高分子化工材料的用途和发展现状

阳志荣（广州鹿山新材料股份有限公司，广东 广州 510700）

1 高分子材料的概念和特点

1.1 高分子化工材料的概念

多由非金属的元素组成或是由低分子等组成，并有一定的规则和条件，内在的变化性小。

高分子材料主要是由分子这一小单元作为基本单元，大量重复连接而组成。基本单元就是重复单元，是高分子材料组成的最小单元分子，因基本单元的数量繁多，因此高分子材料也含有较多的分子量。基本单元之间的相互连接一般由聚合反应来进行实现，所以高分子材料也被称为聚合物材料。高分子材料按来源可以分为三个大的种类：天然高分子材料、半天然分子材料、合成高分子材料，在这三个大种类中合成高分子材料是应用最为广泛的。按照特性可分为橡胶、塑料、高分子涂料、高分子基复合材料等。按照用途可分为普通高分子和功能高分子，功能高分子较普通高分子而言除了有普通高分子的基本性能外，还有一些特殊的功能。高分子的结构是决定其性能的关键，因此对结构进行改变就可让高分子材料的性能产生变化。高分子化工材料因其结构的易改变性和易加工等特性的影响，有着不可取代的位置[1]。

1.2 高分子化工材料的特点

2 高分子化工材料的用途和发展

2.1 军工领域

军工业的产品需要能应对较为恶劣的环境，例如高热、较强的严寒等，因此产品的材料性能是十分重要的，要能很好地经受恶劣环境的考验，高分子化工材料所具有的良好耐热、耐腐蚀等优点正好可以满足军工产品的材料需求，为此在军工业的防弹衣、抗高温保护罩制作方面都会使用高分子化工材料，而高分子材料性能的可设计性又能进一步为军工业的产品材料提供良好的技术保障。除此之外，在交通运输和海洋工程等领域高分子化工材料也是其不可缺少的基础性材料。随着对高分子化工材料的不断研究和发展，高分子化工材料已经能有效地替代部分金属材料的作用，展示其所拥有的既轻又强的特点。所以，高分子材料在军工领域具有很好的发展情况[2]。

第一，分子量大。因分子是高分子化工材料的基本单位，因此在高分子化工材料中的分子数量非常多，并且分子的质量也较高。而又因高分子化工材料内部的分子数量多，使得分子之间的排列比较紧密，其紧密性会更强。第二，多分散性。高分子化工材料中的相对分子质量和尺寸都远大于小分子或者中分子，并且其分子形态更为多样，因此分子会呈现多分散性。第三，化学结构组成较为简单。高分子化工材料大

2.2 稀土领域

在稀土领域中高分子化学材料主要是指稀土催化材料，稀土催化材料有多种，如稀土钙钛矿催化材料、分子筛稀土催化材料等，这些材料有着使用方便、抗毒性强、耐高温等特点，使用的范围较大，是当前很多环保催化剂的原材料。当前我国的稀土主要由轻稀土构成，但是随着科技的不断发展重稀土的需求量开始不断增加，这使得稀土开采方面出现了一定的不平衡问题。因此为了能很好对稀土做好开采方面的侧重控制，除了让开采行为更为规范以外，还需要能对稀土材料使用率进行提升，以便更好地让轻稀土和重稀土开采和使用达到平衡，让我国的资源运用可以更为长久。所以在今后的稀土催化材料研究中，需要能让稀土催化材料得到更好地发展，可以进一步让稀土催化材料提高稀土资源的使用空间，从而有效缓解重稀土资源紧张的情况。

2.3 医疗领域

在医疗领域中高分子化工材料主要为生物医用材料，生物医用材料具有非常好的实用性特点和使用范围广泛等特点，可以使用合成的方式将其分为生物降解型和非降解型，可降解型的生物医用材料可以使该生物材料在生物体内进行自身结构的改变，使其所降解的细小颗粒等随生物体自身的新陈代谢排泄出来，更好地减少生物材料对生物体副作用的同时也能更好地展开对病人的救治，例如胶囊药物的外部包裹胶原等。生物医用材料因其具有很好的特点和作用在生物组织器官的修复替换、疾病诊断治疗等方面具有非常显著的效果，可以很好地将组织器官的作用展现出来，并且副作用小，有力地推动了现代医学的发展[3]。

2.4 建筑领域

建筑业的发展与材料的发展密切相关，材料领域的每一次发展都会促进建筑行业的发展。高分子材料在建筑领域的发展中是十分重要的，目前在建筑领域中所使用高分子化工材料有建筑塑料、建筑涂料、建筑胶黏剂、防水材料等。建筑塑料有PVC-U塑料管材、聚氯乙烯地板等高分子化工材料，此外建筑的保温、隔音等方面也使用了一定高分子化工材料，例如建筑内的塑料门窗等。建筑涂料有建筑内所涂的丙烯酸树脂乳胶漆等高分子化工材料，这种材料的流变性和涂刷性都非常的好，而且具有耐擦洗、耐污等性能，是建筑涂料中运用范围最广的一种高分子化工材料，此外聚氨酯地面涂料、聚醋酸乙烯地面涂料等也是建筑涂料中的高分子化工材料，这些材料都有耐水、耐磨等性能。当前建筑领域的高分子化工材料的发展有着很大的发展空间，而未来建筑领域的高分子化工材料的发展则更多地走向绿色、多功能的发展方向。

2.5 民用领域

聚烯烃材料是民用高分子化工材料的重要种类之一，它也是高分子化工材料的重要代表材料，聚烯烃材料是加剧反应状态下形成的一种材料，这种材料的原料丰富、操作程序简单、使用效果好，并且成本低，各行各业都可适用。当前这种材料在实际市场的使用中使用范围最广的是聚乙烯和聚丙烯等材料。聚乙烯和聚丙烯在民用领域的运用十分广泛，用途涵盖薄膜、注塑、电缆、丝类、管材等多个方面。现今因金属催化剂的不断研发和使用，聚烯烃合成材料的发展前景更为良好，为此当前聚烯烃材料的主要研究方向为让各类聚烯烃材料有效聚合的过渡金属催化方向。虽然说聚烯烃这种高分子材料因其成本低、原料丰富、操作简单等优势在民用领域较多地被使用也有较大的关注度，但是它在实际应用中也存在一些问题，如不可降解、污染性较高等，高分子材料因其内在分子稳定等原因影响很难被有效地分解，因此高分子材料在使用后如果随意丢弃会对水、大气、土地等造成污染，使生态环境受到损害。所以在高分子材料研究中不可降解问题至今还是研究的一个重点所在[4]。

3 高分子化工材料发展趋势

3.1 通用高分子化工材料

通用高分子化工材料的发展趋势主要是绿色化、高性能高功能化、智能化方向。

3.1.1 绿色化

第一，环保无污染。现今环境保护问题是全球都关注的重点问题，工业的不断发展会造成环境问题的出现，影响到人类的身体健康，因此针对环保问题绿色化工业发展成为发展的主要目标所在。绿色化是指没有污染或者有极微小的污染，极小污染完全可以被周边环境或者树木所稀释，并且这种绿色工业材料要具备可循环使用的功能。在现今的环境保护措施中，减少工业污染排放是一个重点措施，而另一个重点就是使用更为环保绿色的化工材料，从而既能有效达到环境保护的相关要求，又能实现工业不断发展的相关要求。因此绿色环保的高分子化工材料的研发成为今后高分子化工材料发展的重要趋势所在，需要将高分子化工材料的可重复利用性和可降解性等环保性能提升，从高分子化工材料的内部性能出发解决高分子化工材料所存在的污染问题，让其可以更为环保绿色无污染。第二，减少自然资源的使用依赖。因此在当前的高分子化工材料发展中需要能找到一种可替代石油的能量资源，或是通过原子分子等比率结构的调整使某种可再生的资源拥有石油在高分子化工材料合成中的作用，从而减少高分子材料在合成中对不可再生资源的依赖，让可持续发展的战略目标得以实现[5]。

3.1.2 高性能和高功能化

高性能主要是对材料生产设备和加工工艺等进行提升让其性能增强，如在高强度、高耐力等方面，让其可以在更多的应用环境中进行好的应用，高功能性则是指进行多种复合功能的高分子材料，实现高分子化工材料功能的多样性和复合性要求，具备同一材质多种用途或同一材质多种特点等功能。例如纳米高分子材料，纳米高分子材料是通过纳米技术将纳米材料和高分子材料进行混合，让其可以形成一种复合型的材料，让高分子材料的性质和应用环境进行改变。当前在进行这种复合型材料的生产中所用的纳米技术主要分为两种，其一是将纳米粒子直接作为高分子材料进行应用并对其的性能进行改变，其二就是将高分子材料和纳米材料混合后形成新的一种纳米高分子材料，从而提升原有的特性，如耐高温、抗震性等。因此将高分子材料和纳米技术有效结合可以很好地进行新型高分子材料的研发，可以让传统高分子化工材料的性能和功能更强，有效实现高性能和高功能的发展要求。

3.1.3 智能化

智能化是随着现今科学技术的不断发展所提出的一个新的发展目标，智能化的高分子材料主要是让其具备记忆功能，可根据具体外部需求进行自身性能的改变等，达到多用途、灵活性等发展要求。例如高分子材料的自修复功能，自修复型高分子材料首先是需要材料具备导电性，然后通过其导电性和后续的工艺加工实现其自修复能力。高分子化工材料的导电性获取有两种方式，其一就是直接在高分子材料中增加相应的导电性聚合物，然后通过对其进行压制定型达到性能稳定的目标，让结构和性能等不再产生变化，但是这一方法在操作中较为复杂，成本也较高，并且自修复的性能不佳。其二是借助具有导电性能的复合物进行纳米颗粒的掺杂，再向具备自修复能力的聚合材料中添加微胶囊颗粒，让高分子材料的导电性能提升，从而达到复合导电聚合物自修复材料的要求。这种可自修复材料可以实现再次复合，有着很好的发展情景。

3.2 功能高分子化工材料

随着功能高分子化工材料的迅速发展，功能高分子材料将过去的小范围使用扩大到大范围使用，从发明研究走向实际应用。在光电信息功能材料领域，光、电、磁等功能高分子化工材料作为科技时代重要的信息技术载体，在信息技术的发展中有着重要的作用。当前针对此类高分子化工材料的发展重点主要在有机高分子显示材料方面，例如：电致发光材料、高分子生物传感材料等，以及新型功能高分子化工材料的研发和其他技术的结合等。在生物医用材料领域，发展的趋势主要是从简单的生物组织器官移入到有生命的生物组织器官的重建，从阶段性器官的替换修复发展到长期器官的替换修复发展，从有创伤的手术开展到微创的治疗等，因此生物医用材料的发展重点就是以生物学原理为基础进行材料使用时间、生活功能或者生物结构方面的设计和研究，从而让生物医用材料可以更好地实现治病救人的功效。在吸附分离材料领域中的高分子分离膜发展的重点为对聚合物分离膜的制备、成膜机理的研究，对膜结构和膜分离的预测优化，通过其与其他技术结合实现材料性能上的提升等，而对于吸附分离树脂材料，设计合成高选择性地吸附树脂材料是其发展重点。

3.3 高分子化工材料加工的发展

高分子化工材料的使用性能主要是由加工环节所决定，之后在成型后达到材料所要求的形态。聚合物的形态有结晶、取向等，而多相聚合物包含球形、片状、棒形、纤维等相形态，聚合物的形态是在加工过程中通过温度和外力作用而形成，为此需要对高分子化工材料加工的全过程进行研究，进行加工和成型新方法的发展，对高分子化工材料的基础理论进行更深入地研究等，从而进一步促进高分子化工材料多功能化、高性能化等优势的发展。当前针对加工环节的主要发展方向为加工过程中的材料结构变化规律和结构形成，展开对这方面的控制，并不断探索研究新的加工方法。

3.4 高分子材料学科与其他学科的交叉发展

高分子材料学科与其他学科交叉发展除了能有效地促进高分子材料自身发展外，也会让高分子材料的应用范围得到扩大，并形成复合型的高分子化工材料。例如与生物学结合的仿生高分子化工材料，这种材料不但具备很多好的生物性能，还能进一步推进生物材料的发展。另外还有与信息技术学科结合的有机高分子材料，与如今纳米技术结合的高分子纳米材料等。高分子材料学科与众多学科都是有着紧密联系，因此在今后的高分子材料的发展中与其他学科交叉发展必然是其大的发展趋势所在。

4 结语

总而言之，高分子化工材料的研发工作不仅要能更好地提升其性能，与更多的学科进行结合，还需要考虑到其对环境的影响，要发展绿色、环保、可降解的高分子化工材料，让高分子化工材料在进一步助力我国工业发展的同时，也能很好地促进我国可持续发展战略的实现。