我国功能高分子材料发展现状及应用分析

王若新

（池州学院，安徽池州 247000）

随着我国工业体系的逐渐成熟和发展，对功能高分子材料的应用也呈现增加趋势。与此同时，人们对功能高分子材料的性能与质量也提出了更高的要求。因此，有必要对功能高分子材料的结构和性能开展深入研究，以提升其实际应用所能发挥的效能，为国民经济增长与人们生活质量提高发挥价值。

1 功能高分子材料概述

1.1 功能高分子材料的内涵

高分子材料指的是由结构单元或单体通过共价键连接所构成的，具有多个重复单元的大分子材料，具有密度低、比强度大、耐腐蚀、易于加工的特点。部分高分子聚合物，具有与常规聚合物差异显著的、可在工业中应用的物理或化学性能，例如感光性、吸附性、导电性、细胞相容性、组织相容性等，此类高聚物材料即为功能高分子材料。

1.2 功能高分子材料结构与性能

功能高分子材料可以表现出与其他高聚物不同特性的主要原因，在于其内部结构的特殊性。具体说来，就是因为其主链或侧链上具有某种功能性基团，此类基团的存在导致高分子链的一级结构、构象以及在聚集时的高级结构与一般聚合物不同。具体说来，根据起到显著功能的基团所在的位置，功能高分子材料的结构类型可分为如下三种：

第一，主链型。这类功能高分子材料其主链本身具有强大的功能作用。例如，聚乙炔的构成元素为C 和H，其中C原子的最外层电子共有4个，主链上的C 原子通过1个电子与另1个碳原子构成单键，通过2个电子与反向的碳原子构成双键结构，剩下的1个电子与H 原子相结合。这种单双键交替的结构，使其表现出了电子容易流动的特性。通过加入其他元素，可制成导电性良好的塑料制品。

第二，侧链型。即起到主要功能的基团所处的位置是高分子链的一侧。例如，生活中常见的高吸水性树脂，其主链为苯乙烯，侧链含有羧基与羟基，二者均属于强亲水基团，从而使得高分子材料表现出亲水和保水的功能。

第三，接合型。就是功能聚合物的特定功能，是通过将高聚物与其他类型的材料结合起来体现的。例如，将功能高分子材料与半导体结合，可形成电动势，进而将其用于传感材料的制作。

2 我国功能高分子材料的发展现状

高分子材料概念的提出最早可追溯至二十世纪二十年代，但在“高分子”这一概念提出之前，就有了对此类材料的实际应用。到了二十世纪六十年代末，有研究者提出了有机硅聚合物生物材料，即通过给高分子材料引入特殊的基团，使其具有特定的功能，自此功能高分子材料成为相关领域学者和工业生产企业所关注的热门方向。我国在该领域的研究开始滞后于欧洲、美国、日本等发达国家，但发展迅速，不同类型的功能高分子材料现已在能源、生物、电子信息、农业等多个领域取得广泛应用，对人们的生活产生了巨大的影响。根据功能高分子材料的功能特性，可将其分为四种类型：其一，电磁功能高分子材料，此类高分子材料在特定条件下将发生导电性的改变。例如，早在二十世纪八十年代末，我国魏同贞等成功研制了塑料电池；在国家大力推动新能源汽车产业发展的今天，全塑料电池与全树脂电池成为研究的焦点。其二，具有分离或化学功能的高分子材料。此类高分子材料可通过选择性过滤或吸附完成对特定物质的分离。其三，光功能高分子材料，即在光的作用下可表现出特殊的物理或化学性质的高分子材料。以光刻胶为例，截至2014年，我国光刻胶市场规模达到70亿美元左右，为半导体产业的转移提供了重要的助力。其四，生物医用高分子材料，此类材料通常具有细胞相容性、血液相容性或组织相容性等，可用于制作医疗材料。经过几十年的发展，功能性高分子材料在生产、生活中的价值已取得了广泛的认可，随着新兴产业与新技术的发展，相信功能性高分子材料也将得到进一步的发展。

3 功能高分子材料在生产中的实际应用

3.1 功能高分子材料在电子工业中的应用

在电子工业中应用较多的功能高分子材料通常为电磁功能材料或光功能高分子材料，在集成电路制造、有机电子器件制造和信息存储介质制造中发挥了重要的价值。在集成电路制造过程中，在去除部分半导体外的保护层的同时，还需要保留部分氧化层。在工业生产中，往往通过化学腐蚀法完成这一操作。为避免化学溶剂对保留部分构成腐蚀，可在整个半导体氧化层外涂一层感光树脂，该材料在未经光照的情况下易于溶解，经过光照后溶解性逐渐降低。对于需要保留氧化层的区域，可利用照相法对其处理，之后再进行化学腐蚀。在有机分子晶体二极管及双极结构晶体管等有机电子器件的制造中，可应用功能高分子材料导电性能的差异化，在微型电极表中进行多次复合。热熔型侧键液晶聚合物可用于制作信息存储介质，且其可靠性高，可用于长期存储。

3.2 功能高分子材料在荒漠化治理中的应用

我国南北地区的自然条件差异巨大，水资源分布不均衡，西北地区广泛存在着土壤含水性差、植被成活率低的问题，很多地区已呈现出沙漠化特征，不但导致土地出产效益的降低，同时还面临着风沙危害。面对这一情况，在防沙治沙、恢复植被中充分利用功能高分子材料，有助于土地荒漠化的问题得以改善。一方面，可以将高吸水性聚合物与微量元素、化学肥料等一起拌土，改善土地质量，使之适合植被的生长；另一方面，还可以将一定浓度的土壤保墒剂喷涂在种植了绿化植被的土壤表层，从而形成一层薄膜，有效阻滞土壤中水分蒸发的同时，不影响土壤中气体的交换。此外，对于一些干旱、半干旱地区，还可以采用固体水的方式，为植物提供长效水源。所谓固体水，就是利用高聚物将水转化为不流动、不挥发的固态束缚水。将其放入土壤中后，将在微生物的作用下缓慢降解，为植株提供支持2～3个月生长的水源，从而极大提高干旱、半干旱地区植物的成活率。

3.3 功能高分子材料在生物医学中的应用

在生物医学中对功能高分子材料的应用主要包括三种情况，即人体器官、医用塑料和药用高分子。部分功能高分子材料由于生物相容性好，排异反应小，可用于制作移植器官。此类高分子材料在实践中将植入人体，替代原有的器官，在人类的生命活动中发挥一定的价值。截至目前，我国研制的高分子材料髋关节已在临床上被证实有效，且排异作用较小，组织相容性好。在多种癌症治疗中，都用到了靶向药，而功能高分子材料本身具有一定的选择性，将其与药品结合，可用于制造具有靶向作用的新型高分子药物，从而更加准确地清除病灶。医用塑料当前已较为常见，全部医疗器械中15%以上的原材料都是医用塑料。

4 结语

在现代生活中，功能高分子材料在生产、生活的方方面面都发挥着重要的价值。在信息科技高速发展的今天，可预期到功能高分子材料将发挥出更大的价值。然而，尽管该领域已取得了众多的成果，还应注意到，对于功能高分子材料性能的挖掘还未终结，应在把握一般高聚物与功能高分子材料之间内在联系的基础上，提升功能高分子材料的功能与性能，为材料科学的探索和国民经济的发展提供更大的支持。