有机高分子材料的应用篇1
无机高分子矿物聚合物材料，是近年来在国际上兴起的一种新型无机非金属材料，因其结构类似天然矿物沸石，即以多种非晶质至半晶质铝硅酸盐凝胶成分的化学键陶瓷材料，也有人称为矿物聚合物或地质聚合物。
目前研究的无机高分子矿物材料已达到主要性能指标，在各方面均优于水泥和玻璃，而与传统陶瓷接近，有些声、光、电、耐腐蚀及耐高温性能上更超过金属和有机高分子材料。其生产能耗仅为陶瓷的1/20、钢材的1/70、塑料的1/150。
无机高分子矿物聚合反应理化性能
无机高分子矿物(涂料/胶粘剂)材料化学组成为铝硅酸盐，具有有机高聚物的链接结构，但其基本相呈非晶质或半晶质相，具有硅氧四面体和铝氧四面体随机分布的三维网络结构，碱金属或碱金属离子分布于网络空隙之间以平衡电价。网络的基本结构单元为铝硅氧链(-Si-o-al-o-)、硅铝氧链(-Si-o-al-o-Si-o-)和硅铝二硅氧链(-Si-o-al-o-Si-o-Si-o-)等。正是由于该矿物材料具有类似有机聚合物的链状结构，且能够与矿物颗粒表面的硅氧四面体和铝氧四面体通过脱羟基作用形成化学键，因而具有无机化合物和有机化合物共同特点。
1．高强、耐高温、快硬
这是无机高分子矿物聚合物材料主要特色。矿物材料本身是氧化物网络结构体系，在1000℃～1200℃之间不氧化、不分解；另一方面，密实的氧化物网络体系可以隔绝空气，保护内部物质不被氧化。经复合改性后，材料的抗压、抗拉、抗弯曲强度都是普通水泥基材的10倍以上，同时高温性能好、不燃、隔热、保温(导热系数:0.24～0.38w/m.k)、没有毒性气体释放。最具代表性的是利用碳纤维改性无机高分子矿物聚合物材料制得的复合材料。该材料在1000℃下不氧化，在815℃时抗弯强度仍有245mpa，而密度只有1.85g/cm3，比水泥(～2.3g/cm3)、铝(2.7g/cm3)、钢(7.8g/cm3)小很多;碳纤维改性无机高分子矿物聚合物材料制得的复合材料在900℃下，抗压强度仍达40mpa。相比下，水泥在400℃下强度仅剩15～25mpa，在570℃下强度为零。有机聚合物及其纤维增强材料由于其可燃性。无机矿物聚合反应过程中，溶胶的形成和脱水反应速度比较快，网络骨架比较容易形成，另外微波、加热、干燥对反应都有促进作用,因此可快速制得高强度制品。
无机高分子矿物聚合物材料与其材料性能比较
2．耐久性优良
无机高分子矿物材料优良性能一方面源于其稳定网络结构,另一方面是因为可以完成避免普通水泥因金属离子迁移与骨料反应而引起的碱集料反应,没有膨胀(普通硅酸盐水泥混凝土在200天后因碱集料反应而膨胀,是极大的安全隐患,因而经受自然破坏的能力很强。
3．功能性多样
硅元素存在稳定的+4价态,因此无机高分子矿物材料中的硅氧四面体显电中性;铝氧四面体中的铝元素是+3价态,但却与四个氧原子结合成键,因此铝氧四面体显电负性,需要吸收体系中的正离子来平衡电荷,总的结果使体系显电中性。铝离子的这一行为以及无机高分子矿物沸石材料本身的结构特点,使得该种材料具备多种功能性。
4．固定金属离子
无机高分子矿物材料的结构是由环状分子链构成的“类晶体”纳米笼结构。环状分子之间结合形成密闭的空腔(笼状),可把金属离子和其他毒性物质分割包围在空腔内;同时骨架中的铝离子也能吸附金属离子;故而金属离子还参与了无机高分子矿物材料结构的形成,因此可以更有效地固定体系中的金属离子。
无机高分子矿物材料聚合后形成网络状的硅铝酸盐结构，其聚合有毒离子的机理见下图：
5．热膨胀系数(Cte)可调
无机高分子矿物聚合物材料的Si/al在2～20内变动时,其膨胀系数在4×106/℃～25×106/℃内变化。因此在与陶瓷(Cte:3×106/℃)、钢(Cte:11×106/℃)、铜(Cte:6×10-6/℃)、铝(Cte:24×10-6/℃)等复合时,可以通过控制无机高分子矿物体系中Si的含量来协调基质与填充物的热膨胀系数,降低因热膨胀系数不一致而产生的内应力,从而提高复合材料的使用寿命。
6．耐酸碱腐蚀性优良
此类材料在有机溶液、碱性溶液和盐水中很稳定，在浓硫酸中较稳定(HF酸除外)，在浓盐酸中稳定性差。
7．可回收再利用
由前述无机高分子矿物聚合物反应机理可以知道,无机聚合反应过程是由铝硅酸之间的脱水反应,这个反应在强碱性条件下是可逆的;另一方面,原料变成产物,除了脱水外没有损失其他的物质。当然,无机高分子矿物聚合物材料也有其缺点。与高分子材料相比,它的脆性较大。
8．原材料来源广，成本低廉
生产原料中的铝硅酸盐可采用各种硅铝质矿物和工业固体废料，如高岭土、沸石、粉煤灰、火山灰、石英砂、活性铝土矿和建筑废弃物等。
无机高分子矿物聚合物材料应用领域
无机高分子矿物聚合物材料的原材料丰富，以粘土、工业废渣或矿渣为主要原料，其生产成本低，能耗小，无污染，是环保型可持续发展材料。可使用在航空、航天、冶金、矿山、化工、建材和环保等多领域。
1．汽车、航空工业
2．塑料、冶金工业领域
3．土木工程、交通工程及各种抢修工程
有机高分子材料的应用篇2
关键词：有机半导体材料应用
1、前言
半导体材料是在室温下导电性介于导电材料和绝缘材料之间的一类功能材料。靠电子和空穴两种载流子实现导电，室温时电导率一般在105～107欧·米之间[1]。有机半导体材料的系统研究始于20世纪60年代，并且在近几十年来取得长足进步，2000年度诺贝尔化学奖授予白川英树等三位从事导电聚合物研究的科学家，这标志着有机半导体材料科学已经进入新的发展阶段[3]。
有机半导体材料与传统的无机半导体材料相比有一定的相似性，它们在电导率、载流子迁移率[4]和能隙等方面存在着较多的类似点，应用领域[5]也有一定的相似性。但是有机半导体材料又具有许多不同于无机半导体材料的新特点，有机半导体材料具有质量轻、柔韧易加工性、可低温大面积成膜等特点，将低成本的有机半导体材料用于微电子及光电子器件的研究近年来受到高度重视。近几年来建立起来的超快光谱技术和超微结构表征方法为研究有机半导体的激发态提供了手段，使有机半导体激发态性质、激发态结构[6]的基础研究和应用研究迅速发展。成为目前国际上最活跃的研究领域之一。
2、常见的有机半导体材料
已知的有机半导体[7]有几十种，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等。有机半导体器件[8]对所有有机半导体材料有两点要求[9]：（1）高迁移率，以保证器件的开关速度；（2）低本征电导率，尽可能地降低器件漏电流，从而提高器件的开关比。
2.2有机半导体材料分类
2.2.1根据载流子传输类型划分
根据载流子传输类型[10～11]来划分半导体材料，无机半导体材料和有机半导体材料的划分标准是不同的。对无机半导体材料而言，它的n、p型主要取决于半导体中密度占优势的载流子类型，这是因为载流子是通过离域带（导带或价带）来传输的。因而，电子占多数的半导体为n型材料，空穴占多数则为p型材料。而对于有机半导体来说，对半导体类型的定义只能根据载流子输运能力大小来划分，这是因为有机半导体内部电子与空穴密度不存在明显差别，而且载流子是通过定域传输的，因而若一种有机半导体对电子输运能力“明显”优于对空穴的输运能力，则定义这种半导体为n型材料，反之则为p型材料。另外，如果对空穴和电子的传输能力相当，则把这种有机半导体材料称之为双极型材料。通常在有机半导体领域中也称n型有机半导体为电子传输材料，p型有机半导体为空穴传输材料。
2.2.1.1p—型有机半导体材料
p型高聚物典型代表为烷基取代的聚噻吩，如典型的p型高聚物为区域规整聚32烷基噻吩能形成高度三维有序的聚合物分子链，但其场效应行为强烈地依赖于成膜所使用的溶剂。p型低聚物以噻吩及其衍生物为代表。实际上，历史上第一个制备出的oFet就是采用低聚噻吩为场效应材料。低聚物分子[12]由于可通过灵活改变分子链长度和引入官能团来调节分子轨道能级，因而在oFet中占重要地位。p型有机小分子[13]则拥有聚合物无法比拟的优点，如易于提纯，分子间的平面结构则大大降低了分子间的势垒，从而有利于载流子高速迁移；又因为其成膜工艺多，制备的半导体薄膜质量较好，目前部分有机半导体，如并五苯等已能制备成单晶，这大大提高了载流子场效应迁移率，拓展了oFet的应用空间。典型的p型有机小分子通常有并五苯、酚箐类化合物、苝、红荧烯等。
有机半导体材料中以p型有机半导体材料[14]为主，因此p型场效应材料研究进展比较迅速，种类也较多。另外，p型有机半导体材料的载流子迁移率和开关比，采用真空成膜的oFet性能大多比较优良。如单晶并五苯的oFet性能最好，大大超过了其它oFet性能，也大大超过了非晶硅薄膜晶体管。
2.2.1.2n—型有机半导体材料
1990年第一个n—沟道oFet被报道，它采用双酞菁镥为场效应材料[15]，其器件性能一般，载流子迁移率为2×10—4cm2v—1·s—1（典型载流子迁移率约为1cm2·v—1·s—1）。n—型有机半导体化合物对氧和湿度较敏感，从而造成场效应迁移率低和晶体管工作性能不稳定，因此n型有机场效应材料在数目上大大少于p型有机场效应材料。
为提高n型场效应材料[16]的稳定性和场效应迁移率，通常可通过调节其电子亲合能，如引入强吸电子基团—Cn、—no2或—F等来降低其LUmo能级，使得电子的注入和运输成为可能，这是目前获得高效n—沟道半导体材料的主要途径，或在其表面加一钝化层或完全包裹封装来实现。由于n型半导体材料较少、稳定性达不到要求，但它又是双极晶体管的重要组成部分，因而对稳定的高性能的n型场效应材料的研制是具有非常重要意义的。
同样地，n型场效应材料也分为高聚物、低聚物和有机小分子三类。目前，n型高聚物半导体材料不是很多。通过离子注入对ppV（聚乙烯）进行掺杂后，可以得到优良的工作性能和加工性能的n—沟道有机半导体材料。直到2000年采用蒸镀制膜，得到并五苯oFet的μe达到2.4cm2/（V·s），ion/ioff达到108，分子晶体管的实现为晶体管微型化、大规模集成和超大规模集成奠定了坚实的基础。器件[17]的稳定性也有了很大提高，其中单晶二萘嵌苯的oFet性能最好，也超过非晶薄膜晶体管的载流子迁移率。
2.2.1.3双极型材料
有机高分子材料的应用篇3
关键词:高分子材料化学分子
中图分类号:U465.4文献标识码:a
高分子材料:macromolecularmaterial,以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料,高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。
一、按特性分析高分子材料
高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。
①橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小,分子链柔性好,在外力作用下可产生较大形变,除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。
②高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料,经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高,一般为结晶聚合物。
③塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分,再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料;按用途又分为通用塑料和工程塑料。
④高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。
⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质,添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同,分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体,添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点,并可根据需要进行材料设计。
二、现代新型高分子材料
高分子材料包括塑料,尽管高分子材料因普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展,但目前业已大规模生产的还是只能寻常条件下使用的高分子物质,即所谓的通用高分子,它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点。而现代工程技术的发展,则向高分子材料提出了更高的要求,因而推动了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,这样就出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
1.高分子分离膜
高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。采用这样的半透性薄膜,以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力,使气体混合物、液体混合物或有机物、无机物的溶液等分离技术相比,具有省能、高效和洁净等特点,因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。膜分离过程主要有反渗透、超滤、微滤、电渗析、压渗析、气体分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离、渗透汽化和液膜分离等。用来制备分离膜的高分子材料有许多种类。现在用的较多的是聚枫、聚烯烃、纤维素脂类和有机硅等。膜的形式也有多种,一般用的是平膜和空中纤维。推广应用高分子分离膜能获得巨大的经济效益和社会效益。例如,利用离子交换膜电解食盐可减少污染、节约能源:利用反渗透进行海水淡化和脱盐、要比其它方法消耗的能量都小;利用气体分离膜从空气中富集氧可大大提高氧气回收率等。
2.高分子磁性材料
高分子磁性材料,是人类在不断开拓磁与高分子聚合物的新应用领域的同时,而赋予磁与高分子的传统应用以新的涵义和内容的材料之一。早期磁性材料源于天然磁石,以后才利用磁铁矿(铁氧体)烧结或铸造成磁性体,现在工业常用的磁性材料有三种,即铁氧体磁铁、稀土类磁铁和铝镍钴合金磁铁等。它们的缺点是既硬且脆,加工性差。为了克服这些缺陷,将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的高分子磁性材料便应运而生了。这样制成的复合型高分子磁性材料,因具有比重轻、容易加工成尺寸精度高和复杂形状的制品,还能与其它元件一体成型等特点。
3.光功能高分子材料
光功能高分子材料,是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料。目前,这一类材料已有很多,主要包括光导材料、光记录材料、光加工材料、光学用塑料、光转换系统材料等。光功能高分子材料在整个社会材料对光的透射,可以制成品种繁多的线性光学材料,又可以开发出非线性光学元件,如储存元件兴盘的基本材料就是高性能的有机玻璃和聚碳酸脂。此外,利用高分子材料的光化学反应,可以开发出在电子工业和印刷工业上得到广泛使用的感光树脂、光固化涂料及粘合剂;利用高分子材料的能量转换特性,可制成光导电材料和光致变色材料;利用某些高分子材料的折光率随机械应力而变化的特性,可开发出光弹材料,用于研究力结构材料内部的应力分布等。
4.高分子复合材料
高分子材料和另外不同组成、不同形状、不同性质的物质复合粘结而成的多相材料。高分子复合材料最大优点是博各种材料之长,如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质,根据应用目的,选取高分子材料和其他具有特殊性质的材料,制成满足需要的复合材料。高分子复合材料分为两大类:高分子结构复合材料和高分子功能复合材料。以前者为主。高分子结构复合材料包括两个组分:①增强剂。为具有高强度、高模量、耐温的纤维及织物,如玻璃纤维、氮化硅晶须、硼纤维及以上纤维的织物。②基体材料。主要是起粘合作用的胶粘剂,如不饱合聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等热固性树脂及苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂,这种复合材料的比强度和比模量比金属还高,是国防、尖端技术方面不可缺少的材料。
三、高分子材料的合成与加工
有机高分子材料的应用篇4
关键词：高分子材料；纳米技术；功能高分子；航天；可降解生物
中图分类号：K477文献标识码：a
一、高分子材料改性中纳米技术的应用
一般，纳米技术被认为是对纳米材料的性质和纳米结构的设计的一项研究技术。当任何材料用高科技手段被细化到纳米量级时，该材料的物化性能就会发生巨大的变化，产生出一些奇异的物化现象，呈现出与常规材料完全不同的新的性质。而且如果将拥有特殊性能的纳米粒子与高分子材料复合时，纳米粒子可以显著改变或者增强该高分子材料的某些性能。因此，在高分子材料改性中应用的纳米技术主要是包括两大类：第一，纳米粒子与高分子材料的复合；第二，对高分子材料进行纳米结构的设计和制作。其中第一类占主要地位。
例如，于苯乙烯一丙烯酸醋ipn/mmt纳米复合阻尼材料的研究，就是利用纳米粒子与高分子材料复合，提高原材料由于粘弹性而具有的抗震消声性能。并且研究表明，纳米粒子特别是二维纳米片均匀分散于聚合物基体中之后，将能大大改进和提高材料原有的应用性能，同时还能赋予基体材料其他新的性能：增强增韧性能、耐磨性能、阻透性能、抗菌性能、抗老化性能及防紫外线性能。再如，将纳米无机粘土粒子通过咪唑类有机改性剂有机化后得到的纳米粒子片层，跟尼龙6材料复合后，所得复合材料的阻燃性能显著提高。
利用纳米材料和纳米结构的种种特有性能，可以帮助我们合成制造出更多更适用的新材料。因此，开发纳米高分子复合材料，是改造传统聚合物工业技术的最有效途径，具有巨大研究价值和市场潜力。
二、功能高分子材料发展
功能高分子材料是指与常规聚合物相比具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊功能（如电学、光学等方面的特殊功能）的聚合物大分子（主要指全人工和半人工合成的聚合物）。功能高分子是高分子材料的一个特殊领域，泛指性能特殊、有某些特殊功能、用量少但能产生重要新技术的一类特殊高分子材料。随着经济和科学技术的发展，新能源开发、交通和宇航技术、微电子技术、生物医药等各个领域的发展和进步都迫切需要相应的功能高分子材料作为基础。高分子材料的功能设计的主要途径是：1）通过分子设计合成新功能，如非晶质光盘（apo）的研制；2）通过特殊加工赋予材料功能特性，如功能高分子膜和塑料光纤；3）通过两种或两种以上具有不同功能或性能的材料复合获得新功能，如层积复合填料复合的emi/RFi屏蔽导电塑料和高分子磁性体；4）通过对材料进行各种表而处理以获得新功能，如表面处理法，emi/RFi屏蔽导电塑料进行功能设计的思想，贯穿了功能高分子材料发展的各领域，代表着当今功能高分子材料的发展方向。在生物医药材料领域，就有人模仿自然骨成分和形成过程，利用电化学反应为胶原分子自组装和矿化提供反应动力和微环境，获得了成分和结构与骨组织相似的生物活性涂层，并且可以可控的释放生物活性因子调控促进骨生长，是增强医用移植体材料生物活性，加快早起治愈速度的理想方法。特种与功能高分子材料之所以能成为国内外材料学科的重要研究热点之一，最主要的原因在于它们具有独特的“性能”和“功能”，可用于替代其他功能材料，并提高或改进其性能，使其成为具有全新性质的功能材料。因此，功能高分子的发展是没有固定学科边界的。而我国更应该加大对功能高分子材料研究的重视，加强国际交流，努力提高自主研发水平，跻身世界高精尖技术行列。
三、生物可降解高分子材料的发展
生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。生物可降解的机理大致有以下三种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，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摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、pH值、微生物等外部环境有关。
四、先进高分子材料在航天工业领域的应用
新中国成立以来，以两弹一星为代表的航天产品的研制带动了我国许多关键新材料项目的启动和开展。改革开放以来，我国载人航天、探月工程等重点工程的开展需要众多新材料的支撑，也促使我国在许多关键新材料领域的研制工作取得了突破。其中，先进高分子材料是我国航天工业赖以支撑的重要配套材料，主要包括橡胶、工程塑料、胶黏剂及密封剂、涂料等。
作为理想的密封及阻尼材料，橡胶的应用非常广泛。我国航天工业建立伊始，为了满足当时的迫切需求，我国开展了大量特种橡胶材料的研制攻关工作；随着我国工业的发展，高性能橡胶材料及应用技术也取得了长足进步。工程塑料是指可作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较苛刻的化学物理环境中使用的高性能高分子材料。其结构特点是主链由苯环、萘环、氮杂环等通过醚基、砜基、酮基等连接而成，具有重量轻、强度高、耐热性好和耐辐射性好等优良特性，已经逐步取代金属材料，用于装备中大量次结构件的制造。目前，在国防装备上获得应用的工程塑料主要有聚酰胺（pa）、聚氨酯（pU）、聚苯硫醚（ppS）、聚酰亚胺（pi）、聚醚醚酮（peeK）、聚四氟乙烯（ptFe）等。航天产品广泛采用轻合金、蜂窝结构和复合材料，因此，胶黏剂及胶接技术应用普遍，但航天产品使用环境苛刻，要承受高温、烧蚀、温度交变、高真空、超低温、热循环、紫外线、带电粒子、微陨石、原子氧等环境考验。航天材料及工艺研究所研制了百余种特种胶黏剂及密封剂，主要包括聚氨酯类、酚醛树脂类、环氧树脂类、有机硅类、丙烯酸酯类、有机硼类胶黏剂等，其中绝大多数已应用于我国运载火箭、卫星及飞船等航天产品。
结语
高分子材料也叫做聚合物材料，通常是指由千万个小分子化合物以化学键联结而成的大分子化合物。我们生活中应用的高分子材料主要就是指合成塑料、合成橡胶、合成纤维等合成高分子材料。然而至20世纪60年代，高分子材料工业已基本完善，解决了人们的衣着、日用品和工业材料等需求。因此，在未来的高分子材料研究领域，高分子材料的三个钟头发展方向将会是高分子材料功能化、纳米高分子材料复合应用以及可生物降解高分子材料研发。
参考文献
[1]王周玉,岳松,蒋珍菊,芮光伟,任川宏.可生物降解高分子材料的分类及应用[J].四川工业学院学报,2003,S1:145-147.
有机高分子材料的应用篇5
关键词:纳米材料化工领域应用
纳米材料的结构由表面(界面)结构组元构成,粒径介于原子团簇与常规粉体之间,一般不超过100nm,与电子的德布罗意波长相当。粒径越小的纳米材料,其界面组元的比值越高,低动量电子散射量越大。纳米材料的界面组元中含有相当量的不饱和配位键、端键及悬键。由于不同的纳米材料各具独特效应,如界面效应、小尺寸效应\量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等,进而导致在声、光、电、磁、热、化学作用及力场下,呈现各自不同的特异性能,从而作为吸波材料(隐型材料)、高性能磁记录材料、磁性液体、复合材料、超导材料、新型高效催化剂、发光材料、特种涂料及新型医用材料等逐步应用于国民经济诸多领域。
一、纳米材料在化工行业中的应用
1、在催化方面的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂,可大大提高反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒,可近似地看成是一个短路的微型电池,用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时,半导体纳米粒子吸收光产生电子――空穴对。在电场作用下,电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置,与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
2、在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性;功能涂层是赋予基体所不具备的性能,从而获得传统涂层没有的功能。
3、在精细化工方面的应用
精细化工是一个巨大的工业领域,产品数量繁多,用途广泛,并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音,并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域,纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米Sio2,可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米al2o3,和Sio2,加入到普通橡胶中,可以提高橡胶的耐磨性和介电特性,而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料,可以提高塑料的强度和韧性,而且致密性和防水性也相应提高。
二、二维层状纳米材料的性能与特征
1、二维层状纳米材料的结构可控性
因纳米LDHS的特殊层状结构及组成、其在以下方面具有可调控性:
1)层板化学组成的可调控性
纳米LDHS的层板化学组成可根据应用需要进行调整。在一定范围内调变原料配比,层板化学组成则发生变化,进而导致层板化学性质、层板电荷密度等相应变化;
2)层间离子种类及数量的可调控性
根据应用需要,利用主体层板的分子识别能力,采用插层或离子交换的方式进行超分子组装,可改变其层间离子种类及数量,进而使纳米LDHS的整体性能发生较大幅度变化;
3)晶粒尺寸及其分布的可调控性
控制纳米LDHS的合成条件,可在20-60纳米范围内精准调整晶粒尺寸,同时使晶粒尺寸分布窄化,达到均匀分散。
2、层状纳米材料的结构与性能
充分利用以上各调控因素,可制备得到具有如下特征的层状结构纳米材料:
1)多功能性
不同客体插入纳米LDHS层间后,可组装得到具有不同应用性能的纳米层柱材料,如纳米选择性红外吸收剂、纳米选择性紫外阻隔剂、纳米杀菌防霉剂、纳米热稳定剂、环境友好纳米催化剂、安全型纳米阻燃剂、缓释型纳米除草剂、红外和雷达双功能纳米隐形材料等,可广泛应用于合成材料、建筑材料、石油化工、涂料、农药及军工等行业,产业关联度高,应用空间极为广阔。
2)低表面能
层状纳米材料因纳米LDHS层状结构的特殊性,表现出较低的表面能。这一特征使得制备时无需采用昂贵的辅助剂(如有机溶剂、偶联剂等)及高能耗的生产装备(如喷雾干燥等)便可得到具有纳米尺寸的层状材料LDHS,同时因其较低的表面能,在实际应用时易于均匀分散,不易聚集。
3)几何结构效应
LDHS层状材料主体二维层板结构及纳米尺寸,使其在应用时表现出独特的性能。因主体层板间的弱相互作用在外力条件下极易被打破,应用于涂料时表现出优异的触变性能;层状材料主体层板剥离后,可以纳米尺寸均匀分散至合成材料本体,这一特点在薄膜类产品中可得到充分体现,其结构是使复合膜的力学性能大幅度提高,同时具备对小分子迁移的阻隔能力(如pVC中的增塑剂、农膜中的防雾滴剂等);控制制备条件,可使层状材料具备规整的介孔结构(10-50nm),其在作为催化剂时,表现出对反应物、中间产物和产物的优异择形性能等等。
4)结构记忆效应
纳米LDHS旦有独特的“结构记忆效应”,即经一定途径改变其结构后,在一定条件下其又可逆地恢复至原有结构。利用这一特点,可在纳米LDHS层间插入满足设计要求的害体、进而组装得到所需的功能性层柱纳米材料;又可将组装得到的功能性层柱纳米材料置于某种有利于结构恢复的环境中,在外界条件的促进下,使其定时、定量释放出层间客体。如层柱型除草剂,便可在富含水、空气(主要利用其中的C02)的条件下,按作物生长要求缓慢释放除草剂,以避免除草剂流失所产生的污染及药害。
5)界面效应
有机高分子材料的应用篇6
关键词：高分子材料；可降解；生物
中图分类号：tq464文献标识码:a
我国目前的高分子材料生产和使用已跃居世界前列，每年产生几百万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可降解，以尽量减少对人类及环境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如细菌、霉菌及藻类作用下，可完全降解为低分子的材料。这类材料储存方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，可用于地膜、包装袋、医药等领域。生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。按照上述机理，现将目前研究的几种主要的可生物可降解的高分子材料介绍如下。
1生物可降解高分子材料概念及降解机理
生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。
生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，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摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。
因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、ph值、微生物等外部环境有关。
2生物可降解高分子材料的类型
按来源，生物可降解高分子材料可分为天然高分子和人工合成高分子两大类。按用途分类，有医用和非医用生物可降解高分子材料两大类。按合成方法可分为如下几种类型。
2.1微生物生产型
通过微生物合成的高分子物质。这类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，可用于制造不污染环境的生物可降解塑料。如英国ici公司生产的“biopol”产品。
2.2合成高分子型
脂肪族聚酯具有较好的生物可降解性。但其熔点低，强度及耐热性差，无法应用。芳香族聚酯(pet)和聚酰胺的熔点较高，强度好，是应用价值很高的工程塑料，但没有生物可降解性。将脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定结构的共聚物，这种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
自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子，这些高分子可被微生物完全降解，但因纤维素等存在物理性能上的不足，由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求，因此，它大多与其它高分子，如由甲壳质制得的脱乙酰基多糖等共混制得。
2.4掺合型
在没有生物可降解的高分子材料中，掺混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得产品具有相当程度的生物可降解性，这就制成了掺合型生物可降解高分子材料，但这种材料不能完全生物可降解。
3生物可降解高分子材料的开发
3.1生物可降解高分子材料开发的传统方法
传统开发生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化学合成法和微生物发酵法等。
3.1.1天然高分子的改造法
通过化学修饰和共混等方法，对自然界中存在大量的多糖类高分子，如淀粉、纤维素、甲壳素等能被生物可降解的天然高分子进行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法虽然原料充足，但一般不易成型加工，而且产量小，限制了它们的应用。
3.1.2化学合成法
模拟天然高分子的化学结构，从简单的小分子出发制备分子链上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，这些高分子化合物结构单元中含有易被生物可降解的化学结构或是在高分子链中嵌入易生物可降解的链段。化学合成法反应条件苛刻，副产品多，工艺复杂，成本较高。
3.1.3微生物发酵法
许多生物能以某些有机物为碳源，通过代谢分泌出聚酯或聚糖类高分子。但利用微生物发酵法合成产物的分离有一定困难，且仍有一些副产品。
3.2生物可降解高分子材料开发的新方法——酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶学的发展，酶在有机介质中表现出了与其在水溶液中不同的性质，并拥有了催化一些特殊反应的能力，从而显示出了许多水相中所没有的特点。
3.3酶促合成法与化学合成法结合使用
酶促合成法具有高的位置及立体选择性，而化学聚合则能有效的提高聚合物的分子量，因此，为了提高聚合效率，许多研究者已开始用酶促法与化学法联合使用来合成生物可降解高分子材料。
4生物可降解高分子材料的应用
目前生物可降解高分子材料主要有两方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解决环境污染问题，以保证人类生存环境的可持续发展。通常，对高聚物材料的处理主要有填埋、焚烧和再回收利用等3种方法，但这几种方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物医用材料。目前，我国一年约生产3000多亿片片剂与控释胶囊剂，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是传统的糖衣片，而国际上发达国家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我国的片剂制造水平与国际先进水平有很大的差距。国外片剂和薄膜衣片多采用羟丙基甲纤维素，羟丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、羟甲基纤维素钠、微晶纤维素、羟甲基淀粉钠等。
参考文献
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[2]翟美玉,彭茜.生物可降解高分子材料[j].化学与粘合,2008,(05).
有机高分子材料的应用篇7
一、影响高分子材料老化的环境因素
1.太阳光对高分子的影响
目前太阳光是影响高分子材料老化的主要原因,而且是不可避免的,太阳光中含有大量的紫外线,是最容易被高分子材料中的醛基和酮基所吸收,从而产生复杂的化学反应;另一部分太阳光中的红外线,红外线接触高分子材料后,使得高分子材料吸收温度迅速上升,这就加剧了高分子材料的热老化性,从而降低了使用寿命。
2.空气中氧对高分子的影响
氧无处不在,而且属于极活泼气体,在高分子材料表面受到太阳光照射后极易发生氧化反应,像我们平时看到的铜绿,所谓的铜绿就是铜在光的照射下发生氧化反应而形成表面的一层保护介质。这样的现象还有很多,并且为无法避免不可逆的,然而高分子材料和我们息息相关,在日常的加工、运输、使用过程中都不可避免的接触氧,所以氧也是导致高分子材料老化的主要因素。
3.外部作用——机械力对高分子材料的影响
高分子材料在使用过程中不可避免的接触外部因素作用,外部作用在一定程度下导致了高分子材料的老化进程。例如汽车轮胎,它属于高分子材料橡胶,橡胶的突出特点是分子链柔性好,在外部车轮和车承载力的作用下,易发生较大程度的变形,由于它特殊的分子原理可迅速恢复,如果长时间施加机械力,橡胶内的分子链受到破坏发生变形导致龟裂,加速了高分子材料的老化过程。
4.水和电对高分子材料的影响
由于高分子材料的分子内部结构特殊,含有一种亲和水性很好的物质,在高分子材料遇到水后易破坏分子结构而易被水解;高分子内部的组织键对电的反应更加敏感,一旦接通电源,分子就形成了大量不规则运动而剧烈反应,有效的破坏了分子弱键,导致高分子材料失效电解游离。
二、高分子材料老化的具体表现
高分子材料老化顾名思义就是通过外部作用破坏了高分子内部结构,分子量变小,生成新的物质或发生降解的过程。一般分为物理老化和化学老化,物理老化可逆转比较好恢复,例如,一些高分子材料在外部压力作用下产生变形,但去除外力后即可恢复原状。还有一些高分子材料受潮后绝缘性降低,表现为失效,但干燥后即可利用。化学老化就较复杂了,它是高分子内部键和键之间发生的不可逆现象,较能控制和恢复。老化后的材料强度降低、韧性、稳定性、耐热性及颜色等各方面都出现不同程度的破坏和降低,影响其正常使用功能。高分子材料老化外观主要表现为颜色变淡,出现斑点、龟裂、粉化等现象;内部老化则表现为水解、电解、冲击强度、抗拉强度等减低,从而达到高分子材料的疲劳极限,丧失其使用价值。
三、缓解老化的具体措施
现阶段,研究高分子材料老化和抗老化问题是一个实际关键性问题,由于高分子材料内部结构比较复杂,反应条件成熟,反应机理无法避免,所以对高分子研究领域内还无法真正杜绝其老化现象,只能对老化做辅助性的延缓作用,从而增加高分子材料的使用寿命。
1.物理防护措施
物理防护就是应用外部因素影响高分子的作用,它可以完全控制一般的物理老化,对实质性的化学老化起到一定的延缓作用。例如,常年暴晒和雨淋的大棚塑料薄膜,经日照后分子受热发生氧化,促使透明度降低,薄膜脆化,如何延长塑料薄膜的使用寿命,增大农民的经济效益,人们利用在薄膜上覆盖草栅,降低塑料薄膜和日光接触时间,从而达到了延长塑料寿命的目的。其次,在高分子材料中加一种延缓剂、防老剂来增加抗老化机理。例如,机械设备一般都是用机械材料(铁、铜、钢等)通过键槽连接组成的一个具有规范运动的主体,但因长期暴露在空气中,设备表面经常看到锈迹斑斑,影响了设备的美观,人们就针对此现象发明了油漆,油漆涂在设备表面有效阻止了设备与空气接触的面积,起到了使之无法氧化的目的。像运用物理方法保护高分子材料老化的现象还有很多,它成本低实施简单,现已被人们广泛利用。
2.改变高分子本身易老化的特点
引起高分子材料老化的最主要原因是其本身的弱键或不饱和双键,由于分子内部存在弱键、不饱和键使得高分子材料特别不稳定,易于和空气中的氢键氧键发生反应生成新的物质,如改变其不稳定键使之成为饱和键,那它抗老化性就大大增加。例如橡胶中的碳-碳键极易与空气发生臭氧老化和光氧老化。针对这一现象,在橡胶中加入氯原子键,氯原子键有很好的吸附电子基功能,从而提高了橡胶的抗老化性。举一反三,像这种在高分子材料中加入键基减少支链使其稳定,也是我们提高抗老化的有力措施。
有机高分子材料的应用篇8
关键词：文物保护材料
中图分类号：G263文献标识码：a
引言
历史文物是我们祖先劳动、智慧和革命精神的结晶，具有重要的历史、艺术和科学价值，是国家文化的内涵底蕴。文物保护是一门多学科、多领域相互交叉的边缘学科,涉及的范围广泛。材料科学作为基础应用学科在文物保护研究与处理过程中占有很重要的地位。
当我们对文物实施保护处理时首先考虑到的是它的材质和保存现状，以及物理载荷和化学环境等。从某种意义上讲，文物保护工作就是通过对文物材料及文物于涉材料的研究，以达到延长文物保存时间的目的[1]。
上个世纪后半叶，生物工程、新材料等领域不断革新，这些影响渗透到包括文物保护领域在内的各行各业各个领域，文物保护技术在新世纪必将发生重大变革。目前国内外常用的封护剂有甲基丙烯酸树脂、聚氨脂、聚醋酸乙烯脂等。这些材料的耐老化时间一般只有几年时间，可逆性不好，存在一定的局限性，在新的世纪里对封护材料的保护性能提出更高的要求。氟碳有机氟材料由于具有超耐候性、耐化学性、氧透过性低、阻燃性等卓越性能被广泛地应用到文物保护工作中，如：古建、石刻封护剂，金属文物的防锈涂料，有机文物加固剂。随着纳米材料在许多领域的应用，成为材料科学研究的热点，其也必将从文物保护新材料中脱颖而出应用于古建、石刻、金属文物、有机文物、博物馆环境的保护工作[2]，目前在文物保护中应用比较广泛的材料做如下分析。
1.高分子材料在文物保护中的应用
有机高分子材料是文物保护中使用的一类重要的材料，在文物保护中被用做文物的加固材料、粘接材料、表面封护材料等。在文物保护中使用的高分子材料包括：天然有机高分子材料（多糖、蛋白质、蜡等）；水溶性合成树脂；溶剂型合成树脂；反应型高分子材料；高分子树脂乳液等[3]。其在保护及修复石质文物、壁画、古建筑、博物馆藏品等方面发挥重要作用[4]。以下为常用的高分子文物保护材料：环氧树脂粘结力特别强，可以粘合各种金属和非金属材料。例如，应用环氧树脂胶粘剂可以修补、粘接断裂的石雕艺术品，残破的陶器和瓷器，以及用来加固和粘接古建筑木构件等。聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液被用来保护古代壁画的画面和用于金属文物的表面保护，以及加固脆弱的古代纺织品等方面，效果均不错。聚乙烯醇溶液和聚醋酸乙烯醋乳液也经常被用来封护古代壁画的画面层或加固、粘贴壁画的地仗层。聚醋酸乙烯醋乳液还常常被用来渗透加固古代脆弱的陶器、瓷器、骨器、角器、石器、象牙制品等。丙始酸酣乳液用于古代壁画颜色的保护和金属文物的渗透加固，效果比较好。另外，丙烯酸醋乳液还可用来加固古文化遗址或古墓葬的地基。不饱和聚醋树脂配合无碱玻璃布作成玻璃钢代替糟朽木材应用在古建筑糟朽木构件的加固方面。聚乙二醇试用于古代饱水的木器和漆器的脱水定形处理。有机硅树脂可用于防止岩石的表面风化作用，以及用有机硅树脂来处理饱水的木器和漆器[5]。改性有机硅S-i97材料具备良好防水、防酸碱盐、防风化、防污染、抗冻融以及耐候性、加固性和透气性,使已风化的砖质文物得到了有效的保护[6]。
2.纳米材料在文物保护中的应用
纳米材料具有表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应等基本特性。纳米材料在文物保护中具有的超双亲界面、抗紫外线和耐老化、透明和防遮盖及耐腐蚀抗氧化等其他材料所无法比拟的特性。针对目前文物保护中存在的问题，纳米材料可应用于石质文物保护中，纳米技术应用在石质文物裂隙注浆中[7-8]。mDi型聚氨酯广泛应用于秦俑彩绘陶器保护中，以物理共混方式采用超声波分散将纳米材料添加到mDi型聚氨酯中，可提高耐光老化性[9]。纳米材料在金属文物[10]、陶器、纺织品等[11]有机质文物等的保护中都有应用。虽然纳米材料应用于文物保护具有广阔的前景但是目前纳米材料在文物保护中的应用仍处于研究阶段还有许多问题亟待解决，如纳米粒子极易相互吸附而发生团聚降低了纳米材料的优异性能，降低纳米复合材料的耐紫外稳定性。随着制备方法的改进、理论的不断完善及对其机理的不断深入研究，纳米技术将在文物保护中得到更广泛的应用[11]。
3.无机胶凝材料在文物保护中的应用
在人类早期的建筑活动中，粘土、石灰、石膏、火山灰是最早被使用的胶凝材料。因此许多土砖石结构的古遗址、古建筑中都使用过这类早期的胶凝材料。现在，这类材料已成为最重要的文物保护用材料。针对文物不同程度的损伤，如开裂、剥落甚至坍塌等状况要进行加固处理。常用的无机加固材料有生石灰、氢氧化钙、硅酸盐、氢氧化钡等。古建筑、石质文物或者陶质文物表面腐蚀或剥落以致残缺，使其表面的文化特征（如雕刻纹饰或文字等）逐渐消失。解决这类问题，要选用合适的修补材料，采用适当的修补技术（如粘结、压力灌浆、补缺）来修复文物。对于古城墙的修补，我国使用的技术主要有粉刷涂料勾缝、替砖修复、砖粉修复、外贴仿制面砖、压力灌浆等。用于文物修补的无机材料有石灰、水泥、石膏、粘土、石灰石粉等[12]。
4.仿生无机材料在文物保护中的应用
仿生合成技术是模拟生物矿化过程，以有机物的组装体为模板控制无机物的结晶形成，制备出具有特殊结构和功能的新型材料。生物矿化最主要的特征就是从分子水平控制无机矿物相的结晶析出，从而使生成物具有优良的物理和化学性质。仿生无机材料具有耐候性优越、与基底石材相容性好、合成条件（常温常压）温和及对环境无污染等优点，为石质文物的保护工作开辟了一条新的途径。利用仿生技术模拟生长此类保护膜用于文物保护无疑具有诱人的前景[12]。仿生仿生无机材料具有优越的耐候性、与基底石材相容性好、合成条件（常温常压）的温和性以及对环境无污染等优点，是一种很有潜力的新型石质文物保护材料。人们已经在石质文物表面发现了一类能够长期保护表面石刻文字的生物矿化膜，其中已经得到确切证明的有以草酸钙为主要成分的无机膜，也可能还有以磷酸钙为主要成分的其他生物无机膜。利用仿生技术可以在文物表面形成一层很薄的无机保护物质，该保护层具有许多令人十分赞赏的优点，如：具有致密有序的结构，半透明的外观，耐候性极佳，耐磨性好，与基底结合牢固，甚至具有可适当调控的性能和结构。另外，其合成方法与环境的友好性，以及能在生理环境下实现施工的优越性，都显现出仿生技术在文物保护领域应用的潜力[13-15]。
5涂料在文物保护中的应用
化工涂料行业的产品随着各行业的需求，发展非常迅速，并早已广泛应用于文物部门的古建筑维修保护。由于文物保护科技需求，文物保护处理使用的涂护材料，不能改变及损害文物原来的面貌，保护材料必须无色透明，常温常压下施工，干燥膜尽量簿，有较强的附着力和较好的长期耐侯、耐老化性能与外界环境隔绝尽可能长时间不受外界自然环境的侵蚀阻止其老化腐蚀及磨损等。田金英对用于室外金属文物表面保护涂料进行了研究，在三大类涂料：有机硅（硅酸盐）类、丙烯酸和聚氨醋中都选择出具有代表性的样品，再经实验室试验。结果表明，丙烯酸清漆均不带颜色它能涂护室外的各种金属饰件，对金属文物能起到保护和装饰作用，防止大气腐蚀，文物本身的面貌改变不明显。王芳等对文物保护中几种有机聚合物涂料的光降解进行了研究。丙烯酸类涂料的耐老化性能优异，不易老化降解，即使降解生成的产物也是不引起颜色变化的物质，同时不易改变文物的外观，具有特殊的功能。这有益于指导人们选取适宜的文物保护材料。生漆、溶剂型树脂涂料、水基树脂涂料、耐候性氟涂料等涂料在物保护中都发挥重要作用。
结论
科技进步日新月异，随着材料科学和新技术的发展，会有更先进材料用于文物保护中。文物是传承历史的重要符号，是不可再生的文化资源，对于文物保护工作，要针对文物本身的特点，结合文物所处环境，选择最合适的文物保护和修复材料及技术。对于文物保护中使用的材料，其实就是使用材料的某种或几种性能，同时还要考虑材料的综合性能以及与文物基体材料的相容性。文物保护用材料要在满足使用性能的基础上兼顾工艺资源、经济等方面的因素，综合指导在文物保护过程中的材料选择、组合及应用。
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有机高分子材料的应用篇9
关键词：高分子材料；抗静电技术；应用
前言
现阶段，高分子材料在很多行业中得到应用，是一种非常关键的材料。高分子材料的静电问题是人们十分关心的，好多学者开展了关于高分子材料抗静电技术的研究。笔者首先介绍了高分子材料抗静电技术，接下来探讨了抗静电高分子材料的应用情况。
1高分子材料抗静电技术
目前，比较常见的高分子材料抗静电技术主要有三种，分别如下：
1.1添加抗静电剂
为高分子材料添加抗静电剂是一种十分常用的技术，这种技术的主要作用是为高分子材料提供一个导电层，从而降低高分子材料表面的电阻率。在这种情况之下，当出现静电荷时，静电荷在高分子材料表面停留的时间也就是缩短。与此同时，在静电剂的作用之下，原有高分子材料的表面度也会得到一定的增强，这样摩擦作用也就得到而来减弱。一般来讲，抗静电剂主要有三种类型，第一种是阳离子型，第二种是阴离子型，第三种是非离子型。就第一种抗静电剂而言，它不具有较强的耐热性，但是它的抗静电能力比较强。就第二种抗静电剂而言，它不旦具有较强的抗静电能力，还具有较强的耐热性。但是，该种抗静电剂的劣势主要体现在：无法和树脂较好的融合到一起。就第三种抗静电剂而言，它的存在解决了前两种抗静电剂在使用中的问题。此外，该种抗静电剂对于原来高分子材料的影响相对较小，不会改变原材料的物理性能。然而，非离子型的抗静电剂也存在一定的不足之处，主要体现在使用量相对较大。目前，在向高分子材料添加抗静电剂时，一般都会讲上述三种不同的抗静电剂融合到一起。
为高分子材料添加抗o电剂的方式有很多，比较常见方式是外涂，具体包括浸涂、刷涂以及喷涂等。外涂方式的劣势主要体现在在：比较容易产生脱落的现象，从而减弱高分子材料的抗静电能力。现阶段，人们越来越重视内加的方式。具体来讲，就是将抗静电剂和树脂配料混合到一起，从而为高分子材料提供抗静电的表层。和外涂的方式相比，内加的方式可以为高分子材料提供时间更长的抗静电保护层。而且，在抗静电剂的作用之下，材料的表面平滑性也会得到一定的增强。
1.2与结构型导电高分子共混
在使用该种技术时，主要借助的是导电型高分子材料的抗静电能力。然而，导电性高分子材料的具有一定的劣势，那就是稳定性不是很好，而且不是很容易成型。因此，在利用导电型高分子材料时，一般都不会单独使用，会将该种材料和一些基体高分子结合到一起，从而得到复合型导电高分子材料。目前，获得复合型高分子导电型材料的方式主要有两种，第一种是机械法，第二种则是化学法。
在制备复合型高分子导电型材料时，如果选择机械方式，具体就是将结构型导电高分子材料和基体高分子材料结合到一起。在制备过程中，将导电填料质量分数控制在2%和3%之间，这样就可以使得高分子材料具有一定的抗静电能力。如果选择化学制备的方式，具体方式就是在微观尺度将结构型导电高分子材料和基体高分子材料混合到一起。在制备过程中，需要借助于一些氧化剂的作用，如氯化铁等。
1.3添加导电填料
该技术的基本原理就是将无机导电填料融入高分子材料中。目前，添加导电填料的抗静电方式已经在很多领域得到了应用。如：在炭黑中加入一定的石墨和碳纤维；在金属中加入一定的金属粉末和不锈钢云母等。添加导电填料方式的优势主要体现在：第一，成本投入相对较低；第二，稳定性相对比较好。该技术也存在一定的劣势，主要体现在：最终得到的抗静电高分子材料是黑色的，从而影响了材料的可调性。
2抗静电高分子材料的应用
现阶段，抗静电高分子材料在很多领域都得到了应用，下面简单介绍一下：
2.1聚烯烃类抗静电塑料的应用
聚烯烃类塑料就是一种比较典型的抗静电材料。为了使得聚烯烃类塑料具有一定的抗静电能力，最为常用的方式就是为其添加一定的抗静电剂。具体如下：可以在pe塑料中加入一定的羟乙基脂肪胺类抗静电剂，这样具有了抗静电行的pe塑料就可以使用在电子元件中，也可以作为包装薄膜。研究人员通过一系列的研究发现，如果将pe塑料中抗静电剂的质量分数控制在3%，或者是1%，具体类别是HZ-1，那么pe塑料的抗静电性能也就相对较强。
2.2聚氯乙烯抗静电塑料的应用
软质聚氯乙烯本身就有一定的抗静电能力，然而硬质聚氯乙烯自身则不具有抗静电能力。因此，需要通过一定的操作对硬质聚氯乙烯进行防静电处理。在研究人员的努力之下，目前已经存在了很多的防静电处理技术。当处理对象是硬质聚氯乙烯材料时，比较常用的方式是添加导电填料。
2.3aBS抗静电工程塑料的应用
为了使得aBS工程塑料具有一定的抗静电能力，比较常见的方式是为其添加表面活性相对比较强的抗静电剂，有时也可以使用一定的复配抗静电剂。目前，aBS抗静电工程塑料的应用相对比较广泛，主要应用在了一些设备的外壳中，如仪器仪表以及录音机等。此外，aBS抗静电工程塑料也被使用在了高压电缆中。
3结语
21世纪是一个全新的时代，在新的时代背景下，高分子材料得到非常广泛的应用。在使用过程中，高分子材料的抗静电能力是非常值得研究的问题。在本次研究中，笔者主要探讨了高分子材料抗静电技术，希望可以为相关人员提供一定的参考。
参考文献
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有机高分子材料的应用篇10
关键词：环氧树脂封装材料研究现状
一、环氧树脂电子封装材料的研究现状
环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。由于其分子结构中含有活泼的环氧基团，能与胺、酸酐、咪唑、酚醛树脂等发生交联反应，形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。这种聚合物结构中含有大量的羟基、醚键、氨基等极性基团，从而赋予材料许多优异的性能，比如优良的粘着性、机械性、绝缘性、耐腐蚀性和低收缩性，且成本比较低、配方灵活多变、易成型生产效率高等，使其广泛地应用于电子器件、集成电路和LeD的封装
1962年，通用电气公司的尼克·何伦亚克（Hol-onyak）开发出第一种实际应用的可见光发光二极管就是使用环氧树脂封装的。环氧树脂种类很多，根据结构的不同主要分为缩水甘油醚型、缩水甘油酯型、缩水甘油胺型、脂肪族、脂环族、酚醛环氧树脂、环氧化的丁二烯等。由于结构决定性能，因此不同结构的环氧树脂，其对所封装的制品的各项性能指标会产生直接的影响。例如HuangJC等以六氢邻苯二甲酸酐为固化剂，以tBaB为催化剂，分别对用于LeD封装的双酚a型环氧树脂DeR.-331、UV稳定剂改性后的双酚a型环氧树脂eporite-5630和脂环族环氧树脂eRL-4221进行了研究。研究发现，DeR-331这类双酚a型环氧树脂主链上有许多醚键、苯环、次甲基和异丙基，侧链上则有规律地间隔出现许多仲羟基。其中，环氧基和羟基赋予树脂反应性，使树脂固化物具有很强的内聚力和黏接力；而极性的醚健和羟基基团则有助于提高材料的浸润性和粘附力；苯环和异丙基赋予聚合物良好的耐热性和刚性，但因主链含苯环，容易发生光降解而老化并发黄导致光衰，直接影响LeD器件的使用寿命。eporite-5630因在双酚a型环氧树脂的结构中引入了耐UV的化学结构，使得材料不仅保持了DeR-331优点，还拥有更好的耐UV性能，更适合于LeD的封装。eRL-4221是脂环族环氧，由于环氧基直接连接在脂环上，能形成紧密的刚性分子结构，固化后交联密度增大，使得固化后的材料具有较高的热变形温度，可达300℃以上；分子结构中不含苯环，表现出良好的耐UV性能和低吸湿性，比较适合用于户外LeD，但其固化过程中产生的内应力导致其它性能较差。双酚a型环氧树脂因原料易得、成本低、产量大、用途广，被称为通用型环氧树脂，占环氧树脂总用量的90%。该类树脂具有良好的黏接性、耐腐蚀性、介电性能和成型性。但是，由于苯基和羟基的存在亦使得材料的耐热性和韧性不高，耐湿热性和耐候性比较差，容易发生黄变导致光衰，直接影响LeD器件的使用寿命。另外，由于纯环氧树脂具有高的交联结构，因而存在质脆、易疲劳、耐热性不够好、抗冲击韧性差等缺点。因此，需要对其做进一步的改性才能保证封装器件的可靠性及满足多样化的LeD封装要求。Charles等使用二或三烷氧基硅烷与环氧树脂共混并反应，发现少量的硅烷即可降低材料的吸湿性，提高环氧的绝缘性和耐久性。Shiobara等则采用含氢的硅树脂与烯丙基缩水甘油醚等化合物进行硅氢加成反应，制备有机硅改性的环氧化合物，然后将其与环氧树脂进行共固化，得到高玻璃化转变温度、低热膨胀系数及抗龟裂性好的封装材料。Yoshinori等通过在聚二甲基硅氧烷链段中引入一定的苯基来改善与环氧树脂的相容性，在侧链上引入氨基与环氧反应，将有机硅链段接枝到环氧结构中来减少固化产物的内应力和耐高低温冲击性能。刘伟区等在有机硅改性环氧树脂的发明专利中采用氯端基封端的有机硅与双酚a型环氧树脂中的羟基反应，生成有机硅改性双酚a型环氧树脂后，再将改性树脂与各种电子封装用环氧相混合并共同固化，达到了既提高环氧树脂的韧性和耐热性又能明显降低吸水率的目的。此外，该工艺相对简单，成本相对低廉，有利于大量推广应用及工业化。Barton等的研究发现150℃左右环氧树脂的透明度降低，LeD光输出减弱，在135～145℃范围内还会引起树脂严重退化，对LeD寿命有重要的影响。在大电流情况下，封装材料甚至会碳化，在器件表面形成导电通道，使器件失效。
为了提高材料的耐热性，减少因黄变而引起的光衰，Suzuki等选择脂环族环氧树脂的固化性能进行研究，结果发现这类材料经过几周的老化实验之后，其在400nm的光透过率仍为90%，具有良好的耐老化性，抗紫外辐射性很好。这是由于环氧基直接连接在脂环上，能形成紧密的刚性分子结构，固化后交联密度增大，使得固化后的材料具有较高的热变形温度。同时，分子结构中不含苯环，具有优良的耐候性、耐化学、耐冲击性能、抗紫外辐射性。另外，因其是由脂环族烯烃经过有机过氧酸的环氧化制备得到的，其离子含量低，电性能好，不会因有氯的存在而产生对微电路的腐蚀等问题，适合于用作LeD的封装材料。李元庆等通过填充纳米氧化锌来提高对紫外光的屏蔽效果，减少紫外光对封装胶的破坏。结果发现，选择合适的粒径对封装材料的光学性能尤为重要，当Zno含量低于0.07%（wt）、粒径小于27nm时复合封装材料在可见光区具有高的透明性，同时又有良好的耐紫外光辐射性，满足UV-LeD封装的需要。Hi-sataka等人将粒径5～40nm的二氧化硅和粒径5～100nm的球形玻璃粉加入到有机硅改性环氧树脂中，硫化成型后材料的透光率可达95.7%，折射率为1.53～1.56，线膨胀系数为40×10-6K-1左右，经200次冷热冲击后损坏率仅4%～12.5%。周利寅等在环氧固化体系中引入环氧倍半硅氧烷，利用氧倍半硅氧烷的笼型结构及高键能的硅氧键来提高环氧封装料的耐热性和抗黄变性。黄伟等采用4-乙烯基-环氧环己烷与含氢环体进行加成反应，然后使用β-二酮金属络合物作为催化剂来固化有机硅改性的环氧树脂，发现产物具有优良的光学性能、抗紫外、耐高温老化性能，适合于UV-LeD的封装。由于使用的催化剂是有机金属化合物，其在中温与有机硅改性环氧树脂中有良好的溶解性，本身耐高温，可以有效避免因为使用胺或酐固化剂而产生的高温黄变问题。此外，还有通过对双酚a化合物进行加氢制备不含双键的氢化双酚a型环氧树脂来提高封装材料的耐候性。
为了提高材料的硬度、耐冷热冲击能力，降低其模量，日本信越化学公司将含硅羟基的乙烯基硅树脂、含氢硅油及少量有机硅弹性体加入环氧树脂中，使用铂系催化剂催化硅氢加成反应，烷氧基或酰基或硅羟基铝化物作环氧固化剂，经注塑成型后获得折射率高达1？51、硬度70a、不吸尘、低模量、低收缩率的LeD封装材料。另外，该封装材料经-40℃/120℃冷热冲击1000次不开裂。虽然通过以上方法改性能够一定程度上改善环氧树脂封装料的耐热、抗黄变性能，但随着商业化LeD功率不断提高，大功率的芯片需要更高的电流和导致更高结温，对LeD的封装材料亦提出更高的要求。现在的环氧及改性产品因自身热阻比较大，不利于散热而影响LeD芯片的使用寿命，已不能满足使用需求。为了有效地降低封装热阻，提高出光效率，必须寻找一种新的替代材料。
二、环氧树脂电子封装材料的发展趋势
1.液晶环氧树脂
液晶环氧树脂是一种高度分子有序、深度分子交联的聚合物网络，它融合了液晶有序与网络交联的优点，与普通环氧树脂相比，其耐热性、耐水性和耐冲击性都大为改善，可以用来制备高性能复合材料；同时，液晶环氧树脂在取向方向上线膨胀系数很小，而且其介电强度高、介电损耗小，是一种在电子封装领域具有美好应用前景的新型功能材料。
2.新型脂环氧树脂
脂环式环氧树脂的合成中，不用环氧氯丙烷为原料，因此产品的有机氯含量为0。因此有可能开发出超高纯度的环氧树脂新材料，这对于电子封装的高纯净要求十分有利。目前这方面的研究报道很少，几乎没有工业化的产品出现，是今后电子封装材料值得注意的一个开发方向。
3.绿色环保封装材料
塑封材料大多采用含各种添加成分的热固环氧树脂，固化后大部分可抵抗化学侵蚀，产品报废时难以溶解，有的还会释放出有害物质。随着信息产业的飞速发展，器件封装量日益增加，产品报废时产生的废物将迅速增加，这必然造成环境污染的问题。因此，开发绿色环保型封装材料是未来的必然趋势。解决这一问题的一个可能途径是使用热塑封装材料，但这会带来许多新的可靠性问题。
4.环氧树脂基纳米复合封装材料
环氧树脂中加入纳米材料是一种行之有效的改性方法。纳米材料的表面非配对原子多，与环氧树脂发生物理或化学结合的可能性大，增强了粒子与基体的界面结合，因而可承担一定的载荷，具有增强、增韧的可能，过精细控制无机超微粒子在环氧树脂中的分散与复合，能以很少的无机粒子体积含量，在一个相当大的范围内有效地改善复合材料的综合性能，增强、增韧、抗老化，且不影响材料的加工特性。因此，如能采用有效的方法，解决纳米材料在环氧基体中的分散问题，将有可能制备出强度好、韧性高、耐热的高性能封装材料。
当前，伴随着高密度高性能的要求出现了许多新的发展形式，电子封装的概念也已从传统的器件转为系统，即在封装的信号传递、支撑载体、热传导、芯片保护等传统功能的基础上进一步扩展，利用薄膜、厚膜工艺以及嵌入工艺将系统的信号传输电路及大部分有源、无源元件进行集成，并与芯片的高密度封装和元器件外贴工艺相结合，从而实现对系统的封装集成，达到最高密度的封装。封装面向系统在国际上已成为该领域的制高点，各大公司都在投入巨资进行发展。高分子材料的发展将为封装技术的革命提供更多可选择的新型材料，特别是塑料共混改性技术的发展，一系列高性能、新功能、低成本新材料大量涌现。将反应性挤出增容技术、分子原位复合技术、反应挤出合成技术等新技术应用于封装材料的研究，必将大大推动封装技术的进步和发展。高分子材料的改性新技术与面向系统的封装相结合，有可能导致封装技术的新革命。
参考文献
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