高分子材料的意义范文

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篇1

关键词：增塑剂 毒性 医用高分子材料

据1996 年12 月美国健康工业制造者协会的资料表明，1995 年世界医疗器械市场已达1200 亿美元，而医疗器械市场份额的60 %以上来源于生物医学材料和医用植入体[1]。医用高分子材料是指在医学上使用的高分子材料，它对于挽救生命，救治伤残，提高人类生活质量具有重要的意义和巨大的社会效益。能被应用到医学领域的高分子材料对其性能要求十分苛刻 [2～4]。

邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）作为聚氯乙烯（PVC）等塑料制品的增塑剂，可增加塑料的弹性和韧性，被广泛应用于塑料工业。DEHP在塑料中是以游离的形式存在的，在重量上可达30%～50%，很容易进入环境。作为环境污染物，可以在地表水、地下水、饮用水、空气、土壤及动、植物体内广泛检测到。[5]随着DEHP产量的逐年增加，其在环境中的浓度也逐渐升高，对人体的毒性作用也越来越受到人们的关注。[6]目前对其健康效应方面的评价尚处于实验室动物研究阶段，本文仅就国内外DEHP的毒性研究作一综述。

一、理化特性

邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（C24H38O4）常温下为澄清的液态油性化合物，分子量为390156 ，熔点255℃，沸点在大气压为760mmHg时为387℃，在5mmHg时为230℃，200℃时的蒸汽压为1.2mmHg，密度为0.9861，难溶于水，易溶于有机溶剂。

二、代谢和分布

1.吸收

DEHP可经胃肠道、肺和皮肤吸收，通常以胃肠道为主要吸收途径。从DEHP代谢物在大鼠的排泄过程可知，经口给予的DEHP90%以上在胃肠道被吸收。DEHP进入胃肠道后，受胰腺酶和肠道内一些酶的作用，大部分迅速由双酯转化为单酯（MEHP），然后被吸收。

2.分布

经口给予DEHP经消化吸收后，DEHP及其代谢产物主要分布于血液、肝脏、肾脏、胃肠道以及脂肪组织，其中在大鼠的组织中浓度相对较高。

3.代谢

DEHP进入体内代谢的第一步就是水解成为单酯系列，经口给药后这一步主要在胃肠道进行。但在其他组织，如肝脏、肾脏、胰腺、肺脏、血液、组织中都可将其水解为单酯。DEHP进入体内后被迅速降解，24h后仅剩痕量水平。DEHP只有在肝脏内才可被完全代谢为邻苯二甲酸。DEHP具有脂溶性，能储存于脂肪组织中而长时间不被代谢掉。DEHP在肺脏的半衰期仅为1.5h，肝脏中为28.4h，在脂肪组织中为156h。MEHP在肝脏组织中的半衰期为32h，在脂肪组织中则为68h。

4.排泄

由于DEHP进入体内后迅速代谢为单酯，处理和降解单酯成为代谢的主要任务。对许多物种包括人体进行检测发现，单酯以一种葡萄糖苷酸偶联体的形式存在于尿液，粪便和胆汁中。美国环境保护署报道DEHP在人体内的半衰期平均为12h。以14C标记的DEHP经皮进入F-344大鼠体内后需7d才能从尿液和粪便清除，其中尿液为主要清除途径。

三、毒性

1.急性毒性

DEHP的急性毒性较低，Sax和Lewis等人报道经口给药后，小鼠的LD50为30g/kg，大鼠为30.6g/kg，家兔为34g/kg；小鼠、大鼠、鸽、兔、鸡静脉注射DEHP0.07～0.3g/kg可引起死亡；大鼠腹腔注射DEHP其LD50为5～30g/kg。

2.慢性毒性

2.1体重及器官重量的改变

d雌性组的子宫重量明显低于对照组。d雄性组中重量明显低于对照组。6000mg/kgd以及6000mg/kgd、1500mg/kgd雌、雄性组的肾脏重量与对照组相比明显下降。相反，在以上几组中肝脏重量却明显增加。肝细胞内滑面内质网增生，过氧化物酶体在数量和形态上均增殖。

2.2对血液系统的影响

d组血浆中尿素氮（BUN）和白蛋白的含量比对照组显著升高，而球蛋白含量降低。在104周末，丙氨酸氨基转移酶（AL T）和天门冬酸氨基移酶（AST）的活性增高，但尚无统计学意义。红细胞数、血红蛋白、红细胞压积都低于对照组。

3.生殖毒性

该领域研究的报道相对较多。主要表现为胎儿死亡率升高，胎儿畸形，体重偏低，肝脏、肾脏的相对/绝对质量升高等。研究发现，DEHP可刺激下丘脑产生并释放促性腺激素释放激素，使垂体释放卵泡刺激素和黄体生成素失调。DEHP及其代谢产物进入后，支持细胞和间质细胞作为它们的靶点首先受到攻击，线粒体和内质网为主要受损细胞器，使得体积减小，这样就阻碍了的正常发生，但引起这一反应所需的浓度较高，足以引起肝肾的绝对和相对重量改变及引起胰腺和肝脏的组织学变化。

4.致癌性

Rao和Reddy发现DEHP及其代谢产物可以引起过氧化物酶的增值，而过氧化物酶增高可导致某些原致癌物的致癌性增加。

5.安全性

近年来，人们非常关注PVC制品中所含的二恶英和环境激素等问题，各种议论给PVC市场带来了不利影响。日本增塑剂工业协会对在邻苯二甲酸酯类增塑剂中使用量最多的DOP的安全性能进行了多方位和细致的研究，结果获得了世界公认。下面以DEHP（邻苯二甲酸双（2-乙基乙基）脂）为例，详细的分析这类增塑剂的安全性。

在许多场所能检测出DEHP，使人们对该物质产生了担忧，但近年来人们对DEHP安全性的认识已经有了较大的提高。实际上，DEHP的蒸气压和在水中溶解度极小，仅能用特殊仪器从空气中和水中检测出很低的含量。虽然食品被检测出有PPM级含量的DEHP，但对人类和啮齿类动物的影响很小。2000年2月，国际癌症研究机构（iarc）否定了该物质对人体的致癌性，2003年1月通过对灵长类动物的实验，证实没有影响。2003年6月日本环境省发表了包括DEHP在内的几种邻苯二甲酸酯不会产生环境激素的研究报告。

日本和海外各种机构对DEHP进行了损害评估，大部分作出DEHP对人体健康没有影响的结论。2005年2月，日本产业技术综合研究所发表了“邻苯二甲酸酯——DEHP”报告，对该物质进行了详细的损害评定。结论如下：（1）除特殊医疗和工作领域外，不必担心DEHP会对人体造成任何伤害；（2）对生态的影响与人体影响评估一样，也不会造成任何损害。日本增塑剂工业协会经过长期反复调查研究，认为“DEHP对于人类和环境不会带来不利影响，可以放心使用”。

四、结语

PVC在各种各样的医疗产品中有着悠久的使用历史。PVC在医疗产品中的应用包括输液袋和导尿管等等。这些医疗设备经过了世界范围内包括FDA在内的无数政府机构和独立健康机构的严格的监管审查。在过去40多年的使用过程中，这些材料的安全性已经经过了50亿到70亿急性接触住院以及10亿到20亿慢性接触住院天数的证明，并没有发现PVC类材料具有任何反作用。可替代材料能够有效取代DEHP（或含DEHP的PVC）的程度还需要在当今使用的广泛范围内进行测试。这些可替代材料还必须进行毒物学和具体特定的使用领域可接受的安全标准的评估，并且要具有与原来使用材料相当的安全程度。病人的安全性、功能的有效性、成本的经济性以及规章的遵从性将会对未来医疗设备材料的选择及其优先性产生指导性作用。[7]

参考文献

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[2] 贡长生、张克立. 新型功能材料[M] . 北京：化学工业出版社，2001. 5832599.

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[4] 马建标. 功能高分子材料[M] . 北京： 化学工业出版社，2000. 3202352.

[5] 张承焱，等.推进医用高分子材料产业化[J ] .化工新型材料，2002 ，30（11） ：829.

篇2

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。

参考文献

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篇3

【关键词】功能材料；高分子；现状；发展

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80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

功能高分子材料在其原有性能的基础上，赋予其某种特定功能。诸如：化学性、导电性、光敏性、催化性，对特定金属离子的选择螯合性，以及生物活性等特殊功能，这些都与在高分子主链和侧链上带有特殊结构的反应基团密切相关。

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]。

2.1高功能高分子材料

2.1.1化学功能高分子材料

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链为骨架的高分子上。离子交换树脂是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。

2.1.2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。

2.1.3电功能高分子材料

依据材料的结构和组成，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。

2.1.4生物医用高分子材料

生物医用高分子包括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，分为两类：一类药物即为高分子本身，可以直接用作药物，也可以通过合成获得某些疗效。另一类高分子药物高分子本身没有药用价值，而是作为药物的载体，以离子键或共价键的形式连接具有药理活性的低分子化合物，制成高分子药物控制释放制剂。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[3]。

2.2新型功能高分子材料

2.2.1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。

2.2.2 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CO2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。

2.2.3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。

2.2.4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[4]。

3.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。随着人们对有机高分子材料研究的逐步深入和加强，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[5]。

【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，2011，（23）：60～62.

［2］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.

［3］杨北平，陈利强，朱明霞.功能高分子材料发展现状及展望[J].广州化工，2011，（6）：17～18.

篇4

关键词：功能高分子材料；纳米技术；可生物降解；

高分子材料早已经渗透到。我们人类生活的方方面面，在日常生活处处。都有着重要的应用。所以我们每个人都。对于高分子材料不陌生。它又叫聚合物材料，通常指的是无数个小分子化合物再通过化学键，形成的大分子化合物。生活里可见的聚合物材料主要有合成橡胶、合成塑料、合成纤维这三种。到上世纪六十年代左右，这些聚合物材料已经可以用来制造衣服、日常用品及各种工业材料，满足相关行业的需求。在未来，高分子材料主要运用领域分别是：纳米高分子材料复合应用、高分子材料功能化、生物可降解高分子材料开发。以及航天工业领域应用。

一、高分子材料功能化发展

功能高分子材料是一种聚合物大分子，它大多来自于半人工及人工合成的高分子材料。它与一般的聚合物有很大的不同，在化学性质及物理性能上都发生了很大的变化，主要是增加了一些光学、电学等方面的特殊功能。在高分子研究中，有一个特殊领域，就是功能高分子，也就是那些数量甚微、作用特别、性能独特却是运用新技术时必不可少的高分子材料。

随着科技的进步，以及社会经济的发展，新能源开发、交通和航天技术、微电子技术、生物医药等多个领域都如雨后春笋般蓬勃发展，这些领域的发展离不开功能高分子材料这个重要的基础。

在功能设计方面，高分子材料的主要作用是：

1）用分子设计来合成新的功能。如研制非晶质光盘（APO）；

2）以特别加工来增添材料功能特性。如功能高分子膜和塑料光纤；

3）用两种或两种以上性能不同或者功能各异的材料，加以复合之后形成新材料所具有的功能，如EMI/RFI屏蔽导电、塑料、高分子磁性体和复合层积复合填料；

4）对材料的表面进行处理，从而让材料具备新功能，如EMI/RFI屏蔽导电塑料、表面处理法。

功能设计，这一理论在所有功能高分子材料领域内都得到了运用，这自然也同其材料的研究方向紧密相关。在生物医药上，有研究者利用电化学反应，模仿自然骨的成分及其产生过程，让胶原通过微环境及反应动力，实现分子自组装和矿化，最终获得有关成份、骨组织及其结构。利用相似度极高的生物活性涂层以及调控生物活性因子促进骨的生长。这种技术可以提高医用移植体相关材料的生物活性，从而可以加速治好患病的骨骼。

由于功能高分子材质具备与众不同的出色作用，它可以替换许多功能材料，并可以通过功能高分子材质来改善其他材料的性能，让其变成一种全新的功能材料。有鉴于此，功能高分子材料及特种高分子材料在国内外相关领域内受到越来越高的重视，科学家开展的相关研究也非常多。因此，发展功能高分子，其涉及面O广，关系到许多学科的研究。我国也非常关注这一领域的研究，在自主研发的基础上，加强国际交流，目前相关水平已处在世界的前列。

二、运用纳米技术，改性高分子材料

纳米技术一般是来钻研纳米材料的特性和对其结构进行制造的工艺。当一种东西在现代化手段下以纳米来描述时，那么它本身的作用便会产生一些变化，从而出现一些奇特的现象，表现出和普通物质不一样的性质。并且，若是把具有特殊性质的粒子和其他高分子物质混合时，这种特殊的粒子会使高分子物质发生性能的改变。所以，在改变高分子物质的过程中，运用的纳米技术有两种：一是对这两种物质加以合成，二是用纳米粒子影响高分子材料的性能。第一种占得比例最多。

举个例子，在探究苯乙烯一丙烯酸醋IPN/MMT纳米复合阻尼材料时，可将这两种物质时行复合，据此提高其抗震、降噪的效果。结合众多实验结果，我们可以知道，聚合物基体中平均分布了二维纳米片之后，该材料原本的能量将会有很大的升高，与此同时，基体材料的增韧性更好，耐磨性更强，阻透性也大大提高，也发送了其抗菌性以及抗老化性能，同时防紫外线的能力也有所提高。

又比如，把纳米无机粘土粒子利用其他的改性剂，在化学反应后得到的纳米粒子片层，与尼龙等其他材料混合，得到的新材料的阻止燃烧的功能更加好。将纳米材料和它的结构的多种特性组合使用，能够产生其他的多种新的材料。

三、生物可降解高分子材料的发展

在特定时间及一定条件下，微生物或其分泌物利用化学分解的形式，可以获得降解的新材料。

高分子材料已在日常生产及生活中得到了广泛的应用。可是，由于它无法循环使用，不易分解，加上用量很大，久而久之，就给环境带来了比较厉害的化学污染。一般情况下，在降解这些废弃的塑料制品时，最广泛使用的办法是挖坑埋掉或者烧掉，然而，这些方法都会对环境造成不可弥补的伤害。

譬如，我们的日常生活中，超市购物，买菜，包装，全都用塑料制品，面对这一现象，四川有一家生物科技公司研制了一种抑菌的可降解的包装食物的材质，先把壳聚糖通过辐射法作出辐照降解，再混入偶联剂助剂溶液，搅拌均匀，而后通过干燥使溶剂脱离后，再和聚己内酯类可降解高分子材料混合在一起得出。聚己内酯可以全部的溶解掉，而壳聚糖则可以抑制某些微生物的生存繁衍。

所以，在研究这一新材料时，重点是研究出可降解的聚合物，如何对已经存在的可降解聚合物加以利用，经济意义是十分明显的，值得研究。

四、先进高分子材料在航天工业领域的应用

自中华人民共和国建立以后，航天工业获得了长足进步，其代表是两弹一星，这也促进了相关新材料的科研及发展。进入新时代，我国又陆续开展了载人航天及探月工程等一系列重大科研项目，这自然也离不开更多新材料的支持，在这个领域，一些关键的材料研制获得突破性进展。这里面就包括高分子材料。它是发展航天工业必备的配套产品，一般包含橡胶、胶黏剂、工程塑料、密封剂和涂料等。

五、结语

本人从思考人类生存的环境问题出发，在建设环境友好型社会的基础上，形成了上述四个基本观点。当下，人们研究高分子材料，在目的及目标等方面，改变都十分明显：以往研究的目的是给人们的生活带来方便，如今则开始注意环境安全，不浪费能源与物质，循环使用，同时研发出能耗低、效率高的新材料。毫无疑问，环境因素已成为今后任何研发工作所需要重点考虑的问题。对于从事新材料研发工作的人们来说，只有研发出无毒、绿色、功能化、可降解的材料，与环境有利，才能解决白色、黑色等方面的污染问题。

参考文献：

[1]谢建玲.现代塑料加工应用，1995.

篇5

对废旧高分子材料进行处理可谓是一把双刃剑，运用得好能够节约资源，保护环境，如果没能够处理好，就会给我们的生产生活带来一定的负面影响，甚至还会是出现毒有害现象。将废旧材料应用到建筑建设当中，既可以进一步降低高分子材料给我们的生产生活带来的影响，还可以为建筑工程提供更多更好的建筑材料的来源。随着科学技术的发展、社会的进步，会有更多新型的高分子材料问世，从而提高整个建筑行业的经济效益，实现环境效益、社会效益、环境效益的有机统一。我国处理废弃的高分子材料的技术还相对比较落后，绝大部分处理方法也只是简简单单的再生及复合再生。在这种情况下，大批量的废弃高分子材料就会被当成垃圾，随意丢弃，大量的废旧高分子材料给我们的日常生活带来了极大的影响，严重污染了我们的环境，例如:分散在土壤中塑料地膜，很容易导致土质板结，不利于农作物对氧、空气、水分、光的吸收;地面上飞散的薄膜碎片也容易导致相关建筑引起火灾;再降解的过程中，部分废旧高分子材料会释放对人们身体健康非常有害的毒素。现阶段，我们迫切需要处理好这些废旧的塑料、纤维、橡胶等问题。

2.废旧高分子材料在建筑材料中的应用

当今的世界是一个充满高分子材料的世界，我们在一方面享受高分子材料给我们的生产生活带来极大的便利的同时，还要考虑废旧高分子的处理问题。处理废旧高分子材料有益也有弊，废旧材料处理得好，则有利于降低高分子材料给我们带来的危害，不仅如此，还能够帮助我们降低生产生活成本;如果处理不好，就会危害环境，给我们的身体健康造成损害。将废旧高分子材料作为一种建筑材料，能够有效解决废旧材料无法处理的难题，一方面可以降低废旧高分子材料的危害，另一方为工程建设提供了一条新的建筑来源。随着科学技术的进一步发展，新型材料将会一项接着一项的问世，最终达到经济效益、环境效益和社会效益的统一。首先，废旧高分子材料在建筑当中可以当做墙体材料来应用。随着我国相关使用粘土砖禁令的进一步公布，我国建筑工程行业已经开始进一步加强了新型墙体材料的开发和应用，因此，回收废旧高分子材料具有非常重要的意义，极大的支持了墙体材料的进一步创新。现阶段，新墙体材料的相关技术已经日益成熟，并逐步应用到生产实际当中，与我们的生产生活密不可分，具体来说，主要包括以下几个方面:一是将塑料同玻璃有机结合成在一起形成的样品砖。现阶段，我国已经研制出了将玻璃和塑料复合而成的样品砖，这种样品砖并得到了极大的应用。二是金属橡胶混凝土。金属橡胶混凝土材料的性能较强，有利于解决混凝土的各种结构问题，例如我们通常见到的隔音差以及抗震性能不够等。三是聚苯乙烯泡沫塑料生产混凝土保温砌块。这种砌块的规模通常比较小，且具有很强的隔音效果以及抗压强度较高，属于高质量的、质量较轻的墙体材料。在实际工作过程中，砌块的聚苯乙烯泡沫塑料外部包裹的水泥浆层起着重要的骨架作用，因此，基本上泡沫塑料不受外力的作用。四是利用粉煤灰和废旧塑料制作成的建筑用瓦，这种瓦的研制，一方面能够极大的降低成本，另一方面还可以消除白色污染。五是充分利用废泡沫材料制作新型的保温砖，这种保温砖具有防火性能好、造价低廉等特点。

其次，废旧高分子材料在建筑装饰材料中的应用。每一个建筑材料中都不能缺少建筑材料，如果建筑当中缺乏装饰材料则会极大的影响我们日常的生产和生活，甚至还会对人们的身体健康带来极大的影响，更有甚至，还会引发重大的疾病。因此，我们可以将废旧高分子材料应用到建筑装饰材料中，一方面能够降低整个建筑的建设成本，另一方面还提高了安全性能，减少了环境污染，可以说是一举多得。具体来说，可以进行以下几个方面的运作：一是，充分利用废旧塑料来生产建筑装饰板材。现阶段，我国相关部门已经对这方面给予了研究，取得了一定的成绩。该技术的主要原理在于是用色素添加剂、废旧塑料、增强剂等原料，以重量为基本单位，现将废旧塑料清洗干净，将其晒干后，进行融化成为细颗粒，再次融化的同时，添加增强剂以及色素添加剂，并将其冷却成为我们需要的形状，在此基础上，涂上鲜艳的色彩，将其制作成成品。二是，利用废旧高分子材料制作组织燃烧的一种废旧材料。根据相关报道，通过在一些废旧塑料和锯粉末中加入一定添加剂的方式，可以制作有效阻止燃烧的一种建筑装饰材料。经过试验证实，这种材料的阻燃性非常强，因此，完全可以应用到建筑当中，一方面能够为建筑装饰建材提供更多的种类，另一方面还能够保护环境，为美化环境做贡献。再次，废旧高分子材料在其他建筑材料当中的应用。近些年来，废旧高分子材料逐步应用到建筑材料中得到了广泛的应用。具体来说，包括以下几个方面：一是废旧聚苯乙烯泡沫塑料和粉煤灰共同制造的防水材料。以普通硅胶为材料，添加少量防腐剂，从而形成质量良好的保温防水材料，该材料能够将防水和保温隔热有机的融为一体，该保温防水材料的强度较高、密度相对较低、保温隔热性能极好，可以说，是一个非常理想的屋面保温材料。二是，利用废聚烃类树脂生产塑料地板，现阶段，我国已经研究出该项产品，并取得了极大的成功。在世界塑料家族中，“PVC”的产量相对较高，制品也比废品相对较多。由于“PVC”是一种含卤物质，因此，想要回收该材料受到很多因素的限制，运用这项技术能够生产出很多建筑材料产品，我们常见的有用废农膜、碳酸钙、剂、稳定剂、色浆适量，经混合、密炼等一系列加工可制成塑料地板。总而言之，废旧高分子材料在建筑当中的应用，一方面降低了建筑的建设成本，另一方面还保护了环境，可以说是，一举多得。近些年来，我国对该方面的研究，也取得了一定的成效，并获得了极大的成功。

3.结语

篇6

【关键词】高分子材料；废旧塑料；建筑材料；回收应用

以塑料、纤维、橡胶为主体的高分子材料在我们的生活当中随处可见，高分子材料与我们的生活息息相关，我们的生活与高分子联系也越来越紧密。随着社会和科学技术的飞速发展及人们消费习惯的改变，人们使用的高分子材料数量也迅速增加，由于通常高分子材料的使用寿命比较短，所以废旧高分子材料的数量也大量增加。由于大量的废旧高分子材料不能在大自然中自然降解，已经成为环境污染的一个重要来源。

日常生活中用量最大的热塑性高聚物聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等树脂制品的消费量达1135万t/年。据调查，每年产生废弃物数量巨大，美国1800万t，日本488万t，西欧1140万t，我国也有90万t。

目前，废旧高分子材料的处理方式主要是焚烧、填埋以及回收再利用。回收循环利用高分子材料主要有两种，一是物理循环技术，物理回收循环利用技术主要是指简单再生利用和复合再生利用，回收废旧塑料制品经过分类、清洗、破碎、造粒进行成型加工。这类再生利用的工艺路线比较简单，生产量巨大，但再生制品的性能欠佳，一般制作档次较低的塑料制品。二是化学循环利用，通过对回收的高分子废旧材料的化学改性，生产达到同类或异类使用要求的产品。化学循环再生材料生产工艺复杂，投资高，产品改性彻底，但产量低，对回收高分子材料要求也高。

我国处理废弃的高分子材料的技术还是比较落后，大部分只是较简单地单纯再生及复合再生。大批量的废弃高分子材料都变成为垃圾，大量的废旧高分子材料已经严重影响了我们的日常生活如：分散在土壤中塑料地膜，易使土质板结，影响农作物对氧、空气、水分、光的吸收；地面上飞散的薄膜碎片易引起火灾、污染环境；部分废旧高分子材料在降解中释放对人体有害的气体及毒素。如何处理这些废旧的塑料、纤维、橡胶等已经成为一个日益迫切的环境和经济问题。

在我国，高分子材料使用量大，生产量也大，当然废旧高分子材料数量也巨大。建筑材料在我国的使用量巨大，如果这方面技术开发与应用得当，那么将是改善我国在高分子材料处理问题上的一条重要途径。

据统计，美国在20世纪末废旧塑料回收率达35%以上，废旧塑料品种的比例约为：包装制品占50%，建筑材料占18%，消费品占11%，汽车配件占5%，电子电气制品占3%。我国废旧塑料的回收率在20%左右，建筑材料占的比例更小。我国废旧塑料在建筑材料中的开发利用技术水平还比较低，还有广阔前景。

随着国家有关禁止使用粘土砖禁令的公布，开发使用新型墙体材料已经成为一种必然趋势，同时回收利用废旧高分子材料技术的发展，为废旧高分子材料复合成新型墙体材料提供了强有力的支持。目前已有许多这类技术发展相当成熟，并用于实际的生产当中。

英国威尔士Affresol公司开发出一种建造低碳住房（如下图）工艺，采用包装物废弃料和加工废料等再生废旧塑料及矿产品作为原材料，而且价格合理。每一座房屋约消耗18吨本应进行填埋的材料。

第一座这样的积木式房屋已被英国一家室内供暖和热水系统生产商伍斯特博世公司订购，房屋座落于英国伍斯特郡Warndon的工厂内。伍斯特博世公司向Affresol公司提供利用再生加热器回收的废旧塑料，将保证伍斯特博世公司实现零废料排放的计划。

（1）玻璃与塑料复合而成的样品砖

由塑料，玻璃复合而成的样品砖已经研制出来，在国外已经得到了较广泛的应用。其中塑料组分包括聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯以及ABS，相同的粒径形态，较窄的尺寸范围和尺寸分布与近似尺寸的棕色玻璃混合成玻璃塑料复合材料，其中玻璃的质量百分比根据不同的性能要求可为15%、，30%、45%。这种材料能在235℃模压成标准的粘土砖形状。当温度在20～50℃范围变化时，经过抗压实验，发现其断裂应力是普通粘土砖的两倍多。制备这种试样时所要求的塑料不需要区分热塑性和热固性，因此它的原料来源相当广泛。

（2）废旧塑料PVC做建筑线槽

在建筑施工中常使用玻璃条、有机玻璃条、橡胶、塑料条作为房屋施工用的分割线条和避水线条。这些材料的共同缺点是价格高，合肥华风改性塑料公司，使用塑料改性新配方，新技术开发出一系列用于建筑建材行业的改性废塑PVC线槽。不仅质量好，工人使用方便，产品有不同规格型号，更重要的是这种材料价格大幅度下降。

其工艺流程：

（3）利用废旧塑料和粉煤灰制建筑用瓦

哈尔滨工业大学的张志梅等研究了利用废旧塑料和粉煤灰制建筑用瓦的工艺方法和条件，用废旧塑料粉煤灰制成的建筑用瓦在性能上，完全可以满足普通建筑的要求。这种建筑用瓦的研制成功，不仅可以降低成本，还是消除“白色污染”的一种积极方法。

其工艺流程：

（4）利用废泡沫生产新型保温砖

青岛裕泰化工科技有限公司利用废泡沫具有优良的保温性能的特点，废物利用，再采用价格低来源广的化工原料，将废泡沫二次成形，研究成功了造价低廉、防火性好、保温性能优良的新型保温砖。

经测试，这种新型保温砖导热系数小于0.06W/m.K，优于0.09W/m.K的国家标准，含水率小于8%，密度小于225kg/m3，抗压强度大于0.21MPa，且耐候性强，适合国内不同气候的各地区使用，取代传统珍珠岩或煤渣等保温材料。

（5）废弃聚酯做改性水泥砂浆

聚合物改性水泥砂浆（以下简称PMC）在耐腐蚀性能、固化时间及某些力学性能方面大大优于传统硅酸盐水泥砂浆。在许多情况下，聚合物的独特性质使其在混凝土结构修补与保护中起到传统材料无法替代的作用，既可节省大量建筑物修补资金，又加快了施工速度。但是PMC的价格昂贵，尚未被广泛使用。

同济大学程为庄等用废弃的聚酯饮料瓶为原料，通过醇解、缩聚来获得再生型不饱和聚酯，继而开发出一种低成本、新型的“绿色”合物改性水泥砂浆，其价格适中，性能优良，既达到环境保护的目的，又可为扩大PMC的应用范围开辟新路。

【参考文献】

篇7

[关键词]分形　自相似　分维　高分子

分形理论与耗散结构理论、混沌理论被认为是70年代科学上的三大发现。1967年曼德布罗特(b.b.mandelbort)在美国权威的《科学》杂志上发表了题为《英国的海岸线有多长?》的著名论文。指出海岸线在形貌上是自相似的，也就是局部形态和整体形态的相似。实际上，具有自相似性的形态广泛存在于自然界及社会生活中，曼德布罗特把这些部分与整体以某种方式相似的形体称为分形(fractal)。并在此基础上，形成了研究分形性质及其应用的科学，也就是现在的分形理论(fractaltheory)，自相似原则和迭代生成原则是分形理论的重要原则。

由于分形理论研究的特殊性，以及他在自然界应用的广泛性，目前分形理论已迅速成为描述、处理自然界和工程中非平衡和非线性作用后的不规则图形的强有力工具。自分形理论发展以来，国内外对分形理论在各方面的应用进行了大量的理论和实践，材料学中也一样，分型理论目前已渗透到了材料学的各个领域，尤其是高分子材料，下面就分形理论在高分子材料学中的应用做一浅议。

一、分形维数的测定方法

根据研究对象的不同，大致可以分为以下五类：改变观测尺度求维数；根据观测度关系求维数；根据相关函数求维数；根据分布函数求维数；根据频谱求维数，分形在材料科学中应用时，一般应用的测定分维方法是：盒维数法、码尺法和小岛法。

二、分形理论在高分子结构中的研究

(一)高分子链结构中的分形

由于高分子尺寸随链结构象而不断变化，对这类问题的处理属于统计数学中的“无规飞行”。但若从分形的角度来看，则高分子具有明显的分形特征并可以跟踪监测。对高分子中普遍存在的自回避行走也是如此，只是表现出不同的分形行为。又因为这类问题与临界现象很相似，故我们亦能采用重整化群等有力工具。并且分数维的另一独特功能是可灵敏地反映单个高分子的单个构象[4]。

(二)高分子溶液中的分形

由于高分子溶液中的大分子链使得其和普通液体在很多方面存在差异性，如普通液体所不具备的流变行为、应力传输等。在实际研究中。分形结构主要存在于高分子溶液中的凝胶化反应中，高分子溶液的凝胶化反应主要是指聚合物的凝胶化过程，是一种临界现象，是介于晶态与非晶态之间的一种半凝聚态，这个过程中高分子链之间会形成的网络结构，该结构是一类形状无规、无序且不规整的错综复杂的体系。但该体系是可以用分形的方法研究的凝胶化反应，在亚微观水平上存在自相似性。例如左榘等研究的苯乙烯一二乙烯的凝胶化反应。

(三)固体高分子中的分形

对于高分子材料，当固体高分子材料断裂时，不同力学性质的材料将形成不同的断面形貌，而断面形貌一般为不规则形态，是一种近似的或统计意义的分形结构，可用分形理论进行分析表征，从而根据断面的形状定量评价材料的力学性能。而微孔材料中由于分布着大量微小的孔洞，这些微孔具有不规则的微观结构，使得微孔材料无论在总体还是在局部都呈现出较复杂的形态，无法用传统的几何学理论进行描述，但可用分形几何理论对微孔形态的复杂程度作量化的表征[5]。

(四)结晶高聚物中的分形

篇8

关键词：高分子材料；汽车领域；应用

当前汽车工业得到了快速发展，要求在车体结构、车身重量、防止腐蚀、做好隔音减振、节约能源等方面实现突破性进展，要求生产工艺实现自动化、行驶达到高速化。因此在生产汽车过程中大量应用重量轻、韧性好、不易腐蚀、良好隔音隔热的高分子材料，不但可以在汽车行驶中节约大量的燃料而且也可以提高汽车综合性能。所以当前高分子材料已普遍应用于汽车生产当中。由于使用高分子材料，所以不但可以减轻汽车总体重量，减少能源排放，而且也可以利用塑料易成型加工的特点，可以减少生产成本。当前，高分子材料已广泛应用于汽车饰件与功能结构件当中，在汽车总重量中占到了十分之一以上。

1 高分子材料在汽车上的应用状况

1、汽车饰件上的应用

汽车的饰件主要有内饰件与外饰件。这些饰件的作用等同于汽车的功能结构件。它们不但具有多方面的功能，而且主要占据着汽车的外观，是购买汽车者的首要选择。

（1）内饰件

汽车的内饰件主要有仪表板、车门内板、方向盘、座椅、顶篷、地垫、遮阳板等。内饰件不但要保证具有减振、隔热、隔音、遮音等作用，而且还要求做到耐热与高抗冲性、高强度与刚性、表面硬度高、不易被化学品腐蚀、不怕刮擦、保护环境等特点。最早汽车内饰件主要应用金属、木材、纤维纺织品等制作而成，不但外观较差而且也不利于保护环境。因此，高分子材料以其独有的优势迅速得到了汽车行业的应用。当前，汽车内饰件当中应用的塑料在汽车全部塑料中占到了一半以上。过去汽车内饰件主要应用PVC、ABS、PU 等。当前汽车内饰件则主要应用聚丙烯材料，有着无以伦比的优势，如较好的韧性、较大的强度、较好的弹性、可以隔热、不怕腐蚀、可以随地取材、可以实现二次利用、成本较低等，因此得到了汽车内饰件的普遍应用，特别应用于汽车当中最大的内饰件----仪表板方面。PP仪表板是最近几年才出现的新型仪表板，不但有着较强的韧性与强度，而且外观较美、成本较低，所以广泛应用于汽车的仪表板方面。欧洲是世界范围内生产汽车最多的地区，他们的汽车仪表板全部采用PP，而且还在不断扩大应用范围。

（2）外饰件

汽车的外饰件主要有保险杠、雨刮、车灯、车玻璃、门把手、门锁等。在过去较长时期内，汽车外饰件主要使用金属合金，主要缺点是重量大、外观差、价格昂贵、不能环保、容易腐蚀等。随着高分子材料普遍应用于汽车工业，尤其是汽车保险杠主要使用塑料制作而成。保险杠的主要作用就是当汽车受到冲撞时，可以抵消一部分冲击力，具有缓冲的作用，可以保护外界的人与车。因此保险杠不但要做到外观美而且还需具有很好的安全保护作用。当前世界范围内的保险杠应用高分子材料制作的占到了十分之九以上。主要应用SMC、GMT 和改性 PP 等材料。保险杠的组成部分有面板、缓冲材料、横梁。合成面板主要应用PP制作而成，如桑塔纳轿车的保险杠面板应用的材料就是共聚丙烯加热塑性弹性体。与其它材料相比，这种材料的具有较大弹性、可以有效低消外界冲击、不易损伤等优点，这样的保险杠在受到外力冲击过程中，能够最大程度地减轻冲力，可以有效保护车外人的生命安全。

2、汽车功能结构件上的应用

汽车配件作为特殊商品，在使用上有很多具体要求，例如防油、抗腐蚀、耐高温、成本低、质轻等特点，才能符合汽车上油箱、发动机主要部件、脚踏离合器等的使用要求。其中最主要的部件就是油箱，由于油箱的结构复杂，工艺要求高，大大增加了制造成本。塑料的使用就能有效解决这一难题。在汽车油箱制作中最常使用的就是超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯，但是这种材料的缺点是容易漏油，经过工艺改进，F在生产出了具有较好隔油性的改性pe材料。pe材料在发达国家使用较早，我国在轿车上使用树脂制作油箱还处于开发阶段。

2 汽车高分子材料未来发展方向

1、降低成本，提高性能

笔者认为在将来汽车塑料应用中，主要以PP、ABS 为主。为了进一步节约生产资金，需要大力研究应用同一种或几种材料，这种原材料随处可见，生产工艺简单，使回收的废旧塑料及时得到了应用。为了使其具有更高的性能，就要对原材料进行改性与复合，从而创造出性能更优、发展潜力更大的复合材料与工程塑料等。

2、增加安全性能和环保性能

当前汽车工业得到了前所未有的发展机会，每年都会消耗大量的塑料制件，但同时也会产生大量的塑料废品，要占塑料生产总量的50%以上。当前废旧塑料的回收利用还没有得到较快发展，同时也不具有可降解性。所以开发新型塑料具有非常重要的意义。生物塑料的可降解性较好，可以普遍应用于将来的汽车制造当中。如使用天然纤维与PP、PE等材料共混改性，用来生产汽车制件，性能远远高于玻璃纤维增强材料，而且重量更轻，可以回收再利用，与快速发展的汽车行业相适应，塑料制件实现生物化是发展的趋势。

3、创新材料及应用技术

当前，工程塑料在塑料行业中占有重要地位，它的主要特点是强度高、不易腐蚀、不易老化等，因此迅速进入各行各业当中，特别是汽车行业的生产。高分子合金是在改进工程塑料的基础上生产出来的，具有更优的性能，不但材料易于加工，而且具有较高的性能，有利于减轻重量节约资金。随着纳米技术的出现与应用，当前已经在塑料行业中崭露头角。当前，高分子纳米复合材料在碳纳米管高分子复合材料、纳米粒子关于聚合物的改性方面实现了突破。发达国家当前已经出现了高性能的纳米复合材料，并广泛应用于汽车生产当中。

3 结束语

总之，在将来的汽车发展中，汽车轻量化是各个生产企业追求的最终目标，由于高分子材料具有质量轻、性能高、生产简单、安全环保、低成本等众多优点，因此将来必然会应用于汽车生产当中，塑料有望代替金属在汽车生产中得到普遍应用。

参考文献

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[4]李嘉良，张泽涛，闫雪松. 基于化工新材料应用推动汽车轻量化的分析[J].化工设计通讯.2016（06）

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论文摘要：本文通过我校“高分子科学技术导论”双语课程的教学过程，介绍了该课程双语教学的课程设置目的和相关的学科体系建设，以及教材的选择与多媒体教学手段。提出了不同层次本科院校进行双语教学应从实际出发进行专业课程设置，依据不同教学目的进行双语课程体系建设，互动性强的多媒体教学课件与教学手段可以有效提高教学效果。

我国教育部早于2001年就在《关于加强高等学校本科教学工作，提高教学质量的若于意见》中明文要求国内高校积极推动以英语等外语进行的教学模式。而后在2005年1月、2007年1月和2007年2月教育部又多次发文鼓励和推动双语教学的开展。2007年8月，教育部为落实上述文件精神，引发了((关于启动2007年双语教学示范课程建设项目的通知》(教高司函[2007] 137号)，更提出从2007年至2010年，共支持建设500门双语教学示范课程。

在高校本科教育中“要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学”的目的是加强培养学生利用外语学习专业知识、进行技术交流的能力，这对于我国高等教育与世界接轨具有重要的意义。它有利于培养国际化的人才，而且有利于学生素质的提高和学生今后自身的发展。对于高校工科类本科生来说，无论他们毕业后是攻读更高学位，还是从事各种技术性工作，具备用外语学习专业知识和进行技术交流的能力都是必要的。

1、我国的“双语教学”主要是指用汉语与英语两种语言进行非语言学科的教学，为学生营造一种双语双元文化氛围，使学生能够潜移默化地接收两种语言与多元文化环境的熏染

1.1课程设置目的材料学科国际性强，学术理论发展更新快，因此在许多高校都很早开展了双语教学工作。北京化工大学对“高分子物理”课程也进行了双语教学试验。他们的做法是进行分层教学，即对部分英语水平好的学生实行了双语教学。华东理工大学对“陶瓷基复合材料’，课程进行了双语教学。合肥工业大学也于2005年开始进行“高分子物理”课程的双语教学，武汉理工大学“材料概论”实行了双语教学，天津大学对材料科学与工程专业“材料概论”课程实行了双语教学，重庆工学院开设了“材料科学与工程导论”课程，唐山学院在三上开设了“材料概论”双语课程等。

我院开展双语教学势在必行。原拟定开设的双语课程是“高分子物理”，这门课程是高分子材料专业学生的专业基础课，学时多，内容杂，理论性强，在以中文讲解过程中尚有部分同学感到学习吃力，且是学生研究生人学考试常考的专业课程。鉴于我校是省属二本院校，学生人学英语水平与重点院校之间就有一定的差距，英语水平又参差不齐，因此从2007级教学计划开始加人了几高分子科学技术导论”这门双语课程，旨在使学生进人专业课学习的同时，全面了解专业知识体系，尤其是帮助一部分学生及早具备一定的专业文献查阅能力。

1.2课程体系建设鉴于前述的教学目的，因此“高分子材料技术导论”课程设置在三年级上期，任选课，18学时，1学分。

该课程教学大纲大体包括高分子学科的基础知识如学科发展建设、高分子材料基本分类与命名等，高分子基本结构知识，高分子材料的合成原理，主要的高分子材料及其基本性质和简单的高分子材料加工内容。原定为任选的意义在于实质上实行分级教学，即英语水平好的同学选修，为自己更早更快地进行外文文献的查阅及外文教材的学习打下更好的基础;而“高分子材料技术导论”的内容实际包括了整个专业课程设置中的“高分子化学”、“高分子物理”和“高分子材料成型工艺学”，即使英语水平相对较差不选修的学生，也不会因此而使整个学习平台短缺。

1.3教学方法与体会在实际教学中.确立了教学目标与体系设置后，首先遇到的就是教材选择的问题。它是影响学生对课程消化吸收的一个重要环节。

对于双语教学，我校制定了几种方案，其中包括对教材选用、课堂英文使用比例和板书中英文比例等的规定。既是双语教学，其目的旨在加强培养学生利用外语学习专业知识、进行技术交流的能力。因此，教材选用外文原版教材应该是最佳选择。诚然，不少优秀的英文原版教材确实比国内的教材更能反映世界上最新最前沿的知识，且语言原汁原味，但在实际使用中，大多数老师都有这样的认识，即其存在与我国教学大纲不完全相符、内容过于全面且难度无法调节等问题，在实际讲课过程中，教师为了照顾到各个层次的学生和教学大纲的要求往往对教材内容进行选择性讲解，实际教学内容覆盖率低，且学生学习起来知识点散，不易系统组织，同时也造成了教材的浪费(原版英文教材或引进影印版的定价相对都不菲)。 外文原版教材直接拿来就用，效果打折;而国内出版的双语教材相对较少，适合的也不多见。针对教材问题，我选择的是化学工业出版社引进的“国外名校名著”系列，Joel R.Fried著的“polymer science and technology"，同时参考了David LBowe:的“an introduction to polymer physics" ，L.H.Sperling的“introduction to polymer physical science”和天津大学出版的“introduction to materials"。

在此基础上，我制作了与本学院教学大纲配套的多媒体课件。课件使用全英文板书，内容精练，R辅以大量图片，形象清晰，既弥补了教材的不足，也使学生易于掌握重要知识。在使用多媒体课件时，提前把课件主要内容打印出来给学生进行预习，而把其中重点的词汇(知识点概念)预留下来。这样，一方面学生可以在课前预习中根据课件内容看相关部分知识，对要学习的内容做大致了解，另一方面，课堂上减少了做笔记的时间，同时根据老师的讲解，只记录那些余下的重要的概念名词。既能够留出更多时间用于听老师讲课，理解专业知识内容而不过多的停留在单词本意的认知上，又让学生自己动手抄写重要的名词，强化了记忆。

通过双语教学发现，学生中那些英语程度较好的，一般比较欢迎双语教学课，甚至希望在课程体系设置内加大双语教学课程比例及课堂英语讲授的比例;但英语基础较差的，甚至根本听不懂也看不懂的学生，则对双语课程有抵触情绪，不太愿意配合老师的课堂教学，更无论课前预习和课后复习、作业的要求了。这一方面与学生的英语基础能力有关，另一方面也与由此而形成的学生对于英语教学课程的兴趣有关。但通过这一学期的授课我认为在没有专业英语课程学习之前，开设专业性强的双语课程，对于仅仅有大学英语基础的学生来讲，难度还是有些过大了。学生阅读外文教材或参考书所需要花费的时间很多，对于三年级专业基础课程任务相对还比较重的学生学习来说，占用的精力让一些学生也不能胜任。

2、结合本学期的授课情况和学生最后的学习情况.我对做好双语教学工作有以下几点建议

2.1为了优化教学效果，宜采用选修课的课程设置形式，尤其是分班式教学。课程设置主要取决于双语课程设置的目的。如果是普遍提高学生对于英语专业知识的认知，必须学习的课程，可以进行分层教学。不同的班级采用双(英)语教学的比例不同;如果是使学生提前进行英语专业知识的讲授，目的在于使一部分有能力的学生先可以进行外文文献的查阅，可以做一些选修课。此外，对于理论知识相对较浅的一些专业课程，如“豁结剂”或“高分子材料学”等，在三下“专业英语”课程学过之后开设成双语课程也应该较适宜。如天津科技大学开设了“高分子粘合剂”双语课程，取得了一定成绩。

但是，有的学校为了使学生适应大量专业单词而把双语教学与专业英语课程融合成一门课程的做法，我觉得还有待进一步商榷。因为专业英语是一门语言性学科，着重于专业词汇的记忆与文章理解翻译等内容;而无论哪种性质的双语课程都应该是专业知识性的教学。个人以为，也可以在二年级开设“科技英语”课程，代替通常的专业英语，比如材料学科可以选择融合金属、陶瓷与高分子材料在内的专业英文文献，这样，在三年级开设各门双语课程只需辅以少量专业词汇为基础，而不影响正常的知识性教学进程。

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【关键词】塑料；材料；教学体会；教学方法

塑料材料科学是当今世界的带头学科之一，而高分子材料是材料领域的新秀，目前高分子材料在尖端科技、国防建设和国民经济各领域都得到了广泛的应用，已成为现代生活中衣、食、住、行、用各个方面所不可缺少的材料，近年来，随着高分子材料应用领域的发展，单一的材料已不能满足许多性能要求。塑料材料学已成为科研、技术开发和实际生产中各个环节必不可少的技术手段[1-3]。

《塑料材料学》课程是我校高分子材料加工专业最重要的核心课程之一，该课程的教学目的是希望学生通过学习掌握聚合物的化学改性、聚合物的填充改性、纤维增强改性聚合物复合材料、聚合物的共混改性及聚合物/无机纳米复合材料这几个方面的改性技术。为以后走向工作岗位，适应社会人才需求打下良好的基础。因此，本课程在材料学科中，有着十分重要的地位。在本文中，我们首先介绍该课程的教学特点，并结合近几年塑料材料学技术发展的新情况和我们在该课程中的教学经验，谈一谈该课程的教学体会和教学方法。

1 该课程的主要特点

《塑料材料学》课程实际上是一门综合了高分子物理、高分子化学、高分子成型加工[4-6]等基础知识的实践运用课程，它不仅讲述了各种改性方法的基本原理，更重要的是传授如何运用这些技术手段对已有高分子材料进行改性；可直接指导以后的生产和科研工作，促进高分子材料科学与技术的发展。因此，这是一门要求综合运用高分子材料学科的各种知识、并要求进行实际操作的具有较强的理论联系实践的课程，它具有综合性和实践性较强，及知识前沿性的特点。

2 该课程的教学体会和教学方法

2.1 教学内容有所侧重

在授课过程中，教师并非要将其内容全部灌输给学生，而是重点突出和注重课程衔接。教学内容要符合实际生产应用及科研的需要，并结合最新改性技术技术在本专业的主要应用情况及前沿发展动向。因此，目前本课程教学主要立足于聚合物的化学改性、聚合物的填充改性、纤维增强改性聚合物复合材料、聚合物的共混改性及聚合物/无机纳米复合材料这几个方面，同时，还研究各种改性技术的基本原理及实际应用要求，选用有代表性的示例，更好地向学生传授，以培养他们对实际生产和科研工作中存在问题的分析和处理能力。

2.2 理论联系实际，增加实践性教学环节

为了调动学生的学习主动性，培养高素质的创新型人才，在教学方法上采用理论联系实际和讲授与讨论相结合的方式。《塑料材料学》是一门实用性较强的课程，要求结合实际问题来分析和理解理论知识，死记硬背和生搬硬套，都不利于学生对知识的理解和接受，因此，适当增设一些实践操作课，开展实践性教学也是教学内容中必要的部分，在教学实践上，让学生参与样品的制备及仪器的实际操作，并结合课程内容来独立分析和解决问题，是实践性教学的目的所在。在老师的指导下，让学生学会亲自操作一些仪器，并对得到的图谱进行解析，使学生的科研能力得到初步的培养和锻炼。也培养了他们分析问题和解决问题的能力。

此外，还可以开设小型科研活动，结合实际问题通过一两个系列实验，激发学生发散思维。如提出请同学们“研究PE材料表面热氧老化的机理”，这样教学形式从过去单一的验证转变为学生自主资料查阅、交流、思考、设计实验、制备样品，并对材料进行综合性能评价及结构的分析，包括利用热分析、全反射红外光谱技术、差谱技术及表面能谱技术等，分析在不同温度、不同时间及有氧和无氧条件下，PE材料表面老化前后的结构变化，从而推断其热氧老化的机理，学生通过一系列的学习和实践，不仅掌握了高分子材料的制备，研究的基本原理和方法，更重要的是培养他们自觉学习、独立思考及独立科研的能力。

2.3 灵活运用多媒体教学手段

多媒体教学是将文字、图像、声音等集合在一起通过课堂教学来实施的一种手段[7]，目前，用来制作课件的工具有PowerPoint Author Ware以及Flash，不仅能够使课件图文并茂，而且可以产生动画效果，将枯燥乏味的理论知识直观化和形象化[8]。这样，一方面可以充分调动学生在整节课堂上的学习积极性和兴趣；另一方面，使学生能够更加容易地理解所讲授的内容，虽然多媒体课件能够起到很好的教学效果，但是并不能完全地替代板书。对于需要重点强调的内容以及一些重要反应式和理论公式的推导，我们必须要在课堂上进行板书，以加深学生们的印象。因为虽然塑料材料学更偏重于应用，但是其应用却是建立在理论学习的基础之上的，只有奠定了坚实的理论基础，才能够更好地开发和应用已有的改性技术。因此，我们在课堂上进行多媒体教学的同时，绝不可忽视板书所起的作用。

2.4 注重教学效果反馈，提高教学质量

建立健全配套的教学管理制度是课程建设的重要内容，它应与学校整体管理制度结合起来，在管理内容方面涉及教学质量的评估、教学质量的监控、学分制管理、考试考核以及教师的聘用、考评、奖惩等[9]。我们在讲授塑料材料学试课程时，是把教学效果和教学过程的管理有机结合起来的，在严格教学管理的同时，充分调动教与学的积极性。目前，我们采用的方法主要是通过定期问卷调查的形式来跟踪教学质量。有两种问卷，一种是不记名的问卷，一般有2个问题：（1）你对该课程的学习兴趣如何？提供5个答案供选择，分别为：很“感兴趣”、“比较感兴趣”、“一般感兴趣”、“不感兴趣”和“很不感兴趣”；（2）对课程讲授的合理化建议。另一种是记名的问卷，有3～4个问题，内容与当节课堂讲授的知识相关，并且至少有2个问题是延伸性的。通过这两种问卷的调查，可以较好地认识教学环节中存在的不足之处，了解学生课堂学习的状况，并进一步改进教学方法，提高教学效果。在以后的教学过程中，我们还计划采取另外一种方法，即首先在课程讲授前期提供一些塑料材料学相关的题目，然后将学生分为不同的小组，让其选择感兴趣的题目并利用空余时间制作PPT，在课程后期派出各个小组的代表上讲台进行演讲，每人讲3～5min，讲完后大家提问题，然后再由教师进行点评，总的时间限定在2个学时。这样做的目的，也是想充分调动学生的学习积极性，进一步加深他们对高分子改性技术的认识和理解。

3 结论

塑料材料学课程是一门应用性较强的综合性课程，并随着我国材料应用领域的发展而快速发展，在高职高专院校高分子材料加工专业开设该课程以及提高其教学质量的要求愈加迫切。因此，我们需要积极地采取各种措施去适应这种新的要求，改进教学方法，提高教学质量，为高分子材料加工行业培养出优秀的专业技术人才，以推动其更加健康有序地发展。

【参考文献】

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[5]夏峰，林少琨，王晓，等.发挥现代分析仪器作用培养高素质科技人才[J].实验室研究与探索，2000（5）：18-21.

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