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                          【科學前沿】《科普》高分子發展史概況!

                          2022-12-23 14:52:03 廈門天研儀器有限公司 閱讀 478

                          一、進入高分子時代


                          自從高分子線鏈型學說在1925-1930年間被確認以來,在科學技術乃至材料生產上,現已進入高分子時代。


                          其標志有二:其一,創建了高分子科學,后與材料科學互相結合而形成高分子材料科學,促進了高分子材料工業的迅猛發展;第二,在近代石油化學工業體系內,三大合成高分子材料即塑料、橡膠、合成纖維的世界年產量在1982年已達八千萬噸;論鋼鐵/塑料體積比,在美國和西德于1981年即已達1/1;美國的消耗量,最近已超過鋼、銅、鉬的消耗量的總和。在近代科技發展史上,這是科研與生產密切結合的典型。


                          二、深入了解高分子


                          在20世紀二、三十年代的十幾年間,由于對纖維素、蛋白質、膠質、淀粉等天然高分子物質的研究,以及合成高分子材料的開發,逐步有了如下認識:


                          1. 這些物質都由極大的分子所組成,分子量可達五萬至幾百萬,故稱“大分子”。1926年施陶丁格( Hermann Staudingcr ,1881一1965)在“德國自然研究者和醫生協會”中提出大分子見解,1953年以“鏈狀大分子物質的發現”而獲得諾貝爾獎。


                          2. 這種大分子是長線鏈狀的,由許多小的重復單元借共價鍵連接而成,故稱“聚合物”( polymer ),可用單體聚合而成。


                          3. 這種大分子的結構與形狀,需要新的物理化學方法來定量表征,如要用粘度法、滲透壓法,超離心機法等來測定分子量和分子量分布,要用X﹣光衍射測定細絲、薄膜、本體的取向和結晶。第二次世界大戰之后,高分子科學形成了自己的體系。1947年,國際純粹與應用化學會的高分子組在比利時召開了第一次“國際高分子討論會”,在這次會中,各個分支領域得到詳盡的總結,討論中心是今后的主要發展方向。內容有聚乙烯、尼龍、聚酯等的合成和加工技術,研究結構的新方法等。


                          4. 就在這個水平上有一個重大的突破,即1954年齊格勒( Karl Zieg ler ,1898一1973)納塔( Giulio Natta ,1903一1979)發明了用有機金屬絡合物的定向催聚法,可使高分子鏈的立體構型獲得規整結構,這又使鏈結構、聚合機理、性能與結構關系等重新研究,使高分子科學在六、七十年代進入一個新時期。


                          隨著技術的不斷進步,高分子材料獲得了新的發展契機,需求呈現上升趨勢,同時,對材料性能提出更高標準與要求,尤其是以高性能與復合化為研究方向,在根本上滿足全社會更加多元化的發展需求。


                          從物理角度分析,高分子材料強度大,擁有突出的耐磨性,同時,比重較輕。其次,立足化學性能,高分子材料化學性能十分穩定,耐腐蝕性較強,尤其是在技術的不斷完善與優化中,高分子材料的功能更顯多樣性,滿足輕而強的標準,材料價值更加突出。目前,高分子材料類型豐富,涉及纖維、橡膠等類型。


                          三、高分子材料的應用現狀


                          1. 依托較強的耐熱性與強度,高分子材料在軍工領域極具發展潛力:鑒于高分子材料高耐熱、耐腐蝕以及高強度等特點,其在軍工業領域內廣泛應用于防彈衣、抗高溫保護罩等方面,是交通運輸、海洋工程等重大領域內不可或缺的基礎材料。隨著特殊性能高分子材料的研究,高分子材料在應用方面已經開始部分替代金屬材料,發揮其更佳的“輕而強”優勢。軍工業領域內,材料的服役環境經常是比較惡劣的,包括極高溫度、極高受力等,對材料的性能提出了非??量痰囊?。而高分子材料的性能可設計性為其在軍工業領域內的應用提供了技術支撐。因此,高分子材料在軍工業領域內發揮了非常重要的作用。


                          2. 建筑行業以材料科學為動力,高分子材料強化建筑裝修整體質量的提升:建筑業領域的發展與材料技術的發展是分不開的,可以認為,建筑業的發展史就是材料的發展史。材料領域內每一次技術的革新都會給建筑業的發展帶來極大的促進作用。而高分子材料在建筑業領域內的發展與應用更是重中之重。其中,高分子材料在建筑業領域內一般應用于室內,例如室內裝修所用到的涂料以及粘合劑等,一方面高分子材料具有優異的耐磨性能以及“輕而強”性能提高材料的使用壽命,降低材料的成本,另一方面,可以極大提高室內裝修的美感,提高室內環境的居住質量。


                          3. 依托低成本支出,高分子材料在民用領域應用廣泛:高分子材料的身影在生活中無處不見,例如各種各樣的塑料制品,包括容器、薄膜以及泡沫塑料等,多樣化的橡膠制品,包括輪胎、傳送帶、電線的絕緣保護套以及生活中雨衣、膠鞋等,豐富的纖維制品,包括滌綸、睛綸等。同時,高分子材料的低成本優勢使得其在民用領域中備受青睞,一直具高分子材料在發展與應用中不可避免的出現各種問題。其中,最為突出的問題是高分子材料的不可降解性,高分子材料使用后如果不及時回收,會對環境造成嚴重的污染,包括水污染、大氣污染等,對人類以及其他生物的生存環境造成嚴重危害。因此,不可降解問題一直是扼制高分子材料技術發展的瓶頸問題。


                          四、對高分子材料發展趨勢的展望


                          1. 增強高分子材料的可重復利用性,降低環境污染,發展綠色環保材料:提高高分子材料的可重復利用性,提高可降解性,從源頭上杜絕環境污染問題;另一方面,要降低高分子材料對礦石燃料的依賴性,礦石燃料屬于不可再生資源,高分子材料對于礦石燃料的依賴性會使得地球的自然資源不斷減少,不能實現可持續發展。


                          2. 重視分子材料制備與加工工藝的完善,強化復合化與功能化:為了提升高分子材料性能,主要是對材料制備與加工環節進行優化,促使材料呈現高性能。具體講,可以對高分子材料的力學強度以及耐腐蝕進行研究,為高分子材料在高性能環境中的應用提供技術支撐;對于高功能化,主要是重視復合功能高分子材料的發展,強化對多種功能的豐富,力求多樣化與復合化。


                          3. 智能化高分子材料極具發展潛力,強化對環境條件的適應性:對于智能化,主要是以促進高分子材料生命功能為目標。也就是說,材料性能可以根據環境變化進行調整。例如,高分子材料能夠具備記憶功能,其形狀可以以外界條件為前提,強化對周邊溫度、濕度以及亮度等因素的感知,合理進行針對性調整。另外,對于水溶性的高分子材料,能夠以水溶液為介質,實現自我溶解的功能,凸顯較強的粘合性與潤滑性。


                          
                          

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