。汽車行業(yè)的不斷發(fā)展和高端技術(shù)的不斷改進(jìn)帶動了零部件及相關(guān)材料工業(yè)的發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)汽車高性能低成本的發(fā)展,同時能夠提高汽車的載荷量,提高高分子材料質(zhì)量成為至關(guān)重要的發(fā)展手段,從而提高高分子材料成型技工技術(shù)成為關(guān)鍵。
據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示表明,目前汽車中約90%的零部件均需依靠模具成型,例如制造一款普通轎車就需要制造1200多套模具,在美國、日本等汽車制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家,模具產(chǎn)業(yè)超過50%的產(chǎn)品是汽車用模具。目前,高分子材料加工的主要目標(biāo)是高生產(chǎn)率、高性能、低成本和快捷交貨。制品方面向小尺寸、薄壁、輕質(zhì)方向發(fā)展;成型加工方面,從大規(guī)模向較短研發(fā)周期的多品種轉(zhuǎn)變,并向低能耗、全回收、零排放等方向發(fā)展。
二、現(xiàn)階段高分子材料成型加工技術(shù)的創(chuàng)新研究
(一)聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備
現(xiàn)階段國內(nèi)外大多數(shù)應(yīng)用反應(yīng)加工設(shè)備來實(shí)現(xiàn)高分子材料的成型加工。然而,這種反應(yīng)加工設(shè)備從原理上看都是傳統(tǒng)混合、混煉設(shè)備的改造產(chǎn)品,都存在傳熱、傳質(zhì)過程、混煉過程、化學(xué)反應(yīng)過程難以控制、反應(yīng)產(chǎn)物分子量及其分布不可控等問題。另一方面,設(shè)備引進(jìn)和使用投資大、能耗高,噪音污染嚴(yán)重、密封困難。
引用聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)無論是在反應(yīng)加工原理還是設(shè)備的結(jié)構(gòu)上都完全不同,該技術(shù)是將電磁場引起的機(jī)械振動場引入聚合物反應(yīng)擠出全過程,達(dá)到控制化學(xué)反應(yīng)過程、反應(yīng)生成物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)制品的物理化學(xué)性能的目的。新設(shè)備的引進(jìn)和使用具有體積重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、適應(yīng)性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),這些優(yōu)點(diǎn)有效解決了當(dāng)前需解決的一系列問題,從而走進(jìn)世界尖端技術(shù)先進(jìn)行列,具有該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)先地位。
(二)以動態(tài)反應(yīng)加工設(shè)備為基礎(chǔ)的新材料制備新技術(shù)
信息存儲光盤盤基直接合成反應(yīng)成型技術(shù)。運(yùn)用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)光盤級PC樹脂生產(chǎn)、中間儲運(yùn)和光盤盤基成型,從而使三個過程融為一體,與動態(tài)連續(xù)反應(yīng)成型技術(shù)相結(jié)合,研究酯交換連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù),研制開發(fā)精密光盤注射成型裝備,達(dá)到節(jié)能降耗、有效控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
聚合物/無機(jī)物復(fù)合材料物理場強(qiáng)化制備新技術(shù)。此技術(shù)在強(qiáng)振動剪切力場作用下對無機(jī)粒子表面特性及其功能設(shè)計(jì)(粒子設(shè)計(jì)),在設(shè)計(jì)好的連續(xù)加工環(huán)境和不加或少加其它化學(xué)改性劑的情況下,利用聚合物使無機(jī)粒子進(jìn)行原位表面改性、原位包覆、強(qiáng)制分散,實(shí)現(xiàn)連續(xù)化制備聚合物/無機(jī)物復(fù)合材料。
熱塑性彈性體動態(tài)全硫化制備技術(shù)。此技術(shù)將振動力場引入混煉擠出全過程,控制硫化反直進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)混煉過程中橡膠相動態(tài)全硫化.解決共混加工過程共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)問題。研制開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的熱塑性彈性體動態(tài)硫化技術(shù)與設(shè)備,提高我國TPV技術(shù)水平。
三、我國高分子材料成型加工技術(shù)的發(fā)展前景
近年來,我國高分子材料的成型加工技術(shù)得到迅速發(fā)展,發(fā)展成績斐然。我國各大新型高分子材料成型設(shè)備國家工程研究中心在預(yù)期完成國家預(yù)定研究任務(wù)的同時突破了國際新技術(shù)發(fā)展。在出色地完成國家攻關(guān)項(xiàng)目的同時,并使科技成果與產(chǎn)業(yè)化有機(jī)地轉(zhuǎn)化,是理論實(shí)時地與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)發(fā)展相結(jié)合。并逐步推向市場目前新設(shè)備的市場需求情況很好,聚合物新型成型裝備國家工程研究中心正在不斷與相關(guān)機(jī)械生產(chǎn)公司有機(jī)組合并進(jìn)行重組。將技術(shù)與資本結(jié)合,引入新的管理、市場等機(jī)制,爭取在更短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)新設(shè)備年銷售額超億。在我國與國際科技接軌的同時,WTO給我們發(fā)展機(jī)遇的同時,也給我們極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。高分子材料的發(fā)展與成型加工技術(shù)的不斷創(chuàng)新研究,可以促使我國高分子材料市場發(fā)展前景看好,前途一片光芒。
四、結(jié)語
綜上所述,我國現(xiàn)階段國家額社會主義市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求,我國高分子材料成型加工技術(shù)必須走具有中國特色的創(chuàng)新發(fā)展之路。突破國外技術(shù)封鎖,自主研發(fā)具有競爭實(shí)力的核心技術(shù),實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展并趕上國際先進(jìn)水平,更有望于趕超國際發(fā)展技術(shù),持續(xù)趕超國際終端水平。不斷推進(jìn)科研成果與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)高分子材料成型加工技術(shù)的前沿發(fā)展模式,充分運(yùn)用引進(jìn)來和走出去的發(fā)展戰(zhàn)略,達(dá)到綜合提高我國尖端科學(xué)技術(shù)的國際競爭實(shí)力。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:高職;高分子材料化學(xué)基礎(chǔ);內(nèi)容;改革
《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》是高分子材料加工技術(shù)專業(yè)一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課,是以高中(包括中專、技校、職高)化學(xué)基礎(chǔ)為起點(diǎn),以高分子化學(xué)知識為核心內(nèi)容,融入高分子化學(xué)所必要的無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)知識,構(gòu)建本專業(yè)基本的化學(xué)知識體系,培養(yǎng)本專業(yè)所需化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作基本技能,為學(xué)習(xí)后續(xù)的《塑料材料》、《高分子材料成型加工基礎(chǔ)》、《塑料測試技術(shù)》、《塑料混配技術(shù)》、《塑料成型技術(shù)》等課程打基礎(chǔ)。顯然該課程是高分子材料加工技術(shù)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。但從目前該課程的內(nèi)容體系來看,學(xué)科體系明顯,內(nèi)容體系仍是無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)及高分子化學(xué)知識體系的機(jī)械組合,其結(jié)果是課程內(nèi)容多而雜,理論深而澀,給該課程的教學(xué)帶來困難而且教學(xué)效果欠佳,可以認(rèn)為目前該課程體系無法適應(yīng)高職教育的要求,所以很有必要對該門課程的內(nèi)容進(jìn)行改革。
一、課程教學(xué)內(nèi)容改革的依據(jù)
本門課程教學(xué)內(nèi)容改革的依據(jù)主要考慮如下三點(diǎn):第一是考慮高分子材料加工技術(shù)畢業(yè)生主要就業(yè)崗位對化學(xué)知識、技能及態(tài)度的需要,保證畢業(yè)生在就業(yè)崗位上具有夠用的化學(xué)基礎(chǔ)知識與從事化學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作的技能;第二是考慮畢業(yè)生職業(yè)生涯發(fā)展的需要,要讓學(xué)生掌握能夠支持其進(jìn)一步提高其專業(yè)水平所需的化學(xué)知識,為他們的職業(yè)發(fā)展提供后勁;第三是考慮目前高職生源的高中化學(xué)知識的掌握程度以及學(xué)習(xí)能力的實(shí)際情況。
為了掌握高分子材料加工技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生的主要就業(yè)崗位對化學(xué)基礎(chǔ)知識、技能及態(tài)度的要求,我們對湖南塑料行業(yè)校企聯(lián)盟企業(yè)進(jìn)行了走訪調(diào)查,調(diào)查的主要企業(yè)有湖南路路通塑業(yè)有限公司、湖南神塑科技有限公司、南車集團(tuán)時代工程塑料有限公司、湖南科天新材料有限公司、湖南省塑料研究所、湖南益達(dá)塑業(yè)有限公司、株洲三鑫塑膠科技有限公司、株洲創(chuàng)業(yè)塑料有限公司,另外還對25家塑料加工企業(yè)通過電子郵件發(fā)送調(diào)查表進(jìn)行了調(diào)查,28家外省企業(yè)進(jìn)行了電話訪問調(diào)查,調(diào)查塑料加工企業(yè)達(dá)到61家。調(diào)查結(jié)果表明我校高分子材料加工技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)主要有四大技術(shù)工作崗位,分別是塑料擠出技術(shù)員崗位、塑料注射技術(shù)員崗位、塑料配方技術(shù)員崗位、塑料測試技術(shù)員崗位。我們根據(jù)這四個主要技術(shù)崗位所需要的化學(xué)基礎(chǔ)知識進(jìn)行了問卷調(diào)查,發(fā)出問卷調(diào)查表207份,回收調(diào)查表198份?!陡叻肿硬牧匣瘜W(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)內(nèi)容需求調(diào)查表如表1所示。
從調(diào)查表中我們可以看出,《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》七個單元的內(nèi)容對我校畢業(yè)生主要就業(yè)崗位都是需要的,其中以塑料配方技術(shù)員對《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》知識要求最高,統(tǒng)計(jì)需要數(shù)據(jù)達(dá)到1247次,其它三個就業(yè)的主要崗位對《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》內(nèi)容要求相關(guān)不大,均超過了1100次,就業(yè)的其它崗位對本門課程的要求相對不高,只有934次。由此我們可以得出,《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》對本專業(yè)主要就業(yè)技術(shù)崗位來說非常重要,但對在其它崗位上就業(yè)的畢業(yè)生重要性相對降低。就各單元來說,以“碳鏈高聚物及其單體”單元最為重要,調(diào)查表中統(tǒng)計(jì)次數(shù)達(dá)964次,調(diào)查企業(yè)對象認(rèn)為最不重要的內(nèi)容是“高聚物合成”單元,只有573次,其次不重要的是“高聚物化學(xué)反應(yīng)”單元,為707次,其它單元的統(tǒng)計(jì)次數(shù)多在800次左右,這幾個單元的內(nèi)容是可以認(rèn)為是很重要的。
通過本次調(diào)查,我們知道了《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》哪些內(nèi)容對畢業(yè)生就業(yè)崗位是最重要及很重要的,哪些內(nèi)容相對不重要,為我們對《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容的選取找到了可靠的依據(jù)。
對于教學(xué)內(nèi)容的選取我們也不能完全采取實(shí)用主義的辦法,也就是說不是采用學(xué)生在企業(yè)的就業(yè)崗位用到那些知識我們就教授那些知識,高等職業(yè)教育屬于國民教育序列中的高等教育,還需要考慮學(xué)生職業(yè)生涯的發(fā)展,也就是說為學(xué)生提供能夠支撐其后續(xù)發(fā)展所必需的化學(xué)基礎(chǔ)知識。采取的措施是在學(xué)生高中化學(xué)知識的基礎(chǔ)上,將高等教育層次的化學(xué)基本的原理、理論融入各教學(xué)單元中,提高學(xué)生化學(xué)基本知識與技能,達(dá)到高分子材料加工技術(shù)專業(yè)大專層次所必需的化學(xué)基礎(chǔ)。
同時我們還要考慮目前高職生源的實(shí)際情況,目前高職生源一般來說對高中化學(xué)課程掌握的情況不理想,學(xué)習(xí)能力也有待提高,所以我們選取《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》內(nèi)容時也不能脫離生源基礎(chǔ)的實(shí)際情況,沒有必要將過深的化學(xué)理論納入教學(xué)內(nèi)容,不然學(xué)生無法掌握教學(xué)內(nèi)容,反而造成不利于提高教學(xué)質(zhì)量的影響,如結(jié)構(gòu)化學(xué)的內(nèi)容、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的動力學(xué)分析等內(nèi)容不必作為《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》的內(nèi)容,以往的教學(xué)實(shí)踐也證明過深的教學(xué)內(nèi)容對學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程是不利的。容易造成學(xué)生失去學(xué)習(xí)的信心與興趣,從而從整體上影響課程教學(xué)效果。
二、教學(xué)內(nèi)容的整合
如前所述,目前《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》的內(nèi)容體系是無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)等多門化學(xué)課的機(jī)械組合,每門課的教學(xué)課時在以往的教學(xué)中都在100個學(xué)時以上,即總課時在400學(xué)時以上,要在96學(xué)時的《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》這門課教授完原來400學(xué)時以上的內(nèi)容,顯然不對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合是不可能教授完相關(guān)內(nèi)容,所以必須對高分子材料加工技術(shù)專業(yè)化學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合,整合的依據(jù)就有前面所述的三個考慮。在課程內(nèi)容的整合過程中,必須防止以前出現(xiàn)的幾大化學(xué)內(nèi)容簡單的機(jī)械的組合,為此要正確把握好這幾門化學(xué)基礎(chǔ)課中相關(guān)內(nèi)容的整合和優(yōu)化,按照高分子材料加工技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)對知識、技能及態(tài)度的要求,科學(xué)地進(jìn)行“綜合”,嚴(yán)格地把握好對相關(guān)課程內(nèi)容“取”與“舍”的尺度。課程內(nèi)容整合是為了改變以往按單一學(xué)科系統(tǒng)分別設(shè)置課程,各課程自成一體,缺乏聯(lián)系,重理論而輕實(shí)踐的現(xiàn)象和課程與課程間的內(nèi)容重復(fù),為此我們重新設(shè)計(jì)了《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》的內(nèi)容結(jié)構(gòu)體系,課程內(nèi)容體系如表3所示。
從《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)內(nèi)容新體系可以看出,新的內(nèi)容體系打破了原來的幾大化學(xué)課程內(nèi)容機(jī)械組合的學(xué)科體系,考慮課程的職業(yè)性,是根據(jù)本專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)崗位對本門課程知識、技能及態(tài)度的需要來設(shè)計(jì)內(nèi)容,沒有學(xué)科體系的影響。將無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)這四門課的內(nèi)容根據(jù)職業(yè)崗位的需要進(jìn)行了取舍,整合為一門課程,即《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》。需要調(diào)整課程結(jié)構(gòu),重新優(yōu)化課程內(nèi)容,處理好相關(guān)內(nèi)容的銜接。高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)以高分子材料為主線,無機(jī)化學(xué)部分容入各教學(xué)單元中,有機(jī)化學(xué)與高分子化學(xué)知識密切結(jié)合,物理化學(xué)內(nèi)容也容入相關(guān)教學(xué)單元,舍去過深理論性教學(xué)內(nèi)容,教學(xué)內(nèi)容結(jié)合實(shí)際,提高學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的興趣,從而提高教學(xué)效果。課后最后一個單元是綜合訓(xùn)練,教學(xué)內(nèi)容有高分子溶液的配制、常用高分子材料的鑒別及聚乙烯醇涂料的制備實(shí)驗(yàn)等,這些教學(xué)內(nèi)容結(jié)合生產(chǎn)及生活實(shí)際,很好地實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)目標(biāo),教學(xué)實(shí)踐證明,學(xué)生在學(xué)習(xí)這些內(nèi)容時興趣昂然,取得了較好的教學(xué)效果。
三、課程整合注意問題及效果
[論文摘要]目前,靜電在生物工程中有著重要的應(yīng)用。介紹高分子抗靜電的方法,闡明高分子材料抗靜電技術(shù)在我國的發(fā)展和策略。
靜電廣泛地存在于自然界和日常生活之中,如人們每時每刻呼吸的空氣每厘米就含有100500個帶電粒子;自然界的雷電;干燥季節(jié)里人身上化纖衣物由于摩擦起電而粘附在身體上,這一切都是比較常見的靜電現(xiàn)象。實(shí)際上,靜電在生物工程中有著重要的應(yīng)用。
一、高分子抗靜電的方法概述
高聚物表面聚集的電荷量取決于高聚物本身對電荷泄放的性質(zhì),其主要泄放方式為表面?zhèn)鲗?dǎo)、本體傳導(dǎo)以及向周圍的空氣中輻射,三者中以表面?zhèn)鲗?dǎo)為主要途徑。因?yàn)楸砻骐妼?dǎo)率一般大于體積電導(dǎo)率,所以高聚物表面的靜電主要受組成它的高聚物表面電導(dǎo)所支配。因此,通過提高高聚物表面電導(dǎo)率或體積電導(dǎo)率使高聚物材料迅速放電可防止靜電的積聚??轨o電劑是一類添加在樹脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除靜電產(chǎn)生的化學(xué)添加劑,添加抗靜電劑是提高高分子材料表面電導(dǎo)率的有效方法,而提高高聚物體積電導(dǎo)率可采用添加導(dǎo)電填料、添加抗靜電劑或與其它導(dǎo)電分子共混技術(shù)等。
(一)添加導(dǎo)電填料
這類方法通常是將各種無機(jī)導(dǎo)電填料摻入高分子材料基體中,目前此方法中所使用的無機(jī)導(dǎo)電填料主要是碳系填料、金屬類填料等。
(二)與結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料共混
導(dǎo)電高分子材料中的高分子(或聚合物)是由許多小的重復(fù)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)單元組成,當(dāng)在材料兩端加上一定的電壓,材料中就有電流通過,即具有導(dǎo)體的性質(zhì),凡同時具備上述兩項(xiàng)性質(zhì)的材料稱為導(dǎo)電高分子材料。與金屬導(dǎo)體不同,它屬于分子導(dǎo)電物質(zhì)。根本上講,此類導(dǎo)電高分子材料本身就可以作為抗靜電材料,但由于這類高分子一般分子剛性大、不溶不熔、成型困難、易氧化和穩(wěn)定性差,無法直接單獨(dú)應(yīng)用,一般作導(dǎo)電填料與其它高分子基體進(jìn)行共混,制成抗靜電復(fù)合型材料,這類抗靜電高分子復(fù)合材料具有較好的相容性,效果更好更持久。
(三)添加抗靜電劑法
1.有機(jī)小分子抗靜電劑。有機(jī)小分子抗靜電劑是一類具有表面活性劑特征結(jié)構(gòu)的有機(jī)物質(zhì),其結(jié)構(gòu)通式為RYx,其中R為親油基團(tuán),x為親水基團(tuán),Y為連接基。分子中非極性部分的親油基和極性部分的親水基之間應(yīng)具有適當(dāng)?shù)钠胶馀c高分子材料要有一定的相容性,C12以上的烷基是典型的親油基團(tuán),羥基、羧基、磺酸基和醚鍵是典型的親水基團(tuán),此類有機(jī)小分子抗靜電劑可分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性離子型4大類:陽離子型抗靜電劑;陰離子型抗靜電劑;非離子型抗靜電劑;兩性型抗靜電劑。
導(dǎo)電機(jī)理無論是外涂型還是內(nèi)加型,高分子材料用抗靜電劑的作用機(jī)理主要有以下4種:(1)抗靜電劑的親水基增加制品表面的吸濕性,吸收空氣中的水分子,形成“海一島”型水性的導(dǎo)電膜。(2)離子型抗靜電劑增加制品表面的離子濃度,從而增加導(dǎo)電性。(3)介電常數(shù)大的抗靜電劑可增加摩擦體間隙的介電性。(4)增加制品的表面平滑性,降低其表面的摩擦系數(shù)。概括起來一是降低制品的表面電阻,增加導(dǎo)電性和加快靜電電荷的漏泄;二是減少摩擦電荷的產(chǎn)生。
2.永久性抗靜電劑。永久性抗靜電劑是一類相對分子質(zhì)量大的親水性高聚物,它們與基體樹脂有較好的相容性,因而效果穩(wěn)定、持久、性能較好。它們在基體高分子中的分散程度和分散狀態(tài)對基體樹脂抗靜電性能有顯著影響。親水性聚合物在特殊相溶劑存在下,經(jīng)較低的剪切力拉伸作用后,在基體高分子表面呈微細(xì)的筋狀,即層狀分散結(jié)構(gòu),而中心部分呈球狀分布,這種“蕊殼”結(jié)構(gòu)中的親水性聚合物的層狀分散狀態(tài)能有效地降低共混物表面電阻,并且具有永久性抗靜電性能。
二、我國高分子材料抗靜電技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r
我國許多科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)已陸續(xù)開發(fā)出一些品種,以非離子表面活性劑為主,目前常用的品種有,大連輕工研究院開發(fā)的硬化棉籽單甘醇、ABPS(烷基苯氧基丙烷磺酸鈉)、DPE(烷基二苯醚磺酸鉀);上海助劑廠開發(fā)目前多家企業(yè)生產(chǎn)的抗靜電劑SN(十八烷基羥乙基二甲胺硝酸鹽),另外該廠生產(chǎn)的抗靜電劑PM(硫酸二甲酯與乙醇胺的絡(luò)合物)、抗靜電劑P(磷酸酯與乙醇胺的縮合物);北京化工研究院開發(fā)的ASA一10(三組份或二組份硬脂酸單甘酯復(fù)合物)、ASA一150(陽離子與非離子表面活性劑復(fù)合物),近年來又開發(fā)出ASH系列、ASP系列和AB系列產(chǎn)品,其中ASA系列抗靜電劑由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非離子表面活性劑;ASB系列產(chǎn)品則為有機(jī)硼表面活性劑(主要是硼酸雙多元醇脂與環(huán)氧乙烷加成物的脂肪酸酯)與其他非離子表面活性劑復(fù)合而成;ASH和ASP系列主要是陽離子與非離子表面活性復(fù)合而成,杭州化工研究所開發(fā)的HZ一1(羥乙基脂肪胺與一些配合劑復(fù)合物)、CH(烷基醇酰胺);天津合成材料工業(yè)研究所開發(fā)的IC一消靜電劑(咪唑一氯化鈣絡(luò)合物);上海合成洗滌劑三廠開發(fā)生產(chǎn)的SH系列塑料抗靜電劑,已經(jīng)形成系列產(chǎn)品,在使用效果和性能上處于國內(nèi)領(lǐng)先地位,部分品種可以替代進(jìn)口,如SH一102(季銨鹽型兩性表面活性劑)、SH一103、104、105等(均為季銨鹽型陽離子表面活性劑),SH抗靜電劑屬于結(jié)構(gòu)較新的帶多羥基陽離子表面活性劑;濟(jì)南化工研究所JH一非離子型抗靜電劑。(聚氧乙烯烷基胺復(fù)合物)等; 河南大學(xué)開發(fā)的KF系列等,如KF一100(非離子多羥基長碳鏈型抗靜電劑)、KF-101(醚結(jié)構(gòu)、多羥基陽離子永久型抗靜電劑),另外還有聚氧乙烯醚類抗靜電劑,聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯專用抗靜電劑202、203、204等;抗靜電劑TM系列產(chǎn)品也是目前國內(nèi)常用的,主要用于合成纖維領(lǐng)域。
從抗靜電劑發(fā)展來看,高分子型的永久抗靜電劑是最為看好的產(chǎn)品,尤其是在精密的電子電氣領(lǐng)域,目前國內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)利用聚合物合金化技術(shù)開發(fā)出高分子量永久型抗靜電劑方面已取得明顯進(jìn)展。
三、結(jié)語
我國合成材料抗靜電劑行業(yè)發(fā)展前景較好,針對目前國內(nèi)研究、生產(chǎn)、應(yīng)用與需求現(xiàn)狀,對我國合成材料抗靜電劑工業(yè)發(fā)展提出以下建議。
(一)加大新品種開發(fā)力度
近年來國外開發(fā)的高性能伯醇多聚氧化乙醚類非離子型表面活性劑;用于聚碳酸酯的脂肪酸單縮水甘油酯;用于磁帶工業(yè)的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物;適應(yīng)于聚烯烴、聚氯乙烯、聚氨酯等多種合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等,總之國內(nèi)科研院所應(yīng)根據(jù)我國合成材料制品要求,開發(fā)出多種高性能、環(huán)保無毒的抗靜電品種,并不斷強(qiáng)化應(yīng)用技術(shù)研究,以滿足國內(nèi)需求。
(二)加快復(fù)合抗靜電劑和母粒的研究與生產(chǎn)
今后要加快多種結(jié)構(gòu)抗靜電劑及其他塑料助劑的復(fù)配,向適應(yīng)范圍廣、效率高、系列化、多功能、復(fù)合型等方向發(fā)展。另外合成材料多功能母粒作為助劑已經(jīng)成為今后合成樹脂加工改性的重要原材料,如著色、阻燃、抗菌、成核等母粒在國內(nèi)開發(fā)方興未艾,國內(nèi)要加快抗靜電母粒的開發(fā)與研究,促進(jìn)我國抗靜電劑工業(yè)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]高緒珊、童儼,導(dǎo)電纖維及抗靜電纖維[M].北京:紡織工業(yè)出版社,1991.148154.
高分子材料是指由相對分子質(zhì)量較大的化合物分子構(gòu)成的材料。按其來源,高分子材料可分為天然,合成,半合成材料,包括了塑料,合成纖維,合成橡膠,涂料,粘合劑和高分子基復(fù)合材料。從1907年高分子酚醛樹脂的出現(xiàn)以來,高分子材料因其普遍具有許多金屬和無機(jī)材料所無法取代的優(yōu)點(diǎn)而獲得迅速的發(fā)展。然而,現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)的還只是在尋常條件下能夠使用的高分子物質(zhì),即通用高分子。它們存在著機(jī)械強(qiáng)度和剛性差、耐熱性低等缺點(diǎn),而現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展對高分子材料提出了更高的要求。于是新型高分子材料的開發(fā)與應(yīng)用尤為重要。耐高溫、高強(qiáng)度、高模量、高沖擊性、耐極端條件等高性能的新型高分子材料的開發(fā)與應(yīng)用不但能解決現(xiàn)階段的高分子材料所面臨的問題,而且也將積極地推動高分子材料向功能化、智能化、精細(xì)化方向的發(fā)展。與此同時,我國十二五計(jì)劃也將高分子材料的開發(fā)研究納入了其中,作為其重要研究方向之一的新型高分子材料的開發(fā)研究必將會極大地推動我國材料技術(shù)的發(fā)展。
1.國內(nèi)外高分子材料開發(fā)現(xiàn)狀
21世紀(jì)是一個科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展進(jìn)步,生產(chǎn)力大幅度提高的新紀(jì)元。材料工業(yè)與信息工業(yè),生物工程,能源工業(yè)一起成為世界經(jīng)濟(jì)的四大支柱產(chǎn)業(yè)。高分子材料與金屬材料和無機(jī)非金屬材料共同構(gòu)成了應(yīng)用性材料科學(xué)的最重要的三個領(lǐng)域。高分子材料憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢占領(lǐng)了巨大的市場。
世界高分子材料工業(yè)正在高速地發(fā)展著。世界合成樹脂量從1950年的1.5M工增長到2005年的212M工,每年大概以5%的增長率在迅速地增長?,F(xiàn)在塑料的產(chǎn)量早已超過了木材和水泥等結(jié)構(gòu)材料的總產(chǎn)量。合成橡膠的產(chǎn)量也已超過了天然橡膠,而合成纖維的年產(chǎn)量在上個世紀(jì)80年代就已經(jīng)達(dá)到了棉花、羊毛等天然和人造纖維的2倍。對于我國而言,目前我國是世界上最大的樹脂進(jìn)口國,每年進(jìn)口的樹脂數(shù)量大約是世界樹脂總貿(mào)易的25%到30%。我國的樹脂合成工業(yè)正高速地發(fā)展當(dāng)中,樹脂合成能力也在飛速地提高中。然而與西方發(fā)達(dá)國家仍然存在著差距。
2.開發(fā)新型高分子材料的重要意義和途徑
從上世紀(jì)30年代高分子材料的出現(xiàn)開始到現(xiàn)代,世界工業(yè)科學(xué)不再只是滿足與對基礎(chǔ)高分子材料的開發(fā)研究,從90代開始,科學(xué)家們就將注意力集中到了高功能,高智能的高分子材料開發(fā)上?,F(xiàn)代工業(yè)對于新型高分子材料的需求日益強(qiáng)烈。
新型高分子材料的開發(fā)主要是集中在制造工藝的改進(jìn)上,以提高產(chǎn)品的性能,減少環(huán)境的污染,節(jié)約資源。就目前而言,合成樹脂新品種、新牌號和專用樹脂仍然層出不窮,以茂金屬催化劑為代表的新一代聚烯烴催化劑開發(fā)仍然是高分子材料技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)之一。然而開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。在開發(fā)新聚合方法方面,著重于陰離子活性聚合、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合和微乳液聚合的丁業(yè)化。在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)展起來的高分子復(fù)合技術(shù),以及出現(xiàn)于50年代的高分子合金化技術(shù)后。新的復(fù)合技術(shù)和合金化技術(shù)層出不窮。同時,也更加重視在降低和防止高分子材料生產(chǎn)和使用過程中造成的環(huán)境污染。加快高分子材料回收、再生技術(shù)的開發(fā)和推廣應(yīng)用,大力開展有利于保護(hù)環(huán)境的可降解高分子材料的研究開發(fā)。
新型高分子材料的開發(fā),不但能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對于材料工業(yè)的高要求,更能夠促進(jìn)能源與資源的節(jié)約,減少環(huán)境的污染,提高生產(chǎn)能力,更能體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的高速發(fā)展。
3.新型高分子材料的應(yīng)用
現(xiàn)代高分子材料是相對于傳統(tǒng)材料如玻璃而言是后起的材料,但其發(fā)展的速度應(yīng)用的廣泛性卻大大超越了傳統(tǒng)材料。高分子材料既可以用于結(jié)構(gòu)材料,也可以用于功能材料。現(xiàn)階段新型高分子材料大致包括高分子分離膜,高分子磁性材料,光功能高分子材料,高分子復(fù)合材料這幾大類。
高分子分離膜是用高分子材料制成的具有選擇透過性功能的半透性薄膜。采用這樣的薄膜,以壓力差、溫度梯度、濃度梯度或電位差為動力,與以往傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比,更加的省能、高效和潔凈等,被認(rèn)為是支撐新技術(shù)革命的重大技術(shù)。
高分子磁性材料是磁與高分子材料相結(jié)合的新的應(yīng)用。早期磁性材料具有硬且脆,加工性差等缺點(diǎn)。將磁粉混煉于塑料或橡膠中制成的高分子磁性材料,這樣制成的復(fù)合型高分子磁性材料,比重輕、容易加工成尺寸精度高和復(fù)雜形狀的制品,還能與其它元件一體成型等。
光功能高分子材料,是指能夠?qū)膺M(jìn)行透射、吸收、儲存、轉(zhuǎn)換的一類高分子材料。目前,這一類材料已有很多,應(yīng)用也很廣泛。
高分子復(fù)合材料是指高分子材料和不同性質(zhì)組成的物質(zhì)復(fù)合粘結(jié)而成的多相材料。高分子復(fù)合材料最大優(yōu)點(diǎn)具有各種材料的長處,如高強(qiáng)度、質(zhì)輕、耐溫、耐腐蝕、絕熱、絕緣等性質(zhì)。
這些新型的高分子材料在人類社會生活,工業(yè)生產(chǎn),醫(yī)藥衛(wèi)生和尖端技術(shù)等方方面面都有著廣泛的應(yīng)用。例如,在生物醫(yī)用材料界上,研制出的一系列的改性聚碳酸亞丙酯(PM-PPC)新型高分子材料是腹壁缺損修復(fù)的高效材料:在工業(yè)污水的處理上,在不添加任何藥劑的情況下,利用新型高分子材料物理法除去油田中的污水:開發(fā)的聚酰亞胺等熱固性樹脂及苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂復(fù)合材料,這些材料比強(qiáng)度和比模量比金屬還高,是國防、尖端技術(shù)方面不可缺少的材料;同樣,在藥物傳遞系統(tǒng)中應(yīng)用新型高分子材料,在藥劑學(xué)中應(yīng)用,在包轉(zhuǎn)材料中的應(yīng)用等等。新型高分子材料已經(jīng)滲透于人類生活的各個方面。
材料是人類用來制造各種產(chǎn)品的物質(zhì),是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ),是一個國家工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和標(biāo)志。作為材料重要組成部分的高分子材料隨著時代的發(fā)展,技術(shù)的進(jìn)步,越來越能影響人類的生活,工業(yè)的進(jìn)步。區(qū)別于我們已經(jīng)開發(fā)研究成熟的一些傳統(tǒng)材料,高分子材料的研究開發(fā)存在著無窮的潛力。正如一些科學(xué)家預(yù)言的那樣,新型高分子材料的開發(fā)將有可能會帶來現(xiàn)代材料界的一次重大革命。
[參考文獻(xiàn)
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[7]高分子材料,百度百科.
關(guān)鍵詞:高分子材料;成型;技術(shù)
一、前言
高分子材料是指以高分子化合物為基體組分的材料。高分子材料按來源可分為天然高分子材料、合成高分子材料;按化學(xué)組成分類可分為有機(jī)高分子材料、無機(jī)高分子材料;按性能可分為通用高分子材料、新型高分子材料。高分子材料比傳統(tǒng)材料發(fā)展迅速的主要原因是原料豐富、制造方便、加工容易、品種繁多、形態(tài)多樣、性能優(yōu)異以及在生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域中所需的投資低,經(jīng)濟(jì)效益比較顯著。高分子反應(yīng)加工分為反應(yīng)擠出和反應(yīng)注射成型兩個部分,目前我國普遍采用的設(shè)備包括螺桿擠出機(jī)和螺桿注射機(jī)?,F(xiàn)階段,我國的高分子材料成型也取得了較好的成績。
二、高分子材料成型的原理
高分子材料的合成和制備一般都是由幾個化工單元操作組成的,高分子反應(yīng)加工把多個單元操作熔為一體,有關(guān)能量的傳遞和平衡,物料的輸運(yùn)和平衡問題,與一般單個化工單元操作完全不同。傳統(tǒng)聚合過程解決傳熱和傳質(zhì)問題主要是利用溶劑和緩慢反應(yīng)來進(jìn)行的,但是在聚合反應(yīng)加工過程中,物料的溫度在數(shù)分鐘內(nèi)就能達(dá)到400℃~800℃,此時對于反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱,如果不能進(jìn)行脫除的話,那么降解和炭化將會發(fā)生在物料中。傳統(tǒng)的加工過程是通過設(shè)備給聚合物加熱,而需要快速將聚合生成的熱量通過設(shè)備移去是聚合反應(yīng)加工所進(jìn)行的,由此可見,必須從化學(xué)和熱物理兩個方面開展相應(yīng)的基礎(chǔ)研究。
高分子材料的物理機(jī)械性能、熱性能、加工性能等均取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和凝聚態(tài)的形態(tài)結(jié)構(gòu),而加工工藝與高分子材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)關(guān)系是非常密切的。
流變學(xué),指從應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和時間等方面來研究物質(zhì)變形和(或)流動的物理力學(xué)。它是力學(xué)的一個新分支,它主要研究物理材料在應(yīng)力、應(yīng)變、溫度濕度、輻射等條件下與時間因素有關(guān)的變形和流動的規(guī)律。高分子材料成型加工成制備的理論基礎(chǔ)是高分子材料流變學(xué)。高分子材料的自身的規(guī)律和特點(diǎn)是伴隨化學(xué)反應(yīng)的高分子材料的流變性質(zhì)而產(chǎn)生的。
三、高分子材料成型的加工技術(shù)
(一)聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備
目前國外已經(jīng)研發(fā)出可以解決其他擠出機(jī)作為反應(yīng)器所存在的問題,即連續(xù)反應(yīng)和混煉的十螺桿擠出機(jī)。在我國高分子材料成型加工工業(yè)的發(fā)展中占有極其重要的地位,但是我國的高分子材料成型的加工技術(shù)的開發(fā)目前還處于初步階段??s聚反應(yīng)器的反應(yīng)擠出設(shè)備就是指交換法聚碳酸酯連續(xù)化生產(chǎn)和尼龍生產(chǎn)中的比較關(guān)鍵的技術(shù),除此之外,我國每年還有數(shù)以千萬噸的改性聚合物生產(chǎn),反應(yīng)擠出技術(shù)及設(shè)備也是其關(guān)鍵技術(shù)。
采用傳統(tǒng)的加工設(shè)備存在一些問題,例如傳熱、化學(xué)反應(yīng)過程難以控制等,另外投資費(fèi)用大、噪音大等問題。無論是在反應(yīng)加工原理還是設(shè)備的結(jié)構(gòu)上,聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)都完全不同,將聚合物反應(yīng)擠出全過程引入到電磁場引起的機(jī)械振動場,從而達(dá)到控制化學(xué)反應(yīng)過程、反應(yīng)制品的物理化學(xué)性能以及反應(yīng)生產(chǎn)物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的目的,這就是聚合物動態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備。高分子材料成型加工是高能耗過程作業(yè),無論是擠出、注射還是中空吹塑成型塑料原理都必須經(jīng)過熔融塑化及輸送這一基本和共性的過程,目前普遍采用的設(shè)備包括螺桿擠出機(jī)和螺桿注射機(jī)等。該技術(shù)使得控制聚合物單體及停留時間分布不可控的問題得到了解決,而且也使得振動立場作用下聚合物反應(yīng)加工過程中的質(zhì)量、動量以及能量傳遞和平衡問題得到了解決,同時也使得設(shè)備結(jié)構(gòu)集成化問題得到了解決。新設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)很多,例如:體積重量小、適應(yīng)性好、噪音低、可靠性高等等,而這些技術(shù)是傳統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備是比不了的。
(二)以動態(tài)反應(yīng)加工設(shè)備為基礎(chǔ)的新材料制備新技術(shù)
此技術(shù)的研究實(shí)現(xiàn),加強(qiáng)了我國在該領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)言權(quán)。以動態(tài)反應(yīng)技術(shù)為基礎(chǔ)方向,進(jìn)行深入的研究,從而產(chǎn)生了新的材料制備技術(shù)。我們以存儲光盤盤基為基礎(chǔ)原型,以反應(yīng)成型技術(shù)直接作用于其上。通過對這些技術(shù)的研究改進(jìn),改變了傳統(tǒng)技術(shù)中多環(huán)節(jié)、消耗大、復(fù)雜度高、周期長、而且環(huán)境污染比較嚴(yán)重等諸多不利因素。通過學(xué)習(xí)研究,可以把制作光盤的PC樹脂原料工業(yè)、中途存放、盤基成型工業(yè)串聯(lián)于一體,提高了工業(yè)生產(chǎn)效率、減少了資源浪費(fèi)、能夠完全有效的進(jìn)行控制,而且產(chǎn)品的質(zhì)量有大幅度的提高。
聚合物/無機(jī)物復(fù)合材料物理場強(qiáng)化制備新技術(shù)。研究表明,對無粒子進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?,可以得到一些好的效果,比如說利用聚合物進(jìn)行原位表面改性處理、原位包覆、強(qiáng)制分散等處理后,就可以使我們復(fù)合材料成型。
熱塑性彈性體動態(tài)全硫化制備技術(shù)。此技術(shù)將混煉引入到振動力場擠出全過程,為實(shí)現(xiàn)混煉過程中橡膠相動態(tài)全硫化,對硫化反直進(jìn)程進(jìn)行控制,從而使得共混加工過程共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)問題得到了解決。實(shí)現(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)的熱塑性彈性體動態(tài)硫化技術(shù)與設(shè)備研制開發(fā)出來,促進(jìn)我國TPV技術(shù)水平的提高。
四、結(jié)語
我國必須根據(jù)自身的實(shí)際情況來發(fā)展高分子材料成型加工技術(shù)及設(shè)備,把握技術(shù)前沿,不斷地培育自主知識產(chǎn)權(quán),從而使得我國高分子材料成型技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷加快。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:高分子材料;化工材料;發(fā)展現(xiàn)狀
我國自上世紀(jì)80年代以來,開始致力于高分子化工材料的研發(fā),并且將高分子化工材料用于多種領(lǐng)域,滿足了節(jié)能減排、高性能高科技等現(xiàn)代社會發(fā)展的要求。除了本文主要介紹三種材料以外,我國在烯類單體聚合、a―烯烴的聚合、乙烯基單體的光聚合與光刻膠等方面也取得很大的研究成果,隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展以及社會發(fā)展的進(jìn)一步需求,高分子化工材料將得到進(jìn)一步的開發(fā)研究,并廣泛的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、生物、能源等領(lǐng)域。高分子智能材料已經(jīng)成為材料科學(xué)發(fā)展的一個重要研究領(lǐng)域,全世界各個國家科學(xué)家都在為此作不懈的努力。從人類歷史發(fā)展來看,任何一種重要材料的發(fā)明和利用,都能夠把人類改造自然,創(chuàng)造社會的能力提高到一個新的高度,并給社會生產(chǎn)力和人類生產(chǎn)生活帶來巨大的影響,使人類的物質(zhì)文明建設(shè)和精神文明建設(shè)共同向前推進(jìn)一大步。所以可以肯定的說,未來將會有更多更好更實(shí)用的智能材料出現(xiàn)在我們的面前。
一、高分子材料概念描述
所謂高分子材料是指由許多重復(fù)單元共價連接而成的,分子量很大的一類分子所組成的相關(guān)聚合物,并且具有粘彈性。高分子材料正在向以下幾方面發(fā)展:高功能化,高性能化,復(fù)合化,精細(xì)化和智能化。鑒于此,我國的高分子材料在進(jìn)一步開發(fā)通用的基礎(chǔ)上,應(yīng)該重點(diǎn)發(fā)展高分子材料品種、提高技術(shù)水平、擴(kuò)大生產(chǎn)以進(jìn)一步滿足市場需要。天然高分子是存在于動物、植物及生物體內(nèi)的高分子物質(zhì),可分為天然纖維、天然樹脂、天然橡膠、動物膠等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡膠和合成纖維三大合成材料,此外還包括膠黏劑、涂料以及各種功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所沒有的或較為優(yōu)越的性能,較小的密度、較高的力學(xué)、耐磨性、耐腐蝕性、電絕緣性等。
二、高分子材料的應(yīng)用分析
(一)聚烯烴材料
聚烯烴是高分子化工材料中用量最大的,也是應(yīng)用范圍最廣的一種,主要在汽車、建筑、家電等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。聚烯烴是烯烴的聚合物,是由乙烯、丙烯1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烴以及某些環(huán)烯烴單獨(dú)聚合或共聚合而得到的一類熱塑性樹脂的總稱,主要通過高壓聚合或者低壓聚合如溶液法、漿液法等方法生產(chǎn)合成,主要品種有聚乙烯以及以乙烯為基礎(chǔ)的一些共聚物、聚丙烯以及以聚丙烯為基礎(chǔ)的丙烯共聚物。具有容易加工、綜合性能良好、原料豐富,價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。目前,各研究機(jī)構(gòu)正在研究使用過渡金屬做催化劑,進(jìn)行各類烯烴的聚合。近年來,隨著節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)以及可持續(xù)發(fā)展思想的深入,聚烯烴的合金化、高性能化和多樣化成為研究的方向和重點(diǎn)。
(二)高分子智能材料
高分子智能材料是通過有機(jī)和合成的方法,使無生命的有機(jī)材料變得具有生物功能的一種材料。其功能可隨外界條件的變化而有意識地調(diào)節(jié)、修飾和修復(fù)。形狀記憶高分子材料是指在一定條件下賦予高分子材料的起始裝態(tài),當(dāng)外部條件發(fā)生改變時,它可以改變成相應(yīng)地形狀,并能固定其形態(tài)。當(dāng)外部條件再次發(fā)生改變時,智能高分子材料以特定的規(guī)律和方式再一次發(fā)生變化并恢復(fù)至起始態(tài)。從而完成從起始記憶態(tài)到固定變形態(tài)再到恢復(fù)起始態(tài)的循環(huán)過程。自行調(diào)溫調(diào)光的新型建筑材料,成分是由水和聚合物構(gòu)成的。在低溫時聚合物是成串排列的,為透明狀,能夠透過90%的光線。加熱時,這種聚合物就以纖維的形式聚合在一起,成乳白色,能夠阻擋90%的光線。并且這種可逆過程是在兩三度溫差范圍內(nèi)完成的。具有傳感功能的高分子材料,這種與傳感器結(jié)合起來的高分子材料,已成為智能材料的一個新特點(diǎn)。例如,裝有壓電陶瓷傳感器的機(jī)器人,可以靈敏地感覺到軸承脫離時摩擦力突然變化的情況,并迅速作出握緊反應(yīng)。
(三)稀土催化材料
稀土元素具有獨(dú)特的化學(xué)性能和物理組成,以稀土元素為基礎(chǔ)的稀土功能材料在信息、生物、新技術(shù)、新能源以及環(huán)境保護(hù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中起著十分重要的作用,稀土催化材料比傳統(tǒng)的貴金屬催化材料相比,具有資源豐度高、成本低、生產(chǎn)工藝水平高以及性能優(yōu)越等方面的優(yōu)勢。稀土催化材料不僅能夠提高生產(chǎn)效率,最重要的是能夠節(jié)約資源和能源,進(jìn)而減少環(huán)境污染。上世紀(jì)60年代,中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所運(yùn)用稀土化合物組成新型催化劑用于二烯烴的聚合以及橡膠的制備,打破了傳統(tǒng)的Z-N催化劑,取得重大研究進(jìn)展。目前稀土催化材料大量運(yùn)用在能源環(huán)境領(lǐng)域中,如汽車尾氣凈化、工業(yè)廢氣以及人居環(huán)境凈化等方面。
(四)生物醫(yī)用材料
生物醫(yī)學(xué)材料指的是一類具有特殊性能、特種功能,用于人工器官、外科修復(fù)、理療康復(fù)、診斷、治療疾患,而對人體組織不會產(chǎn)生不良影響的材料。高分子合成的生物醫(yī)用材料通過分子設(shè)計(jì)和聚合,能夠獲得具有良好物理性能和生物相容性的生物材料,其中高分子軟材料常用做為人體軟組織如血管、食道和指關(guān)節(jié)等的替代品。合成的高分子硬材料可以用作人工硬腦膜、籠架球形的人工心臟瓣膜的球形閥等;液態(tài)的合成材料如室溫硫化硅橡膠可以用作注入式組織修補(bǔ)材料。
三、結(jié)束語
新型高分子材料對人們的日常生活和工作產(chǎn)生越來越大的影響,本文從幾個方面介紹新型智能高分子材料。主要包括高分子材料的含義,發(fā)展現(xiàn)狀和高分子材料的應(yīng)用等幾方面內(nèi)容。作為一種與國民經(jīng)濟(jì)、高科技技術(shù)和現(xiàn)代化生活密切相關(guān)重要的材料已經(jīng)在各個領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大的作用,人類已經(jīng)進(jìn)入了高分子時代。
參考文獻(xiàn):
【關(guān)鍵詞】 高分子材料 可降解 循環(huán)利用
1 生物可降解高分子材料的含義及降解機(jī)理
生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下,能被微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。生物可降解的機(jī)理大致有以下三種方式:生物的細(xì)胞增長使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞;微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì);酶的直接作用,即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。一般認(rèn)為,高分子材料的生物可降解是經(jīng)過兩個過程進(jìn)行的。首先,微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合,通過水解切斷高分子鏈,生成分子量小于500的小分子量的化合物;然后,降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi),經(jīng)過種種的代謝路線,合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動的能量,最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。因此,生物可降解并非單一機(jī)理,而是一個復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)協(xié)同作用,相互促進(jìn)的物理化學(xué)過程。到目前為止,有關(guān)生物可降解的機(jī)理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外,高分子材料在機(jī)體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外,還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。
2 生物可降解高分子材料的類型
按材料來源,生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類,有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。
2.1 微生物生產(chǎn)型
通過微生物合成的高分子物質(zhì)。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖,具有生物可降解性,可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。
2.2 合成高分子型
脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點(diǎn)低,強(qiáng)度及耐熱性差,無法應(yīng)用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點(diǎn)較高,強(qiáng)度好,是應(yīng)用價值很高的工程塑料,但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物,這種共聚物具有良好的性能,又有一定的生物可降解性。
2.3 天然高分子型
自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子,這些高分子可被微生物完全降解,但因纖維素等存在物理性能上的不足,由其單獨(dú)制成的薄膜的耐水性、強(qiáng)度均達(dá)不到要求,因此,它大多與其它高分子,如由甲殼質(zhì)制得的脫乙?;嗵堑裙餐熘?。
2.4 摻混型
在沒有生物可降解的高分子材料中,摻混一定量的生物可降解的高分子化合物,使所得產(chǎn)品具有相當(dāng)程度的生物可降解性,這就制成了摻合型生物可降解高分子材料,但這種材料不能完全生物可降解。
3 生物可降解高分子材料的研發(fā)
3.1 傳統(tǒng)方法
傳統(tǒng)利用生物可降解高分子材料的方法主要包括:天然高分子的改造法、化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法等。(1)天然高分子的改造法。通過化學(xué)修飾和共混等方法,對自然界中存在大量的多糖類高分子,如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進(jìn)行改性,可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足,但一般不易成型加工,而且產(chǎn)量小,限制了它們的應(yīng)用。②化學(xué)合成法。模擬天然高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu),從簡單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物,這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學(xué)結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學(xué)合成法反應(yīng)條件苛刻,副產(chǎn)品多,工藝復(fù)雜,成本較高。(2)微生物發(fā)酵法。許多生物能以某些有機(jī)物為碳源,通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難,且仍有一些副產(chǎn)品。
3.2 酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料,得益于非水酶學(xué)的發(fā)展,酶在有機(jī)介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì),并擁有了催化一些特殊反應(yīng)的能力,從而顯示出了許多水相中所沒有的特點(diǎn)。
3.3 酶促合成法與化學(xué)合成法結(jié)合使用
酶促合成法具有高的位置及立體選擇性,而化學(xué)聚合則能有效的提高聚合物的分子量,因此,為了提高聚合效率,許多研究者已開始用酶促法與化學(xué)法聯(lián)合使用來合成生物可降解高分子材料。
4 結(jié)語
隨著高分子材料合成與加工的技術(shù)進(jìn)步,生物可降解高分子材料在各行業(yè)得到廣泛、深入的應(yīng)用。生物可降解高分子材料助劑、樹脂原料和加工機(jī)械一起組成了生物可降解高分子加工的三大基本要素。此外,加工工藝水平、配方技術(shù)以及相關(guān)配套服務(wù)設(shè)施也成為完美展現(xiàn)制品性能的不可或缺的因素。我國生物可降解高分子材料工業(yè)起步較晚,發(fā)展遲緩,難以適應(yīng)目前的發(fā)展趨勢,必須借助行業(yè)發(fā)展,探索一條具有中國特色的工業(yè)之路。在消化、吸收、仿制國外先進(jìn)品種和技術(shù)的基礎(chǔ)上,針對不同行業(yè)要求和特點(diǎn),開發(fā)出高效、多功能、復(fù)合化、低(無)毒、低(無)污染、專用化的生物可降解高分子品種,提高規(guī)?;a(chǎn)和管理能力,改變目前行業(yè)規(guī)模小、品種少、性能老化且雷同、針對性(專用性)差、性能價格比明顯低于國外同類產(chǎn)品、創(chuàng)新能力低下、污染嚴(yán)重、無序競爭的局面,一些新型功能的生物可降解高分子材料的發(fā)展時間不長,消費(fèi)量較低,卻帶來了產(chǎn)業(yè)新的突破點(diǎn)和增長點(diǎn),豐富完善了整個體系,其高技術(shù)含量和巨大的增幅顯示了強(qiáng)大的生命力,創(chuàng)造一個投入產(chǎn)出比明顯高于其他化工產(chǎn)品的新產(chǎn)業(yè)。
【關(guān)鍵詞】高分子材料成型加工;工藝;實(shí)驗(yàn)教學(xué);改革;綜合能力
在高等職業(yè)教育從精英教育轉(zhuǎn)向高素質(zhì)技能人才教育發(fā)展以后,創(chuàng)造性與適用性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的重要性日益凸顯。高分子材料成型加工作為一門專業(yè)性強(qiáng)、實(shí)用性與系統(tǒng)性兼具、技術(shù)不斷快速發(fā)展的新興學(xué)科來說,高分子材料成型加工教學(xué)的實(shí)施需要通過理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)方法和探究性、創(chuàng)新性的思維方法。為此,探究性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為其教學(xué)過程中十分重要的教學(xué)手段與教學(xué)環(huán)節(jié)。隨著新材料技術(shù)的不斷發(fā)展,高分子材料特別塑料已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了越來越廣泛地應(yīng)用,已成為現(xiàn)代工業(yè)三大新型材料,高分子材料成型加工業(yè)已成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。高分子材料成型加工是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,因此,對于高分子材料成型加工這門學(xué)科的教學(xué)來說,改革創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué),對保證本學(xué)科的整體教學(xué)效果和質(zhì)量有著非常重要的意義。
一、高分子材料成型加工專業(yè)概述
高分子材料成型加工技術(shù)是以高分子材料的結(jié)構(gòu)性能和改性制備、制品設(shè)計(jì)、成型工藝、模具設(shè)計(jì)與應(yīng)用、性能檢測、設(shè)備應(yīng)用等為研究對象的一門學(xué)科。開設(shè)主要課程有高分子化學(xué)基礎(chǔ)、高分子物理學(xué)、聚合物流變學(xué)、聚合物加工原理、高分子材料與配方、高分子材料成型工藝、塑料成型模具、塑料成型設(shè)備等。高分子材料成型加工工藝是高分子材料成型加工技術(shù)專業(yè)最為核心的課程。培養(yǎng)具有高分子材料成型加工專業(yè)基礎(chǔ)知識,能在高分子材料領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的高素質(zhì)應(yīng)用型專門技能人才。通過本專業(yè)的學(xué)習(xí),學(xué)生應(yīng)該掌握高分子材料的改性與配制方法;高分子材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系;聚合物加工流變學(xué)、成型加工工藝和成型模具設(shè)計(jì)的基本理論和基本技能;具有對高分子材料進(jìn)行改性及加工工藝研究、設(shè)計(jì)和分析測試,并開發(fā)新型高分子材料及產(chǎn)品的初步能力;具有應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模流分析、制品與模具設(shè)計(jì)應(yīng)用的能力;具有對高分子材料改性及加工過程進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和管理的初步能力。
二、高分子材料成型加工實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革方法探索
(一) 對實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì),讓其更具實(shí)操性
高分子材料成型加工技術(shù)是一門系統(tǒng)學(xué)科,其實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程也應(yīng)該是一個具有系統(tǒng)性的課程。但在以往的課程設(shè)置中卻將實(shí)驗(yàn)課程分割成了高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)、高分子物理實(shí)驗(yàn)、高分子成型加工實(shí)驗(yàn)等若干個零碎的單元實(shí)驗(yàn),學(xué)生獲得的實(shí)驗(yàn)知識散亂,無法形成系統(tǒng)的知識鏈和技能集群。因此,將相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行項(xiàng)目分類,按照案例模塊設(shè)計(jì),將相關(guān)實(shí)驗(yàn)有機(jī)地串聯(lián)成一門集趣味性、知識性和實(shí)踐性為一體的完整實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程,這樣知識間的聯(lián)系也更為緊密,使實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)操性更高。
(二)讓實(shí)驗(yàn)的“驗(yàn)證性”向“探究性”轉(zhuǎn)變,增加學(xué)生的自主性
現(xiàn)行的高分子材料成型加工實(shí)驗(yàn)教材上,都是以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的正確性作為實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,?shí)驗(yàn)教材上已經(jīng)將實(shí)驗(yàn)方法、步驟、標(biāo)準(zhǔn)等介紹得非常清楚了,因此,學(xué)生只需要按照實(shí)驗(yàn)教材上的步驟完成即可,整個過程很少有需要學(xué)生創(chuàng)新探索的地方。很顯然,這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是無法滿足高職教育對于提高學(xué)生綜合實(shí)際應(yīng)用能力的要求的。為此,在已有實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上,將“驗(yàn)證性”實(shí)驗(yàn)向“探究性”實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變。讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)方案,自行探究完整實(shí)驗(yàn)應(yīng)該如何做。學(xué)生將自己設(shè)定的實(shí)驗(yàn)步驟完整地記錄下來,在實(shí)驗(yàn)過程中如果出現(xiàn)了問題,學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)步驟探究分析問題的癥結(jié)。例如在做PP樹脂熔體指數(shù)的測試實(shí)驗(yàn)時,同時進(jìn)行PP樹脂分子量的測定實(shí)驗(yàn),通過兩種實(shí)驗(yàn)的對比研究,使學(xué)生真正懂得在同一環(huán)境因素條件下,熔體指數(shù)只是樹脂熔體流動性能好壞的表現(xiàn)形式,而高分子的大小才是樹脂熔體流動性好壞的內(nèi)在決定因素。只有讓學(xué)生的所學(xué)在探究性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有所體現(xiàn),學(xué)生才能切實(shí)得到實(shí)踐能力上的提升,才能不斷提升自身綜合素質(zhì)。在這個過程中,學(xué)生分析與解決問題的能力才會得到有效提升。
(三)增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)意性與趣味性
高分子材料成型加工的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)的不同之處在于,它的很多實(shí)驗(yàn)都需要一個完整的工藝流程才能看到效果,有的單元實(shí)驗(yàn)枯燥無味,因此,對于高分子材料成型加工實(shí)驗(yàn)來說,增加一些創(chuàng)意性與趣味性是非常必要的。學(xué)生如果將做實(shí)驗(yàn)當(dāng)做自己的興趣來對待,所取得的教學(xué)效果會更好。以雙酚A型環(huán)氧樹脂的合成與粘接實(shí)驗(yàn)為例,由于環(huán)氧樹脂是透明的,因此教師可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開始前自行準(zhǔn)備一些喜歡的樹葉或者卡片之類的東西。當(dāng)環(huán)氧預(yù)聚體合成出來以后可以將這些準(zhǔn)備好的樹葉以及卡片等放到合成模具中,然后進(jìn)行灌漿、封口以及加熱操作,待其固化以后就會得到一個非常漂亮的自制相框。在這一創(chuàng)意的啟發(fā)下,學(xué)生還可以發(fā)揮自己的才智制作出臺歷、鑰匙牌等小用具,這就使這樣的實(shí)驗(yàn)變得非常的有趣。這些創(chuàng)意不僅讓學(xué)生獲得了成就感,同時也更加喜歡實(shí)驗(yàn)課程。
(四)實(shí)施案例教學(xué)法來提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分析能力
高職院校教學(xué)的重要任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新精神。案例教學(xué)法是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法。在教師的指導(dǎo)下,根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容的需要,運(yùn)用案例來個別說明展示,從實(shí)際案例出發(fā),提出問題、分析問題、解決問題,通過師生的共同努力使學(xué)生達(dá)到舉一反三、理論聯(lián)系實(shí)際、融會貫通、增強(qiáng)知識、提高能力和水平的方法。它實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體,以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為基本價值取向,將理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合了起來,迅速、高效地解決實(shí)際問題。為了讓同學(xué)們掌握分析解決塑料制品應(yīng)力開裂現(xiàn)象的方法,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,以學(xué)校高分子材料加工中心生產(chǎn)的某品牌的食用油包裝瓶蓋在使用過程中發(fā)生部分開裂現(xiàn)象為例,讓同學(xué)們分析發(fā)生開裂的原因。通過調(diào)查研究知道,瓶蓋發(fā)生開裂可能是加工溫度等工藝條件設(shè)定不合適、材料的選擇不夠正確、模具的冷卻系統(tǒng)和模具澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理等因素造成。然后通過計(jì)算機(jī)模流分析,發(fā)現(xiàn)主要是澆口進(jìn)澆方向不正確而引發(fā)的應(yīng)力收縮開裂。為此,將進(jìn)澆方向改為從瓶蓋側(cè)向進(jìn)澆,使問題得到了解決。
三、結(jié)束語
綜上所述,對于實(shí)踐性比較強(qiáng)的高分子材料成型加工技術(shù)來說,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)環(huán)節(jié)中非常重要的一個部分。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于高分子材料成型加工學(xué)科的整體教學(xué)效果會產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。實(shí)現(xiàn)高分子材料成型加工實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)與改革,有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、綜合應(yīng)用能力和解決實(shí)際問題的能力。對高分子材料成型加工的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革,從對實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)著手,讓其更具實(shí)操性;使實(shí)驗(yàn)教學(xué)從“驗(yàn)證性”向“探究性”轉(zhuǎn)變,增加學(xué)生的自主性;增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)意性與趣味性,以及實(shí)施案例教學(xué)法等,實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合,提高本學(xué)科教學(xué)的內(nèi)涵質(zhì)量和整體教學(xué)效果。
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論文摘要:高分子化學(xué)是研究高分子化合物的合成、化學(xué)反應(yīng)、物理化學(xué)、物理、加工成型、應(yīng)用等方面的一門新興的綜合性學(xué)科。那么,高分子化學(xué)具體內(nèi)容及高分子與生活、高科技的發(fā)展關(guān)系如何呢?以下作簡單介紹。
人類從一開始即與高分子有密切關(guān)系,自然界的動植物包括人體本身,就是以高分子為主要成分而構(gòu)成的,這些高分子早已被用作原料來制造生產(chǎn)工具和生活資料。人類的主要食物如淀粉、蛋白質(zhì)等,也都是高分子。只是到了工業(yè)上大量合成高分子并得到重要應(yīng)用以后,這些人工合成的化合物,才取得高分子化合物這個名稱。但提到合成高分子材料(聚合物)的應(yīng)用與發(fā)展,人們在想到它們極大地方便我們的生活的同時,很多人會想到“白色污染”,甚至將水污染、大氣污染等各種環(huán)境問題的產(chǎn)生怪罪于高分子,這說明他們對高分子并不十分了解。當(dāng)今社會高分子的功用無處不在,而人們認(rèn)識高分子時,往往忽略了它帶給人類生活的巨大變化和種種利益,不了解它為人類文明做出的貢獻(xiàn)是巨大的。
一、高分子化學(xué)的內(nèi)涵
1.何為高分子化學(xué)
顧名思義,高分子就是相對分子質(zhì)量很高的分子,它是高分子化合物的簡稱。高分子化合物,又稱聚合物或高聚物,是結(jié)構(gòu)上由重復(fù)單元(低分子化合物—單體)連接而成的高相對分子質(zhì)量化合物。高分子的相對分子質(zhì)量非常的大,小到幾千,大到幾百萬、上千萬的都有。我們有時將相對分子質(zhì)量較低的高分子化合物叫低聚物。高分子化學(xué)作為化學(xué)的一個分支,同樣也是從事制造和研究分子的科學(xué),但其制造和研究的對象都是大分子,即由若干個原子按一定規(guī)律重復(fù)地連接成具有成千上萬甚至上百萬質(zhì)量的、最大伸直長度可達(dá)毫米量級的長鏈分子,稱為高分子、大分子或聚合物。
2.高相對分子質(zhì)量與高強(qiáng)度
相對分子質(zhì)量和物質(zhì)的性質(zhì)是密切相關(guān)的,是決定物質(zhì)性質(zhì)的一個重要因素。只有相對分子質(zhì)量高的化合物才有一定的機(jī)械力學(xué)性能,才能作為材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直鏈的烷烴化合物,但是分子量變化很大,其機(jī)械力學(xué)性能因而也有極大的區(qū)別。
3.高分子科學(xué)的主要內(nèi)容
既然高分子化學(xué)是制造和研究大分子的科學(xué),對大分子的反應(yīng)和方法的研究,顯然是高分子化學(xué)最基本的研究內(nèi)容。高分子科學(xué)不僅是研究化學(xué)問題,也是一門系統(tǒng)的科學(xué)。高分子科學(xué)的主要內(nèi)容有:如何將低分子化合物連
接成高分子化合物,即聚合反應(yīng)的研究。高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系。不同性質(zhì)的高分子,其結(jié)構(gòu)必然是不同的。為了得到不同性質(zhì)的高分子,就要去合成具有特殊結(jié)構(gòu)的高分子。
二、高分子材料化學(xué)的應(yīng)用
材料是人類社會文明發(fā)展階段的標(biāo)志,是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。它是指經(jīng)過某種加工,具有一定結(jié)構(gòu)、組分和性能,并可應(yīng)用于一定用途的物質(zhì)。上世紀(jì)半導(dǎo)體硅、高集成芯片、高分子材料的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用,把人類由工業(yè)社會推向信息和知識經(jīng)濟(jì)社會。可以說某一種新材料的問世及其應(yīng)用,往往會引起人類社會的重大變革,材料是人類文明的重要標(biāo)志。如果說現(xiàn)在人人離不開高分子材料,家家離不開高分子材料,處處離不開高分子材料,是一點(diǎn)也不過分的。高分子化合物的最主要的應(yīng)用是以高分子材料的形式出現(xiàn)的,高分子材料包括了塑料、纖維、橡膠三大傳統(tǒng)合成材料,另外許多精細(xì)化工材料也都是高分子材料。
第一,塑料:一類是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底與泡沫塑料等等;另一類叫工程塑料,其強(qiáng)度大,如汽車零部件、保險杠、洗衣機(jī)內(nèi)的滾筒、電器的外殼等。
第二,纖維:人們開發(fā)出聚酯、尼龍、腈綸、維尼綸等高分子化合物,通過不同的加工,生產(chǎn)出了各種纖維制品,極大地滿足著人類的需要。
第三,橡膠:天然橡膠的種類和品質(zhì)都受到很大的限制,于是科學(xué)家們不斷開發(fā)出了各種人造橡膠,如丁苯橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、硅橡膠等。
第四,精細(xì)化工:比如使得我們的世界變得豐富多彩的各種涂料產(chǎn)品,如家具漆、內(nèi)外墻乳膠漆、汽車漆、飛機(jī)漆等。女孩子用的指甲油,使牙齒變白的增白劑也都是涂料。還有萬能膠、建筑用膠、醫(yī)用膠、結(jié)構(gòu)膠等黏合劑,以及各種吸水樹脂等都是高分子產(chǎn)品。
三、高分子化學(xué)與高科技的結(jié)合
當(dāng)今社會,人們將能源、信息和材料并列為新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。自從合成有機(jī)高分子材料的那一天起,人們始終在不斷地研究、開發(fā)性能更優(yōu)異、應(yīng)用更廣泛的新型材料,來滿足計(jì)算機(jī)、光導(dǎo)纖維、激光、生物工程、海洋工程、空間工程和機(jī)械工業(yè)等尖端技術(shù)發(fā)展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發(fā)展,出現(xiàn)了許多產(chǎn)量低、價格高、性能優(yōu)異的新型高分子材料。
隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,許多具有特殊功能的高分子材料也不斷涌現(xiàn)出來,如分離材料、光電材料、磁性材料、生物醫(yī)用材料、光敏材料、非線性光學(xué)材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活躍的領(lǐng)域,下面簡單介紹特種高分子材料:功能高分子是指當(dāng)有外部刺激時,能通過化學(xué)或物理的方法做出相應(yīng)反應(yīng)的高分子材料;高性能高分子則是對外力有特別強(qiáng)的抵抗能力的高分子材料。它們都屬于特種高分子材料的范疇;特種高分子材料是指帶有特殊物理、力學(xué)、化學(xué)性質(zhì)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(化學(xué)纖維、塑料、橡膠、油漆涂料、粘合劑)的范疇。
第一,力學(xué)功能材料:強(qiáng)化功能材料,如超高強(qiáng)材料、高結(jié)晶材料等;)彈性功能材料,如熱塑性彈性體等。
第二,化學(xué)功能材料:分離功能材料,如分離膜、離子交換樹脂、高分子絡(luò)合物等;反應(yīng)功能材料,如高分子催化劑、高分子試劑;生物功能材料,如固定化酶、生物反應(yīng)器等。
第三,生物化學(xué)功能材料:人工臟器用材料,如人工腎、人工心肺等;高分子藥物,如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物、高分子農(nóng)藥等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。
可以預(yù)計(jì),在今后很長的歷史時期中,特種與功能高分子材料研究將代表了高分子材料發(fā)展的主要方向。
四、高分子化學(xué)的可持續(xù)發(fā)展
研究高分子合成材料的環(huán)境同化,增加循環(huán)使用和再生使用,減少對環(huán)境的污染乃至用高分子合成材料治理環(huán)境污染,也是21世紀(jì)中高分子材料能否得到長足發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。比如利用植物或微生物進(jìn)行有實(shí)用價值的高分子的合成,在環(huán)境友好的水或二氧化碳等化學(xué)介質(zhì)中進(jìn)行化學(xué)合成,探索用前面提到的化學(xué)或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子來處理污水和毒物,研究合成高分子與生態(tài)的相互作用,達(dá)到高分子材料與生態(tài)環(huán)境的和諧等。顯然這些都是屬于21世紀(jì)應(yīng)當(dāng)開展的綠色化學(xué)過程和材料的研究范疇。
參考文獻(xiàn)