高分子化學芻議

論文類別:理學論文 > 理學相關論文
論文標簽:化學教育論文
論文作者: 張相雷
上傳時間:2010/1/14 15:47:00

  論文關鍵詞:高分子化學 材料 高科技

  論文摘要:高分子化學是研究高分子化合物的合成、化學反應、物理化學、物理、加工成型、應用等方面的一門新興的綜合性學科。那麽,高分子化學具體內容及高分子與生活、高科技的發展關系如何呢?以下作簡單介紹。
  
  
  人類從一開始即與高分子有密切關系,自然界的動植物包括人體本身,就是以高分子為主要成分而構成的,這些高分子早已被用作原料來制造生產工具和生活資料。人類的主要食物如澱粉、蛋白質等,也都是高分子。只是到了工業上大量合成高分子並得到重要應用以後,這些人工合成的化合物,才取得高分子化合物這個名稱。但提到合成高分子材料(聚合物)的應用與發展,人們在想到它們極大地方便我們的生活的同時,很多人會想到“白色汙染”,甚至將水汙染、大氣汙染等各種環境問題的產生怪罪於高分子,這說明他們對高分子並不十分了解。當今社會高分子的功用無處不在,而人們認識高分子時,往往忽略了它帶給人類生活的巨大變化和種種利益,不了解它為人類文明做出的貢獻是巨大的。
  
  一、高分子化學的內涵
  
  1.何為高分子化學
  顧名思義,高分子就是相對分子質量很高的分子,它是高分子化合物的簡稱。高分子化合物,又稱聚合物或高聚物,是結構上由重復單元(低分子化合物—單體)連接而成的高相對分子質量化合物。高分子的相對分子質量非常的大,小到幾千,大到幾百萬、上千萬的都有。我們有時將相對分子質量較低的高分子化合物叫低聚物。高分子化學作為化學的一個分支,同樣也是從事制造和研究分子的科學,但其制造和研究的對象都是大分子,即由若幹個原子按一定規律重復地連接成具有成千上萬甚至上百萬質量的、最大伸直長度可達毫米量級的長鏈分子,稱為高分子、大分子或聚合物。
  2.高相對分子質量與高強度
  相對分子質量和物質的性質是密切相關的,是決定物質性質的一個重要因素。只有相對分子質量高的化合物才有一定的機械力學性能,才能作為材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直鏈的烷烴化合物,但是分子量變化很大,其機械力學性能因而也有極大的區別。
  3.高分子科學的主要內容
  既然高分子化學是制造和研究大分子的科學,對大分子的反應和方法的研究,顯然是高分子化學最基本的研究內容。高分子科學不僅是研究化學問題,也是一門系統的科學。高分子科學的主要內容有:如何將低分子化合物連
  接成高分子化合物,即聚合反應的研究。高分子化合物的結構與性質關系。不同性質的高分子,其結構必然是不同的。為了得到不同性質的高分子,就要去合成具有特殊結構的高分子。
  
  二、高分子材料化學的應用
  
  材料是人類社會文明發展階段的標誌,是人類賴以生存和發展的物質基礎。它是指經過某種加工,具有一定結構、組分和性能,並可應用於一定用途的物質。上世紀半導體矽、高集成芯片、高分子材料的出現和廣泛應用,把人類由工業社會推向信息和知識經濟社會。可以說某一種新材料的問世及其應用,往往會引起人類社會的重大變革,材料是人類文明的重要標誌。如果說現在人人離不開高分子材料,家家離不開高分子材料,處處離不開高分子材料,是一點也不過分的。高分子化合物的最主要的應用是以高分子材料的形式出現的,高分子材料包括了塑料、纖維、橡膠三大傳統合成材料,另外許多精細化工材料也都是高分子材料。
  第一,塑料:一類是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底與泡沫塑料等等;另一類叫工程塑料,其強度大,如汽車零部件、保險杠、洗衣機內的滾筒、電器的外殼等。
  第二,纖維:人們開發出聚酯、尼龍、腈綸、維尼綸等高分子化合物,通過不同的加工,生產出了各種纖維制品,極大地滿足著人類的需要。
  第三,橡膠:天然橡膠的種類和品質都受到很大的限制,於是科學家們不斷開發出了各種人造橡膠,如丁苯橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、矽橡膠等。
  第四,精細化工:比如使得我們的世界變得豐富多彩的各種塗料產品,如家具漆、內外墻乳膠漆、汽車漆、飛機漆等。女孩子用的指甲油,使牙齒變白的增白劑也都是塗料。還有萬能膠、建築用膠、醫用膠、結構膠等黏合劑,以及各種吸水樹脂等都是高分子產品。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com   三、高分子化學與高科技的結合
  
  當今社會,人們將能源、信息和材料並列為新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息發展的物質基礎。自從合成有機高分子材料的那一天起,人們始終在不斷地研究、開發性能更優異、應用更廣泛的新型材料,來滿足計算機、光導纖維、激光、生物工程、海洋工程、空間工程和機械工業等尖端技術發展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發展,出現了許多產量低、價格高、性能優異的新型高分子材料。
  隨著生產和科學技術的發展,許多具有特殊功能的高分子材料也不斷湧現出來,如分離材料、光電材料、磁性材料、生物醫用材料、光敏材料、非線性光學材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活躍的領域,下面簡單介紹特種高分子材料:功能高分子是指當有外部刺激時,能通過化學或物理的方法做出相應反應的高分子材料;高性能高分子則是對外力有特別強的抵抗能力的高分子材料。它們都屬於特種高分子材料的範疇;特種高分子材料是指帶有特殊物理、力學、化學性質和功能的高分子材料,其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料(化學纖維、塑料、橡膠、油漆塗料、粘合劑)的範疇。
  第一,力學功能材料:強化功能材料,如超高強材料、高結晶材料等;)彈性功能材料,如熱塑性彈性體等。
  第二,化學功能材料:分離功能材料,如分離膜、離子交換樹脂、高分子絡合物等;反應功能材料,如高分子催化劑、高分子試劑;生物功能材料,如固定化酶、生物反應器等。
  第三,生物化學功能材料:人工臟器用材料,如人工腎、人工心肺等;高分子藥物,如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物、高分子農藥等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。
  可以預計,在今後很長的歷史時期中,特種與功能高分子材料研究將代表了高分子材料發展的主要方向。
  
  四、高分子化學的可持續發展
  
  研究高分子合成材料的環境同化,增加循環使用和再生使用,減少對環境的汙染乃至用高分子合成材料治理環境汙染,也是21世紀中高分子材料能否得到長足發展的關鍵問題之一。比如利用植物或微生物進行有實用價值的高分子的合成,在環境友好的水或二氧化碳等化學介質中進行化學合成,探索用前面提到的化學或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子來處理汙水和毒物,研究合成高分子與生態的相互作用,達到高分子材料與生態環境的和諧等。顯然這些都是屬於21世紀應當開展的綠色化學過程和材料的研究範疇。
  
  

參考文獻


  [1]馮新德.展望21世紀的高分子化學與工業[J]. 科學中國人,1997,(11)
  [2]王守德,劉福田,程新.智能材料及其應用進展[J]. 濟南大學學報(自然科學版,2002,(01). 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
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