我國功能高分子材料發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用分析

王若新

（池州學(xué)院，安徽池州 247000）

隨著我國工業(yè)體系的逐漸成熟和發(fā)展，對(duì)功能高分子材料的應(yīng)用也呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。與此同時(shí)，人們對(duì)功能高分子材料的性能與質(zhì)量也提出了更高的要求。因此，有必要對(duì)功能高分子材料的結(jié)構(gòu)和性能開展深入研究，以提升其實(shí)際應(yīng)用所能發(fā)揮的效能，為國民經(jīng)濟(jì)增長與人們生活質(zhì)量提高發(fā)揮價(jià)值。

1 功能高分子材料概述

1.1 功能高分子材料的內(nèi)涵

高分子材料指的是由結(jié)構(gòu)單元或單體通過共價(jià)鍵連接所構(gòu)成的，具有多個(gè)重復(fù)單元的大分子材料，具有密度低、比強(qiáng)度大、耐腐蝕、易于加工的特點(diǎn)。部分高分子聚合物，具有與常規(guī)聚合物差異顯著的、可在工業(yè)中應(yīng)用的物理或化學(xué)性能，例如感光性、吸附性、導(dǎo)電性、細(xì)胞相容性、組織相容性等，此類高聚物材料即為功能高分子材料。

1.2 功能高分子材料結(jié)構(gòu)與性能

功能高分子材料可以表現(xiàn)出與其他高聚物不同特性的主要原因，在于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊性。具體說來，就是因?yàn)槠渲麈溁騻?cè)鏈上具有某種功能性基團(tuán)，此類基團(tuán)的存在導(dǎo)致高分子鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)、構(gòu)象以及在聚集時(shí)的高級(jí)結(jié)構(gòu)與一般聚合物不同。具體說來，根據(jù)起到顯著功能的基團(tuán)所在的位置，功能高分子材料的結(jié)構(gòu)類型可分為如下三種：

第一，主鏈型。這類功能高分子材料其主鏈本身具有強(qiáng)大的功能作用。例如，聚乙炔的構(gòu)成元素為C 和H，其中C原子的最外層電子共有4個(gè)，主鏈上的C 原子通過1個(gè)電子與另1個(gè)碳原子構(gòu)成單鍵，通過2個(gè)電子與反向的碳原子構(gòu)成雙鍵結(jié)構(gòu)，剩下的1個(gè)電子與H 原子相結(jié)合。這種單雙鍵交替的結(jié)構(gòu)，使其表現(xiàn)出了電子容易流動(dòng)的特性。通過加入其他元素，可制成導(dǎo)電性良好的塑料制品。

第二，側(cè)鏈型。即起到主要功能的基團(tuán)所處的位置是高分子鏈的一側(cè)。例如，生活中常見的高吸水性樹脂，其主鏈為苯乙烯，側(cè)鏈含有羧基與羥基，二者均屬于強(qiáng)親水基團(tuán)，從而使得高分子材料表現(xiàn)出親水和保水的功能。

第三，接合型。就是功能聚合物的特定功能，是通過將高聚物與其他類型的材料結(jié)合起來體現(xiàn)的。例如，將功能高分子材料與半導(dǎo)體結(jié)合，可形成電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而將其用于傳感材料的制作。

2 我國功能高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀

高分子材料概念的提出最早可追溯至二十世紀(jì)二十年代，但在“高分子”這一概念提出之前，就有了對(duì)此類材料的實(shí)際應(yīng)用。到了二十世紀(jì)六十年代末，有研究者提出了有機(jī)硅聚合物生物材料，即通過給高分子材料引入特殊的基團(tuán)，使其具有特定的功能，自此功能高分子材料成為相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者和工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)所關(guān)注的熱門方向。我國在該領(lǐng)域的研究開始滯后于歐洲、美國、日本等發(fā)達(dá)國家，但發(fā)展迅速，不同類型的功能高分子材料現(xiàn)已在能源、生物、電子信息、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，對(duì)人們的生活產(chǎn)生了巨大的影響。根據(jù)功能高分子材料的功能特性，可將其分為四種類型：其一，電磁功能高分子材料，此類高分子材料在特定條件下將發(fā)生導(dǎo)電性的改變。例如，早在二十世紀(jì)八十年代末，我國魏同貞等成功研制了塑料電池；在國家大力推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的今天，全塑料電池與全樹脂電池成為研究的焦點(diǎn)。其二，具有分離或化學(xué)功能的高分子材料。此類高分子材料可通過選擇性過濾或吸附完成對(duì)特定物質(zhì)的分離。其三，光功能高分子材料，即在光的作用下可表現(xiàn)出特殊的物理或化學(xué)性質(zhì)的高分子材料。以光刻膠為例，截至2014年，我國光刻膠市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到70億美元左右，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移提供了重要的助力。其四，生物醫(yī)用高分子材料，此類材料通常具有細(xì)胞相容性、血液相容性或組織相容性等，可用于制作醫(yī)療材料。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，功能性高分子材料在生產(chǎn)、生活中的價(jià)值已取得了廣泛的認(rèn)可，隨著新興產(chǎn)業(yè)與新技術(shù)的發(fā)展，相信功能性高分子材料也將得到進(jìn)一步的發(fā)展。

3 功能高分子材料在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 功能高分子材料在電子工業(yè)中的應(yīng)用

在電子工業(yè)中應(yīng)用較多的功能高分子材料通常為電磁功能材料或光功能高分子材料，在集成電路制造、有機(jī)電子器件制造和信息存儲(chǔ)介質(zhì)制造中發(fā)揮了重要的價(jià)值。在集成電路制造過程中，在去除部分半導(dǎo)體外的保護(hù)層的同時(shí)，還需要保留部分氧化層。在工業(yè)生產(chǎn)中，往往通過化學(xué)腐蝕法完成這一操作。為避免化學(xué)溶劑對(duì)保留部分構(gòu)成腐蝕，可在整個(gè)半導(dǎo)體氧化層外涂一層感光樹脂，該材料在未經(jīng)光照的情況下易于溶解，經(jīng)過光照后溶解性逐漸降低。對(duì)于需要保留氧化層的區(qū)域，可利用照相法對(duì)其處理，之后再進(jìn)行化學(xué)腐蝕。在有機(jī)分子晶體二極管及雙極結(jié)構(gòu)晶體管等有機(jī)電子器件的制造中，可應(yīng)用功能高分子材料導(dǎo)電性能的差異化，在微型電極表中進(jìn)行多次復(fù)合。熱熔型側(cè)鍵液晶聚合物可用于制作信息存儲(chǔ)介質(zhì)，且其可靠性高，可用于長期存儲(chǔ)。

3.2 功能高分子材料在荒漠化治理中的應(yīng)用

我國南北地區(qū)的自然條件差異巨大，水資源分布不均衡，西北地區(qū)廣泛存在著土壤含水性差、植被成活率低的問題，很多地區(qū)已呈現(xiàn)出沙漠化特征，不但導(dǎo)致土地出產(chǎn)效益的降低，同時(shí)還面臨著風(fēng)沙危害。面對(duì)這一情況，在防沙治沙、恢復(fù)植被中充分利用功能高分子材料，有助于土地荒漠化的問題得以改善。一方面，可以將高吸水性聚合物與微量元素、化學(xué)肥料等一起拌土，改善土地質(zhì)量，使之適合植被的生長；另一方面，還可以將一定濃度的土壤保墑劑噴涂在種植了綠化植被的土壤表層，從而形成一層薄膜，有效阻滯土壤中水分蒸發(fā)的同時(shí)，不影響土壤中氣體的交換。此外，對(duì)于一些干旱、半干旱地區(qū)，還可以采用固體水的方式，為植物提供長效水源。所謂固體水，就是利用高聚物將水轉(zhuǎn)化為不流動(dòng)、不揮發(fā)的固態(tài)束縛水。將其放入土壤中后，將在微生物的作用下緩慢降解，為植株提供支持2～3個(gè)月生長的水源，從而極大提高干旱、半干旱地區(qū)植物的成活率。

3.3 功能高分子材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

在生物醫(yī)學(xué)中對(duì)功能高分子材料的應(yīng)用主要包括三種情況，即人體器官、醫(yī)用塑料和藥用高分子。部分功能高分子材料由于生物相容性好，排異反應(yīng)小，可用于制作移植器官。此類高分子材料在實(shí)踐中將植入人體，替代原有的器官，在人類的生命活動(dòng)中發(fā)揮一定的價(jià)值。截至目前，我國研制的高分子材料髖關(guān)節(jié)已在臨床上被證實(shí)有效，且排異作用較小，組織相容性好。在多種癌癥治療中，都用到了靶向藥，而功能高分子材料本身具有一定的選擇性，將其與藥品結(jié)合，可用于制造具有靶向作用的新型高分子藥物，從而更加準(zhǔn)確地清除病灶。醫(yī)用塑料當(dāng)前已較為常見，全部醫(yī)療器械中15%以上的原材料都是醫(yī)用塑料。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代生活中，功能高分子材料在生產(chǎn)、生活的方方面面都發(fā)揮著重要的價(jià)值。在信息科技高速發(fā)展的今天，可預(yù)期到功能高分子材料將發(fā)揮出更大的價(jià)值。然而，盡管該領(lǐng)域已取得了眾多的成果，還應(yīng)注意到，對(duì)于功能高分子材料性能的挖掘還未終結(jié)，應(yīng)在把握一般高聚物與功能高分子材料之間內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，提升功能高分子材料的功能與性能，為材料科學(xué)的探索和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供更大的支持。