功能高分子材料的概念精選(九篇)

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第1篇：功能高分子材料的概念范文

關鍵詞 高分子材料 現狀 可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號：TQ317 文獻標識碼：A

1高分子材料的相關概念

1.1高分子材料的基本概念及來源

高分子材料（macromolecular material），以高分子化合物為基礎的材料。高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料。按來源可分為分為天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和進化的基礎。人類社會一開始就利用天然高分子材料作為生活資料和生產資料，并掌握了其加工技術。如利用蠶絲、棉、毛織成織物，用木材、棉、麻造紙等

1.2高分子材料的分類

高分子材料按照特性分為橡膠、纖維、塑料、膠粘劑、涂料和高分子基復合材料等，其中前三種被稱為高分子的三大材料。

橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。其分子鏈柔性好，在外力作用下可產生較大形變，除去外力后能迅速恢復原狀。有天然橡膠和合成橡膠兩種。纖維分為天然纖維和化學纖維。前者指蠶絲、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子為原料，經過紡絲和后處理制得。纖維的次價力大、形變能力小、模量高，一般為結晶聚合物。塑料是以合成樹脂或化學改性的天然高分子為主要成分，再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。其分子間次價力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。

2高分子材料科學的發(fā)展進程

2.1高分子材料科學的發(fā)展歷史

高分子學科的建立，至今不到80年。從遠古時期開始，人類就已經學會使用天然高分子材料，比如天然的樹脂、橡膠、棉花、木材等。

20世紀20年代，才出現高分子科學的概念。到了20世紀30年代，高分子材料工業(yè)才步入發(fā)展階段，而到了20世紀50年代配位聚合的出現極大地推動了高分子材料的發(fā)展。進入20世紀下半葉，高分子取得了一系列突破性的進展，比如聚烯烴的多元聚合，設計合成嵌段，超支化等聚合物等。

2.2高分子材料科學的發(fā)展現狀

進入21世紀，單單從一個大方向來描述高分子材料的發(fā)展現狀是不可取的也是不全面的，所以將簡單分為幾個領域分別介紹目前的發(fā)展現狀。

在電氣工業(yè)領域，高分子材料也有杰出的表現。隨著時代的發(fā)展，高分子材料在電子、家電和通信領域。我國電氣生產大國，全行業(yè)對高分子材料需求量較大用量。高分子材料輕質、絕緣、耐腐蝕、表面質量高和易于成型加工的特點正是生產各種家用電器的最佳材料，而家用電器是人們的必須生活用品，所以高分子材料在電氣工業(yè)的發(fā)展是會一直進行下去的。

在機械制造領域更加少不了高分子材料。比如，目前世界不少轎車的塑料用量已經超過 120千克/輛，德國高級轎車用量已經達到300 千克/輛?？梢娫谄囍圃旆矫妫叻肿拥陌l(fā)展還是比較成熟，系統(tǒng)的。并且可以預見，隨著汽車輕量化進程的加速，塑料在汽車中的應用將更加廣泛

高分子材料還在航空航天，建筑工程，醫(yī)療，包裝行業(yè)等眾多領域發(fā)展已經比較成熟，并且正在朝著一個更加規(guī)范，更加科學，更加和諧的方向穩(wěn)定發(fā)展

2.3高分子材料科學的發(fā)展前景

高分子材料科學代表的是一種前沿技術，其發(fā)展趨勢也必然要適應社會發(fā)展的潮流和最先進工業(yè)發(fā)展的需求。

2.3.1精細化

隨著時代的發(fā)展，精細化必然成為材料的主流趨勢，未來將納米技術融入其中也是勢在必行的。高分子材料的納米化可以依賴于高分子的納米合成，這既包括分子層次上的化學方法，也包括分子以上層次的物理方法。利用外場包括電場、磁場、力場等的作用，采用自組裝或自合成等方法，靠分子間的相互作用，構建具有特殊結構形態(tài)的分子聚集體。

2.3.2綠色友好化

在強調可持續(xù)發(fā)展的21世紀，任何事物都在漸漸轉型，高分子材料也不例外。實現綠色友好化，需要在材料的合成，生產，運用三方面全方位實現?，F在的高分子合成材料對石油的依賴性特別強，尋找可以替代石油的其它資源，則成為21 世紀的高分子化學研究中的一個迫切需要解決的問題。調節(jié)原子和分子在物質中的組合配置，控制物質的微觀性質、宏觀性質和表面性質，就可能使某種物質滿足某種使用要求，這種物質就能作為材料來使用。

2.3.3智能化

在這個智能材料的時代，高分子化學同樣承擔著不可替代的作用。智能材料是材料的作用和功能可隨外界條件的變化而有意識的調節(jié)、修飾和修復，如若實現，也必然會對人類發(fā)展發(fā)揮巨大的作用。

3結語

本文通過比較淺層次的語言向大家介紹了高分子這門前沿科學，相信在今后的生活中，隨著科技的發(fā)展，技術的進步，越來越多的人會認識高分子材料，并投入到這門與人類生活息息相關的科學研究中去。

參考文獻

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[4] 王亞男，李婷婷，徐聰.淺析目前我國高分子化工材料的發(fā)展現狀[J].人力資源管理，2012（5）.

第2篇：功能高分子材料的概念范文

【關鍵詞】高分子材料 合成應用 綠色戰(zhàn)略

綠色化學的概念從提出到現在一直備受關注，我國的化學研究工作中也逐漸重視綠色和環(huán)保的理念。尤其是在高分子材料的研究方面，人們更傾向于無毒的環(huán)保的生產過程。近來，高分子材料的綠色化學有了新的進展，高分子材料合成與應用中的綠色戰(zhàn)略已經形成。

1 原材料本身的無毒化

在現今的高分子化學材料的研究過程中我們逐漸引進了生物降解的技術來保證高分子化學材料本身的無毒和綠色，這也是化學研究的一大熱門領域。用生物來降解高分子化學材料的方式應用較為廣泛，降解的高分子材料包括了天然的有機高分子材料和合成的有機高分子材料。這種技術對淀粉、海藻酸、聚氨基酸等各種高分子的研究非常實用。目前，醫(yī)藥領域的許多材料多采用這種綠色無毒的形式來進行生產，達到和人體的和諧相容。

2 高分子原料合成朝無毒化方向發(fā)展

高分子原料的合成也在向綠色的方向發(fā)展。在化學合成過程中，許多高分子化學材料的合成可以采用一步催化的方式來完成，轉化利用率可以達到百分之一百。而且這種過程避免了使用有毒的化學催化劑，改變了傳統(tǒng)的操作模式。例如已二酸的合成就是采用生物合成的技術，使其生產過程完全綠色化，安全可操作。傳統(tǒng)的方法生產環(huán)氧丙烷是采用兩步反應的方式，而且中間使用了氯氣。這種氣體帶有一定的毒性會造成環(huán)境的污染。但現在，國內外已經改變了這種生產方法，采用的催化氧化的方法使原材料在制作反應的過程中完全利用，而不產生有的物質來污染環(huán)境。目前，在進行制作合成化學材料的過程中，許多都在逐步改善材料合成產生有毒廢棄物的或排放物的情況，朝著綠色生態(tài)環(huán)保的方向發(fā)展。

3 合成原料的綠色化

生活物質材料中有許多都是采用高分子合成的原料制造的。尤其是醫(yī)用材料，這些材料在使用的過程中必須保證無毒，而且必須是生物可降解、可以為人體的免疫系統(tǒng)所接受的。因此，對合成原料的要求必須是綠色的、安全的。近年來，在這方面，國內外已經取得了較多的成就。

1988年在荷蘭有相關學著就在研究聚乳酸類網狀彈性體材料，這種材料完全采用綠色原料合成，并且可以被生物所降解。他們用賴氨酸二異氰酸醋等擴鏈了由肌醇、L--丙交酯等生成的星形預聚體。LDI可以稱為“綠色”的二異氰酸酯擴鏈劑，因為LDI擴鏈部分最終的降解產物是乙醇、賴氨酸等，這些降解產物都是無毒的，完全可以進行生物利用。在這一聚合物生成的過程中，不僅最終的產物是環(huán)保安全的，而且其原料肌醇是人體所需的維生素之一，乳酸、6―烴基己酸等在生物醫(yī)學上頗為常見，也是一些安全的、“綠色”的物質，可以說這一過程接近于“完全綠色”。1994年strey等學者在此基礎上進行進一步的研究，合成了與該綠色試劑LDI聚乳酸衍生物，用高結晶性的聚乙醇酸纖維為增強材料，制備了無毒的、可生物吸收的骨科固定復合材料。

4 催化劑的綠色化

在聚乳酸類材料研究過程中，雖然目前的高分子原材料和聚合物都實現了基本的綠色化、無毒化，但在這過程中大家可能會忽略一個因素，那就是催化劑的使用安全問題。例如聚乳酸化合物的生成過程中大多采用辛酸亞錫作為中間催化劑，加快化學反應的過程。但是這種催化劑由于含有錫鹽成分可能會具有生理毒性，如果是人體吸收可能會造成中毒的情況。相比而言，用生物酶作催化劑就顯得安全可靠。使用生物酶催化的瓶頸在于酶的種類有限問題，致使一些化學反應找不到相應的生物酶進行催化。在目前的高分子聚合物當中，雖然一些加聚反應的原子利用率可以達到100%，但是各種催化劑和添加劑的使用對安全情況造成的影響卻不能忽視。尤其是在醫(yī)用物品當中，必須對這些材料的安全性進行試驗和考核。催化劑的綠色化道路的發(fā)展還值得我們進一步努力探索。

5 合成高分子材料的安全應用

人工合成的高分子材料可能會對環(huán)境存在一定的危害，對不可利用的高分子材料的垃圾處理也得考慮到綠色無毒的問題。我們必須選擇正確的方法來安全使用這些高分子材料。

對于可用生物降解的高分子合成材料可以采用填埋的方式進行處理。對于不可生物降解的高分子材料廢物進行分類，主要分為可回收利用的廢物和不可回收利用的廢物。將可回收的高分子材料分類進行整理，實現循環(huán)利用，減少資源的浪費。對于可焚燒的高分子材料可以進行焚燒處理，還可以將垃圾焚燒過程中釋放的熱能加以利用。

（1）對可以再生與循環(huán)使用的環(huán)境惰性高分子材料，如 PP、PE、PET、尼龍 66、PMMA、PS 等，應盡可能地再次利用，盡可能避免使用填埋方法處理環(huán)境惰性塑料垃圾。

（2）PP、PE等聚烯烴具有很高的熱值，與燃料油相當，并且具有無害化燃燒特性。因此，可以將這些高分子材料燃燒產生的巨大熱能轉化為電能或者其他形式的能源，避免熱能污染。目前，順利實施城市生活垃圾變電能的關鍵是將 PVC 除開，避免與PP、PE等混雜，避免造成能源回收困難而浪費能源。

（3）對 PVC 應合理使用。PVC 的制造、加工、使用和廢棄物的處理，都涉及環(huán)境問題，其中最危險的是PVC 廢棄物的處理。PVC的加工過程使用的添加劑非常多，使用不當就會使材料中的有毒物質滲出，應該盡量避免其與食物和醫(yī)藥產品的接觸。PVC廢棄物處理要盡可能避免使用焚燒的方式，因為這種高分子材料在焚燒的過程中會產生毒性物質，對環(huán)境造成的傷害非常大。應盡快使 PVC退 出包裝、玩具 、地膜等使用周期短的應用領域；同時，鑒于PVC具有節(jié)約天然資源、適用性廣、價格低廉、難燃、血液相容性好等優(yōu)點，應加強對 PVC 生產、加工、使用、廢棄物處理等方面的研究。

6 結語

高分子材料合成與應用的綠色化、無毒化、安全化會是將來高分子材料化學發(fā)展的熱潮，結合高分子材料特有的實用性因素來建立高分子材料綠色戰(zhàn)略的系統(tǒng)，可以使高分子材料化學朝著更加全面的、長遠的綠色化道路發(fā)展。

參考文獻

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[2] 羅水鵬.綠色高分子材料的研究進展[J].廣東化工，2012

[3] 石璞，戈明亮.高分子材料的綠色可持續(xù)發(fā)展[J].化工新型材料，2006

第3篇：功能高分子材料的概念范文

[關鍵詞]分形　自相似　分維　高分子

分形理論與耗散結構理論、混沌理論被認為是70年代科學上的三大發(fā)現。1967年曼德布羅特(B.B.Mandelbort)在美國權威的《科學》雜志上發(fā)表了題為《英國的海岸線有多長?》的著名論文。指出海岸線在形貌上是自相似的，也就是局部形態(tài)和整體形態(tài)的相似。實際上，具有自相似性的形態(tài)廣泛存在于自然界及社會生活中，曼德布羅特把這些部分與整體以某種方式相似的形體稱為分形(fractal)。并在此基礎上，形成了研究分形性質及其應用的科學，也就是現在的分形理論(fractaltheory)，自相似原則和迭代生成原則是分形理論的重要原則。

由于分形理論研究的特殊性，以及他在自然界應用的廣泛性，目前分形理論已迅速成為描述、處理自然界和工程中非平衡和非線性作用后的不規(guī)則圖形的強有力工具。自分形理論發(fā)展以來，國內外對分形理論在各方面的應用進行了大量的理論和實踐，材料學中也一樣，分型理論目前已滲透到了材料學的各個領域，尤其是高分子材料，下面就分形理論在高分子材料學中的應用做一淺議。

一、分形維數的測定方法

根據研究對象的不同，大致可以分為以下五類：改變觀測尺度求維數；根據觀測度關系求維數；根據相關函數求維數；根據分布函數求維數；根據頻譜求維數，分形在材料科學中應用時，一般應用的測定分維方法是：盒維數法、碼尺法和小島法。

二、分形理論在高分子結構中的研究

(一)高分子鏈結構中的分形

由于高分子尺寸隨鏈結構象而不斷變化，對這類問題的處理屬于統(tǒng)計數學中的“無規(guī)飛行”。但若從分形的角度來看，則高分子具有明顯的分形特征并可以跟蹤監(jiān)測。對高分子中普遍存在的自回避行走也是如此，只是表現出不同的分形行為。又因為這類問題與臨界現象很相似，故我們亦能采用重整化群等有力工具。并且分數維的另一獨特功能是可靈敏地反映單個高分子的單個構象[4]。

(二)高分子溶液中的分形

由于高分子溶液中的大分子鏈使得其和普通液體在很多方面存在差異性，如普通液體所不具備的流變行為、應力傳輸等。在實際研究中。分形結構主要存在于高分子溶液中的凝膠化反應中，高分子溶液的凝膠化反應主要是指聚合物的凝膠化過程，是一種臨界現象，是介于晶態(tài)與非晶態(tài)之間的一種半凝聚態(tài)，這個過程中高分子鏈之間會形成的網絡結構，該結構是一類形狀無規(guī)、無序且不規(guī)整的錯綜復雜的體系。但該體系是可以用分形的方法研究的凝膠化反應，在亞微觀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膠化反應。

(三)固體高分子中的分形

對于高分子材料，當固體高分子材料斷裂時，不同力學性質的材料將形成不同的斷面形貌，而斷面形貌一般為不規(guī)則形態(tài)，是一種近似的或統(tǒng)計意義的分形結構，可用分形理論進行分析表征，從而根據斷面的形狀定量評價材料的力學性能。而微孔材料中由于分布著大量微小的孔洞，這些微孔具有不規(guī)則的微觀結構，使得微孔材料無論在總體還是在局部都呈現出較復雜的形態(tài)，無法用傳統(tǒng)的幾何學理論進行描述，但可用分形幾何理論對微孔形態(tài)的復雜程度作量化的表征[5]。

(四)結晶高聚物中的分形

第4篇：功能高分子材料的概念范文

關鍵詞：保質設計；材料信息；模型研究

Abstract: Design for quality (Design For Quality, DFQ) also known as the "design for quality", is an emphasis on system design ideas and methods for quality. Design of material quality information at different stages through the analysis of products, building materials information model supporting dfq. This paper analyses the technological process design for quality and material information model, for technical exchange and reference.

Keywords: Design for quality; information; model research

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A文章編號：

材料信息是制造質量信息的一個重要內容，也是研究和建立統(tǒng)一的、實現保質設計過程中各階段信息交換與共享的基礎。質量保證設計(DFQ)是將質量保證和質量管理融入到產品設計中的一種新的設計方法，能為產品設計和工藝設計人員提供實現產品質量所需要的所有信息，包括概念設計、初步設計、詳細設計、工藝設計，并將質量管理與控制融入設計中。然而，目前國內外對保質設計依然存在很多問題，例如關于材料信息建模及利用的研究對制造過程的信息掌握不夠；在設計時對制造過程的質量控制實際能力考慮不充分；大多數研究沒有考慮到信息表示從面向設計者的信息模型到面向計算機內部存儲的物理數據庫轉化，以及對材料信息與CAD/CAPP/PDM/ERP等集成研究也不充分等等。材料信息可有效支持保質設計決策，給設計人員提供有關質量控制的實際狀況與能力方面的相關質量信息，從而避免設計與制造脫節(jié)問題的發(fā)生，更好的幫助設計人員根據質量控制的實際狀況與能力設計產品的質量指標，設計出更多既實用又高質量的產品。

1. 關于保質設計中有關材料信息需求分析

產品設計在產品整個生命周期內占有越來越重要的位置?！百|量”首先是設計出來的，產品設計階段是質量保證的首要環(huán)節(jié)，是質量保證實施的源頭。質量保證應從傳統(tǒng)的生產過程質量控制向產品設計、開發(fā)質量控制轉變，從制造過程控制向前推進到設計過程控制，基于保質設計的材料信息需求模型如圖1所示，它可劃分為功能設計、概念設計、詳細設計和工藝設計等4個階段，每一設計階段通過來自設計、工藝、供銷、財務及管理等部門的人員組成DFQ小組協同工作，采用綜合的、整體性的、并行的產品設計方法。概念設計是根據產品規(guī)劃提出設計要求表（包括合理設計要求和設計參數）進行產品功能原理設計，形成產品工程設計說明書，概念設計從其它屬性中了解設計需求、信息來源等材料信息；初步設計是概念設計的繼續(xù)、詳細設計的基礎，主要工作是根據產品的功能，進行產品總體方案的設計和確定。這一階段既要確定產品的總體結構，又要確定產品零部件的結構和各零部件之間的連接方式，初步設計從材料類型中了解滿足設計要求的材料種類；詳細設計是對初步設計階段完成的產品結構方案進行細化工作。在這一階段，主要完成產品結構總圖的設計、零部件圖的設計、零件可加工性檢查、零件可裝配性檢查等，詳細設計根據材料性能屬性作出選材決策；工藝設計是根據產品零部件圖進行產品工藝文件的編制、工裝夾具的設計，最后，制定相應的產品標準。工藝設計需要從制造屬性和基本屬性中了解被選材料的實際質量情況。優(yōu)化是保質設計思想的具體體現。因為只有對設計過程的每一階段的設計結果進行評價和優(yōu)化，才能早期發(fā)現問題，早期解決，避免前期的設計錯誤造成后期的重新設計，保證整個設計過程最優(yōu)化，提高設計效率和設計質量。

2.關于保質設計的材料信息模型分析

根據設計各階段對材料信息的需求，用來描述材料信息的屬性有基本屬性、性能屬性、材料類型、制造屬性及其它屬性等?；緦傩员砻髁瞬牧瞎芾矸矫嫘畔ⅲ恍阅軐傩员砻鞑牧衔锢砗突瘜W性能方面信息；材料類型屬性表明了材料主要有金屬材料、無機非金屬、有機高分子材料、復合材料等種類，每種材料又可進一步細分，比如有機高分子材料可分為功能高分子材料、合成橡膠、纖維和塑料；制造屬性表明了材料在制造過程中可切削性、變形程度、可成型性等方面信息；在其它屬性中添加了方便產品設計和工藝人員來獲取材料信息的設計需求、信息來源、存在形式、存儲格式等。設計需求信息表明在某一設計階段對材料信息是否有需求。信息來源主要包括企業(yè)內部信息源和外部信息源，企業(yè)內部信息源有產品設計團隊、生產制造、質量檢驗管理、設備維修管理、人力資源等；企業(yè)外部信息源則包括供應廠商、外協加工廠等。存在形式主要有以文檔、圖表、各類信息系統(tǒng)、專業(yè)技術人員知識等形式存在。存儲格式針對不同信息存在形式會有所不同，如文檔形式存在

的信息有Office、XML、STEP等格式；圖表信息有CAD、VRML等格式；各類

信息系統(tǒng)如CAD/CAPP/CAM/PDM/PLM/ERP/MRPⅡ/MIS等中的信息大多以關系數據庫格式儲存；技術人員知識則是以隱性方式存儲在專家頭腦里，屬于企業(yè)無形資產?；诖私⒘酥С直Ｙ|設計的材料信息模型如圖2所示。面向質量設計環(huán)境下，初步設計、詳細設計和工藝設計都需要材料信息的支持，初步設計從材料類型中了解滿足設計要求的材料種類；詳細設計根據材料性能屬性作出選材決策；工藝設計需要從制造屬性和基本屬性中了解被選材料的實際質量情況。

3. 關于STEP材料質量信息模型分析

產品數據交換標準（StandardforTheExchangeofProductmodeldata,STEP）是一個關于產品信息表達與交換的國際標準，目標是提供整個產品生命周期內的產品信息描述和交換的中性機制，使產品數據能夠在異構計算機系統(tǒng)之間進行共享與交換，從而滿足產品生命周期內各階段對產品信息的不同需求及保證對產品信息理解的一致性。支持保質設計的制造質量信息系統(tǒng)采用STEP的信息建模工具EXPRESS-G來描述基于STEP材料信息模型。它可以支持應用系統(tǒng)共享模型信息，并通過STEP中性文件方式實現與非STEP模型應用系統(tǒng)的數據交換，實現保質設計的材料信息表示從面向設計者的信息模型到面向計算機內部存儲的物理數據庫轉化。材料類是金屬材料類、無機非金屬類、復合材料類和有機高分子類的父類，材料類的屬性描述材料基本管理信息、制造屬性信息及為方便設計和工藝人員管理而添加的信息，它被金屬材料類、無機非金屬類、復合材料類和有機高分子類繼承。金屬材料類是鋼鐵類、鋁和鋁合金類、鈦類、形狀記憶合金類、非晶態(tài)合金類、超導材料類和半導體材料類的父類；無機非金屬類是陶瓷類、玻璃類、耐火材料類、水泥類、發(fā)光材料類和無機合成高分子類的父類；復合材料類是纖維復合材料類、其它類型復合材料類的父類，而玻璃鋼類、硼纖維類和碳纖維類是纖維復合材料類的子類，層疊復合材料類和細粒復合材料類是其它類型復合材料類的子類；有機高分子類是塑料類、纖維類、合成橡膠類和功能高分子材料類的父類。設計人員根據材料信息的不同需求，分別從不同抽象層次獲取相關信息，從材料角度方面來確保設計質量目標在制造過程中的實現。其它面向質量設計的結構化制造質量信息也可按照此方法建立相應的STEP模型，方便其與其它應用系統(tǒng)的信息成。

第5篇：功能高分子材料的概念范文

關鍵詞：快速原型技術；復合材料；成形；應用

中圖分類號TU5 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）66-0146-02

隨著復合材料制造市場發(fā)展的多元化，快速原型技術的產生對復合材料產品的競爭、加速新型產品的開發(fā)、制造技術的提高都有很大的推動作用。它綜合了數控、檢測、激光、機械、計算機、CAD等許多學科的先進技術，很快在復合材料成形方面得到了廣泛的應用?，F如今，RP技術已經是制造業(yè)新產品開發(fā)的一項關鍵技術。

1 快速原型技術的概述

RP技術是基于物體分層原理來進行產品原型的制作的一種方法，RP技術的基本原理是：根據CAD/CAM技術構造出的理想物體的三維模型，將其進行分層處理，然后分析各層截片的輪廓數據，利用CAD/CAM設計軟件將數據原型系統(tǒng)的激光裝置，有選擇的利用激光對物體進行切割箔材、燒結粉末、固化樹脂、熱熔材料等操作，這樣可以使介質行成一系列薄層，再進行層層迭加使其形成我們設計的三維實體，從而完成所設計的新產品三維實體模型。

2快速原型技術（RP技術）的工藝方法

2.1熔融沉積造型工藝

這是一種將各種熱熔性的絲狀材料（蠟、ABS和尼龍等）加熱熔化成形方法，它技術設備簡單，運行費用便宜，這種工藝適用場合比較靈活，沒有毒氣或化學物質的危險，工藝相對于其它成型方法，比較干凈、操作比較簡單、且不產生多余的垃圾?？梢钥焖俪尚蜆强漳Ｐ停牧弦跃€的形式提供，相對于其它成型方法易于搬運和更快速更換。但是問題在于精度相對低，難以成型結果比較復雜的零部件。在垂直方向上強度較小，成形速度也較慢，不適合構建大型零部件。這種工藝方法適合于產品設計的概念建模以及產品的功能測試。其原理圖如圖1：

2.2三維打印成型工藝

其工藝原理圖如圖2：

如圖所示，左側是一個儲料容器，是材料放置在快速成型設備中的起始位置，工作平臺中間有一個平整的金屬平臺，上面有一層層的粉末材料，它由成型機的滾筒設備鋪開，由成型機打印頭噴出的粘結劑進行粘接，這種工藝的成形速度快，運行成本也較低，可以使用淀粉、石膏粉等常見的材料做原材料，且廢棄物較少，任意結構和形狀的零件都適用。

2.3立體印刷成型工藝

其工藝原理圖如圖3：

它是快速原型技術中技術應用最廣泛、最成熟的一種方法。它在工作過程中首先在成型機工作臺上鋪一層液態(tài)樹脂，CAD/CAM軟件控制的激光束依照截面輪廓做橫、縱向上的激光掃描，使輪廓內的樹脂固化，然后把工作臺下降一定的位置，在涂上一層樹脂，再進行掃描，如此反復進行直到整個原型成形完畢。這種工藝可以成形任何形狀的三維實體，仿真性很強，成形的精度及材料的利用率都很高。

3 RP技術在復合材料中的應用

3.1復合陶瓷材料的制備

RP技術首先借助支撐材料把陶瓷制品內的可動件和主體聯成一體，再經過預燒工藝除去支撐材料，然后經過燒結工藝獲得陶瓷制品。雖然陶瓷制品都需要經過高溫燒制工藝，但其在制胚過程中可以在常溫下進行。

3.2高分子基復合材料的制備

有機高分子材料具有熔點低、密度小、其自身在熔融狀態(tài)具有一定的粘性，不需要外加粘結劑的特點，所以它是非常理想的快速原型技術的材料。但是有機分子高分子材料的機械的綜合性能較低，就連高密度聚乙烯的抗壓強度也只有20MPa~ 40MPa。所以，一般都要摻入增強材料來組成有較高機械強度的復合材料。例如：美國用粒度3μm~6μm的玻璃纖維增強的PVC，制備出了大量的特種模具和零件，它們的精度高，抗拉強度好，且其強度是鋼材的3.5倍左右。

快速原型技術在制備高分子材料時，要注意盡管增強纖維在引出工作頭前已經進行過浸膠處理，即在增強纖維的表面涂抹一層熔融有機高分子材料，這樣可以使新原材料間的相互粘接問題得到解決。但是由于零件的形狀具有多個凹槽、空洞、凸起等結構，這就使得工作頭在越過這些結構時，有些長纖維在離開原來位置時唄自動剪斷，而到達新的位置時又自動與工件粘牢的問題。

3.3金屬基復合材料的制備

在室溫或者較低的溫度條件下，高分子材料可以使工作頭引出的新料和固化的舊料黏結在一起，在常溫的條件下，陶瓷材料本身雖然不會出現黏結的現象，但是經過塑化后的熟料和外加有機黏結劑可以讓陶瓷材料黏結成胚，但是，這些工藝都不適合制備金屬材料。

金屬材料的新、舊料之間的黏合比其它復合材料的要困難和復雜。制備金屬和金屬基復合材料制品使用快速原型技術有快速凝固的特點。作為基體材料的金屬在熔融狀態(tài)時是以金屬流的形式從工作頭引出的，這點和快速凝固工藝中的Taglor抽絲方法較為相似。例如：用碳纖維作增強芯料制備復合材料，它既能夠有優(yōu)良的快速凝固金屬的性能，又可以制的具有綜合性能的纖維增金屬基復合材料。所以，使用RP技術制備金屬基復合材料是非常具有可行性的。

4結論

RP技術突破了傳統(tǒng)機械零件加工制造的材料成形的工藝，它引入了自動控制學、機械工程學、計算機、材料學等多種學科的先進制造技術，并且它在下面兩個方面還有非常突出的作用，制備高分子材料基復合材料各復合陶瓷制品方面；在解決金屬材料新舊料之間的黏合問題上它使用的是局部跟蹤加熱技術和焊接技術，對這個問題也有很大的幫助，尤其是RP技術應用在復合材料成形方面，使復合材料的發(fā)展得到了很好的前景。

參考文獻

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第6篇：功能高分子材料的概念范文

摘 要：由于眼部存在諸多給藥屏障，使得許多藥物對眼部疾病的防治效果欠佳。為了使藥物更好地發(fā)揮藥效，許多新的給藥方法和技術已成為研究熱點。對近年來國內外眼部給藥的研究進展作一綜述。

關鍵詞：眼部給藥；新劑型；新技術；藥劑學

中圖分類號：R988.1文獻標識碼：A文章編號：1673-2197（2009）03-0125-04

由于眼睛特殊的解剖學構造及生理和生物化學性質，使得外源性物質難以進入其中。這里的外源性物質也包括了用于治療眼部疾病的藥物，上述因素造成最突出的問題就是眼部給藥后生物利用度低，個別藥物由于鼻淚管引流會引起全身不良反應。另外，傳統(tǒng)的滴眼劑易從眼部流出，需要多次給藥，眼膏劑易引起霧視，從而導致病人順應性差。為此，廣大的藥學工作者一直試圖研究采用各種領域的新技術、新方法來提高眼部給藥的生物利用度，改善藥物療效，增加臨床用藥的安全性和病人的順應性。鑒于此，眼部給藥系統(tǒng)的研究越來越成為人們注目的焦點，本文就其研究進展進行綜述。

1 前體藥物（Prodrugs）

前體藥物是指將活性藥物衍生化成藥理惰性物質，但該惰性物質在體內經化學反應或酶反應后，能夠回復到原來的母體藥物，再發(fā)揮治療作用。前體藥物相比于其母體藥物而言，一方面能夠改善其母體藥物的膜滲透能力、溶解度和穩(wěn)定性等物理化學性質；另一方面，還可以減輕快速代謝，掩蓋不良氣味，易于開發(fā)成制劑等。SHIRASOKI[1]等報道了多種藥物通過采用了前體藥物的方法，改善了藥物的角膜透過能力。更昔洛韋的二肽單酯前體藥物相比于其母體藥物有著更好的角膜透過性和生物利用度[2]。阿昔洛韋也被作為模型藥物用于前體藥物的研究。與更昔洛韋相似，也是采用氨基酸或者肽類來修飾母體藥物的，在改善了母體藥物水溶性的同時，也降低了其毒性，并且增加了藥物在體內的活性[3]。

軟藥（Soft drugs）是前體藥物殊的一類，它被設計成易代謝失活，在完成治療作用后，按預先規(guī)定的代謝途徑和可以控制的速率分解、失活并迅速排出體外，從而避免藥物的蓄積毒性?？梢?，其最主要的特點是在發(fā)揮出最大的治療效果的同時，產生最小的副作用。軟藥研究的熱點主要集中在治療眼部炎癥的甾體類抗炎藥和治療青光眼的β-受體阻斷劑的開發(fā)[4]。

2 凝膠（Hydrogel）

2.1 生物粘附性凝膠

生物粘附性凝膠一般以具有生物粘附性的高分子材料為載體，增加藥物制劑的粘度，延長藥物在眼部的滯留時間，從而提高藥物的生物利用度。常用的高分子材料有：丙纖維素（HPC）、聚丙烯酸類（PAA）、聚乙烯醇（PVA）、高分子量PEG、羥丙甲纖維素（HPMC）、聚半乳糖醛酸（PLA）、木質葡萄糖（xyloglucan）、葡萄糖（Dextrans）等。張寧等[5]采用羥丙甲纖維素（HPMC）制備氟啶酸眼用凝膠。HPMC的加入，增加了制劑的粘度。滴入眼部后，與角膜前的粘糖蛋白結合，延長了藥物在眼部的滯留時間。高分子材料的加入，雖然能夠增大制劑的粘度，但是由于粘度的增大，可能引起眼部的不適，并且容易導致劑量不易控制。

2.2 即型凝膠

即型凝膠的概念是在20世紀80年代提出的。制劑以滴入的形式滴入眼穹窿，在眼部的生理條件下，經相轉變形成粘彈性膠體。眼部滯留時間的增加是最顯著的特點。根據在眼表面發(fā)生相轉變的機理的不同，即型凝膠可分為溫度敏感型、pH敏感型、離子敏感型。

2.3 溫度敏感型

溫度敏感型凝膠的機理為由于高分子材料中氫鍵或疏水作用，在溫度改變的條件下，導致聚合物的物理狀態(tài)發(fā)生改變。溫度敏感型凝膠在冷藏或室溫下為溶液狀態(tài)，當溫度升到33～37℃時即形成凝膠。常用的高分子材料有：Poloxamer、羥乙基纖維素、木聚糖等。其中Poloxamer是最常用的高分子材料，常被單獨使用[6]或聯合其它高分子材料一并使用[7，8]，形成混合型的即型凝膠。

2.4 pH敏感型

pH敏感型凝膠在pH＜5時不能形成凝膠，當與淚液（pH7.2～7.4）接觸幾秒內即形成凝膠。這類常用的載體高分子材料有：卡波姆（Carbopol）、聚卡波菲（Polycarbophil）、聚丙烯酸樹脂類（Eudragit）和PVP。卡波姆是此類中的代表，由于其分子結構中存在大量的羧基集團，在水中溶脹可以形成低粘度溶液，在堿性條件下，羧基離子化后分子鏈膨脹伸展形成凝膠。

2.5 離子敏感型

離子敏感型凝膠是由高分子材料與淚液中的電解質作用后，發(fā)生相轉變而形成凝膠。

所用載體有gellan膠和海藻酸等。gellan膠是較理想的眼用材料，它在水溶液當中形成陰離子多糖，在與淚液中的一價、二價的陽離子結合后粘度變大形成凝膠，從而長時間維持藥效。

3 微乳（Microemulsion）

微乳是粒徑在10~1000nm之間熱穩(wěn)定的乳劑。微乳具有熱穩(wěn)定性好、粒徑小、光透過性好、生產費用低、易制備等特點。為此，將微乳作為眼部給藥載體的研究引起了人們的廣泛關注。制備微乳時，選擇合適的表面活性劑/助表面活性劑不僅可以增加微乳的穩(wěn)定性，還可以改善難溶性藥物的溶解度[9]。微乳除了可以改善難溶性藥物的溶解度外，還可以增加藥物的角膜透過率。A HASSE等[10]以肉豆蔻異丙酯為油相，卵磷脂為乳化劑，丙二醇和PEG-200為助乳化劑制備匹魯卡品的微乳，采用家兔進行臨床前的安全性評價。研究結果表明：該制劑對家兔眼組織無刺激，并且顯示出緩慢釋藥特性。另一種以鹽酸匹魯卡品為模型藥物的微乳，通過改變組分中水的含量可以改變微乳制劑的流變學性質，從而增加了藥物在眼部的滯留時間，提高了生物利用度[11]。

4 脂質體（Liposomes）

脂質體是由磷脂雙分子層構成，類似于生物膜，易于生物融合，可以促進藥物對角膜的穿透。脂質體的粒徑、表面所帶電荷、制備方法以及制備脂質體時所用的類脂成分是影響其性質的關鍵因素。脂質體有小單室脂質體（SUV）、多室脂質體（MLV）和大單室脂質體（LUV）3種類型。脂質體作為眼部給藥載體的研究主要集中在增加角膜透過率上。Y SHENAND等[12]比較了更昔洛韋脂質體與更昔洛韋滴眼液對兔角膜的穿透能力和眼內的組織分布。結果表明：更昔洛韋脂質體的角膜透過能力是更昔洛韋滴眼液的3.9倍，藥時曲線下面積（AUC）則為更昔洛韋滴眼液的7倍。環(huán)丙沙星制備成多室脂質體（MLV）后，在眼部不易被淚液沖刷而造成藥物流失，并且其藥物釋放特性取決于所用的類脂的種類[13]。

5 納米混懸體（Nanosuspensions）

納米混懸體是將水溶性不好的藥物分散到合適的分散介質當中，以表面活性劑為穩(wěn)定劑而形成的膠粒系統(tǒng)。納米混懸體常采用高分子聚合物作為載體來增加藥物的溶解度和生物利用度。文獻[14]報道將氫化可的松、潑尼松龍和地塞米松3種甾體類抗炎藥制備成納米混懸體后，體內研究結果表明顯著增加了它們在眼部的吸收。將藥物制備成納米混懸體后，也可以增加制劑的穩(wěn)定性。R PIGNATELLO等[15]以EUDRAGIT RS100 和RL100為載體制備氯克羅孟（Cloricromene）的納米混懸體，一方面改善了藥物的生物利

用度；另一方面也增加了制劑的穩(wěn)定性。

6 納米粒（Nanoparticles）

納米粒是將藥物包封于載體材料中形成的固狀膠態(tài)粒子，粒徑通常在1μm以下。常用的包封材料有生物降解或非生物降解高分子材料、脂類、磷脂和金屬。納米粒在眼用制劑當中的研究主要集中在提高藥物的生物利用度和緩控性能上。R CAVALLI等[16]采用妥布霉素為模型藥物，制備了眼用固體脂質納米粒。體內研究結果表明：與普通滴眼液相比，眼用固體脂質納米粒持續(xù)釋放藥物長達6h，Cmax增加了3.5倍，藥時曲線下面積（AUC）為普通制劑的4倍。S K MOTWANI等人[17]評價了以殼聚糖和海藻酸鈉為載體制備的加替沙星眼用膜粘附納米粒的體外釋放特性。加替沙星在最初的1h內釋藥量較大，但在隨后的24h內持續(xù)釋藥。

7 類脂質體（Niosomes）

類脂質體是由非離子表面活性劑制備的具有雙層結構的囊泡，與脂質體有著很大的相似性，所以被稱為類脂質體。水溶性藥物和脂溶性藥物都可以被其包封。Abdelbary等[18]研究了類脂質體包封的慶大霉素眼用制劑，采用不同的表面活性劑（吐溫-60、吐溫-80、芐澤-35）制備類脂質體。體外釋放試驗結果表明：經類脂質體包囊過后的慶大霉素與普通滴眼劑相比其釋藥速度更加緩慢；另外，眼部刺激試驗的結果顯示，類脂質體包封的慶大霉素眼用制劑家兔眼部組織無明顯刺激。

8 樹狀體（Dendrimers）

根據Sahoo等的定義：樹狀體是一種在中心周圍有一系列樹狀分支形成的大分子化合物。它們具有納米級粒徑，易于制備，表面含有多種基團的特性，使得它們更加適合作為眼部給藥的載體[19-21]。樹狀體表面具有多種基團，如：氨基、羧基和羥基。由聚酰胺基構成的樹狀體被廣泛用于藥物傳遞系統(tǒng)的研究，親水性藥物和親脂性藥物都可以被其包裹[22]。樹狀體表面功能基團、分子量和分子大小的選擇是考慮將其作為藥物載體的重要參數。

9 環(huán)糊精（Cyclodextrins）

環(huán)糊精系由淀粉經酶解環(huán)合后得到的由6~12個葡萄糖分子連接而成的環(huán)狀低聚糖化合物，是制備包合物的常用材料。藥物制備成環(huán)糊精包合物后，改善其水溶性的同時且不改變藥物原有的分子結構和能力。地塞米松、醋酸地塞米松和匹魯卡品經環(huán)糊精包合后制成滴眼液，表現出了比普通滴眼劑更高的生物利用度[23，24]。KIM[25]等人將人表皮生長因子包合于HP-β-環(huán)糊精后，分散于泊洛沙姆的眼用凝膠系統(tǒng)中。體內試驗表明：藥時曲線下面積（AUC）被顯著增加。

10 接觸眼鏡（Contact lenses）

接觸眼鏡是20世紀70年代出現的產品，起初并非藥物制劑，而是一種放在眼角膜表面用于矯正視力的薄型軟性角膜鏡片?，F在，將其作為眼部給藥的載體被廣泛關注[26]。接觸眼睛作為眼部給藥的載體的優(yōu)點主要體現在：能夠控制藥物釋放，增加藥物在眼部滯留時間，改善藥物的角膜透過率，提高生物利用度等。KIMAND等[27]以聚羥基乙基甲基丙烯酸為載體制備了地塞米松、醋酸地塞米松、地塞米松磷酸鈉各自的含藥接觸眼鏡，結果表明：相比于普通滴眼劑生物利用度更高，并且達到控釋效果。

11 植入制劑（Implants）

最先上市的眼部植入制劑是美國ALZA公司的Pilocarpine Ocusert，它是一種控釋眼用制劑，可以定時定量的釋放藥物，從而達到使降低眼內壓效果延長的目的。眼用植入制劑根據所用高分子材料的不同，可以分為生物降解型和非生物降解型。生物降解型在釋放完藥物后，載體材料可被人體代謝而無需將空植入制劑取出；非生物降解型恒速釋藥后，最后要取出空植入制劑。由于植入制劑在眼部停留的時間較長，有的長達數年，所以對其無菌要求非常嚴格；同時為了避免眼部排斥，應盡量采用無毒的可生物降解高分子材料。

12 結語

能夠制備出高效、方便的眼用制劑是每位藥學工作者共同的愿望。但是，真正上市的眼用新劑型品種很少，大多數新方法和新技術都只停留在試驗階段，要實現商品化還有許多亟待解決的問題：藥物載體的眼毒性，載藥量小，藥物釋放控制困難，眼后段給藥劑量難以控制等。因此，開發(fā)更有效的眼部給藥方式和新劑型還需進一步努力。

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第7篇：功能高分子材料的概念范文

高分子物理主要是討論高分子的結構與性能間關系的科學，它涉及高分子的結構、分子運動、性能三大方面其中，分子運動是紐帶，承前啟后的將高分子物理課程串接成一條主線。本教學所采用的金日光主編的高分子物理，結構安排合理，內容清晰。前四章主要講述高分子的結構，第五章講述高分子的分子運動，第六章之后開始分別講述高分子的性質。內容安排極其合理，有效地通過分子運動將高分子的結構與性能之間的關系清晰的表達出來如結構包含高分子鏈結構、聚集態(tài)結構、高分子溶液，性能包括高分子的粘彈性、力學性能、電學性能，分子運動則包含高分子的三種狀態(tài)及各種松弛轉變。溫度、時間等作為松弛轉變的外部條件分別對應著高分子的熱轉變和力學松弛。這就使得在授課過程中，沿著一條主線，把高分子物理清晰的展示給同學們，使得學生在理解過程中能夠清晰準確的掌握本課程，提高教學效率。

2使用板書與多媒體相結合的授課方式

隨著多媒體技術的發(fā)展，高分子物理的教學也越來越多的采用了多媒體教學。高分子物理課件將構型與構象的區(qū)別、高分子的分子運動方式、高分子材料的高彈性和粘彈性、聚合物的強度與破壞等教學內容制作成動畫或視頻教材，吸引學生的注意力和興趣，使教學中的重點與難點迎刃而解?？梢哉f，隨著智能手機的普及，很多學生開始把一些教師的講課視頻，上傳到網絡上，然后通過智能手機，實現隨時聽課，這些新的通訊技術和信息傳播媒介，提高了學生學習的靈活性，增加了課堂的知識量，豐富了教學內容。但是完全的課件教學也會存在一些弊端，會使得學生失去了思考的主動性，教學過程快，學生理解吃力。因此，高分子物理課程應采用多媒體課件教學為主、板書為輔的方式進行教學，在使用板書的過程中，學生和教師之間可以進行深入的溝通，教師答疑解惑，提高授課的實際效率。

3講授與答疑相結合，激發(fā)學生的積極性

能否喚起學生對課程內容的興趣是能否獲得良好的教學效果的重要參考之一。不論老師講授多么精彩，多么清晰，如果學生沒有真正參與進來，最多只能算是老師的精彩表演課。高分子物理課程的學習，就其自身而然，是比較空洞并且復雜的一門課程，所以教師應該有針對性的提高授課的靈活性，打開學生們的思路，用豐富多彩的授課模式，提高學生學習的熱情和積極性。相關專業(yè)的一些討論活動、學術交流、科學知識普及等，都可以融入課程的教學中去。對于復雜的問題，教師最需要做的，就是啟發(fā)學生思考，使學生的注意力集中到對基本概念的學習上，產生強烈的求知欲。例如在講授聚合物高彈性能時，學生對這個概念并不十分感興趣。本人首先請學生們思考這樣一個問題，同學們在高分子化學課程里面就會經常聽到順丁橡膠，是一種常見的橡膠制品。有同學聽說過反丁橡膠嗎？每次問到這里，教室里就會一片安靜，學生肯定會覺得可納悶并陷入思索，教師引導學生比較反式聚丁二烯和順式聚丁二烯的分子結構特征，就很容易明白反式聚丁二烯不能用作橡膠的原因。為此，在高分子物理教學中，以采用啟發(fā)、互動的方式引起學生的興趣。即使學生的回答不夠準確，也要發(fā)現其中正確的部分，并給予肯定，使學生獲得成功的感覺，從而提高上課的興趣。

4引入科研內容，以科研促進教學

高分子物理學和材料科學，是比較前沿的科學技術，在當前我國的科學技術研究領域，例如，在一些技術型企業(yè)的科研過程中，其相關專業(yè)人才和實驗人員，可以和學校之間進行相互協調溝通，充分發(fā)揮教學、科研之間的相互促進作用。學生在學校學習期間，接觸的理論知識偏多，而缺乏實際的動手實踐能力，這兩種學科是實踐性很強的學科，需要學生掌握大量的實驗技巧，而企業(yè)的科學研究實驗室，可以為學生提供良好的實習場所。在親自動手參與的過程中，學生可以檢驗自己所學的理論知識，并在實際操作過程中，提高實驗控制標準，切實增強個人的科研能力。

5鼓勵學生成立學習小組，發(fā)揮學生之間相互監(jiān)督、鼓勵的作用

在大學校園里面，學習興趣小組如今已經不多見，但是，由于材料學和高分子物理學等專業(yè)知識，相對難懂難學，如果沒有相應的學習監(jiān)督、鼓勵措施，很難保證學生在課下有足夠的學習時間。而通過組織一些學習興趣小組，可以讓小組成員之間相互監(jiān)督，一些學習成績較好的同學，可以向大家介紹和分享學習經驗，并且?guī)椭恍┗A較差的同學，這樣學習小組內部成員，相互監(jiān)督，有利于共同提高。教師在布置作業(yè)后，不少同學不能及時完成，而在這方面，教師可以把檢查作業(yè)這一任務，分配給學習小組組長，發(fā)揮學生的自我管理功能，這樣也可以提高學生的責任意識。

6結束語

第8篇：功能高分子材料的概念范文

關鍵詞：自由基聚合 機理 發(fā)展

1 傳統(tǒng)自由基聚合

自由基聚合具有慢引發(fā)、快增長的特點。由于增長鏈自由基很活潑， 容易發(fā)生雙分子偶合或歧化終止以及鏈轉移反應， 得到無活性的聚合物，聚合產物分子量分布寬、分子量和結構不可控制， 從而影響聚合物的性能。要使聚合物的性能提高， 必須找到一種能控制聚合的技術。1956 年Szwarc 等報道了一種沒有鏈終止和鏈轉移的負離子聚合技術， 第一次提出了“活性聚合的概念”，實際上滿足Szwarc所定義的反應體系很少[1]。同時自由基的聚合技術存在著與活性聚合相矛盾的基元反應與副反應，這也使得活性聚合的研究工作一直緩慢。

2 活性自由基聚合的發(fā)展

在高分子合成化學發(fā)展的初期， 是通過自由基引發(fā)乙烯基單體或通過小分子的縮聚得到聚合物材料的， 所得材料的應用領域也十分有限。隨后出現了無規(guī)共聚技術， 使聚合物具有了一些非常有用的物理性能， 如韌性、彈性、可壓縮性、高強度等。隨著“活性聚合的概念”的提出，高分子化學家們開始投身于活性聚合的研究?；钚跃酆嫌腥齻€明顯區(qū)別于傳統(tǒng)聚合反應的特征：（1）引發(fā)反應速率遠遠大于增長反應速率，而且不存在任何鏈終止和鏈轉移反應， 因此相對分子質量分布很窄（ ）； （2）可通過控制單體和引發(fā)劑的投料量來控制所得聚合物的聚合度；（3）在第一單體的轉化率達到100%時， 再加入其它單體， 可合成具有預定結構的嵌段共聚物。

隨著活性聚合研究不斷深入和發(fā)展，高分子合成化學家們自然聯想到自由基聚合，活性自由基聚合能制備具有精確一級結構的聚合物聚合物的分子量可以按設計預測， 同時得到分子量分布窄的聚合物（MW/Mn < 1.3）。一些主要的主要的活性自由基聚合的方法有[3]：引發(fā)轉移終止劑法、穩(wěn)定自由基聚合法（SFRP）或氮氧自由基調控聚合法（NMP）、原子轉移自由基（ATRP）或金屬催化自由基聚合法、高分子設計通過黃原酸酯之間的交換法（MADIX）和其它方法。這些方法的共同點時通過休眠種與活性種增長鏈自由基之間的快速可逆平衡而實現控制。

3 原子轉移自由基聚合的研究

1955，美國Carnegie-mellon大學的Matyjaszew ski 教授和中國旅美學者王錦山博士在多年進行活性聚合研究的基礎上， 成功發(fā)現了原子轉移自由基聚合（atom transfer radical polymerizat ion，ATRP），實現了自由基的活性（可控）聚合。該合成技術一經報道，各國從事該領域研究的科學家們都紛紛給予極高的評價，被認為是幾十年來高分子合成化學界的一個重大發(fā)現[4]。

ATRP 反應是以烷基鹵代烴（RX） 為引發(fā)劑，過渡金屬鹵化物為催化劑， 聯二吡啶為配位劑，在60～ 130℃下引發(fā)乙烯基單體的聚合。該技術可合成相對分子質量高達105，相對分子質量分布為1.03～1.50的聚合物。ATRP是用RX為引發(fā)劑， 這樣就可以選用不同的RX，極其方便地在聚合物材料中引入端基官能團。[5]而用大分子有機鹵代烴為引發(fā)劑， 將可以直接合成一些用其他合成技術不能或難以得到的嵌段、接技聚合物和無規(guī)及梯度共聚物。盡管活性陰離子、陽離子聚合可制得許多嵌斷共聚物，但只有極少數的無規(guī)共聚物由離子聚合制得。ATRP 法還可制得星型、梳型、接枝和超支化聚合物， 都有很樂觀的應用前途。

原子轉移自由基聚合是一個催化過程。采用過渡金屬物種如Cu、Ru 等作為催化劑發(fā)生氧化還原反應，使得體系維持一個很低的自由基濃度，大大減少自由基間的終止反應。ATRP反應機理：聚合物鹵化物R-Mn-X可與過渡金屬化合物Mtn進行原子轉移反應， 生成有引發(fā)活性的自由基R-Mn?，R-Mn?進行鏈增長反應，生成新的自由基R-Mn+ 1?，再和Mtn+1X反應生成相應的鹵化物，而鹵化物則不能和單體發(fā)生增長反應。如下：

常規(guī)的ATRP 存在兩大缺陷：所用鹵化物有毒、不易制得、不易保存；金屬催化劑[如CuCl、RuCl2 （ PPh3 ） 、FeCl2、]等， 被利用的是其還原形態(tài)Mtn還原態(tài)金屬對氧或濕氣很敏感。同時ATRP并不適用于非活性單體（如氯乙烯（VC） 、醋酸乙烯酯（VA） 等） 的聚合；同時，由于采用了低氧化態(tài)的過渡金屬鹽作為催化劑，催化劑在空氣中極易被氧化且用量較大，后處理較麻煩等缺點限制了ATRP 的廣泛應用。

4 單電子轉移活性自由基聚合的研究

為克服以上缺陷， 學者提出了逆向的ATRP，單電子轉移活性自由基聚合等其它改性ATRP聚合方式。其中單電子轉移活性自由基聚合（SET-LRP）[6]。SET-LRP 的活化過程是由非均相外層單電子轉移異裂實現的，這與有機反應中親核取代的SN1歷程相類似，比ATRP活化過程的內層電子轉移均裂（ 與親核取代反應的SN2歷程相類似）所需的活化能要低很多。SET-LRP反應的主要特點有：反應溫度低，可以在室溫下進行；催化劑用量小，所得聚合產物的顏色影響?。痪酆纤俾士炷軌颢@得超高分子量的線性聚合物；獲得的聚合物具有完美的功能鏈端；單體、溶劑、配體等可以不用提純直接用于聚合。

關于SET-LRP的研究，目前僅限于Cu及其衍生物，盡管SET-LRP的催化劑用量小，但殘留在聚合物中的過渡金屬仍將影響產物的顏色及性能，因此，需尋求更廣泛的高效金屬和非金屬催化體系。未來的一個研究方向首先要拓寬并改進SET-LRP的催化體系； 其次，反應介質是實現SET-LRP不可或缺的條件，水和離子液體是SET-LRP的良溶劑，且對環(huán)境無污染，因此有必要在水和離子液體中研究SET-LRP。目前，關于SET-LRP的研究主要集中在丙烯酸酯等油溶性單體，而關于水溶性單體的研究還較為少見，因此利用在水介質中聚合的優(yōu)點實現水溶性單體的聚合，合成多官能度的水溶性聚合物也將成為SET-LRP研究的熱點。

參考文獻

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[4] 袁金穎，樓旭東，潘才元.原子轉移自由基聚合反應及其進展[J].化學通報，2000，3：10-15

第9篇：功能高分子材料的概念范文

關鍵詞 可生物降解；聚膦腈；合成；研究；發(fā)展趨勢

中圖分類號：O631 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）11-0002-02

自新一輪的工業(yè)革命開展以來，在全球發(fā)展最快的技術，除了計算機技術以外，材料技術的發(fā)展速度也不可小覷。材料的發(fā)展和我們的生活息息相關，我們生活的每個細節(jié)都離不開材料，由此看來，材料的快速發(fā)展有利于我們生活水平、生活質量的提高。然而，近幾年以來各種各樣的化學物質的合成材料難降解、毒性大，給環(huán)境帶了了極大的威脅，和現在和諧發(fā)展的理念是相違背的，因此可生物降解的概念被提了出來。

我們在運用的時候有多種的可生物降解高分子，并且現在在組織工程、醫(yī)學工程等方面都有了長足的發(fā)展，聚膦腈是一類結構獨特的高分子，具有很好的生物相容性，現在在生物方面的應用比較普遍，但是由于聚膦腈的研究成本相對比較高，且降解的速度很慢，這就阻礙了該類材料的進一步發(fā)展，而近幾年以來采用與可生物降解的聚酯相結合為聚膦腈材料的發(fā)展帶來了新的生機。

1 聚膦腈的簡介

聚膦腈的結構十分獨特，其主鏈是以氮磷單雙鍵交替的，有機側鏈基團的連接具有選擇性，它是選擇與磷原子相連接。較好的生物相容性是聚膦腈的特點之一，要想得到可以生物降解的聚合物，水解敏感的取代基是必不可少的，也是聚膦腈水解的必要條件，聚膦腈在降解后得到的降解產物一般是小分子的氨、磷酸鹽和相對應的側基，這些小分子團都是無毒的，由此可以看出水解敏感的取代基的種類可以決定聚膦腈的水解速度，因此我們就可以通過設計不同的側鏈來得到各種各樣的降解速度不同的材料。自二十世紀六十年代以來，聚二氯磷腈得以合成后，世界各國的科研人員在聚膦腈方面的研究就進入了一個新的時代，研究成果也是矚目的，現在大多數的已合成的可生物降解聚膦腈在生物學上的可利用性比較的大，在此方面的發(fā)展前景也最好?，F在合成可生物降解聚膦腈的方法一般是首先通過熱開環(huán)聚合法，然后就進行關鍵的一步：取代基取代聚二氯膦腈上的氯原子，當然是易水解的取代基，但是，這種研究方法的成本一般是比較高的，這就為進行大量的實驗帶來了很大的困難，局限了這種降解材料的高速發(fā)展，而且聚膦腈的降解速度很慢，離我們現在對可降解材料的降解速度還有很大的差距，要克服材料在這方面的瑕疵，我們現在所采取的方法一般是與可生物降解的聚酯或聚酸酐共同混合使用，這樣就會令研究成本降低，且提高了聚膦腈的降解速度，達到了雙贏的目的，也可以促進聚膦腈的推廣應用和研究的進行。

可生物降解聚膦腈是由一種或者多種較易水解的敏感有機基團組成其側鏈，比如咪唑基、氨基酸酯基等。其被取代的形式有所不同可將其區(qū)分為兩種，一種是相同的基團單一取代，另一種是不同的基團混合取代；其連接的取代基不同也可以分為兩類，烴氧基取代和氨基取代聚膦腈；還可以根據其與水的相容特性不同來分類，疏水性聚膦腈（如：以氨基乙羥肟酸酯、縮酚肽酯、氨基酸酯、二肽酯等為側鏈）和水溶性聚膦腈（如：側鏈帶有乙氧基吡咯烷酮、糖基、咪唑基、苯氧基羧基等）。

2 可生物降解聚膦腈的合成

得到可生物降解聚膦腈一般分為兩步，即先將通過熱解分解生成聚二氯膦腈（PDCP），然后根據側基容易被水解的特性將其被Cl原子取代，具體化學過程如式1。

2.1 合成單一取代基聚膦腈

單一取代其側基的合成方法應用較為廣泛，類型也多種多樣，形成的可生物降解聚膦腈包括烴氧基聚膦腈、氨基聚膦腈、等。將聚膦腈中空間位阻較小的親核試劑作用于聚二氯膦腈，其摩爾比例控制在5：1左右，反應的常用溶劑為苯、四氫呋喃（THF）、二氧六環(huán)等。

2.1.1 合成烴氧基聚膦腈

醇酸酯類聚膦腈的合成由式2中的聚合物來完成合成，其將聚二氯膦腈與處在鈉鹽中的醇酸酯反應，又因為醇酸酯在四氫呋喃中的溶解度不夠大，所以在合成的過程中需要很多的相關試劑。國外有很多研究員都針對此情況進行了分析，其中Allcock等人將反應溫度定在50℃，實驗結果表明這種情況下在保證避免聚膦腈主鏈被破壞的同時，也可以使聚二氯膦腈的Cl被取代。

在可生物降解的聚膦腈的含有羧基苯氧基的類型中包括聚二（對羧基乙基苯氧基）膦腈（PCEP）和聚二（對羧基苯氧基）膦腈（PCPP），如式3所示。

2.1.2 多官能團親核試劑取代聚膦腈的合成

被引入到聚二氯膦腈中的基團可以含有一種或者多種官能團，當多種官能團被利用時，就要考慮它們之間的相互影響，為了防止其相連引起其相關功能的減退，必須對每個官能團進行重點保護，如式4中的甘油基取代過程，他其中包括三個羥基，其可行的方式為用丙酮或甲醛與其反應生成異丙叉甘油、甘油縮甲醛，這樣可以保護住這兩個羥基，再將其通過試劑化學反應與聚二氯膦腈相結合，最后可以用乙酸再進一步處理。

2.2 合成混合取代聚膦腈

在混合取代聚膦腈的過程中可以分為兩種方法：可以根據一定的順序進行逐步的取代；也可以在利用兩種以上的親核試劑進行競爭取代。第一種方法利用廣泛且技術較為成熟，在實際的應用過程中也是主要的應用手段。

2.2.1 完全取代聚二氯膦腈中氯原子

在進行基團取代的過程中，因為其空間內的位置阻力無法完全完成取代，導致聚膦腈的無法合成，實際中可以通過一些位阻比較小的基團來進行Cl的取代，如甲氨基或甘氨酸乙酯等，雌激素酮等通過相應甾類羥基負離子連結到聚膦腈?zhèn)孺溕?，沒有被完全代替下來的氯原子通過與正丁胺、甘氨酸乙酯、甲胺或乙胺反應來使較為完全反應。

2.2.2 調節(jié)聚膦腈降解速度

生物降解聚膦腈降解速度從機理上來講跟替代基團的水解敏感性有很大的關系，此性質較高的基團可改善其降解的速度，改良此化學材料的性質。咪唑基在酸和強堿中要有比其他的氨基酸基團更敏感的水解性質，甲氨基咪唑膦腈相對于甲氨基膦腈來說，在相同的條件下更容易被分解。如果在聚膦腈的側鏈被替換為位阻較大的相關官能團時就會使此類物質難以被降解，例如聚丙氨酸乙酯對甲基苯氧基膦腈和聚丙氨酸乙酯聯苯氧基膦腈的對比中就可以得到類似的結果。

2.2.3 功能化生物降解聚膦腈的合成

混合取代合成方法的好處就在于可以發(fā)揮多種基團的優(yōu)勢功能，聚合物的多功能化已經慢慢成為此類研究的大趨勢，合成的聚膦腈對很多外界因素都較為敏感，如溫度和PH值，在Song等人的研究成果中，就有甲氧基聚乙二醇和氨基酸酯以及甲氧基聚乙二醇和二肽乙酯為側基的混合取代聚膦腈，它可降解性和溫度敏感性都很強。

2.3 合成共聚或共混聚膦腈

無論是單一替代還是混合替代，都有自己的優(yōu)勢所在，將兩種或多種聚合物進行混合生產或者將聚膦腈與其它可生物降解聚合物混合，都會得到較為良好的可降解材料，根據配比來控制降解的速度。

3 結束語

在可生物降解聚膦腈的研究過程中有很多方法可以實現，但是必須通過聚二氯膦腈進行合成，無論是單一還是混合合成都可以生產可降解的聚合物，側鏈的合理替代安排也是此聚合物性質是否完善的關鍵，可生物降解聚膦腈的多功能性可以促進相關高分子材料的發(fā)展，新的科學技術會在此領域帶來新的革命。

參考文獻

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