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關(guān)鍵詞:高分子材料可降解生物
我國(guó)目前的高分子材料生產(chǎn)和使用已躍居世界前列,每年產(chǎn)生幾百萬(wàn)噸廢舊物。如此多的高聚物迫切需要進(jìn)行生物可降解,以盡量減少對(duì)人類及環(huán)境的污染。生物可降解材料,是指在自然界微生物,如細(xì)菌、霉菌及藻類作用下,可完全降解為低分子的材料。這類材料儲(chǔ)存方便,只要保持干燥,不需避光,應(yīng)用范圍廣,可用于地膜、包裝袋、醫(yī)藥等領(lǐng)域。生物可降解的機(jī)理大致有以下3種方式:生物的細(xì)胞增長(zhǎng)使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞;微生物對(duì)聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì);酶的直接作用,即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。按照上述機(jī)理,現(xiàn)將目前研究的幾種主要的可生物可降解的高分子材料介紹如下。
1、生物可降解高分子材料概念及降解機(jī)理
生物可降解高分子材料是指在一定的時(shí)間和一定的條件下,能被微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。
生物可降解的機(jī)理大致有以下3種方式:生物的細(xì)胞增長(zhǎng)使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞;微生物對(duì)聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì);酶的直接作用,即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。一般認(rèn)為,高分子材料的生物可降解是經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)程進(jìn)行的。首先,微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合,通過(guò)水解切斷高分子鏈,生成分子量小于500的小分子量的化合物;然后,降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi),經(jīng)過(guò)種種的代謝路線,合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動(dòng)的能量,最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。
因此,生物可降解并非單一機(jī)理,而是一個(gè)復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)協(xié)同作用,相互促進(jìn)的物理化學(xué)過(guò)程。到目前為止,有關(guān)生物可降解的機(jī)理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外,高分子材料在機(jī)體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外,還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。
2、生物可降解高分子材料的類型
按來(lái)源,生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類,有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。
2.1微生物生產(chǎn)型
通過(guò)微生物合成的高分子物質(zhì)。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖,具有生物可降解性,可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。如英國(guó)ICI公司生產(chǎn)的“Biopol”產(chǎn)品。
2.2合成高分子型
脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點(diǎn)低,強(qiáng)度及耐熱性差,無(wú)法應(yīng)用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點(diǎn)較高,強(qiáng)度好,是應(yīng)用價(jià)值很高的工程塑料,但沒(méi)有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物,這種共聚物具有良好的性能,又有一定的生物可降解性。
2.3天然高分子型
自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子,這些高分子可被微生物完全降解,但因纖維素等存在物理性能上的不足,由其單獨(dú)制成的薄膜的耐水性、強(qiáng)度均達(dá)不到要求,因此,它大多與其它高分子,如由甲殼質(zhì)制得的脫乙?;嗵堑裙不熘频谩?/p>
2.4摻合型
在沒(méi)有生物可降解的高分子材料中,摻混一定量的生物可降解的高分子化合物,使所得產(chǎn)品具有相當(dāng)程度的生物可降解性,這就制成了摻合型生物可降解高分子材料,但這種材料不能完全生物可降解。
3、生物可降解高分子材料的開(kāi)發(fā)
3.1生物可降解高分子材料開(kāi)發(fā)的傳統(tǒng)方法
傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法等。
3.1.1天然高分子的改造法
通過(guò)化學(xué)修飾和共混等方法,對(duì)自然界中存在大量的多糖類高分子,如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進(jìn)行改性,可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足,但一般不易成型加工,而且產(chǎn)量小,限制了它們的應(yīng)用。
3.1.2化學(xué)合成法
模擬天然高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu),從簡(jiǎn)單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物,這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學(xué)結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段?;瘜W(xué)合成法反應(yīng)條件苛刻,副產(chǎn)品多,工藝復(fù)雜,成本較高。
3.1.3微生物發(fā)酵法
許多生物能以某些有機(jī)物為碳源,通過(guò)代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難,且仍有一些副產(chǎn)品。
;3.2生物可降解高分子材料開(kāi)發(fā)的新方法——酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料,得益于非水酶學(xué)的發(fā)展,酶在有機(jī)介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì),并擁有了催化一些特殊反應(yīng)的能力,從而顯示出了許多水相中所沒(méi)有的特點(diǎn)。
3.3酶促合成法與化學(xué)合成法結(jié)合使用
酶促合成法具有高的位置及立體選擇性,而化學(xué)聚合則能有效的提高聚合物的分子量,因此,為了提高聚合效率,許多研究者已開(kāi)始用酶促法與化學(xué)法聯(lián)合使用來(lái)合成生物可降解高分子材料新晨
4、生物可降解高分子材料的應(yīng)用
目前生物可降解高分子材料主要有兩方面的用途:(1)利用其生物可降解性,解決環(huán)境污染問(wèn)題,以保證人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。通常,對(duì)高聚物材料的處理主要有填埋、焚燒和再回收利用等3種方法,但這幾種方法都有其弊端。(2)利用其可降解性,用作生物醫(yī)用材料。目前,我國(guó)一年約生產(chǎn)3000多億片片劑與控釋膠囊劑,其中70%以上是上了包衣的表皮,其中包衣片中有80%以上是傳統(tǒng)的糖衣片,而國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片,因此,我國(guó)的片劑制造水平與國(guó)際先進(jìn)水平有很大的差距。國(guó)外片劑和薄膜衣片多采用羥丙基甲纖維素,羥丙纖維素、丙烯酸樹(shù)脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、羥甲基纖維素鈉、微晶纖維素、羥甲基淀粉鈉等。
參考文獻(xiàn):
【關(guān)鍵詞】功能材料;高分子;現(xiàn)狀;發(fā)展
材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),是人類文明的重要里程碑,如今有人將能源、信息和材料并列為新科技革命的三大支柱。進(jìn)入本世紀(jì)80年代以來(lái),一場(chǎng)與之相適應(yīng)的“新材料革命”蓬勃興起。功能材料是新材料發(fā)展的方向,而功能高分子材料占有舉足輕重的地位,由于其原料豐富、種類繁多,發(fā)展十分迅速,已成為新技術(shù)革命必不可少的關(guān)鍵材料[1]。
1.功能高分子材料
功能高分子材料在其原有性能的基礎(chǔ)上,賦予其某種特定功能。諸如:化學(xué)性、導(dǎo)電性、光敏性、催化性,對(duì)特定金屬離子的選擇螯合性,以及生物活性等特殊功能,這些都與在高分子主鏈和側(cè)鏈上帶有特殊結(jié)構(gòu)的反應(yīng)基團(tuán)密切相關(guān)。
2.功能高分子材料的研究現(xiàn)狀
在原來(lái)高分子材料的基礎(chǔ)上,可將功能高分子材料分為兩類:一類是以改進(jìn)其性能為目的的高功能高分子材料;另一類是為賦予其某種新功能的新型功能高分子材料[2]。
2.1高功能高分子材料
2.1.1化學(xué)功能高分子材料
化學(xué)功能高分子材料通常具有某種化學(xué)反應(yīng)功能,它將具有化學(xué)活性的基團(tuán)連接到以原有主鏈鏈為骨架的高分子上。離子交換樹(shù)脂是一種帶有可交換離子的活性基團(tuán)、具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、不溶的交聯(lián)聚合物,在水中具有足夠大的凝膠孔或大孔結(jié)構(gòu),由于它具有高效快速分析和分離功能,目前已廣泛用于硬水軟化、廢水凈化、高純水制備、海水淡化、溶液濃縮和凈化、海水提鈾,特別是在食品工業(yè)、制藥行業(yè)、治理污染和催化劑中應(yīng)用的更為廣泛。
2.1.2光功能高分子材料
在光的作用下,實(shí)現(xiàn)對(duì)光的傳輸、吸收、貯存、轉(zhuǎn)換的高分子材料即為光功能高分子材料。近年來(lái),在數(shù)據(jù)傳輸、能量轉(zhuǎn)換和降低電阻率等方面的應(yīng)用增長(zhǎng)迅速。感光性樹(shù)脂由感光基團(tuán)或光敏劑吸收光的能量后,迅速改變分子內(nèi)或分子間的化學(xué)結(jié)構(gòu),引起物理和化學(xué)變化。光致變色高分子具有光色基團(tuán),不同波長(zhǎng)的光對(duì)其照射時(shí)會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色,而當(dāng)其受到特定波長(zhǎng)照射后又會(huì)恢復(fù)為原來(lái)的顏色。利用這種可逆反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)、信號(hào)的顯示和材料的隱蔽,應(yīng)用前景十分誘人。
2.1.3電功能高分子材料
依據(jù)材料的結(jié)構(gòu)和組成,可將導(dǎo)電高分子分為兩大類:一類是依靠高分子結(jié)構(gòu)本身所能提供的載流子導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子,在電致顯色、微波吸收抗靜電、等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。另一類是高分子材料本身不具有導(dǎo)電性能,依靠添加在其中的炭黑或金屬粉導(dǎo)電的復(fù)合型導(dǎo)電高分子,具有制備方便,實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn),在許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用,常用作導(dǎo)電橡膠電磁波屏蔽材料和抗靜電材料。
2.1.4生物醫(yī)用高分子材料
生物醫(yī)用高分子包括醫(yī)用高分子和藥用高分子兩大類。
醫(yī)用高分子材料材料科學(xué)應(yīng)用于生物醫(yī)療的交叉學(xué)科,將加工后的無(wú)生命的材料用來(lái)取代或恢復(fù)某些組織器官的功能。醫(yī)用高分子材料作用于人體必須具備生物相容性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕老化、易于加工等優(yōu)點(diǎn),主要用于人工器官、治療疾患、診斷檢查等醫(yī)療領(lǐng)域中。目前,醫(yī)用功能高分子材料在心血管的植入、局部整形和眼睛系統(tǒng)的矯正等方面獲得了較大成果。
新型高分子藥物,具有緩釋、長(zhǎng)效、低毒的特點(diǎn),分為兩類:一類藥物即為高分子本身,可以直接用作藥物,也可以通過(guò)合成獲得某些療效。另一類高分子藥物高分子本身沒(méi)有藥用價(jià)值,而是作為藥物的載體,以離子鍵或共價(jià)鍵的形式連接具有藥理活性的低分子化合物,制成高分子藥物控制釋放制劑。一方面達(dá)到將最小的劑量在作用于特定部位產(chǎn)生治效的目的;另一方面使藥物的釋放速率可控,在提高療效的同時(shí)降低了毒副作用[3]。
2.2新型功能高分子材料
2.2.1高吸水性高分子材料
近年來(lái)開(kāi)發(fā)的高吸水性樹(shù)脂是一種新型功能高分子材料,它可吸收自身重量數(shù)百倍至上千倍的水,自身含有強(qiáng)親水性基團(tuán)同時(shí)具有一定交聯(lián)度。此外,高吸水性樹(shù)脂的保水性能極好,即使受壓也不會(huì)滲水,而且具有吸收氨等臭氣的功能。高吸水性樹(shù)脂在石油、化工、輕工、建筑等部門(mén)被用作堵水劑、脫水劑、增粘劑、密封材料等;在農(nóng)業(yè)上可以做土壤改良劑、保水劑、植物無(wú)土栽培材料、種子覆蓋材料,并可用以改造沙漠,防止土壤流失等;在日常生活中,高吸水性樹(shù)脂可用作吸水性抹布、餐巾、鞋墊、一次性尿布等。
2.2.2 CO2功能高分子材料
在不同催化劑作用下,以CO2為基本原料與其他化合物縮聚成多種共聚物。其中研究較多、已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展、并具有應(yīng)用價(jià)值和開(kāi)發(fā)前景的共聚物是由CO2與環(huán)氧化合物通過(guò)開(kāi)鍵、開(kāi)環(huán)、縮聚制得的CO2共聚物脂肪族碳酸酯。把長(zhǎng)期以來(lái)因石化能源燃燒和代謝而排放的污染環(huán)境、產(chǎn)生溫室效應(yīng)的CO2視為一種新的資源。利用它與其他化合物共聚,合成新型CO2共聚物材料,對(duì)解決當(dāng)今世界日趨嚴(yán)重的CO2含量增高等問(wèn)題有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2.2.3形狀記憶功能高分子材料
形狀記憶功能材料的特點(diǎn)是形狀記憶性,它是一種能循環(huán)多次的可逆變化。即具有特定形狀的聚合物受到外力作用,發(fā)生變形并被保持下來(lái);一旦給予適當(dāng)?shù)臈l件(力、熱、光、電、磁),就會(huì)恢復(fù)到原始狀態(tài)。根據(jù)不同的觸發(fā)材料記憶功能的條件,可將其分為電致型、光致型、熱致型和酸堿感應(yīng)型。形狀記憶高分子材料是高分子功能材料研究新分支,在電子、印刷、紡織、包裝和汽車(chē)工業(yè)中具有良好的發(fā)展前景。
2.2.4生態(tài)可降解高分子材料
隨著人類對(duì)環(huán)境的重視,材料的可降解性成為新的性能指標(biāo),因此生態(tài)可降解高分子材料受到廣泛重視。目前我國(guó)生態(tài)可降解性高分子材料的發(fā)展還處于復(fù)制和仿制國(guó)外產(chǎn)品的初級(jí)階段,國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)主要市場(chǎng)。高分子的降解主要是各種生物酶的水解,其中聚乳酸類高分子是已開(kāi)發(fā)應(yīng)用于生命科學(xué)新型生物可降解材料,盡管已形成了多個(gè)品種,但目前應(yīng)用的生物可降解材料在生物相容性、理化性能、控制其降解速率和緩釋性等方面仍存在較多問(wèn)題,有待進(jìn)一步研究[4]。
3.開(kāi)發(fā)功能高分子材料的重要意義
功能高分子材料其獨(dú)特的功能和不可替代的特性已帶來(lái)各個(gè)領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步,甚至質(zhì)的飛躍,且在各行業(yè)已產(chǎn)生相當(dāng)高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,并導(dǎo)致許多新產(chǎn)品的出現(xiàn)。隨著人們對(duì)有機(jī)高分子材料研究的逐步深入和加強(qiáng),功能高分子材料的方向包括兩方面:一方面,改進(jìn)通用有機(jī)高分子材料,在不斷提高它們的使用性能的同時(shí),擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。另一方面,與人類自身密切相關(guān)、具有特殊功能的材料的研究也在不斷加強(qiáng)。因此,功能高分子材料是未來(lái)材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向,必將影響人類的生產(chǎn)和生活產(chǎn)[5]。
【參考文獻(xiàn)】
[1]張恒翔,蔡建,邱莎莎.功能高分子材料在軍用包裝中的應(yīng)用[J].包裝工程,2011,(23):60~62.
[2]楊曉紅,王海英.新型有機(jī)高分子材料發(fā)展[J].科技資訊,2009,(4):7.
[3]楊北平,陳利強(qiáng),朱明霞.功能高分子材料發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].廣州化工,2011,(6):17~18.
【關(guān)鍵詞】 高分子材料 可降解 循環(huán)利用
1 生物可降解高分子材料的含義及降解機(jī)理
生物可降解高分子材料是指在一定的時(shí)間和一定的條件下,能被微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。生物可降解的機(jī)理大致有以下三種方式:生物的細(xì)胞增長(zhǎng)使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞;微生物對(duì)聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì);酶的直接作用,即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。一般認(rèn)為,高分子材料的生物可降解是經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)程進(jìn)行的。首先,微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合,通過(guò)水解切斷高分子鏈,生成分子量小于500的小分子量的化合物;然后,降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi),經(jīng)過(guò)種種的代謝路線,合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動(dòng)的能量,最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。因此,生物可降解并非單一機(jī)理,而是一個(gè)復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)協(xié)同作用,相互促進(jìn)的物理化學(xué)過(guò)程。到目前為止,有關(guān)生物可降解的機(jī)理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外,高分子材料在機(jī)體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外,還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。
2 生物可降解高分子材料的類型
按材料來(lái)源,生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類,有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。
2.1 微生物生產(chǎn)型
通過(guò)微生物合成的高分子物質(zhì)。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖,具有生物可降解性,可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。
2.2 合成高分子型
脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點(diǎn)低,強(qiáng)度及耐熱性差,無(wú)法應(yīng)用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點(diǎn)較高,強(qiáng)度好,是應(yīng)用價(jià)值很高的工程塑料,但沒(méi)有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物,這種共聚物具有良好的性能,又有一定的生物可降解性。
2.3 天然高分子型
自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子,這些高分子可被微生物完全降解,但因纖維素等存在物理性能上的不足,由其單獨(dú)制成的薄膜的耐水性、強(qiáng)度均達(dá)不到要求,因此,它大多與其它高分子,如由甲殼質(zhì)制得的脫乙酰基多糖等共同混制。
2.4 摻混型
在沒(méi)有生物可降解的高分子材料中,摻混一定量的生物可降解的高分子化合物,使所得產(chǎn)品具有相當(dāng)程度的生物可降解性,這就制成了摻合型生物可降解高分子材料,但這種材料不能完全生物可降解。
3 生物可降解高分子材料的研發(fā)
3.1 傳統(tǒng)方法
傳統(tǒng)利用生物可降解高分子材料的方法主要包括:天然高分子的改造法、化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法等。(1)天然高分子的改造法。通過(guò)化學(xué)修飾和共混等方法,對(duì)自然界中存在大量的多糖類高分子,如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進(jìn)行改性,可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足,但一般不易成型加工,而且產(chǎn)量小,限制了它們的應(yīng)用。②化學(xué)合成法。模擬天然高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu),從簡(jiǎn)單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物,這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學(xué)結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段?;瘜W(xué)合成法反應(yīng)條件苛刻,副產(chǎn)品多,工藝復(fù)雜,成本較高。(2)微生物發(fā)酵法。許多生物能以某些有機(jī)物為碳源,通過(guò)代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難,且仍有一些副產(chǎn)品。
3.2 酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料,得益于非水酶學(xué)的發(fā)展,酶在有機(jī)介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì),并擁有了催化一些特殊反應(yīng)的能力,從而顯示出了許多水相中所沒(méi)有的特點(diǎn)。
3.3 酶促合成法與化學(xué)合成法結(jié)合使用
酶促合成法具有高的位置及立體選擇性,而化學(xué)聚合則能有效的提高聚合物的分子量,因此,為了提高聚合效率,許多研究者已開(kāi)始用酶促法與化學(xué)法聯(lián)合使用來(lái)合成生物可降解高分子材料。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著高分子材料合成與加工的技術(shù)進(jìn)步,生物可降解高分子材料在各行業(yè)得到廣泛、深入的應(yīng)用。生物可降解高分子材料助劑、樹(shù)脂原料和加工機(jī)械一起組成了生物可降解高分子加工的三大基本要素。此外,加工工藝水平、配方技術(shù)以及相關(guān)配套服務(wù)設(shè)施也成為完美展現(xiàn)制品性能的不可或缺的因素。我國(guó)生物可降解高分子材料工業(yè)起步較晚,發(fā)展遲緩,難以適應(yīng)目前的發(fā)展趨勢(shì),必須借助行業(yè)發(fā)展,探索一條具有中國(guó)特色的工業(yè)之路。在消化、吸收、仿制國(guó)外先進(jìn)品種和技術(shù)的基礎(chǔ)上,針對(duì)不同行業(yè)要求和特點(diǎn),開(kāi)發(fā)出高效、多功能、復(fù)合化、低(無(wú))毒、低(無(wú))污染、專用化的生物可降解高分子品種,提高規(guī)?;a(chǎn)和管理能力,改變目前行業(yè)規(guī)模小、品種少、性能老化且雷同、針對(duì)性(專用性)差、性能價(jià)格比明顯低于國(guó)外同類產(chǎn)品、創(chuàng)新能力低下、污染嚴(yán)重、無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的局面,一些新型功能的生物可降解高分子材料的發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng),消費(fèi)量較低,卻帶來(lái)了產(chǎn)業(yè)新的突破點(diǎn)和增長(zhǎng)點(diǎn),豐富完善了整個(gè)體系,其高技術(shù)含量和巨大的增幅顯示了強(qiáng)大的生命力,創(chuàng)造一個(gè)投入產(chǎn)出比明顯高于其他化工產(chǎn)品的新產(chǎn)業(yè)。
關(guān)鍵詞:高分子 材料阻燃技術(shù) 應(yīng)用 發(fā)展
中圖分類號(hào):TQ31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2015)10(b)-0198-02
高分子可燃材料具有優(yōu)良的性能,其應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣,特別是在建筑、交通、家具、電子電器等行業(yè)領(lǐng)域被大量使用,美化和方便了人們的環(huán)境和生活,獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效和社會(huì)效益,已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料。然而大多數(shù)該分子材料都易燃、可燃材料,在燃燒時(shí)熱釋放速率快、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤臁l(fā)熱量高、不易熄滅,還產(chǎn)生大量濃煙和有毒氣體。隨著高分子材料的廣泛應(yīng)用,其潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)性大大增加,因而如何提高高分子材料的阻燃性能,成為當(dāng)前消防工作急需解決的一個(gè)問(wèn)題。
1 高分子阻燃技術(shù)應(yīng)用
1.1 高分子阻燃材料分類
關(guān)于阻燃高分子材料目前尚無(wú)明確分類,通??砂凑斋@取阻燃性能的方式劃分,可將其分為本質(zhì)阻燃高分子材料和非本質(zhì)阻燃材料兩種。一種是材料本身具有阻燃性;另一種是通過(guò)加入添加阻燃劑獲得阻燃性能。非本質(zhì)阻燃材料可根據(jù)阻燃劑添加方式分為添加型阻燃高分子材料和反應(yīng)型高分子材料。所謂添加型阻燃高分子材料,即在高聚物加工過(guò)程中,將阻燃劑以物理方式分散于基材中而賦予材料的阻燃性;反應(yīng)型阻燃高分子材料的阻燃劑是在高聚物的合成中加入的,它作為一種單體參與反應(yīng),并結(jié)合到高聚物的主鏈或支鏈上,使高聚物含有阻燃成分[1]。
1.2 高分子阻燃技術(shù)
阻燃劑是用于提高材料抗燃性,即阻止材料被引燃及抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦?。在現(xiàn)代化社會(huì)中,阻燃劑具有著諸多的類型,旨在能夠?yàn)榱饲袑?shí)滿足不同環(huán)境下的防火需求,就其所包含的類型來(lái)看,主要可以分為以下3種。
第一種,是有機(jī)阻燃劑,主要用于針對(duì)有機(jī)物的燃燒預(yù)防,比如包括磷酸酯、鹵系和紡織物等等,具有著耐久性的特點(diǎn)。
第二種為無(wú)機(jī)鹽類阻燃劑,包括的產(chǎn)品主要有氯化銨、氫氧化鋁等等材料,這種類型的阻燃劑具有著無(wú)煙、無(wú)毒與無(wú)害的優(yōu)勢(shì),因此成為了目前應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的一種阻燃劑。
第三種為有機(jī)和無(wú)機(jī)混合類型的阻燃劑,這種類型的阻燃劑通常被科學(xué)界認(rèn)為是無(wú)機(jī)阻燃劑的升級(jí)版,擁有著和無(wú)機(jī)阻燃劑同等的優(yōu)勢(shì),但相對(duì)來(lái)說(shuō)具有著較高的成本,因此并未普及應(yīng)用。而從不同阻燃劑的阻燃元素上看,又可以劃分為幾種,包括鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑和硅系阻燃劑等,其各自有著相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn),但依然憑借著不同的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于不同的防火領(lǐng)域當(dāng)中[2]。
受到近些年科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的影響,高分子材料的阻燃技術(shù)水平也獲得了突破性的發(fā)展,包括阻燃劑微膠囊技術(shù)、交聯(lián)與接枝改性等等,無(wú)論是何種新技術(shù)的應(yīng)用,其作用原理都大體相一致,區(qū)別主要在于對(duì)人工合成技術(shù)的依賴程度有所不同,最明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)更是在于對(duì)傳統(tǒng)材料阻燃之后所產(chǎn)生的有毒有害氣體的轉(zhuǎn)化,最具代表性的便是現(xiàn)代阻燃技術(shù)領(lǐng)域的納米技術(shù)應(yīng)用,不僅能夠有效降低阻燃過(guò)程中各類反應(yīng)對(duì)環(huán)境的污染,同時(shí)更憑借較高的技術(shù)水平全面提高了阻燃技術(shù)的安全性。
1.3 高分子材料燃燒及阻燃技術(shù)應(yīng)用機(jī)理
高分子材料在空氣中受熱時(shí),會(huì)分解生成揮發(fā)性可燃物,當(dāng)可燃物濃度和體系溫度足夠高時(shí),即可燃燒。所以高分子材料的燃燒可分為熱氧降解和燃燒兩個(gè)過(guò)程,涉及傳熱、高分子材料在凝聚相的熱氧降解、分解產(chǎn)物在固相及氣相中的擴(kuò)散、與空氣混合形成氧化反應(yīng)場(chǎng)及氣相中的鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)等一系列環(huán)節(jié)。當(dāng)高分子材料受熱的熱源熱量能夠使高分子材料分解,且分解產(chǎn)生的可燃物達(dá)到一定濃度,同時(shí)體系被加熱到點(diǎn)燃溫度后,燃燒才能發(fā)生。而己被點(diǎn)燃的高分子材料在點(diǎn)燃源穩(wěn)定后能否繼續(xù)燃燒則取決于燃燒過(guò)程的熱量平衡。當(dāng)供給燃燒產(chǎn)生的熱量等于或大于燃燒過(guò)程各階段所需的總熱量時(shí),高分子材料燃燒才能繼續(xù),否則將中止或熄滅。從高分子材料的燃燒機(jī)理可看出,阻燃作用的本質(zhì)是通過(guò)減緩或阻止其中一個(gè)或幾個(gè)要素實(shí)現(xiàn)的。其中包括6個(gè)方面:提高材料熱穩(wěn)定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護(hù)膜、吸收熱量、形成重質(zhì)氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體。目前常采用的阻燃劑行為主要是通過(guò)冷卻、稀釋、形成隔離膜的物理途徑和終止自由基的化學(xué)途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。燃燒和阻燃都是十分復(fù)雜的過(guò)程,涉及很多影響和制約因素,將一種阻燃體系的阻燃機(jī)理嚴(yán)格劃分為某一種是很難的,一種阻燃體系往往是幾種阻燃機(jī)理同時(shí)起作用[3]。
2 高分子材料阻燃技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向分析
2.1 高分子材料阻燃技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展體現(xiàn)
在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中,阻燃材料憑借著自身所具有的阻燃優(yōu)勢(shì),已經(jīng)獲得了越來(lái)越廣泛的發(fā)展前景。傳統(tǒng)的添加阻燃劑,在熱量不斷加升的同時(shí),其有毒氣體也將被釋放出來(lái),產(chǎn)生有毒氣體將會(huì)嚴(yán)重危害心肺功能,因此,在傳統(tǒng)阻燃劑中,也相應(yīng)增加了磷酸酯等化學(xué)物質(zhì),以便于通過(guò)磷酸酯來(lái)提升材質(zhì)的氣體吸附能力,相比較來(lái)講磷氮化合物擁有更加高等的吸附能力,正是由于添加型阻燃劑中存在以上不同的化學(xué)物質(zhì),因此,阻燃劑安全系數(shù)也將被提升。由此也就確定了磷系阻燃劑的地位。伴隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展各類阻燃產(chǎn)品均獲得了良好的發(fā)展應(yīng)用空間,各類阻燃產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)也開(kāi)始越來(lái)越突出,由于阻燃材質(zhì)中的阻燃性能受到影響,才最終達(dá)到阻燃的實(shí)際效果。相對(duì)來(lái)講,阻燃技術(shù)也通過(guò)阻燃劑的化學(xué)功能,改變其傳統(tǒng)的分子結(jié)構(gòu),以至于實(shí)現(xiàn)阻燃價(jià)值。因此,阻燃技術(shù)應(yīng)具備一定的高分子材料脫水碳化功能,并在此基礎(chǔ)上,吸收相關(guān)的有毒氣體,當(dāng)值在材料燃燒中,產(chǎn)生有毒氣體,威脅相關(guān)人員的生命健康。對(duì)此應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大對(duì)現(xiàn)有阻燃劑的研發(fā)力度,并在科學(xué)技術(shù)的支撐作用下對(duì)現(xiàn)有的阻燃劑進(jìn)行改善與功能領(lǐng)域的創(chuàng)新,使現(xiàn)有的阻燃劑能夠具備傳統(tǒng)的阻燃性能優(yōu)勢(shì),還同時(shí)具有更多的現(xiàn)代化功能比如耐熱、抗輻射等等[4]。
2.2 高分子阻燃材料的綠色發(fā)展趨勢(shì)
高分子阻燃材料的綠色發(fā)展方向已經(jīng)開(kāi)始被充分重視,其是社會(huì)的現(xiàn)代化發(fā)展需要,阻燃劑在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用量有著明顯的增加,所有新材料與新產(chǎn)品的更新?lián)Q代頻率都在不斷加速。而與此同時(shí),人們的環(huán)保意識(shí)也在不斷提升,因此,阻燃劑的技術(shù)發(fā)展方向也開(kāi)始逐漸趨向于綠色化發(fā)展。尤其是近些年社會(huì)開(kāi)始重點(diǎn)關(guān)注對(duì)可持續(xù)發(fā)展的建設(shè),由此直接決定了阻燃劑的發(fā)展需要契合生態(tài)的關(guān)系。目前,國(guó)際當(dāng)中已有一部分發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始致力于從環(huán)保角度出發(fā)來(lái)限制對(duì)污染環(huán)境阻燃劑的生產(chǎn)與使用,該文認(rèn)為,這樣的現(xiàn)狀本質(zhì)上也是對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)安全負(fù)責(zé)的另一種形式。不可否認(rèn),中國(guó)作為生產(chǎn)制造大國(guó),高分子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有著顯赫的地位,在國(guó)際阻燃材料飛速發(fā)展的大勢(shì)所趨之下,消防部門(mén)同時(shí)出臺(tái)了新的規(guī)定,旨在為阻燃材料的科學(xué)化更新提供明確的方向指引。在當(dāng)前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的形式下,阻燃技術(shù)的開(kāi)發(fā)在外界的推動(dòng)下有了技術(shù)上的提高。尤其是低毒低煙、無(wú)鹵高效的環(huán)保阻燃劑更是起到了不可估量的作用。綜上,不管是鹵系阻燃劑還是無(wú)鹵阻燃劑,其必然趨勢(shì)都是向環(huán)保型無(wú)鹵阻燃劑發(fā)展,發(fā)展方向都以低毒化、環(huán)?;?、高效化、多功能化為主[5]。
3 高分子材料阻燃技術(shù)的優(yōu)化改革動(dòng)向
當(dāng)前,對(duì)于阻燃技術(shù)的研究,我國(guó)還有待加強(qiáng),在相關(guān)技術(shù)研發(fā)力度,以及自主研發(fā)等環(huán)節(jié),相對(duì)于國(guó)外先機(jī)技術(shù)仍然存在較大的進(jìn)步空間。但根據(jù)我國(guó)當(dāng)前研發(fā)技術(shù)來(lái)講,已經(jīng)較傳統(tǒng)技術(shù)提升了許多。近些年國(guó)家積極進(jìn)行科研技術(shù)支持,在研究經(jīng)費(fèi)中,研究技術(shù)中,積極給予幫助,使得各項(xiàng)技術(shù)研發(fā)工作中逐漸擴(kuò)大,研發(fā)力度也逐漸加深,在國(guó)家技術(shù)支持上,當(dāng)前各項(xiàng)技術(shù)研發(fā)應(yīng)用皆取得了良好的成績(jī),阻燃技術(shù)便是其中一項(xiàng),在國(guó)家的扶持幫助下,阻燃技術(shù)應(yīng)用價(jià)值逐漸得到挖掘,阻燃技術(shù)研發(fā)也漸漸深入到人們的視野之中。
由從傳統(tǒng)阻燃技術(shù)當(dāng)前的阻燃技術(shù)研發(fā),期間經(jīng)歷中眾多變遷,最早阻燃技術(shù)是由物理作用的幫助喜愛(ài),實(shí)現(xiàn)對(duì)氧氣的阻隔,最終達(dá)到阻燃的效果,當(dāng)前新型阻燃技術(shù)的研發(fā),使得性質(zhì)阻燃上升至化學(xué)反應(yīng)界面中,通過(guò)對(duì)材質(zhì)化學(xué)分子的改變,使得可燃性材質(zhì)逐漸具備阻燃技術(shù),從融合阻燃逐漸轉(zhuǎn)變成為無(wú)機(jī)阻燃,并在阻燃技術(shù)研發(fā)的過(guò)程中,更加注重了對(duì)有害有毒物質(zhì)的處理,通過(guò)添加可吸附分子,將有毒有害物質(zhì)進(jìn)行吸附,在實(shí)現(xiàn)了阻燃技能的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了無(wú)污染的目標(biāo)。這種科技研發(fā)的成果符合了綠色發(fā)展以及可持續(xù)發(fā)展理念的要求。當(dāng)前在阻燃技術(shù)研發(fā)中,微膠囊技術(shù)、納米技術(shù)等其他技術(shù)的影響,使得可燃材料的阻燃效果大大得到提升,阻燃性能也隨著阻燃效果不斷變化。在阻燃技術(shù)應(yīng)用中,復(fù)合型材料的應(yīng)用也為阻燃技術(shù)提供了發(fā)展方向。
該文認(rèn)為,在今后的發(fā)展中,隨著阻燃技術(shù)的提升,阻燃性能的變化,必將使阻燃形態(tài)以及其他性能達(dá)到提高,并在科研技術(shù)的研發(fā)過(guò)程中,隨著可持續(xù)發(fā)展理念的貫徹,堅(jiān)信可燃材料阻燃技能將會(huì)更加環(huán)保。
4 結(jié)論
綜上所述,通過(guò)對(duì)阻燃技術(shù)的研究可知,阻燃技術(shù)經(jīng)歷了從物理阻燃向化學(xué)阻燃技能的轉(zhuǎn)變,在化學(xué)阻燃中高分子材料阻燃功能得到了有效的提升。隨著阻燃技術(shù)研發(fā)的不斷加深,我們堅(jiān)信,阻燃材料的發(fā)展也會(huì)與之相適應(yīng),產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也會(huì)相應(yīng)調(diào)整,我們必然會(huì)找到解決的辦法,開(kāi)發(fā)出符合人們需求的高分子阻燃材料。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:高職;高分子材料化學(xué)基礎(chǔ);內(nèi)容;改革
《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》是高分子材料加工技術(shù)專業(yè)一門(mén)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課,是以高中(包括中專、技校、職高)化學(xué)基礎(chǔ)為起點(diǎn),以高分子化學(xué)知識(shí)為核心內(nèi)容,融入高分子化學(xué)所必要的無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)知識(shí),構(gòu)建本專業(yè)基本的化學(xué)知識(shí)體系,培養(yǎng)本專業(yè)所需化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作基本技能,為學(xué)習(xí)后續(xù)的《塑料材料》、《高分子材料成型加工基礎(chǔ)》、《塑料測(cè)試技術(shù)》、《塑料混配技術(shù)》、《塑料成型技術(shù)》等課程打基礎(chǔ)。顯然該課程是高分子材料加工技術(shù)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。但從目前該課程的內(nèi)容體系來(lái)看,學(xué)科體系明顯,內(nèi)容體系仍是無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)及高分子化學(xué)知識(shí)體系的機(jī)械組合,其結(jié)果是課程內(nèi)容多而雜,理論深而澀,給該課程的教學(xué)帶來(lái)困難而且教學(xué)效果欠佳,可以認(rèn)為目前該課程體系無(wú)法適應(yīng)高職教育的要求,所以很有必要對(duì)該門(mén)課程的內(nèi)容進(jìn)行改革。
一、課程教學(xué)內(nèi)容改革的依據(jù)
本門(mén)課程教學(xué)內(nèi)容改革的依據(jù)主要考慮如下三點(diǎn):第一是考慮高分子材料加工技術(shù)畢業(yè)生主要就業(yè)崗位對(duì)化學(xué)知識(shí)、技能及態(tài)度的需要,保證畢業(yè)生在就業(yè)崗位上具有夠用的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與從事化學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作的技能;第二是考慮畢業(yè)生職業(yè)生涯發(fā)展的需要,要讓學(xué)生掌握能夠支持其進(jìn)一步提高其專業(yè)水平所需的化學(xué)知識(shí),為他們的職業(yè)發(fā)展提供后勁;第三是考慮目前高職生源的高中化學(xué)知識(shí)的掌握程度以及學(xué)習(xí)能力的實(shí)際情況。
為了掌握高分子材料加工技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生的主要就業(yè)崗位對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、技能及態(tài)度的要求,我們對(duì)湖南塑料行業(yè)校企聯(lián)盟企業(yè)進(jìn)行了走訪調(diào)查,調(diào)查的主要企業(yè)有湖南路路通塑業(yè)有限公司、湖南神塑科技有限公司、南車(chē)集團(tuán)時(shí)代工程塑料有限公司、湖南科天新材料有限公司、湖南省塑料研究所、湖南益達(dá)塑業(yè)有限公司、株洲三鑫塑膠科技有限公司、株洲創(chuàng)業(yè)塑料有限公司,另外還對(duì)25家塑料加工企業(yè)通過(guò)電子郵件發(fā)送調(diào)查表進(jìn)行了調(diào)查,28家外省企業(yè)進(jìn)行了電話訪問(wèn)調(diào)查,調(diào)查塑料加工企業(yè)達(dá)到61家。調(diào)查結(jié)果表明我校高分子材料加工技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)主要有四大技術(shù)工作崗位,分別是塑料擠出技術(shù)員崗位、塑料注射技術(shù)員崗位、塑料配方技術(shù)員崗位、塑料測(cè)試技術(shù)員崗位。我們根據(jù)這四個(gè)主要技術(shù)崗位所需要的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查,發(fā)出問(wèn)卷調(diào)查表207份,回收調(diào)查表198份?!陡叻肿硬牧匣瘜W(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)內(nèi)容需求調(diào)查表如表1所示。
從調(diào)查表中我們可以看出,《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》七個(gè)單元的內(nèi)容對(duì)我校畢業(yè)生主要就業(yè)崗位都是需要的,其中以塑料配方技術(shù)員對(duì)《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》知識(shí)要求最高,統(tǒng)計(jì)需要數(shù)據(jù)達(dá)到1247次,其它三個(gè)就業(yè)的主要崗位對(duì)《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》內(nèi)容要求相關(guān)不大,均超過(guò)了1100次,就業(yè)的其它崗位對(duì)本門(mén)課程的要求相對(duì)不高,只有934次。由此我們可以得出,《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》對(duì)本專業(yè)主要就業(yè)技術(shù)崗位來(lái)說(shuō)非常重要,但對(duì)在其它崗位上就業(yè)的畢業(yè)生重要性相對(duì)降低。就各單元來(lái)說(shuō),以“碳鏈高聚物及其單體”單元最為重要,調(diào)查表中統(tǒng)計(jì)次數(shù)達(dá)964次,調(diào)查企業(yè)對(duì)象認(rèn)為最不重要的內(nèi)容是“高聚物合成”單元,只有573次,其次不重要的是“高聚物化學(xué)反應(yīng)”單元,為707次,其它單元的統(tǒng)計(jì)次數(shù)多在800次左右,這幾個(gè)單元的內(nèi)容是可以認(rèn)為是很重要的。
通過(guò)本次調(diào)查,我們知道了《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》哪些內(nèi)容對(duì)畢業(yè)生就業(yè)崗位是最重要及很重要的,哪些內(nèi)容相對(duì)不重要,為我們對(duì)《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容的選取找到了可靠的依據(jù)。
對(duì)于教學(xué)內(nèi)容的選取我們也不能完全采取實(shí)用主義的辦法,也就是說(shuō)不是采用學(xué)生在企業(yè)的就業(yè)崗位用到那些知識(shí)我們就教授那些知識(shí),高等職業(yè)教育屬于國(guó)民教育序列中的高等教育,還需要考慮學(xué)生職業(yè)生涯的發(fā)展,也就是說(shuō)為學(xué)生提供能夠支撐其后續(xù)發(fā)展所必需的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。采取的措施是在學(xué)生高中化學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上,將高等教育層次的化學(xué)基本的原理、理論融入各教學(xué)單元中,提高學(xué)生化學(xué)基本知識(shí)與技能,達(dá)到高分子材料加工技術(shù)專業(yè)大專層次所必需的化學(xué)基礎(chǔ)。
同時(shí)我們還要考慮目前高職生源的實(shí)際情況,目前高職生源一般來(lái)說(shuō)對(duì)高中化學(xué)課程掌握的情況不理想,學(xué)習(xí)能力也有待提高,所以我們選取《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》內(nèi)容時(shí)也不能脫離生源基礎(chǔ)的實(shí)際情況,沒(méi)有必要將過(guò)深的化學(xué)理論納入教學(xué)內(nèi)容,不然學(xué)生無(wú)法掌握教學(xué)內(nèi)容,反而造成不利于提高教學(xué)質(zhì)量的影響,如結(jié)構(gòu)化學(xué)的內(nèi)容、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的動(dòng)力學(xué)分析等內(nèi)容不必作為《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》的內(nèi)容,以往的教學(xué)實(shí)踐也證明過(guò)深的教學(xué)內(nèi)容對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)本門(mén)課程是不利的。容易造成學(xué)生失去學(xué)習(xí)的信心與興趣,從而從整體上影響課程教學(xué)效果。
二、教學(xué)內(nèi)容的整合
如前所述,目前《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》的內(nèi)容體系是無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)等多門(mén)化學(xué)課的機(jī)械組合,每門(mén)課的教學(xué)課時(shí)在以往的教學(xué)中都在100個(gè)學(xué)時(shí)以上,即總課時(shí)在400學(xué)時(shí)以上,要在96學(xué)時(shí)的《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》這門(mén)課教授完原來(lái)400學(xué)時(shí)以上的內(nèi)容,顯然不對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合是不可能教授完相關(guān)內(nèi)容,所以必須對(duì)高分子材料加工技術(shù)專業(yè)化學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合,整合的依據(jù)就有前面所述的三個(gè)考慮。在課程內(nèi)容的整合過(guò)程中,必須防止以前出現(xiàn)的幾大化學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單的機(jī)械的組合,為此要正確把握好這幾門(mén)化學(xué)基礎(chǔ)課中相關(guān)內(nèi)容的整合和優(yōu)化,按照高分子材料加工技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)知識(shí)、技能及態(tài)度的要求,科學(xué)地進(jìn)行“綜合”,嚴(yán)格地把握好對(duì)相關(guān)課程內(nèi)容“取”與“舍”的尺度。課程內(nèi)容整合是為了改變以往按單一學(xué)科系統(tǒng)分別設(shè)置課程,各課程自成一體,缺乏聯(lián)系,重理論而輕實(shí)踐的現(xiàn)象和課程與課程間的內(nèi)容重復(fù),為此我們重新設(shè)計(jì)了《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》的內(nèi)容結(jié)構(gòu)體系,課程內(nèi)容體系如表3所示。
從《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)內(nèi)容新體系可以看出,新的內(nèi)容體系打破了原來(lái)的幾大化學(xué)課程內(nèi)容機(jī)械組合的學(xué)科體系,考慮課程的職業(yè)性,是根據(jù)本專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)崗位對(duì)本門(mén)課程知識(shí)、技能及態(tài)度的需要來(lái)設(shè)計(jì)內(nèi)容,沒(méi)有學(xué)科體系的影響。將無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)這四門(mén)課的內(nèi)容根據(jù)職業(yè)崗位的需要進(jìn)行了取舍,整合為一門(mén)課程,即《高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)》。需要調(diào)整課程結(jié)構(gòu),重新優(yōu)化課程內(nèi)容,處理好相關(guān)內(nèi)容的銜接。高分子材料化學(xué)基礎(chǔ)以高分子材料為主線,無(wú)機(jī)化學(xué)部分容入各教學(xué)單元中,有機(jī)化學(xué)與高分子化學(xué)知識(shí)密切結(jié)合,物理化學(xué)內(nèi)容也容入相關(guān)教學(xué)單元,舍去過(guò)深理論性教學(xué)內(nèi)容,教學(xué)內(nèi)容結(jié)合實(shí)際,提高學(xué)生學(xué)習(xí)本門(mén)課程的興趣,從而提高教學(xué)效果。課后最后一個(gè)單元是綜合訓(xùn)練,教學(xué)內(nèi)容有高分子溶液的配制、常用高分子材料的鑒別及聚乙烯醇涂料的制備實(shí)驗(yàn)等,這些教學(xué)內(nèi)容結(jié)合生產(chǎn)及生活實(shí)際,很好地實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)目標(biāo),教學(xué)實(shí)踐證明,學(xué)生在學(xué)習(xí)這些內(nèi)容時(shí)興趣昂然,取得了較好的教學(xué)效果。
三、課程整合注意問(wèn)題及效果
關(guān)鍵詞:功能高分子設(shè)計(jì);雙語(yǔ)教學(xué);探究式教學(xué)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2014)26-0210-02
“十二五”規(guī)劃指出,目前我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)正處于強(qiáng)勁發(fā)展階段,新材料產(chǎn)業(yè)約占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的15%,預(yù)計(jì)年增長(zhǎng)速度保持在20%以上。而其中的高分子材料由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和易改性、易加工的特點(diǎn),使其擁有其他材料不可比擬、不可取代的優(yōu)異性能,從而被廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)、國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域,并已成為現(xiàn)代社會(huì)生活中衣食住行用各個(gè)方面不可缺少的材料。而其中功能高分子材料興起于上個(gè)世紀(jì)60年代,是高分子材料滲透到電子、生物、能源等領(lǐng)域后開(kāi)發(fā)涌現(xiàn)出的新材料,指在其原有優(yōu)異力學(xué)性能基礎(chǔ)上,還具備化學(xué)反應(yīng)活性、導(dǎo)電性、光敏性、生物相容性、選擇分離性、仿生性、磁性等特定功能的高分子及其復(fù)合材料,近年來(lái)在高分子材料領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。
而功能高分子設(shè)計(jì)課程就是面向功能高分子材料方向本科學(xué)生的概論性課程,是一門(mén)研究與功能高分子相關(guān)的分子設(shè)計(jì)與合成方法的學(xué)科,主要包括各種特殊的功能單體的設(shè)計(jì)與合成、各種活性聚合方法及當(dāng)前高分子設(shè)計(jì)相關(guān)范疇的最新研究成果和方向。目的是使學(xué)生在已有的有機(jī)合成和高分子化學(xué)課程的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步掌握功能高分子的單體設(shè)計(jì)與合成、活性聚合方法等理念與技能,培養(yǎng)學(xué)生初步具有設(shè)計(jì)功能單體和選擇聚合方法的能力,并了解本學(xué)科方向前沿新動(dòng)向,為今后學(xué)生在功能高分子材料領(lǐng)域就業(yè)或繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)。如何讓功能高分子設(shè)計(jì)課程的教學(xué)更適應(yīng)時(shí)代的要求,滿足和諧社會(huì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求,是我們必須研究和探索的問(wèn)題。
如今,國(guó)內(nèi)高校的功能高分子設(shè)計(jì)課程教學(xué)所存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)為兩方面:(1)以漢語(yǔ)教學(xué)為主。功能高分子設(shè)計(jì)課程中,一部分重要內(nèi)容為講述先進(jìn)功能高分子材料,需要緊跟該領(lǐng)域前沿性發(fā)展情況,而最新的研究成果基本都會(huì)以英文的形式出現(xiàn)在國(guó)際刊物、國(guó)際會(huì)議資料以及互聯(lián)網(wǎng)上,查閱英文文獻(xiàn)是獲取這些最新信息的主要途徑,并且國(guó)外已有許多原版教材可直接作為圖書(shū)資料使用[1,2],導(dǎo)致學(xué)生僅被動(dòng)依靠教師翻譯講述,無(wú)法自主獲取該領(lǐng)域最新的研究成果,致使學(xué)生對(duì)學(xué)科發(fā)展前沿了解不足,固步自封,也不利于提高學(xué)生的專業(yè)英語(yǔ)水平。(2)以“注入式”教學(xué)方法為主[3,4]。通常由教師在講臺(tái)上講授分析原理、目的、內(nèi)容及測(cè)試實(shí)例,不利于激發(fā)學(xué)生興趣,導(dǎo)致學(xué)生主觀能動(dòng)性發(fā)揮不夠,不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維。綜上所述,傳統(tǒng)的漢語(yǔ)主講,注入式教學(xué)為主的功能高分子設(shè)計(jì)課程教學(xué)無(wú)法保證高質(zhì)量的教學(xué)效果和質(zhì)量,不利于培養(yǎng)既具有扎實(shí)專業(yè)理論功底,又具有良好外語(yǔ)水平的創(chuàng)新型復(fù)合人才,所以,筆者在32課時(shí)的課堂實(shí)踐基礎(chǔ)上提出了采用雙語(yǔ)教學(xué)和探究式教學(xué)相結(jié)合的方法,主要包括以下四階段的探索。
一、專業(yè)英語(yǔ)的有效學(xué)習(xí)
功能高分子類專業(yè)課的雙語(yǔ)教學(xué)旨在促使學(xué)生獲取專業(yè)知識(shí)的同時(shí)提高英文運(yùn)用能力。其中的教學(xué)核心是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用英文思考、求知、交流專業(yè)知識(shí)的能力,為學(xué)生今后在專業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用英文進(jìn)行交流以及科學(xué)研究打下基礎(chǔ),不可舍本逐末過(guò)多地注重英文語(yǔ)法與詞匯的講解,所以稱之為英語(yǔ)的“有效學(xué)習(xí)”。
選取化學(xué)工業(yè)出版社的《高分子材料專業(yè)英語(yǔ)》,進(jìn)行常用高分子單體、有機(jī)試劑及實(shí)驗(yàn)器具單詞的教學(xué),從共有詞頭和詞根出發(fā),比如聚合“poly-”和烴“-ene”等,目的使學(xué)生在4個(gè)課時(shí)內(nèi)可以做到看懂常用單詞,但并不盲目追求拼寫(xiě)與語(yǔ)法。
二、團(tuán)隊(duì)合作的開(kāi)放討論
在完成初期的英語(yǔ)學(xué)習(xí)后,將學(xué)生分為6~8人小組,給出8~10個(gè)專題講座方向,讓學(xué)生進(jìn)行小組內(nèi)部討論,找出本小組最感興趣的方向,隨后委派代表在課堂陳述,最終制定6個(gè)專題。目的是教授學(xué)生感興趣的專題,而不是照本宣科地講述功能高分子領(lǐng)域的“老三篇”。比如學(xué)生提出專題為“導(dǎo)電高分子材料在電子類產(chǎn)品上的應(yīng)用”,既與傳統(tǒng)專題“導(dǎo)電功能材料”相關(guān),又與當(dāng)今信息時(shí)代的大環(huán)境切合,可以有效提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性,使學(xué)生思維碰撞,激發(fā)學(xué)生興趣,促進(jìn)創(chuàng)造思維的發(fā)展。
在此過(guò)程中,讓學(xué)生充分表現(xiàn)、合作與競(jìng)爭(zhēng),使教師指導(dǎo)和學(xué)生自主探究相結(jié)合,傳授知識(shí)和解決問(wèn)題相結(jié)合,單一性思考和求異性思維相結(jié)合。要密切關(guān)注討論的進(jìn)程和存在的問(wèn)題,及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和引導(dǎo);充分調(diào)動(dòng)學(xué)生討論的積極性,及時(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)點(diǎn),特別是善于捕捉后進(jìn)生的“閃光點(diǎn)”,及時(shí)給予鼓勵(lì)。
三、英文文獻(xiàn)的小組pk
在確定專題以后,采取“2-1-1”的4課時(shí)講座模式,即教師進(jìn)行2課時(shí)的專題講座,學(xué)生進(jìn)行1課時(shí)的文獻(xiàn)閱讀與表述,最后進(jìn)行1課時(shí)的課堂大討論,要求小組學(xué)生分工將文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)梳理,得出自己的結(jié)論和解釋。不同的學(xué)生或者團(tuán)隊(duì)可以就同一問(wèn)題提出不同的解釋或看法。他們要能夠?qū)⒆约旱慕Y(jié)論清楚地表達(dá)出來(lái),大家共同探討,使大家思維相互碰撞,努力撞擊出創(chuàng)造思維的火花。
以“感光功能高分子材料”為例,教師主要講述感光類高分子材料的光作用機(jī)理、感光基團(tuán)、常見(jiàn)感光高分子材料,并通過(guò)英文前沿文獻(xiàn)的講述讓學(xué)生了解感光高分子材料的應(yīng)用,隨后布置小組分工英文文獻(xiàn)閱讀,在下次課堂上讓各個(gè)小組代表進(jìn)行文獻(xiàn)講述。文獻(xiàn)講述不需要全篇翻譯,注重理解該感光材料的合成方法和過(guò)程,以及其制備的目的和意義,并能通過(guò)小組討論與自主思考去試圖提出該文獻(xiàn)的創(chuàng)新點(diǎn)及不足之處,做到不迷信文獻(xiàn)。講述完成以后,教師帶領(lǐng)所有小組對(duì)各小組的表現(xiàn)對(duì)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)與提問(wèn),模擬答辯模式,很好地鍛煉學(xué)生的口頭表述能力和心理素質(zhì)。最后進(jìn)行小組相互評(píng)分,評(píng)出感光功能高分子材料專題文獻(xiàn)講述的第一名,充分提升同學(xué)們的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí),引爆課堂氣氛。
四、功能設(shè)計(jì)的綜合應(yīng)用
最后4課時(shí)為考核課時(shí),考核目的為讓學(xué)生具備可以初步具備設(shè)計(jì)特定功能高分子材料的能力,比如選取“我身邊的綜合功能高分子材料設(shè)備”,讓每小組選取生活中常用的物件,指出其所含有的兩種或多種功能高分子材料,并通過(guò)小組討論、課程復(fù)習(xí)及資料查閱指出如何設(shè)計(jì)新型的功能高分子材料來(lái)取代傳統(tǒng)材料。例如,有小組圍繞“手機(jī)”進(jìn)行協(xié)作,指出手機(jī)的表觀柔感涂層為感光功能高分子材料,具有快速、綠色、高效的特點(diǎn),可采取無(wú)機(jī)填料與高分子復(fù)合的方法進(jìn)行性能改進(jìn);而手機(jī)的內(nèi)層電路板為導(dǎo)電高分子材料,可通過(guò)先進(jìn)的印刷電子的方法快速制備一體化電路,降低制作成本。由此,讓學(xué)生從更深層面上理解功能高分子材料擁有廣泛應(yīng)用性的特點(diǎn),消除了學(xué)生“學(xué)而無(wú)以致用”的疑慮,顯著提高了學(xué)生的主觀能動(dòng)性,有效培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新思維。
總之,在功能高分子設(shè)計(jì)課程中,開(kāi)展雙語(yǔ)教學(xué)與探究式教學(xué)相結(jié)合的方法對(duì)于人才培養(yǎng)是一項(xiàng)非常有意義的工程,在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,因材施教、循序漸進(jìn),從教學(xué)的準(zhǔn)備、策略、方法和細(xì)節(jié)等各環(huán)節(jié)精心設(shè)計(jì)及有效實(shí)施,并不斷探索與改進(jìn)。培養(yǎng)出既具有深厚的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ),又具有良好專業(yè)外語(yǔ)的運(yùn)用能力,同時(shí)洞悉學(xué)科前沿的創(chuàng)新性復(fù)合人才。
參考文獻(xiàn):
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【關(guān)鍵詞】高分子材料 涂層 泵維修 技術(shù)與應(yīng)用
1 高分子的分類和特點(diǎn)
1.1 高分子分類
按照不同的標(biāo)準(zhǔn),高分子有很多的分法,不過(guò)主要還是以下幾種分法:高分子化合物按照其來(lái)源分,主要分為合成高分子化合物和天然高分子化合物兩種。而在天然的有機(jī)高分子化合物中。其成份有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、天然橡膠這幾類;按照高分子化合物結(jié)構(gòu)中的分子鏈分類,可分為支鏈型高分子、線型高分子和體型高分子;按照高分子化合物受熱時(shí)表現(xiàn)的行為不同可將其分為熱塑性高分子和熱固性高分子。按照高分子化合物的使用情況和工藝性質(zhì)分類,可分為塑料、橡膠、纖維、涂料、黏合劑和密封材料。
1.2 高分子特點(diǎn)
高分子涂層材料是近幾年年來(lái)在機(jī)械制造業(yè)和機(jī)械修理業(yè)當(dāng)中,快速迅猛發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型材料和新技術(shù)。它能夠?qū)我徊牧系臋C(jī)械零件轉(zhuǎn)化成為復(fù)合型材料結(jié)構(gòu),以金屬為基體以便可以承受零件設(shè)計(jì)的強(qiáng)度,以高分子材料涂層為表面用來(lái)改善零件的耐磨性、防震性和抗腐蝕性等。高分子化合物擁有很多跟低分子化合物不同的特殊性能,比如其機(jī)械強(qiáng)度較大、可塑性很好、彈性也較高、硬度非常大、耐熱、耐磨、耐溶劑、耐腐蝕、氣密性恨好、電絕緣性強(qiáng)等,由于高分子材料具有以上的一些特性,使其在各行各業(yè)有了比較廣闊的應(yīng)用。可以見(jiàn)得我們平常使用的普通高分子材料,均是將各種添加劑加入高分子化合物中所得到的,這些高分子化合物的性質(zhì)決定了高分子材料的一些基本性能,因此各種不同添加劑的作用就是在于能夠更好地發(fā)揮、保持和改進(jìn)高分子化合物的性能,滿足對(duì)設(shè)備的不同要求,能用在更多不同的方面。
2 高分子涂層與泵維修方面
2.1 泵涂層的防腐性能
在泵工作過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)輸送帶有酸性或者堿性的具有腐蝕性介質(zhì)的液體或固體雜質(zhì),這樣很容易造成泵的有點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、氫脆、侵蝕、磨損等嚴(yán)重后果。當(dāng)今在施工過(guò)程中應(yīng)用比較多的防腐蝕材料是以環(huán)氧樹(shù)脂為主。在金屬材料內(nèi)和環(huán)氧樹(shù)脂間都存在較好的防腐蝕耐磨性能和粘接強(qiáng)度較高,能夠有效的隔斷帶有腐蝕性的物質(zhì)與金屬表面接觸。而對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂這種材料能耐絕大多數(shù)的酸、堿、鹽類的腐蝕,尤其是在氯離子侵蝕嚴(yán)重的海水中用的泵有很好的防腐效果。
2.2 泵耐磨修復(fù)和保護(hù)
市場(chǎng)上目前生產(chǎn)高分子材料的廠家主要有Devcon(得復(fù)康)、Be-lzona(貝爾佐納)、Metaline、Loctite(樂(lè)泰)、ARC、Thortex等等。從聚合物的類型可以將高分子材料分為聚氨酯(PU)和環(huán)氧樹(shù)脂(EP)二種。以聚氨酯(PU)為主要成分的涂層具有類似橡膠的彈性和韌性,細(xì)粉的固體(指的是直徑小于1 mm的顆粒)耐磨損性能比較良好,并且可以大量吸收汽蝕產(chǎn)生的沖擊能量。以環(huán)氧樹(shù)脂(EP)為主要成分的涂層中通常會(huì)添加碳化硅、陶瓷的粉末或者顆粒作為填料,這樣能夠非常有效的增強(qiáng)耐溫和耐磨損的性能。
2.3 涂層修復(fù)和傳統(tǒng)焊補(bǔ)的區(qū)別
泵在受到腐蝕或磨損的時(shí)候,傳統(tǒng)方法會(huì)通常采用堆焊、補(bǔ)焊等修補(bǔ)方法,這種方法很容易導(dǎo)致局部產(chǎn)生熱應(yīng)力變形,慢慢改變裝配的尺寸,修補(bǔ)后就不能恢復(fù)到正常的組裝狀態(tài)了,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)部件成為廢品。如果用高分子涂層去修復(fù)工件,修復(fù)涂層在施工時(shí)就會(huì)呈現(xiàn)出流體狀,在這種情況下再在常溫常壓下16 個(gè)小時(shí)就可以完全固化,這種方法不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力,部件修復(fù)后就可以順利裝配。
2.4 涂覆后泵能節(jié)能增效
由于鑄造缺陷或加工不良等原因,泵過(guò)流部件表面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)粗糙的表面,這樣會(huì)導(dǎo)致摩擦阻力發(fā)熱,然后引起能量損失。我們常規(guī)減小阻力的方法主要是精密機(jī)加工、拋光等;亦或者采用不銹鋼材料來(lái)增強(qiáng)表面的光潔度,這樣不僅會(huì)大大增加生產(chǎn)成本,而且拋光的金屬表面更不能解決腐蝕等問(wèn)題,特別是在海水介質(zhì)多的條件下,氯離子濃度極高,很容易侵蝕不銹鋼的表面。受腐蝕的金屬慢慢表面產(chǎn)生凹坑和裂縫,但如果采用堆焊的方法去修復(fù),就容易導(dǎo)致熱應(yīng)力變形,最終泵體無(wú)法回裝。另外,本體金屬和焊縫金屬會(huì)容易形成原電池,構(gòu)成電解雙金屬腐蝕效應(yīng),導(dǎo)致第二次腐蝕。刷涂或噴涂陶瓷環(huán)氧樹(shù)脂,施工后其會(huì)流成非常光滑的表面,而且表面也具有油性疏水性,可以大大降低流體的阻力。施工時(shí)先用膏狀陶瓷修補(bǔ)劑刮抹到金屬表面來(lái)填補(bǔ)凹坑。再在兩邊刷涂陶瓷防護(hù)劑,使得最終表面變得更加光滑。
3 高分子涂層在實(shí)際中的應(yīng)用
從20世紀(jì)初期以來(lái),蘇爾壽泵業(yè)上海技術(shù)服務(wù)中心(簡(jiǎn)稱蘇爾壽)使用了高分子材料涂層的方法,已經(jīng)修復(fù)了40多套造紙紙漿泵、50多套火電廠FGD漿液循環(huán)泵的葉輪、側(cè)板及泵殼。并且,對(duì)于水處理用泵、冷卻水循環(huán)泵、真空泵和攪拌器葉輪的防腐涂層也取得了非常好的效果。具體應(yīng)用領(lǐng)域見(jiàn)表1。
4 結(jié)語(yǔ)
由于高分子化合物具有相對(duì)分子質(zhì)量很大,一般都處于固體或凝膠狀態(tài),具有很好的機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn),又因?yàn)槠浞肿邮怯晒矁r(jià)鍵結(jié)合而形成的,因此有非常好的絕緣性和耐腐蝕性能,而且由于其分子鏈較長(zhǎng),分子的長(zhǎng)度與直徑之比大于一千,因而有較好的高彈性和可塑性。另外,高分子涂層具有高彈性、熔融性、溶解性、溶液的行為和結(jié)晶性等方面特性,所以,高分子涂層在高溫油泵蠟油泵、輻射泵等泵的維修中擁有很大的優(yōu)勢(shì),可以解決傳統(tǒng)修理方法不能解決的很多問(wèn)題。因此,高分子涂層在今后維修泵的過(guò)程中應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。
參考文獻(xiàn)
[1] 洪嘯吟,馮漢保.涂料化學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2006
關(guān)鍵詞:高分子材料與工程;應(yīng)用型轉(zhuǎn)變;人才培養(yǎng)
中圖分類號(hào):G642
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):16749944(2017)09024202
1 引言
2015年10月21日,教育部、國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部聯(lián)合了《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見(jiàn)》(教發(fā)[2015] 7號(hào)),至此地方高校轉(zhuǎn)型發(fā)展成為國(guó)家深化高等教育領(lǐng)域綜合改革的一項(xiàng)重要部署[1]。鑒于高校轉(zhuǎn)型發(fā)展的新形勢(shì),遼寧省于2015年確定首批10所高校116個(gè)專業(yè)開(kāi)展應(yīng)用型轉(zhuǎn)型試點(diǎn)工作,遼寧石油化工大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)為其中試點(diǎn)之一,作為以“工科為主、石油化工為特色”的遼寧省屬綜合性重點(diǎn)大學(xué)以及卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃試點(diǎn)高校,遼寧石油化工大學(xué)率先邁出了應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型改革的步伐,積極響應(yīng)我國(guó)高等教育改革方針,明確了該校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。高分子材料與工程專業(yè)針對(duì)應(yīng)用型轉(zhuǎn)變下,如何加快應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng),以提升高校服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展能力,開(kāi)展了一系列的改革與探索。
2 遼寧石油化工大學(xué)應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位
應(yīng)用型本科教育本著立足地方、面向全國(guó)、依托行業(yè)、服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原則,以行業(yè)需求為人才培養(yǎng)目標(biāo)[2]。與研究型大學(xué)以及高職高專的定位不同,該校立足于打造高水平應(yīng)用型大學(xué),高分子材料與工程專業(yè)的人才定位為 “創(chuàng)新應(yīng)用”型人才,即培養(yǎng)的學(xué)生不僅能勝任操作生產(chǎn)設(shè)備等一線生產(chǎn)工作,而且還具備較高的創(chuàng)新知識(shí)能力。為達(dá)到此目標(biāo),在大學(xué)四年的培養(yǎng)教育過(guò)程中,學(xué)習(xí)理論知識(shí)、培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力以及實(shí)踐科技創(chuàng)新方面要三管齊下,使學(xué)生具備完整的理論知識(shí)體系,運(yùn)用學(xué)科專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的能力以及創(chuàng)新的邏輯思維。其就業(yè)領(lǐng)域主要面向國(guó)內(nèi)外大中型科技生產(chǎn)企業(yè)的一線生產(chǎn)、檢測(cè)及產(chǎn)品研發(fā)崗位,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的錘煉并最終走上各企業(yè)的中高層核心崗位,并成為企業(yè)骨干力量。
3 “創(chuàng)新應(yīng)用”型人才培養(yǎng)模式改革
針對(duì)以上定位,在課程體系,實(shí)踐環(huán)節(jié)以及本科生科技創(chuàng)新方面開(kāi)展了一系列的探索與改革。
3.1 課程體系和教學(xué)方法改革
由于高分子材料種類繁多、來(lái)源豐富,而且各高校開(kāi)設(shè)此專業(yè)的背景以及所依托的優(yōu)勢(shì)學(xué)科也不盡相同,所以其培養(yǎng)模式和教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)均有所不同[3~6]。專業(yè)核心課程是人才培養(yǎng)的核心要素,我校依據(jù)自身優(yōu)勢(shì),設(shè)置的專業(yè)核心課程有《有機(jī)化學(xué)》、《物理化學(xué)》、《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》、《高分子化學(xué)》、《高分子物理》、《聚合物流變學(xué)》、《高分子材料研究方法》、《高分子材料成型加工原理》、《聚合物共混改性》、《高聚物合成工藝學(xué)》。通過(guò)對(duì)這些課程的學(xué)習(xí),學(xué)生具有拓展自己知識(shí)和創(chuàng)業(yè)的能力,具有較扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)、材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論和高分子材料與工程的專業(yè)知識(shí)。同時(shí),在教學(xué)過(guò)程中高校教師要避免填鴨式教學(xué),大力推廣啟發(fā)式、案例式和研討式教學(xué),讓學(xué)生更多地參與到課堂教學(xué)中去,在分析、討論和解決問(wèn)題的過(guò)程中理解、應(yīng)用所學(xué)到的專業(yè)知識(shí),并且能夠識(shí)別、表達(dá)高分子材料成型加工與改性相關(guān)的工程問(wèn)題,最終利用科學(xué)基本原理進(jìn)行合理分析。對(duì)于一些專業(yè)核心課程,我們還進(jìn)行了慕課的建設(shè)以及推廣校際課程學(xué)習(xí),全面利用課上和課下時(shí)間,結(jié)合網(wǎng)絡(luò),調(diào)動(dòng)學(xué)生全過(guò)程學(xué)習(xí)的積極性。
3.2 實(shí)踐環(huán)節(jié)改革
實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié),我們主要開(kāi)展的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)包括工程訓(xùn)練、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用、課程設(shè)計(jì)、高分子材料創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)等,共計(jì)36學(xué)分。①計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用和課程設(shè)計(jì)模塊,運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行綜合性訓(xùn)練;②通過(guò)工程訓(xùn)練與生產(chǎn)實(shí)習(xí)進(jìn)入高分子材料相關(guān)企業(yè)檢測(cè)、生產(chǎn)崗位,熟練生產(chǎn)設(shè)備與職業(yè)技能、感受企業(yè)文化生活;③在高分子材料創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),畢業(yè)論文環(huán)節(jié)進(jìn)入學(xué)術(shù)課題組,以中高級(jí)職稱教師作為指導(dǎo)教師,參與國(guó)家級(jí),省級(jí)以及企業(yè)工藝改進(jìn)、產(chǎn)品研發(fā)等項(xiàng)目,培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力;④積極開(kāi)展校企聯(lián)合,邀請(qǐng)相關(guān)高分子材料優(yōu)秀企業(yè)的工程師來(lái)校分享企業(yè)生活,開(kāi)展技術(shù)專題報(bào)告。經(jīng)過(guò)多層次、多維度的能力培養(yǎng)及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),學(xué)生能逐步將專業(yè)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,最終轉(zhuǎn)變成牢固的職業(yè)技能,并可以進(jìn)一步提升。
3.3 科技創(chuàng)新教育開(kāi)展
“創(chuàng)新應(yīng)用”型人才培養(yǎng)的最終目標(biāo)是使學(xué)生具備創(chuàng)新能力,具有開(kāi)拓精神,因此,我們開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái),以大學(xué)生挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學(xué)生工業(yè)設(shè)計(jì)大賽、以及各個(gè)教師的國(guó)家省級(jí)科研項(xiàng)目等為依托,鼓勵(lì)學(xué)生參與,在導(dǎo)師的指引下,完成項(xiàng)目應(yīng)用專業(yè)知識(shí),并獲得各種榮譽(yù)或?qū)@?,?jīng)過(guò)此過(guò)程的培訓(xùn),學(xué)生的創(chuàng)新能力會(huì)得到大幅度的提高。
4 結(jié)語(yǔ)
高分子材料與工程專業(yè)“創(chuàng)新應(yīng)用”型人才具有應(yīng)用和創(chuàng)新能力的雙重保障,在職業(yè)發(fā)展上有更大的空間,既符合用人市場(chǎng)對(duì)人才的需求,又符合學(xué)生成長(zhǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。以學(xué)生為本,是高校的發(fā)展之基,也是滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)的需求,應(yīng)用型轉(zhuǎn)變應(yīng)以促進(jìn)學(xué)生能力的培養(yǎng)和行業(yè)對(duì)人才需求之間形成良性循環(huán)為主旨,而我國(guó)地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變?nèi)孕柙谔剿髦胁粩嗲靶小?/p>
參考文獻(xiàn):
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一、 微膠囊壁材的分類
壁材是構(gòu)成囊的外殼。不同的壁材在一定程度上決定著產(chǎn)品的物化性質(zhì)。目前可作為微膠囊壁材材料的物質(zhì)主要有3類:天然高分子材料、半合成高分子材料和全合成高分子化合物。另外,一些無(wú)機(jī)材料也可作為微膠囊壁材的材料。
1.天然高分子材料
用作微膠囊的天然高分子材料主要包括碳水化合物、蛋白質(zhì)類、蠟與脂類物質(zhì)等。
天然高分子材料無(wú)毒或毒性很小、不需大量的有機(jī)溶劑、對(duì)環(huán)境危害小、粘度大、易成膜,但機(jī)械強(qiáng)度差,
2.半合成高分子材料
用作微膠囊殼材料的半合成高分子材料主要是纖維素衍生物。如甲基纖維素、乙基纖維素等,另外還有雙硬脂酸甘油酯、羥基硬脂醇等油類。
半合成高分子材料的特點(diǎn)是毒性較小、粘度大、成鹽后溶解度增大。但由于半合成高分子材料易水解,不適合高溫處理,需在使用時(shí)臨時(shí)配制。
3.全合成高分子材料
常用于微膠囊囊殼材料的全合成高分子材料可分為生物降解和不可生物降解2類,主要包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚酯、聚脲等。
全合成高分子材料特點(diǎn)是成膜性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度大、儲(chǔ)存運(yùn)輸方便、可生物降解或可生物吸收。但需要大量有機(jī)溶劑、成本高,對(duì)環(huán)境危害大,因此要選擇無(wú)毒或低毒、對(duì)原藥溶解性較好的溶劑。
4.無(wú)機(jī)材料
目前大部分微膠囊用無(wú)機(jī)材料包覆的不多,但從生物降解和環(huán)境保護(hù)方面考慮,用無(wú)機(jī)材料對(duì)活性組分進(jìn)行包覆有很大的發(fā)展前景,如碳酸鈣或磷酸鹽等。
二、 微膠囊制備方法分類
微膠囊化的基本步驟:
1) 芯材為分散相,壁材在分散相或連續(xù)相中;
2) 通過(guò)乳化等手段,使芯材以一定的粒度分散在連續(xù)相中;
3) 通過(guò)某一種方法將壁材聚集、沉漬或包覆在已分散的芯材周?chē)?/p>
4) 合成的膜殼是不穩(wěn)定的部分,需利用化學(xué)和物理方法進(jìn)行處理,以期達(dá)到一定的機(jī)械強(qiáng)度。
微膠囊的制備可歸納為物理化學(xué)法、物理機(jī)械法和化學(xué)法。
1.物理化學(xué)法
在液相中進(jìn)行,囊芯物與囊材在一定條件下形成新相出來(lái),故又稱相分離方法。它的步驟大體可分為囊芯物的分散、囊材的加入、囊材的沉積和囊材的固化四個(gè)步驟。相分離方法又分為單凝聚法、油相分離法、改變溫度法、液中干燥法、復(fù)相乳液法。
2.物理機(jī)械法
本法是將固態(tài)或液態(tài)藥物在氣相中進(jìn)行微膠囊化,需要一定的設(shè)備條件。物理機(jī)械法又分為噴霧干燥法、噴霧凝結(jié)法、空氣懸浮法、多孔分離法。
3.化學(xué)法
化學(xué)法是利用在溶液中單體或高分子通過(guò)聚合反應(yīng)或縮合反應(yīng),產(chǎn)生囊膜制成微囊的方法。特點(diǎn)是不加絮凝劑,常先制成W/O型乳濁液,再利用化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)固化。化學(xué)法又分界面聚合法、原位聚合法、輻射交聯(lián)法。
三、 微膠囊在化妝品中的應(yīng)用
微膠囊化可將固體、液體甚至氣體包覆在一個(gè)微小膠囊中,采用此技術(shù)可保持產(chǎn)品性能穩(wěn)定,解決傳統(tǒng)工藝的不足。另外它對(duì)保護(hù)生物活性分子和組織的活性也有較大促進(jìn)作用。很多化妝品中已經(jīng)采用了微膠囊技術(shù),將微膠囊應(yīng)用于化妝品中,其優(yōu)越性主要表現(xiàn)如下:
1.保護(hù)芯材,有效防止外界環(huán)境因素對(duì)芯材的破壞等不良影響。pH值、氧氣、濕度、熱、光和其他物質(zhì)等,提高其穩(wěn)定性。有些物料容易揮發(fā)和氧化,如胡蘿卜素,接觸空氣中的氧氣會(huì)被氧化,采用復(fù)凝聚法制備胡蘿卜素微囊,研究表明胡蘿卜素原料于光照條件下半衰期為6.9天,而胡蘿卜素微囊在相同條件下半衰期為24.8天,胡蘿卜素微囊為原料的3.6倍,將胡蘿卜素制成微囊可增加化妝品的穩(wěn)定性。再如維生素C,性質(zhì)極不穩(wěn)定,分子中含有連烯二醇基[-C(OH)=C(OH)-]的結(jié)構(gòu),具有很強(qiáng)的還原性及內(nèi)酯環(huán)的結(jié)構(gòu)易水解。一方面與空氣接觸自動(dòng)氧化生成脫氫抗壞血酸,脫氫抗壞血酸水解生成2,3-二酮C古羅糖酸,并可進(jìn)一步氧化生成蘇阿塘酸和草酸,從而失去治療作用。另一方面維生素C的水溶液不穩(wěn)定。pH過(guò)高或過(guò)低都能使內(nèi)酪環(huán)水解,并可進(jìn)一步發(fā)生脫羧反應(yīng)而生成糠醛。后者受空氣影響經(jīng)氧化和緊合而呈黃色??諝狻⒐?、熱和重金屬都可以加速本反應(yīng)的發(fā)生。通過(guò)將其制成維生素C微囊達(dá)到解決其不穩(wěn)定的問(wèn)題,同時(shí)達(dá)到控制維生素C的釋放,維持穩(wěn)定它的濃度,用于化妝品中可減少涂抹次數(shù),降低化妝品不良反應(yīng)的目的。
2.隔離不相容組分。微膠囊化成分可與其它組分相隔離。當(dāng)原料中由幾種容易相互起作用的成分組成時(shí),把其中某種成分微囊化后使其互相隔離,阻止成分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng),提高各自的穩(wěn)定性,延長(zhǎng)保質(zhì)期。在配制染發(fā)化妝品時(shí),利用微膠囊這一特性,可將染發(fā)劑與氧化劑兩者之一微膠囊化,即可得到使用方便的一劑染發(fā)化妝品。再如化妝品中經(jīng)常用到的凝露,晶瑩剔透的外觀,內(nèi)通常加有彩色微囊,包裹著油類,既達(dá)到了產(chǎn)品美觀的視覺(jué)感受,又滿足了滋潤(rùn)皮膚的效果。
3.控制釋放,有效地控制芯材的釋放,使芯材效能得到最大限度的發(fā)揮。該微膠囊壁相當(dāng)于一個(gè)半透膜,在一定條件下可允許芯材物質(zhì)透過(guò),以延長(zhǎng)芯材物質(zhì)的作用時(shí)間。如化妝品中具有清涼爽膚作用的薄荷醇。由于它幾乎不溶于水,擴(kuò)散力強(qiáng)、易揮發(fā)而不持久、暴露在空氣中易升華的特點(diǎn),給生產(chǎn)貯運(yùn)帶來(lái)諸多不便,貨架期短。利用微膠囊技術(shù)可以提高它的貯藏穩(wěn)定性、降低揮發(fā)性,從而延長(zhǎng)貨架期,實(shí)現(xiàn)添加產(chǎn)品的控制釋。再如以聚乳酸為囊材制備的茶多酚緩釋微囊,粒徑多在100~200um,最大包封率為49%,該微囊具有緩釋和保護(hù)茶多酚的雙重作用。用于化妝品中既安全又高效。
4.屏蔽味道和氣味,掩蓋芯材的異味。亞麻油由于具有不雅味道難用于好的化妝品,做成微囊后用于化妝品不僅無(wú)味,不易被氧化,而且具有很好的護(hù)膚功效。再如特有色澤和氣味的中草藥液微膠囊化后,配置到化妝品中,可以制得無(wú)色無(wú)味的優(yōu)質(zhì)化妝品。
5.改變芯材的物理和化學(xué)性質(zhì)。將有利于液體或半固體的流質(zhì)體轉(zhuǎn)化為自由流動(dòng)的固體粉末,有利于物料的使用、運(yùn)輸、保存,并可簡(jiǎn)化工藝,防止或延緩了產(chǎn)品劣變的發(fā)生。
6.需要改變物質(zhì)功能的化合物。將疏水性物質(zhì)通過(guò)表面處理,使其具有相反的性質(zhì)。如神經(jīng)酰胺微膠囊化后就可以直接加入水劑產(chǎn)品。
級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
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榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
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榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)