基于化學(xué)工程的高分子材料分析

于吉鵬 趙國慶 王文娟 曲亮 張日

（山東華大化學(xué)新材料有限公司，山東煙臺 264000）

近年來高分子材料不斷深入研究，取得了卓越的研究成果，為工業(yè)生產(chǎn)和人們生活帶來了極大的便利。其強大的傳遞、轉(zhuǎn)換、儲存、信息服務(wù)的功能，以及化學(xué)反應(yīng)過程中的光敏、導(dǎo)電、催化、生物兼容等性能，使光功能、生物醫(yī)用、高吸水性、形象記憶功能等各式各樣的高分子材料得以問世。在不同領(lǐng)域中發(fā)揮著物質(zhì)支撐作用，滿足化學(xué)工程的現(xiàn)代材料需求，推進節(jié)能環(huán)保型材料新發(fā)展，目前可降解高分子材料仍是新型材料的研究重點[1]。

1.基于化學(xué)工程的高分子材料研究現(xiàn)狀分析

1.1 光功能高分子材料分析

光功能高分子材料能夠?qū)膺M行傳輸、吸收、儲存、轉(zhuǎn)換，利用高分子材料的光曲線傳播特性，開發(fā)出的塑料光導(dǎo)纖維，以及為滿足大容量、高信息密度儲存材料需求開發(fā)出的光盤，是光功能高分子材料的代表性高科技產(chǎn)品。在電子工業(yè)和太陽能利用等方面具有廣泛應(yīng)用前景，也是相關(guān)科研的重點研究方向，研制出的新型光加工材料-感光高分子，在印刷制版、電子工業(yè)、金屬材料的精密加工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。透鏡和棱鏡、塑料和石英復(fù)合光導(dǎo)纖維、感光樹脂、光固化涂料等材料中，均能見到光功能高分子材料，按功能可分為光記錄、光導(dǎo)、光加工、光轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和光導(dǎo)電等各式各樣的材料種類。隨著激光技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，光功能高分子材料的研究還會實現(xiàn)進一步突破。

1.2 生物醫(yī)用高分子材料分析

生物醫(yī)用高分子材料是用于制造人體內(nèi)臟、體外器官、藥物劑型、醫(yī)療器械的聚合物材料，主要來源是天然生物高分子材料、合成生物高分子材料。前者來源于纖維素、甲殼素、膠原蛋白等自然資源，后者通過化學(xué)方法進行人工合成，常用的有聚氨酯、硅橡膠、聚酯纖維等，按材料性質(zhì)可分為非降解、可生物降解兩大類。由于生物醫(yī)用高分子材料多應(yīng)用于人體，要求其性能必須具有安全性、適應(yīng)性，必須無毒或者副作用極少，材料需要與人體具有生物、血液、組織的相容性。且物理、化學(xué)、機械性能要滿足醫(yī)用所需設(shè)計和功能的要求，不同的應(yīng)用領(lǐng)域，還要有一定的特殊功能。現(xiàn)有高分子材料的表面化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)等很難滿足以上要求，需要進行表面改性處理，以及進行復(fù)雜形狀材料的化繁為簡加工成型，仍需要對材料進行升級研究，以滿足生物醫(yī)用高分子材料日益增長的高要求[2]。

1.3 高吸水性高分子材料分析

高吸水性高分子材料又稱超級吸水劑，結(jié)構(gòu)為三維網(wǎng)絡(luò)，主要指高吸水性樹脂，包括合成與天然兩大類，具有強大的吸水能力，聚氨酯海綿、棉花、手紙等均是常見的高分子材料。不僅不溶于水，還能夠吸收大量水分，使材料膨脹成高含水凝膠狀態(tài)，具有吸水性、保水性等優(yōu)越性能，吸水量可達自身重量的數(shù)百倍。隨著研究的不斷深入，具有吸收上千倍水量的高吸水性高分子材料問世，研究成果已經(jīng)成為重要的工業(yè)產(chǎn)品?；诟呶愿叻肿硬牧蟽?yōu)越的親水性、溶脹性、保水性等性能，即使承受了較大的外部壓力也不易發(fā)生滲水，并且還能夠吸收氨氣等臭氣，在石油生產(chǎn)、化學(xué)工程、輕工業(yè)、建筑業(yè)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，常作為堵水劑、脫水劑、增粘劑、密封劑等控水材料。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，還被用作土壤改良劑和保水劑、無土栽培和種子覆蓋材料，以防止水土流失、改造沙漠化土壤等。在日常生活領(lǐng)域，常用的吸水性抹布、餐巾紙、透氣鞋墊、紙尿褲等均含有高吸水性高分子材料成分。

1.4 形狀記憶功能高分子材料分析

形狀記憶功能高分子材料是一種新型的功能高分子材料，同時具備塑料和橡膠的性能，是高分子材料研究、開發(fā)、應(yīng)用的新分支點，實現(xiàn)了高分子材料的新突破，在工業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。形狀記憶功能高分子材料的理論基礎(chǔ)建立在高分子化學(xué)上，具有記憶性、可恢復(fù)原狀的特點，能多次循環(huán)發(fā)生可逆變化，是高分子智能材料的杰出產(chǎn)品，無論在外力、溫度、光照、電力、磁力等何種特殊條件刺激下，形狀記憶功能高分子材料均可以實現(xiàn)恢復(fù)到初始狀態(tài)，完成記憶起始態(tài)-固定變形態(tài)-恢復(fù)起始態(tài)的循環(huán)[3]。

2.基于化學(xué)工程的高分子材料應(yīng)用領(lǐng)域分析

2.1 聚乙烯材料應(yīng)用領(lǐng)域分析

高分子材料在聚乙烯材料領(lǐng)域上的應(yīng)用非常廣泛，以其性能極高的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、建筑等工業(yè)生產(chǎn)制造中，使用量非常大。聚乙烯材料無臭、無毒，具有優(yōu)良的耐低溫性能，化學(xué)穩(wěn)定性良好，可耐除氧化性質(zhì)酸的大多數(shù)種類酸堿侵蝕，常溫下不溶于一般溶劑，具有吸水性小、電絕緣性好的特點。可通過高壓或者超低壓聚合的方式，將多種聚合物結(jié)合在一起，形成易加工、耐用、強韌度的高分子聚乙烯材料，其中超高分子聚乙烯綜合性能優(yōu)異，可應(yīng)用于工程塑料使用。

2.2 高分子智能材料應(yīng)用領(lǐng)域分析

高分子智能材料又稱機敏材料，采用有機與合成的方法，使無生命的有機材料變得有“知覺”，縮小了有機材料性能與生物材料性能間的差距。例如：形象記憶分子智能材料，會隨著外界環(huán)境的變化而發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)變，且能夠靈活恢復(fù)到原本的形態(tài)。高分子智能材料自我調(diào)節(jié)和修復(fù)功能的優(yōu)勢，使之在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛。建筑室內(nèi)外涂料中較為常用，室外凈化空氣涂料，能夠有效捕捉空氣中的各類污染源，且不易產(chǎn)生靜電，具有良好的抗污染性能。室內(nèi)凈化空氣涂料，能夠有效激活無極抗菌凈化材料，凈化室內(nèi)空氣中的VOC、氮氧化物等污染氣體。建筑玻璃上的使用也較為常見，低輻射玻璃，能夠反射出40%～70%的熱輻射，有效降低輻射傷害。光致變色玻璃，能夠阻礙可見光通過，同時在一定程度上也具有吸收熱輻射效果。高分子智能材料在瓷磚、板材、地毯、太陽能等諸多建筑領(lǐng)域中均有廣泛應(yīng)用，為人們生活帶來了諸多便利。

2.3 稀土催化材料應(yīng)用領(lǐng)域分析

稀土催化材料工業(yè)生產(chǎn)過程中，會在傳統(tǒng)稀土材料中加入稀土催化材料，制成一種新的高分子化合物，以提高材料性能，是添加鑭、鈰和鐠等輕稀土的化合物。相比于傳統(tǒng)稀土材料，稀土催化材料成本消耗更低、工藝水平更高，解決了傳統(tǒng)多相催化劑存在的低選擇性、高污染的問題，以及均相催化劑合成中的原材料分離問題。目前稀土催化材料在汽車、家電等重工業(yè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，為開發(fā)環(huán)境友好生產(chǎn)新工藝、實現(xiàn)化學(xué)工程中綠色化學(xué)和原子經(jīng)濟性等節(jié)能環(huán)保方面，做出了巨大的貢獻。如分子篩稀土催化材料、稀土鈣鈦礦催化材料、鈰鋯固溶體催化材料等三類高分子稀土催化材料，常用于石油裂變催化、環(huán)保催化等工業(yè)生產(chǎn)中。

3.結(jié)語

化學(xué)工程涉及化工、煉油、冶金、能源、輕工、醫(yī)藥、環(huán)保、軍工等領(lǐng)域，在科技的進步下化學(xué)工藝日益復(fù)雜，對工程材料的要求不斷提高。各類高分子材料的高科技研究成果，被廣泛應(yīng)用到化學(xué)工程中，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的物質(zhì)條件需求?；谏鐣?、經(jīng)濟、環(huán)保三方效益要求，高分子材料向著高性能、低成本、節(jié)能環(huán)保方向研發(fā)，在提高環(huán)保性能、降低石油能源依賴性、優(yōu)化材料細膩程度等方面不斷進行技術(shù)攻克，以提升高分子材料使用價值。