功能高分子材料的應(yīng)用及發(fā)展前景

郝麗娜　李瑩瑩

關(guān)鍵詞：功能高分子;電子工業(yè);生物醫(yī)用;化學(xué)工業(yè)

功能高分子材料源于20世紀(jì)60年代末期，通過在高分子上修飾反應(yīng)基團(tuán)，使其具有化學(xué)反應(yīng)活性、催化活性、導(dǎo)電性及生物相容性等特殊功能[1]。相較于傳統(tǒng)高分子材料，功能高分子材料不僅具備理化特性，還因經(jīng)修飾的特殊基團(tuán)而具有其他特殊性能，備受矚目。當(dāng)今研究的熱點(diǎn)主要是功能高分子的性能與其結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，通過不斷研究開發(fā)功能高分子的新型結(jié)構(gòu)及合成方法，篩選出具有更多功能的新興功能高分子，拓寬功能高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著科技的進(jìn)步，功能高分子材料領(lǐng)域正進(jìn)行創(chuàng)新和發(fā)展以服務(wù)社會(huì)。

1 功能高分子材料的分類

功能高分子材料兼具傳統(tǒng)高分子材料的性能和特殊修飾基團(tuán)帶來的特性，按功能特性可以分為具有反應(yīng)型、光、電、生物醫(yī)用、環(huán)境降解、形狀記憶、吸附分離、液晶、導(dǎo)熱等功能的高分子材料，按照結(jié)構(gòu)可以分為主鏈型、側(cè)鏈型和接合型3種[2]。

1.1 反應(yīng)型功能高分子材料

反應(yīng)型功能高分子材料通過將反應(yīng)活性中心或催化性中心接枝到高分子鏈上，達(dá)到將小分子試劑或催化劑高分子化的目的，主要包括高分子催化劑和高分子試劑等。

1.2 光功能高分子材料

光功能高分子材料具有將光吸收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換的能力，主要包括光敏涂料、熒光劑、光轉(zhuǎn)化材料、光致變色材料和光導(dǎo)材料等。

1.3 電功能高分子材料

電功能高分子材料主要依靠自身提供的導(dǎo)電載流子導(dǎo)電或者通過添加炭黑、金屬粉、箔等實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，主要包括聚乙炔、線型聚苯以及各類導(dǎo)電塑料、橡膠、涂料和薄膜等。

1.4 生物醫(yī)用功能高分子材料

生物醫(yī)用功能高分子材料主要用于診療疾病，還可以充當(dāng)生物體組織器官的替代品或者起到輔助作用的材料，主要應(yīng)用于人工器官、藥物釋放、生物組織工程等領(lǐng)域[3]。

1.5 環(huán)境降解功能高分子材料

環(huán)境降解功能高分子材料是指通過一定手段可以降解的高分子材料，主要包括光降解和生物降解兩大類，被廣泛應(yīng)用于生物工程和醫(yī)用降解高分子材料等學(xué)科領(lǐng)域。

1.6 形狀記憶功能高分子材料

形狀記憶功能高分子材料是指改變并固定形狀后，通過改變外界條件（溫度、pH、電場力等）能恢復(fù)初始形狀的材料，主要有熱感、電感、光感和化學(xué)感應(yīng)型，被廣泛應(yīng)用于包裝、建筑等行業(yè)。

1.7 吸附分離功能高分子材料

吸附分離功能高分子材料是具有吸附功能的高分子材料，主要有離子交換樹脂和吸附樹脂等。

1.8 液晶功能高分子材料

液晶功能高分子材料主要來自纖維基體和樹脂基體的宏觀復(fù)合，液晶高分子材料強(qiáng)度較高、熱脹系數(shù)較小、電光學(xué)性質(zhì)較好，主要用于制作液晶顯示、復(fù)合材料，在電子工業(yè)有廣泛的應(yīng)用[4]。

1.9 導(dǎo)熱功能高分子材料

導(dǎo)熱功能高分子材料是指具有良好導(dǎo)熱性能的高分子材料，主要有高導(dǎo)熱絕緣膠黏劑等。

2 功能高分子材料的應(yīng)用

功能高分子材料由于功能較多，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。因此，功能高分子材料近年來逐漸朝著多功能化方向發(fā)展，電磁材料、導(dǎo)電材料、光熱材料等相繼出現(xiàn)。

反應(yīng)型功能高分子材料主要應(yīng)用于化學(xué)合成和化學(xué)反應(yīng)，特點(diǎn)是具有高反應(yīng)活性、高選擇性和專一性。光功能高分子材料只有交聯(lián)光和分解光的功能，在受到物理作用和化學(xué)作用的情況下，會(huì)表現(xiàn)出與光相同的特性，如光穩(wěn)定劑、光敏涂料、熒光劑、光轉(zhuǎn)化材料、光致變色材料和光導(dǎo)材料，主要應(yīng)用于光導(dǎo)纖維、太陽能、集成電路和光電池等，在電子工業(yè)領(lǐng)域以及太陽能的開發(fā)利用等方面得到了廣泛的應(yīng)用。電功能高分子材料被廣泛用于生產(chǎn)特殊用途的電池，例如電子器件以及敏感器件等。生物醫(yī)用功能高分子材料在生物體出現(xiàn)生理系統(tǒng)疾病時(shí)，可以對(duì)疾病起到診斷及治療的作用，有效促進(jìn)生物體功能的恢復(fù)，不僅能對(duì)局部組織和器官起到再生作用，還能減輕痛苦、延長病人壽命，提高病人的生活質(zhì)量。

近年來，高分子材料的發(fā)展非常迅速，應(yīng)用也日益廣泛，但在自然環(huán)境中很難分解，造成了大量白色污染。因此，發(fā)展可降解高分子材料成為必然趨勢。環(huán)境降解功能高分子材料在食品包裝盒、醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。形狀記憶功能高分子材料具有質(zhì)量小、形變量大、成型容易等優(yōu)點(diǎn)，被用于醫(yī)療、包裝、建筑等領(lǐng)域。離子交換樹脂作為代表，在化學(xué)工程、環(huán)境工程中是常用的吸附分離材料，高吸水性樹脂還能吸收大量的水，可用作農(nóng)業(yè)、園林、苗木移植用保水劑。得益于電器行業(yè)的迅猛發(fā)展，液晶功能高分子材料近年來發(fā)展勢頭迅猛，遠(yuǎn)超通信業(yè)、工業(yè)及運(yùn)輸業(yè)，主要用于制作光纜結(jié)構(gòu)件、機(jī)械手、復(fù)合材料、功能件、泵/閥門組件、接插件、繼電器、模塑印刷電路板等，顯著促進(jìn)了液晶功能高分子材料及其他高新科技的發(fā)展。導(dǎo)熱功能高分子材料應(yīng)用廣泛，在航空航天、日化領(lǐng)域均有涉及。

在生物醫(yī)用中，功能高分子材料（如反應(yīng)型、生物醫(yī)用和環(huán)境降解型功能高分子材料）的應(yīng)用較為廣泛，包括人工器官、藥物釋放、生物組織工程等領(lǐng)域。生物相容性較好的功能高分子材料在器官移植領(lǐng)域貢獻(xiàn)突出，如我國自主研發(fā)的高分子材料髖關(guān)節(jié)，排異反應(yīng)小、相容性好，病患受益顯著。生物醫(yī)用中較為常見的還有醫(yī)用塑料等，在醫(yī)療器械中作為原材料占比超過15%。

在化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)中，離子交換樹脂、大孔吸附樹脂等有機(jī)活性材料和其他特殊功能的高分子材料早已被廣泛應(yīng)用，高分子酶將現(xiàn)階段人們普遍使用的高溫、低壓反應(yīng)轉(zhuǎn)化為常溫、低壓的反應(yīng)，為我國的化學(xué)工業(yè)發(fā)展帶來一次質(zhì)的飛躍。高效率的高分子分離膜給化工制造打下了良好的基礎(chǔ)。功能高分子材料還可以通過制備相關(guān)傳感裝置優(yōu)化工業(yè)的自動(dòng)化控制，表明化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域是功能高分子材料充分應(yīng)用的重要場所之一。

在電子工業(yè)領(lǐng)域，功能高分子材料在集成電路制造和有機(jī)電子器件制作中均有應(yīng)用。例如光敏抗蝕劑與光敏膠可用于集成電路的制造，隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)其性能提出了更高的要求。其中，感光樹脂能起到很好的抗腐蝕作用，用化學(xué)腐蝕法去除和保留半導(dǎo)體氧化層功效顯著。

在信息領(lǐng)域，信息儲(chǔ)存介質(zhì)可以用液晶高分子材料制作，現(xiàn)階段研究的主要內(nèi)容是以熱熔型側(cè)鍵液晶聚合物為材料制作信息存儲(chǔ)介質(zhì)。相較于光盤存儲(chǔ)，其可靠性高、質(zhì)地堅(jiān)硬，可作為重要數(shù)據(jù)的長久存儲(chǔ)方式。同時(shí)，高分子液晶在電子工業(yè)領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。

3 功能高分子材料的發(fā)展前景

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，功能高分子材料的研究不斷深入。國內(nèi)外都開始對(duì)新型有機(jī)功能高分子材料展開深入的開發(fā)和研究，不僅給人們的生活帶來了一定便利，還推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。目前，我國高分子材料相關(guān)研究內(nèi)容主要體現(xiàn)為材料的安全性、對(duì)組織和血液的相容性、生物學(xué)性能，提高了力學(xué)、機(jī)械、物理等性能。功能高分子材料不局限于此，朝著綠色化、智能化、多功能化和高性能化方向發(fā)展[5]。

（1）功能高分子材料的綠色化。高分子材料由于自身特性，很難被自然界降解，造成的污染日益嚴(yán)重，這也嚴(yán)重制約了高分子材料的發(fā)展。功能高分子材料的綠色化使其能被自然界降解或者通過其他方式降解，有助于社會(huì)和諧發(fā)展、保護(hù)綠水青山、建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)。

（2）功能高分子材料的智能化。21世紀(jì)是信息的世紀(jì)，也是智能的世紀(jì)，智能化已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)，利用功能高分子材料存儲(chǔ)、傳遞、處理信息的功能，是功能高分子材料研究的重要方向，一旦取得突破，將帶來高分子智能材料領(lǐng)域和人工智能領(lǐng)域的飛躍式發(fā)展。

（3）功能高分子材料的多功能化。功能高分子材料增強(qiáng)了高分子材料的原有功能，實(shí)現(xiàn)更多方向的應(yīng)用是多功能化的目的，同時(shí)有利于拓寬功能高分子材料的發(fā)展空間。隨著科技的發(fā)展，兼有數(shù)種功能的高分子材料一定會(huì)被研發(fā)出來。

（4）功能高分子材料的高性能化。功能高分子材料的特性在于理化性質(zhì)，增強(qiáng)理化特性是功能高分子材料的重要發(fā)展方向之一。例如對(duì)其進(jìn)行耐腐蝕、耐高溫、抗老化等方面的研究，在航空航天、電子工業(yè)、汽車交通、家電等領(lǐng)域具有重要意義。

除上述4個(gè)方面外，在應(yīng)用傳統(tǒng)材料的基礎(chǔ)上，有學(xué)者開發(fā)出具有特殊功能的高分子材料，如具有隱身功能的高分子材料、具有生物相容性的高分子材料等，不僅具有科學(xué)意義，還具有戰(zhàn)略意義。還有學(xué)者研發(fā)了智能高分子水凝膠，被廣泛應(yīng)用于傳感器、驅(qū)動(dòng)器、藥物載體和生物催化等領(lǐng)域。

4 結(jié)語

主要介紹了功能高分子材料的分類，在此基礎(chǔ)上對(duì)其應(yīng)用和發(fā)展前景進(jìn)行簡要闡述。功能高分子材料種類繁多、應(yīng)用廣泛、前景廣闊。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，功能高分子材料不斷進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域也從材料領(lǐng)域拓展到化工、電子、航天、交通、醫(yī)學(xué)、信息等領(lǐng)域。功能高分子材料優(yōu)異的性能可帶來各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，甚至實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，在各行業(yè)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推動(dòng)新產(chǎn)品面市。功能高分子材料的發(fā)展將推動(dòng)我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在激烈的競爭中，為中國科技帶來新的發(fā)展機(jī)遇。我國對(duì)功能高分子材料的研究起步晚，但是隨著綜合國力的提升、科技的進(jìn)步，在此領(lǐng)域也取得了不少成果，但是不應(yīng)固步自封，而要對(duì)各類高分子材料進(jìn)行改進(jìn)和完善，加大投入力度，促進(jìn)我國各領(lǐng)域穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。功能高分子科學(xué)的發(fā)展是必然的，應(yīng)順應(yīng)形勢，認(rèn)識(shí)到發(fā)展的必然性，適應(yīng)客觀需求，在此基礎(chǔ)上做好科學(xué)的規(guī)劃，促進(jìn)我國功能高分子材料領(lǐng)域的發(fā)展。