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關鍵詞：增塑劑 毒性 醫用高分子材料

據1996 年12 月美國健康工業制造者協會的資料表明，1995 年世界醫療器械市場已達1200 億美元，而醫療器械市場份額的60 %以上來源于生物醫學材料和醫用植入體[1]。醫用高分子材料是指在醫學上使用的高分子材料，它對于挽救生命，救治傷殘，提高人類生活質量具有重要的意義和巨大的社會效益。能被應用到醫學領域的高分子材料對其性能要求十分苛刻 [2～4]。

鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）作為聚氯乙烯（PVC）等塑料制品的增塑劑，可增加塑料的彈性和韌性，被廣泛應用于塑料工業。DEHP在塑料中是以游離的形式存在的，在重量上可達30%～50%，很容易進入環境。作為環境污染物，可以在地表水、地下水、飲用水、空氣、土壤及動、植物體內廣泛檢測到。[5]隨著DEHP產量的逐年增加，其在環境中的濃度也逐漸升高，對人體的毒性作用也越來越受到人們的關注。[6]目前對其健康效應方面的評價尚處于實驗室動物研究階段，本文僅就國內外DEHP的毒性研究作一綜述。

一、理化特性

鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（C24H38O4）常溫下為澄清的液態油性化合物，分子量為390156 ，熔點255℃，沸點在大氣壓為760mmHg時為387℃，在5mmHg時為230℃，200℃時的蒸汽壓為1.2mmHg，密度為0.9861，難溶于水，易溶于有機溶劑。

二、代謝和分布

1.吸收

DEHP可經胃腸道、肺和皮膚吸收，通常以胃腸道為主要吸收途徑。從DEHP代謝物在大鼠的排泄過程可知，經口給予的DEHP90%以上在胃腸道被吸收。DEHP進入胃腸道后，受胰腺酶和腸道內一些酶的作用，大部分迅速由雙酯轉化為單酯（MEHP），然后被吸收。

2.分布

經口給予DEHP經消化吸收后，DEHP及其代謝產物主要分布于血液、肝臟、腎臟、胃腸道以及脂肪組織，其中在大鼠的組織中濃度相對較高。

3.代謝

DEHP進入體內代謝的第一步就是水解成為單酯系列，經口給藥后這一步主要在胃腸道進行。但在其他組織，如肝臟、腎臟、胰腺、肺臟、血液、組織中都可將其水解為單酯。DEHP進入體內后被迅速降解，24h后僅剩痕量水平。DEHP只有在肝臟內才可被完全代謝為鄰苯二甲酸。DEHP具有脂溶性，能儲存于脂肪組織中而長時間不被代謝掉。DEHP在肺臟的半衰期僅為1.5h，肝臟中為28.4h，在脂肪組織中為156h。MEHP在肝臟組織中的半衰期為32h，在脂肪組織中則為68h。

4.排泄

由于DEHP進入體內后迅速代謝為單酯，處理和降解單酯成為代謝的主要任務。對許多物種包括人體進行檢測發現，單酯以一種葡萄糖苷酸偶聯體的形式存在于尿液，糞便和膽汁中。美國環境保護署報道DEHP在人體內的半衰期平均為12h。以14C標記的DEHP經皮進入F-344大鼠體內后需7d才能從尿液和糞便清除，其中尿液為主要清除途徑。

三、毒性

1.急性毒性

DEHP的急性毒性較低，Sax和Lewis等人報道經口給藥后，小鼠的LD50為30g/kg，大鼠為30.6g/kg，家兔為34g/kg；小鼠、大鼠、鴿、兔、雞靜脈注射DEHP0.07～0.3g/kg可引起死亡；大鼠腹腔注射DEHP其LD50為5～30g/kg。

2.慢性毒性

2.1體重及器官重量的改變

d雌性組的子宮重量明顯低于對照組。d雄性組中重量明顯低于對照組。6000mg/kgd以及6000mg/kgd、1500mg/kgd雌、雄性組的腎臟重量與對照組相比明顯下降。相反，在以上幾組中肝臟重量卻明顯增加。肝細胞內滑面內質網增生，過氧化物酶體在數量和形態上均增殖。

2.2對血液系統的影響

d組血漿中尿素氮（BUN）和白蛋白的含量比對照組顯著升高，而球蛋白含量降低。在104周末，丙氨酸氨基轉移酶（AL T）和天門冬酸氨基移酶（AST）的活性增高，但尚無統計學意義。紅細胞數、血紅蛋白、紅細胞壓積都低于對照組。

3.生殖毒性

該領域研究的報道相對較多。主要表現為胎兒死亡率升高，胎兒畸形，體重偏低，肝臟、腎臟的相對/絕對質量升高等。研究發現，DEHP可刺激下丘腦產生并釋放促性腺激素釋放激素，使垂體釋放卵泡刺激素和黃體生成素失調。DEHP及其代謝產物進入后，支持細胞和間質細胞作為它們的靶點首先受到攻擊，線粒體和內質網為主要受損細胞器，使得體積減小，這樣就阻礙了的正常發生，但引起這一反應所需的濃度較高，足以引起肝腎的絕對和相對重量改變及引起胰腺和肝臟的組織學變化。

4.致癌性

Rao和Reddy發現DEHP及其代謝產物可以引起過氧化物酶的增值，而過氧化物酶增高可導致某些原致癌物的致癌性增加。

5.安全性

近年來，人們非常關注PVC制品中所含的二惡英和環境激素等問題，各種議論給PVC市場帶來了不利影響。日本增塑劑工業協會對在鄰苯二甲酸酯類增塑劑中使用量最多的DOP的安全性能進行了多方位和細致的研究，結果獲得了世界公認。下面以DEHP（鄰苯二甲酸雙（2-乙基乙基）脂）為例，詳細的分析這類增塑劑的安全性。

在許多場所能檢測出DEHP，使人們對該物質產生了擔憂，但近年來人們對DEHP安全性的認識已經有了較大的提高。實際上，DEHP的蒸氣壓和在水中溶解度極小，僅能用特殊儀器從空氣中和水中檢測出很低的含量。雖然食品被檢測出有PPM級含量的DEHP，但對人類和嚙齒類動物的影響很小。2000年2月，國際癌癥研究機構（iarc）否定了該物質對人體的致癌性，2003年1月通過對靈長類動物的實驗，證實沒有影響。2003年6月日本環境省發表了包括DEHP在內的幾種鄰苯二甲酸酯不會產生環境激素的研究報告。

日本和海外各種機構對DEHP進行了損害評估，大部分作出DEHP對人體健康沒有影響的結論。2005年2月，日本產業技術綜合研究所發表了“鄰苯二甲酸酯——DEHP”報告，對該物質進行了詳細的損害評定。結論如下：（1）除特殊醫療和工作領域外，不必擔心DEHP會對人體造成任何傷害；（2）對生態的影響與人體影響評估一樣，也不會造成任何損害。日本增塑劑工業協會經過長期反復調查研究，認為“DEHP對于人類和環境不會帶來不利影響，可以放心使用”。

四、結語

PVC在各種各樣的醫療產品中有著悠久的使用歷史。PVC在醫療產品中的應用包括輸液袋和導尿管等等。這些醫療設備經過了世界范圍內包括FDA在內的無數政府機構和獨立健康機構的嚴格的監管審查。在過去40多年的使用過程中，這些材料的安全性已經經過了50億到70億急性接觸住院以及10億到20億慢性接觸住院天數的證明，并沒有發現PVC類材料具有任何反作用。可替代材料能夠有效取代DEHP（或含DEHP的PVC）的程度還需要在當今使用的廣泛范圍內進行測試。這些可替代材料還必須進行毒物學和具體特定的使用領域可接受的安全標準的評估，并且要具有與原來使用材料相當的安全程度。病人的安全性、功能的有效性、成本的經濟性以及規章的遵從性將會對未來醫療設備材料的選擇及其優先性產生指導性作用。[7]

參考文獻

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[5] 張承焱，等.推進醫用高分子材料產業化[J ] .化工新型材料，2002 ，30（11） ：829.

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一、生物醫用高分子材料的特點

生物醫用高分子材料是一種聚合物材料，主要用于制造人體內臟、體外器官、藥物劑型及醫療器械。按照來源的不同，生物醫用高分子材料可以分為天然生物高分子材料和合成生物高分子材料2種。前者是自然界形成的高分子材料，如纖維素、甲殼素、透明質酸、膠原蛋白、明膠及海藻酸鈉等；后者主要通過化學合成的方法加以制備，常見的有合聚氨酯、硅橡膠、聚酯纖維、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。按照材料的性質，生物醫用高分子材料可以分為非降解材料和降解材料。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴，芳香聚酯、聚硅氧烷等；后者包括聚乙烯亞胺—聚氨基酸共聚物、聚乙烯亞胺—聚乙二醇—聚（β-胺酯）共聚物、聚乙烯亞胺—聚碳酸酯共聚物等。

生物醫用高分子材料作為植入人體內的材料，必須滿足人體內復雜的環境，因此對材料的性能有著嚴格的要求。首先，材料不能有毒性，不能造成畸形；其次，生物相容性比較好，不能與人體產生排異反應；第三，化學穩定性強，不容易分解；第四，具備一定的物理機械性能；第五，比較容易加工；最后，性價比適宜。其中最關鍵的性能是生物相容性。

根據國際標準化組織（InternationalStandardsOrganization，ISO）的解釋，生物相容性是指非活性材料進入后，生命體組織對其產生反應的情況。當生物材料被植入人體后，生物材料和特定的生物組織環境相互產生影響和作用，這種作用會一直持續，直到達到平衡或者植入物被去除。生物相容性包括組織相容性、細胞相容性和血液相容性。

二、生物醫用高分子材料的發展歷史

人類對生物醫用高分子材料的應用經過了漫長的階段。根據記載，公元前3500年，古埃及人就用棉花纖維和馬鬃縫合傷口，此后到19世紀中期，人類還主要停留在使用天然高分子材料的階段；隨后到20世紀20年代，人類開始學會對天然高分子材料進行改性，使之符合生物醫學的要求；再后來人類開始嘗試人工合成高分子材料；20世紀60年代以來，生物醫用高分子材料得到了飛速發展和廣泛的普及。1949年，美國就率先發表了研究論文，在文中第1次闡述了將有機玻璃作為人的頭蓋骨、關節和股骨，將聚酰胺纖維作為手術縫合線的臨床應用情況，對醫用高分子的應用前景進行了展望。這被認為是生物醫用高分子材料的開端。

在20世紀50年代，人類發現有機硅聚合物功能多樣，具有良好的生物相容性（無致敏性和無刺激性），之后有機硅聚合物被大量用于器官替代和整容領域。隨著科技的發展，20世紀60年代，美國杜邦公司生產出了熱塑性聚氨酯，這種材料的耐屈撓疲勞性優于硅橡膠，因此在植入生物體的醫用裝置及人工器官中得到了廣泛應用。隨后人工尿道、人工食道、人工心臟瓣膜、人工心肺等器官先后問世。生物醫用高分子材料也從此走上快速發展的道路。

三、生物醫用高分子材料的發展現狀、前景和趨勢

據相關研究調查顯示，我國生物醫用高分子材料研制和生產發展迅速。隨著我國開始慢慢進入老齡化社會和經濟發展水平的逐步提高，植入性醫療器械的需求日益增長，對生物醫用高分子材料的需求也將日益旺盛。2015年1月28日，中國醫藥物資協會的《2014中國單體藥店發展狀況藍皮書》顯示，2014全年全國醫療器械銷售規模約2556億元，比2013年度的2120億元增長了436億元，增長率為20.06%。但是相比于醫藥市場總規模（預計為13326億元）來說，醫藥和醫療消費比為1∶0.19還略低，因此業內普遍認為，醫療器械仍然還有較廣闊的成長空間，生物醫用高分子材料也將迎來良好的發展前景。

根據evaluateMedTech公司基于全球300家頂尖醫療器械生產商的公開數據而得出的報告《2015-2020全球醫療器械市場》預測，2020年全球醫療器械市場將達到4775億美元，2016-2020年間的復合年均增長率為4.1%。世界醫療器械格局的前6大領域包括：診斷、心血管、影像大型設備、骨科、眼科、內窺鏡，其中生物醫用高分子材料在其中都得到了廣泛的應用。

以往的醫學研究對組織和器官的修復，更多是選擇一種替代品，實現原有組織和器官的部分功能。隨著再生醫學和干細胞技術的迅速發展，利用生物技術再生和重建器官、個性化治療和精準醫學已經成為趨勢。因此傳統的生物醫藥高分子材料已經不能滿足現有的需求，需要模擬生物的結構，恢復和改進生物體組織與器官的功能，最終實現器官和組織的再生，這也是生物醫用高分子材料未來的發展方向。

生物醫用高分子材料在醫療器械領域中得到了非常廣泛的應用，主要體現在人工器官、醫用塑料和醫用高分子材料3個領域。

1.人工器官

人工器官指的是能植入人體或能與生物組織或生物流體相接觸的材料；或者說是具有天然器官組織或部件功能的材料，如人工心瓣膜、人工血管、人工腎、人工關節、人工骨、人工肌腱等，通常被認為是植入性醫療器械。人工器官主要分為機械性人工器官、半機械性半生物性人工器官、生物性人工器官3種。第1種是指用高分子材料仿造器官，通常不具有生物活性；第2種是指將電子技術和生物技術結合；第3種是指用干細胞等純生物的方法，人為“制造”出器官。目前生物醫用高分子材料主要應用在第1種人工器官中。

目前，植入性醫療器械中骨科占據約為38%的市場份額；隨后是心血管領域的36%；傷口護理和整形外科分別為8%左右。人工重建骨骼在骨科產品市場中占據了超過31%的市場份額，主要產品是人工膝蓋，人工髖關節以及骨骼生物活性材料等，主要應用的生物醫用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增強聚乳酸、自增強聚乙醇酸等。心血管產品市場中支架占據了一半以上的市場份額，此外還有周邊血管導管移植、血管通路裝置和心跳節律器等。

目前各國都認識到了人工器官的重要價值，加大了研發力度，取得了一些進展。2015年，美國康奈爾大學的研究人員開發出了一種輕量級的柔性材料，并準備將其用于創建一個人工心臟。在我國，3D打印人工髖關節產品獲得國家食品藥品監督管理總局（CFDA）注冊批準，這也是我國首個3D打印人體植入物。

人工器官未來發展趨勢是誘導被損壞的組織或器官再生的材料和植入器械。人工骨制備的發展趨勢是將生物活性物質和基質物質組合到一起，促進生物活性物質的黏附、增殖和分化。血管生物支架的發展趨勢是聚合物共混技術，如海藻酸鈉/殼聚糖、膠原/殼聚糖、膠原/瓊脂糖、殼聚糖/明膠、殼聚糖/聚己內酯、聚乳酸/聚乙二醇等體系。

2.醫用塑料

醫用塑料，主要用于輸血輸液用器具、注射器、心導管、中心靜脈插管、腹膜透析管、膀胱造瘺管、醫用粘合劑以及各種醫用導管、醫用膜、創傷包扎材料和各種手術、護理用品等。注塑產品是醫用塑料制品當中產量最大的品種。與普通塑料相比，醫用塑料要求比較高，嚴格限制了單體、低聚物、金屬離子的殘留，對于原材料的純度要求很高，對加工設備的要求也非常嚴格，在加工和改性過程中避免使用有毒助劑，通常具有表面親水、抗凝血等特殊功能。常用醫用塑料包括聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、熱塑性聚氨酯（TPU）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET）等。

目前醫用塑料市場約占全球醫療器械市場的10%，并保持著每年7%～12%的年均增長率。統計數據顯示，美國每人每年在醫用塑料領域消費額為300美元，而我國只有30元，由此可見醫用塑料在我國的發展潛力非常大。

我國醫用塑料制品產業經過多年的發展，取得了長足的進步。中國醫藥保健品進出口商會統計數據顯示，2015年上半年，紗布、繃帶、醫用導管、藥棉、化纖制一次性或醫用無紡布物服裝、注射器等一次性耗材和中低端診斷治療器械等成為我國醫療器械的出口大戶。但是也必須清醒地認識到，我國的醫用塑料發展水平還比較落后。醫用塑料的原料門類不全、生產質量標準不規范、新技術和新產品的創新能力薄弱，導致一些高端原料導致國內所需的高端產品原料還主要靠進口。

目前各國都認識到了醫用塑料的重要價值，加大了研發力度，取得了一些進展。2015年，英國倫敦克萊蒙特診所率先開展了塑膠晶狀體移植手術，不僅可以治療遠視眼或近視眼，還可以恢復患有白內障和散光者的視力；住友德馬格公司推出一種聚甲醛（POM）齒輪微注塑設備，在新型白內障手術器械中具有重要作用；美國美利肯公司開發了一項技術，可使非處方藥和保健品塑料瓶的抗濕性和抗氧化性提高30%；MHT模具與熱流道技術公司開發出了PET血液試管，質量不足4g，優于玻璃試管；Rollprint公司與TOPAS先進高分子材料公司合作，采用環烯烴共聚物作為聚丙烯腈樹脂的替代品，以滿足苛刻的醫療標準；美國化合物生產商特諾爾愛佩斯推出了一款硬質PVC，以取代透明醫療零部件中用到的PC材料，如連接器、止回閥、Y接頭、套管、魯爾接口配件、過濾器、滴注器和蓋子，以及樣本容器。

未來醫用塑料的發展趨勢是開發可耐多種消毒方式的醫用塑料，改善現有醫用塑料的血液相容性和組織相容性，開發新型的治療、診斷、預防、保健用塑料制品等。

3.藥用高分子材料，

藥用高分子材料在現代藥物制劑研發及生產中扮演了重要的角色，在改善藥品質量和研發新型藥物傳輸系統中發揮了重要作用。藥用高分子材料的應用主要包括2個方面：用于藥品劑型的改善以及緩釋和靶向作用，此外還可以合成新的藥物。

藥物緩釋技術是指將衣物表面包裹一層醫用高分子材料，使得藥物進入人體后短時間內不會被吸收，而是在流動到治療區域后再溶解到血液中，這時藥物就可以最大限度的發揮作用。藥物緩釋技術主要有貯庫型（膜控制型）、骨架型（基質型）、新型緩控釋制劑（口服滲透泵控釋系統、脈沖釋放型釋藥系統、pH敏感型定位釋藥系統、結腸定位給藥系統等）。

貯庫型制劑是指在藥物外包裹一層高分子膜，分為微孔膜控釋系統、致密膜控釋系統、腸溶性膜控釋系統等，常用的高分子材料有丙烯酸樹脂、聚乙二醇、羥丙基纖維素、聚維酮、醋酸纖維素等。骨架型制劑是指向藥物分散到高分子材料形成的骨架中，分為不溶性骨架緩控釋系統、親水凝膠骨架緩控釋系統、溶蝕性骨架緩控釋系統，常用的高分子材料有無毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷、甲基纖維素、羥丙甲纖維素、海藻酸鈉、甲殼素、蜂蠟、硬脂酸丁酯等。

我國的高分子基礎研究處于世界一流，但是藥用高分子的應用發展相對滯后，品種不夠多、規格不完整、質量不穩定，導致制劑研發能力與國際產生差距。國內市場規模前10大種類分別為明膠膠囊、蔗糖、淀粉、薄膜包衣粉、1，2-丙二醇、PVP、羥丙基甲基纖維素（HPMC）、微晶纖維素、HPC、乳糖。高端藥用高分子材料幾乎全部依賴進口。專業藥用高分子企業則存在規模小、品種少、技術水平低、研發投入少的問題。

目前，藥物劑型逐步走向定時、定位、定量的精準給藥系統，考慮到醫用高分子材料所具備的優異性能，將會在這一發展過程中發揮關鍵性的作用。未來發展趨勢是開發生物活性物質（疫苗、蛋白、基因等）靶向控釋載體。

四、結語

雖然生物醫用高分子材料的應用已經取得了一些進展，但是，隨著臨床應用的不斷推廣，也暴露出不少問題，主要表現出功能有局限、免疫性不好、有效時間不長等問題。如植入血管支架后，血管易出現再度狹窄的情況；人工關節有效期相對較短，之所以出現這些問題，主要原因是人體與生俱來的排異性。

生物醫用高分子材料隸屬于醫療器械產業，其發展備受政策支持。國務院于2015年5月印發的《中國制造2025》明確指出，大力發展生物醫藥及高性能醫療器械，重點發展全降解血管支架等高值醫用耗材，以及可穿戴、遠程診療等移動醫療產品。可以預見，在未來20～30年，生物醫用高分子材料就會迎來新一輪的快速發展。

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【關鍵詞】功能材料；高分子；現狀；發展

材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，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。進入本世紀80年代以來，一場與之相適應的“新材料革命”蓬勃興起。功能材料是新材料發展的方向，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，發展十分迅速，已成為新技術革命必不可少的關鍵材料[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上，賦予其某種特定功能。諸如：化學性、導電性、光敏性、催化性，對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鏈上帶有特殊結構的反應基團密切相關。

2.功能高分子材料的研究現狀

在原來高分子材料的基礎上，可將功能高分子材料分為兩類：一類是以改進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化學功能高分子材料

化學功能高分子材料通常具有某種化學反應功能，它將具有化學活性的基團連接到以原有主鏈鏈為骨架的高分子上。離子交換樹脂是一種帶有可交換離子的活性基團、具有三維網狀結構、不溶的交聯聚合物，在水中具有足夠大的凝膠孔或大孔結構，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、制藥行業、治理污染和催化劑中應用的更為廣泛。

2.1.2光功能高分子材料

在光的作用下，實現對光的傳輸、吸收、貯存、轉換的高分子材料即為光功能高分子材料。近年來，在數據傳輸、能量轉換和降低電阻率等方面的應用增長迅速。感光性樹脂由感光基團或光敏劑吸收光的能量后，迅速改變分子內或分子間的化學結構，引起物理和化學變化。光致變色高分子具有光色基團，不同波長的光對其照射時會呈現不同的顏色，而當其受到特定波長照射后又會恢復為原來的顏色。利用這種可逆反應可以實現信息的存儲、信號的顯示和材料的隱蔽，應用前景十分誘人。

2.1.3電功能高分子材料

依據材料的結構和組成，可將導電高分子分為兩大類：一類是依靠高分子結構本身所能提供的載流子導電的結構型導電高分子，在電致顯色、微波吸收抗靜電、等領域顯示出廣闊的應用前景。另一類是高分子材料本身不具有導電性能，依靠添加在其中的炭黑或金屬粉導電的復合型導電高分子，具有制備方便，實用性強的特點，在許多領域發揮著重要的作用，常用作導電橡膠電磁波屏蔽材料和抗靜電材料。

2.1.4生物醫用高分子材料

生物醫用高分子包括醫用高分子和藥用高分子兩大類。

醫用高分子材料材料科學應用于生物醫療的交叉學科，將加工后的無生命的材料用來取代或恢復某些組織器官的功能。醫用高分子材料作用于人體必須具備生物相容性、化學穩定性、耐腐蝕老化、易于加工等優點，主要用于人工器官、治療疾患、診斷檢查等醫療領域中。目前，醫用功能高分子材料在心血管的植入、局部整形和眼睛系統的矯正等方面獲得了較大成果。

新型高分子藥物，具有緩釋、長效、低毒的特點，分為兩類：一類藥物即為高分子本身，可以直接用作藥物，也可以通過合成獲得某些療效。另一類高分子藥物高分子本身沒有藥用價值，而是作為藥物的載體，以離子鍵或共價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。一方面達到將最小的劑量在作用于特定部位產生治效的目的；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

近年來開發的高吸水性樹脂是一種新型功能高分子材料，它可吸收自身重量數百倍至上千倍的水，自身含有強親水性基團同時具有一定交聯度。此外，高吸水性樹脂的保水性能極好，即使受壓也不會滲水，而且具有吸收氨等臭氣的功能。高吸水性樹脂在石油、化工、輕工、建筑等部門被用作堵水劑、脫水劑、增粘劑、密封材料等；在農業上可以做土壤改良劑、保水劑、植物無土栽培材料、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、已取得實質性進展、并具有應用價值和開發前景的共聚物是由CO2與環氧化合物通過開鍵、開環、縮聚制得的CO2共聚物脂肪族碳酸酯。把長期以來因石化能源燃燒和代謝而排放的污染環境、產生溫室效應的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，對解決當今世界日趨嚴重的CO2含量增高等問題有重要的現實意義。

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是形狀記憶性，它是一種能循環多次的可逆變化。即具有特定形狀的聚合物受到外力作用，發生變形并被保持下來；一旦給予適當的條件（力、熱、光、電、磁），就會恢復到原始狀態。根據不同的觸發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、包裝和汽車工業中具有良好的發展前景。

2.2.4生態可降解高分子材料

隨著人類對環境的重視，材料的可降解性成為新的性能指標，因此生態可降解高分子材料受到廣泛重視。目前我國生態可降解性高分子材料的發展還處于復制和仿制國外產品的初級階段，國外產品占據主要市場。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發應用于生命科學新型生物可降解材料，盡管已形成了多個品種，但目前應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題，有待進一步研究[4]。

3.開發功能高分子材料的重要意義

功能高分子材料其獨特的功能和不可替代的特性已帶來各個領域技術進步，甚至質的飛躍，且在各行業已產生相當高的經濟和社會效益，并導致許多新產品的出現。隨著人們對有機高分子材料研究的逐步深入和加強，功能高分子材料的方向包括兩方面：一方面，改進通用有機高分子材料，在不斷提高它們的使用性能的同時，擴大其應用范圍。另一方面，與人類自身密切相關、具有特殊功能的材料的研究也在不斷加強。因此，功能高分子材料是未來材料科學與工程技術領域的重要發展方向，必將影響人類的生產和生活產[5]。

【參考文獻】

［1］張恒翔，蔡建，邱莎莎.功能高分子材料在軍用包裝中的應用[J].包裝工程，2011，（23）：60～62.

［2］楊曉紅，王海英.新型有機高分子材料發展[J].科技資訊，2009，（4）：7.

［3］楊北平，陳利強，朱明霞.功能高分子材料發展現狀及展望[J].廣州化工，2011，（6）：17～18.

篇4

關鍵詞：功能高分子材料；納米技術；可生物降解；

高分子材料早已經滲透到。我們人類生活的方方面面，在日常生活處處。都有著重要的應用。所以我們每個人都。對于高分子材料不陌生。它又叫聚合物材料，通常指的是無數個小分子化合物再通過化學鍵，形成的大分子化合物。生活里可見的聚合物材料主要有合成橡膠、合成塑料、合成纖維這三種。到上世紀六十年代左右，這些聚合物材料已經可以用來制造衣服、日常用品及各種工業材料，滿足相關行業的需求。在未來，高分子材料主要運用領域分別是：納米高分子材料復合應用、高分子材料功能化、生物可降解高分子材料開發。以及航天工業領域應用。

一、高分子材料功能化發展

功能高分子材料是一種聚合物大分子，它大多來自于半人工及人工合成的高分子材料。它與一般的聚合物有很大的不同，在化學性質及物理性能上都發生了很大的變化，主要是增加了一些光學、電學等方面的特殊功能。在高分子研究中，有一個特殊領域，就是功能高分子，也就是那些數量甚微、作用特別、性能獨特卻是運用新技術時必不可少的高分子材料。

隨著科技的進步，以及社會經濟的發展，新能源開發、交通和航天技術、微電子技術、生物醫藥等多個領域都如雨后春筍般蓬勃發展，這些領域的發展離不開功能高分子材料這個重要的基礎。

在功能設計方面，高分子材料的主要作用是：

1）用分子設計來合成新的功能。如研制非晶質光盤（APO）；

2）以特別加工來增添材料功能特性。如功能高分子膜和塑料光纖；

3）用兩種或兩種以上性能不同或者功能各異的材料，加以復合之后形成新材料所具有的功能，如EMI/RFI屏蔽導電、塑料、高分子磁性體和復合層積復合填料；

4）對材料的表面進行處理，從而讓材料具備新功能，如EMI/RFI屏蔽導電塑料、表面處理法。

功能設計，這一理論在所有功能高分子材料領域內都得到了運用，這自然也同其材料的研究方向緊密相關。在生物醫藥上，有研究者利用電化學反應，模仿自然骨的成分及其產生過程，讓膠原通過微環境及反應動力，實現分子自組裝和礦化，最終獲得有關成份、骨組織及其結構。利用相似度極高的生物活性涂層以及調控生物活性因子促進骨的生長。這種技術可以提高醫用移植體相關材料的生物活性，從而可以加速治好患病的骨骼。

由于功能高分子材質具備與眾不同的出色作用，它可以替換許多功能材料，并可以通過功能高分子材質來改善其他材料的性能，讓其變成一種全新的功能材料。有鑒于此，功能高分子材料及特種高分子材料在國內外相關領域內受到越來越高的重視，科學家開展的相關研究也非常多。因此，發展功能高分子，其涉及面O廣，關系到許多學科的研究。我國也非常關注這一領域的研究，在自主研發的基礎上，加強國際交流，目前相關水平已處在世界的前列。

二、運用納米技術，改性高分子材料

納米技術一般是來鉆研納米材料的特性和對其結構進行制造的工藝。當一種東西在現代化手段下以納米來描述時，那么它本身的作用便會產生一些變化，從而出現一些奇特的現象，表現出和普通物質不一樣的性質。并且，若是把具有特殊性質的粒子和其他高分子物質混合時，這種特殊的粒子會使高分子物質發生性能的改變。所以，在改變高分子物質的過程中，運用的納米技術有兩種：一是對這兩種物質加以合成，二是用納米粒子影響高分子材料的性能。第一種占得比例最多。

舉個例子，在探究苯乙烯一丙烯酸醋IPN/MMT納米復合阻尼材料時，可將這兩種物質時行復合，據此提高其抗震、降噪的效果。結合眾多實驗結果，我們可以知道，聚合物基體中平均分布了二維納米片之后，該材料原本的能量將會有很大的升高，與此同時，基體材料的增韌性更好，耐磨性更強，阻透性也大大提高，也發送了其抗菌性以及抗老化性能，同時防紫外線的能力也有所提高。

又比如，把納米無機粘土粒子利用其他的改性劑，在化學反應后得到的納米粒子片層，與尼龍等其他材料混合，得到的新材料的阻止燃燒的功能更加好。將納米材料和它的結構的多種特性組合使用，能夠產生其他的多種新的材料。

三、生物可降解高分子材料的發展

在特定時間及一定條件下，微生物或其分泌物利用化學分解的形式，可以獲得降解的新材料。

高分子材料已在日常生產及生活中得到了廣泛的應用。可是，由于它無法循環使用，不易分解，加上用量很大，久而久之，就給環境帶來了比較厲害的化學污染。一般情況下，在降解這些廢棄的塑料制品時，最廣泛使用的辦法是挖坑埋掉或者燒掉，然而，這些方法都會對環境造成不可彌補的傷害。

譬如，我們的日常生活中，超市購物，買菜，包裝，全都用塑料制品，面對這一現象，四川有一家生物科技公司研制了一種抑菌的可降解的包裝食物的材質，先把殼聚糖通過輻射法作出輻照降解，再混入偶聯劑助劑溶液，攪拌均勻，而后通過干燥使溶劑脫離后，再和聚己內酯類可降解高分子材料混合在一起得出。聚己內酯可以全部的溶解掉，而殼聚糖則可以抑制某些微生物的生存繁衍。

所以，在研究這一新材料時，重點是研究出可降解的聚合物，如何對已經存在的可降解聚合物加以利用，經濟意義是十分明顯的，值得研究。

四、先進高分子材料在航天工業領域的應用

自中華人民共和國建立以后，航天工業獲得了長足進步，其代表是兩彈一星，這也促進了相關新材料的科研及發展。進入新時代，我國又陸續開展了載人航天及探月工程等一系列重大科研項目，這自然也離不開更多新材料的支持，在這個領域，一些關鍵的材料研制獲得突破性進展。這里面就包括高分子材料。它是發展航天工業必備的配套產品，一般包含橡膠、膠黏劑、工程塑料、密封劑和涂料等。

五、結語

本人從思考人類生存的環境問題出發，在建設環境友好型社會的基礎上，形成了上述四個基本觀點。當下，人們研究高分子材料，在目的及目標等方面，改變都十分明顯：以往研究的目的是給人們的生活帶來方便，如今則開始注意環境安全，不浪費能源與物質，循環使用，同時研發出能耗低、效率高的新材料。毫無疑問，環境因素已成為今后任何研發工作所需要重點考慮的問題。對于從事新材料研發工作的人們來說，只有研發出無毒、綠色、功能化、可降解的材料，與環境有利，才能解決白色、黑色等方面的污染問題。

參考文獻：

[1]謝建玲.現代塑料加工應用，1995.

篇5

對廢舊高分子材料進行處理可謂是一把雙刃劍，運用得好能夠節約資源，保護環境，如果沒能夠處理好，就會給我們的生產生活帶來一定的負面影響，甚至還會是出現毒有害現象。將廢舊材料應用到建筑建設當中，既可以進一步降低高分子材料給我們的生產生活帶來的影響，還可以為建筑工程提供更多更好的建筑材料的來源。隨著科學技術的發展、社會的進步，會有更多新型的高分子材料問世，從而提高整個建筑行業的經濟效益，實現環境效益、社會效益、環境效益的有機統一。我國處理廢棄的高分子材料的技術還相對比較落后，絕大部分處理方法也只是簡簡單單的再生及復合再生。在這種情況下，大批量的廢棄高分子材料就會被當成垃圾，隨意丟棄，大量的廢舊高分子材料給我們的日常生活帶來了極大的影響，嚴重污染了我們的環境，例如:分散在土壤中塑料地膜，很容易導致土質板結，不利于農作物對氧、空氣、水分、光的吸收;地面上飛散的薄膜碎片也容易導致相關建筑引起火災;再降解的過程中，部分廢舊高分子材料會釋放對人們身體健康非常有害的毒素。現階段，我們迫切需要處理好這些廢舊的塑料、纖維、橡膠等問題。

2.廢舊高分子材料在建筑材料中的應用

當今的世界是一個充滿高分子材料的世界，我們在一方面享受高分子材料給我們的生產生活帶來極大的便利的同時，還要考慮廢舊高分子的處理問題。處理廢舊高分子材料有益也有弊，廢舊材料處理得好，則有利于降低高分子材料給我們帶來的危害，不僅如此，還能夠幫助我們降低生產生活成本;如果處理不好，就會危害環境，給我們的身體健康造成損害。將廢舊高分子材料作為一種建筑材料，能夠有效解決廢舊材料無法處理的難題，一方面可以降低廢舊高分子材料的危害，另一方為工程建設提供了一條新的建筑來源。隨著科學技術的進一步發展，新型材料將會一項接著一項的問世，最終達到經濟效益、環境效益和社會效益的統一。首先，廢舊高分子材料在建筑當中可以當做墻體材料來應用。隨著我國相關使用粘土磚禁令的進一步公布，我國建筑工程行業已經開始進一步加強了新型墻體材料的開發和應用，因此，回收廢舊高分子材料具有非常重要的意義，極大的支持了墻體材料的進一步創新。現階段，新墻體材料的相關技術已經日益成熟，并逐步應用到生產實際當中，與我們的生產生活密不可分，具體來說，主要包括以下幾個方面:一是將塑料同玻璃有機結合成在一起形成的樣品磚。現階段，我國已經研制出了將玻璃和塑料復合而成的樣品磚，這種樣品磚并得到了極大的應用。二是金屬橡膠混凝土。金屬橡膠混凝土材料的性能較強，有利于解決混凝土的各種結構問題，例如我們通常見到的隔音差以及抗震性能不夠等。三是聚苯乙烯泡沫塑料生產混凝土保溫砌塊。這種砌塊的規模通常比較小，且具有很強的隔音效果以及抗壓強度較高，屬于高質量的、質量較輕的墻體材料。在實際工作過程中，砌塊的聚苯乙烯泡沫塑料外部包裹的水泥漿層起著重要的骨架作用，因此，基本上泡沫塑料不受外力的作用。四是利用粉煤灰和廢舊塑料制作成的建筑用瓦，這種瓦的研制，一方面能夠極大的降低成本，另一方面還可以消除白色污染。五是充分利用廢泡沫材料制作新型的保溫磚，這種保溫磚具有防火性能好、造價低廉等特點。

其次，廢舊高分子材料在建筑裝飾材料中的應用。每一個建筑材料中都不能缺少建筑材料，如果建筑當中缺乏裝飾材料則會極大的影響我們日常的生產和生活，甚至還會對人們的身體健康帶來極大的影響，更有甚至，還會引發重大的疾病。因此，我們可以將廢舊高分子材料應用到建筑裝飾材料中，一方面能夠降低整個建筑的建設成本，另一方面還提高了安全性能，減少了環境污染，可以說是一舉多得。具體來說，可以進行以下幾個方面的運作：一是，充分利用廢舊塑料來生產建筑裝飾板材。現階段，我國相關部門已經對這方面給予了研究，取得了一定的成績。該技術的主要原理在于是用色素添加劑、廢舊塑料、增強劑等原料，以重量為基本單位，現將廢舊塑料清洗干凈，將其曬干后，進行融化成為細顆粒，再次融化的同時，添加增強劑以及色素添加劑，并將其冷卻成為我們需要的形狀，在此基礎上，涂上鮮艷的色彩，將其制作成成品。二是，利用廢舊高分子材料制作組織燃燒的一種廢舊材料。根據相關報道，通過在一些廢舊塑料和鋸粉末中加入一定添加劑的方式，可以制作有效阻止燃燒的一種建筑裝飾材料。經過試驗證實，這種材料的阻燃性非常強，因此，完全可以應用到建筑當中，一方面能夠為建筑裝飾建材提供更多的種類，另一方面還能夠保護環境，為美化環境做貢獻。再次，廢舊高分子材料在其他建筑材料當中的應用。近些年來，廢舊高分子材料逐步應用到建筑材料中得到了廣泛的應用。具體來說，包括以下幾個方面：一是廢舊聚苯乙烯泡沫塑料和粉煤灰共同制造的防水材料。以普通硅膠為材料，添加少量防腐劑，從而形成質量良好的保溫防水材料，該材料能夠將防水和保溫隔熱有機的融為一體，該保溫防水材料的強度較高、密度相對較低、保溫隔熱性能極好，可以說，是一個非常理想的屋面保溫材料。二是，利用廢聚烴類樹脂生產塑料地板，現階段，我國已經研究出該項產品，并取得了極大的成功。在世界塑料家族中，“PVC”的產量相對較高，制品也比廢品相對較多。由于“PVC”是一種含鹵物質，因此，想要回收該材料受到很多因素的限制，運用這項技術能夠生產出很多建筑材料產品，我們常見的有用廢農膜、碳酸鈣、劑、穩定劑、色漿適量，經混合、密煉等一系列加工可制成塑料地板。總而言之，廢舊高分子材料在建筑當中的應用，一方面降低了建筑的建設成本，另一方面還保護了環境，可以說是，一舉多得。近些年來，我國對該方面的研究，也取得了一定的成效，并獲得了極大的成功。

3.結語

篇6

【關鍵詞】高分子材料；廢舊塑料；建筑材料；回收應用

以塑料、纖維、橡膠為主體的高分子材料在我們的生活當中隨處可見，高分子材料與我們的生活息息相關，我們的生活與高分子聯系也越來越緊密。隨著社會和科學技術的飛速發展及人們消費習慣的改變，人們使用的高分子材料數量也迅速增加，由于通常高分子材料的使用壽命比較短，所以廢舊高分子材料的數量也大量增加。由于大量的廢舊高分子材料不能在大自然中自然降解，已經成為環境污染的一個重要來源。

日常生活中用量最大的熱塑性高聚物聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）等樹脂制品的消費量達1135萬t/年。據調查，每年產生廢棄物數量巨大，美國1800萬t，日本488萬t，西歐1140萬t，我國也有90萬t。

目前，廢舊高分子材料的處理方式主要是焚燒、填埋以及回收再利用。回收循環利用高分子材料主要有兩種，一是物理循環技術，物理回收循環利用技術主要是指簡單再生利用和復合再生利用，回收廢舊塑料制品經過分類、清洗、破碎、造粒進行成型加工。這類再生利用的工藝路線比較簡單，生產量巨大，但再生制品的性能欠佳，一般制作檔次較低的塑料制品。二是化學循環利用，通過對回收的高分子廢舊材料的化學改性，生產達到同類或異類使用要求的產品。化學循環再生材料生產工藝復雜，投資高，產品改性徹底，但產量低，對回收高分子材料要求也高。

我國處理廢棄的高分子材料的技術還是比較落后，大部分只是較簡單地單純再生及復合再生。大批量的廢棄高分子材料都變成為垃圾，大量的廢舊高分子材料已經嚴重影響了我們的日常生活如：分散在土壤中塑料地膜，易使土質板結，影響農作物對氧、空氣、水分、光的吸收；地面上飛散的薄膜碎片易引起火災、污染環境；部分廢舊高分子材料在降解中釋放對人體有害的氣體及毒素。如何處理這些廢舊的塑料、纖維、橡膠等已經成為一個日益迫切的環境和經濟問題。

在我國，高分子材料使用量大，生產量也大，當然廢舊高分子材料數量也巨大。建筑材料在我國的使用量巨大，如果這方面技術開發與應用得當，那么將是改善我國在高分子材料處理問題上的一條重要途徑。

據統計，美國在20世紀末廢舊塑料回收率達35%以上，廢舊塑料品種的比例約為：包裝制品占50%，建筑材料占18%，消費品占11%，汽車配件占5%，電子電氣制品占3%。我國廢舊塑料的回收率在20%左右，建筑材料占的比例更小。我國廢舊塑料在建筑材料中的開發利用技術水平還比較低，還有廣闊前景。

隨著國家有關禁止使用粘土磚禁令的公布，開發使用新型墻體材料已經成為一種必然趨勢，同時回收利用廢舊高分子材料技術的發展，為廢舊高分子材料復合成新型墻體材料提供了強有力的支持。目前已有許多這類技術發展相當成熟，并用于實際的生產當中。

英國威爾士Affresol公司開發出一種建造低碳住房（如下圖）工藝，采用包裝物廢棄料和加工廢料等再生廢舊塑料及礦產品作為原材料，而且價格合理。每一座房屋約消耗18噸本應進行填埋的材料。

第一座這樣的積木式房屋已被英國一家室內供暖和熱水系統生產商伍斯特博世公司訂購，房屋座落于英國伍斯特郡Warndon的工廠內。伍斯特博世公司向Affresol公司提供利用再生加熱器回收的廢舊塑料，將保證伍斯特博世公司實現零廢料排放的計劃。

（1）玻璃與塑料復合而成的樣品磚

由塑料，玻璃復合而成的樣品磚已經研制出來，在國外已經得到了較廣泛的應用。其中塑料組分包括聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯以及ABS，相同的粒徑形態，較窄的尺寸范圍和尺寸分布與近似尺寸的棕色玻璃混合成玻璃塑料復合材料，其中玻璃的質量百分比根據不同的性能要求可為15%、，30%、45%。這種材料能在235℃模壓成標準的粘土磚形狀。當溫度在20～50℃范圍變化時，經過抗壓實驗，發現其斷裂應力是普通粘土磚的兩倍多。制備這種試樣時所要求的塑料不需要區分熱塑性和熱固性，因此它的原料來源相當廣泛。

（2）廢舊塑料PVC做建筑線槽

在建筑施工中常使用玻璃條、有機玻璃條、橡膠、塑料條作為房屋施工用的分割線條和避水線條。這些材料的共同缺點是價格高，合肥華風改性塑料公司，使用塑料改性新配方，新技術開發出一系列用于建筑建材行業的改性廢塑PVC線槽。不僅質量好，工人使用方便，產品有不同規格型號，更重要的是這種材料價格大幅度下降。

其工藝流程：

（3）利用廢舊塑料和粉煤灰制建筑用瓦

哈爾濱工業大學的張志梅等研究了利用廢舊塑料和粉煤灰制建筑用瓦的工藝方法和條件，用廢舊塑料粉煤灰制成的建筑用瓦在性能上，完全可以滿足普通建筑的要求。這種建筑用瓦的研制成功，不僅可以降低成本，還是消除“白色污染”的一種積極方法。

其工藝流程：

（4）利用廢泡沫生產新型保溫磚

青島裕泰化工科技有限公司利用廢泡沫具有優良的保溫性能的特點，廢物利用，再采用價格低來源廣的化工原料，將廢泡沫二次成形，研究成功了造價低廉、防火性好、保溫性能優良的新型保溫磚。

經測試，這種新型保溫磚導熱系數小于0.06W/m.K，優于0.09W/m.K的國家標準，含水率小于8%，密度小于225kg/m3，抗壓強度大于0.21MPa，且耐候性強，適合國內不同氣候的各地區使用，取代傳統珍珠巖或煤渣等保溫材料。

（5）廢棄聚酯做改性水泥砂漿

聚合物改性水泥砂漿（以下簡稱PMC）在耐腐蝕性能、固化時間及某些力學性能方面大大優于傳統硅酸鹽水泥砂漿。在許多情況下，聚合物的獨特性質使其在混凝土結構修補與保護中起到傳統材料無法替代的作用，既可節省大量建筑物修補資金，又加快了施工速度。但是PMC的價格昂貴，尚未被廣泛使用。

同濟大學程為莊等用廢棄的聚酯飲料瓶為原料，通過醇解、縮聚來獲得再生型不飽和聚酯，繼而開發出一種低成本、新型的“綠色”合物改性水泥砂漿，其價格適中，性能優良，既達到環境保護的目的，又可為擴大PMC的應用范圍開辟新路。

【參考文獻】

篇7

[關鍵詞]分形　自相似　分維　高分子

分形理論與耗散結構理論、混沌理論被認為是70年代科學上的三大發現。1967年曼德布羅特(b.b.mandelbort)在美國權威的《科學》雜志上發表了題為《英國的海岸線有多長?》的著名論文。指出海岸線在形貌上是自相似的，也就是局部形態和整體形態的相似。實際上，具有自相似性的形態廣泛存在于自然界及社會生活中，曼德布羅特把這些部分與整體以某種方式相似的形體稱為分形(fractal)。并在此基礎上，形成了研究分形性質及其應用的科學，也就是現在的分形理論(fractaltheory)，自相似原則和迭代生成原則是分形理論的重要原則。

由于分形理論研究的特殊性，以及他在自然界應用的廣泛性，目前分形理論已迅速成為描述、處理自然界和工程中非平衡和非線性作用后的不規則圖形的強有力工具。自分形理論發展以來，國內外對分形理論在各方面的應用進行了大量的理論和實踐，材料學中也一樣，分型理論目前已滲透到了材料學的各個領域，尤其是高分子材料，下面就分形理論在高分子材料學中的應用做一淺議。

一、分形維數的測定方法

根據研究對象的不同，大致可以分為以下五類：改變觀測尺度求維數；根據觀測度關系求維數；根據相關函數求維數；根據分布函數求維數；根據頻譜求維數，分形在材料科學中應用時，一般應用的測定分維方法是：盒維數法、碼尺法和小島法。

二、分形理論在高分子結構中的研究

(一)高分子鏈結構中的分形

由于高分子尺寸隨鏈結構象而不斷變化，對這類問題的處理屬于統計數學中的“無規飛行”。但若從分形的角度來看，則高分子具有明顯的分形特征并可以跟蹤監測。對高分子中普遍存在的自回避行走也是如此，只是表現出不同的分形行為。又因為這類問題與臨界現象很相似，故我們亦能采用重整化群等有力工具。并且分數維的另一獨特功能是可靈敏地反映單個高分子的單個構象[4]。

(二)高分子溶液中的分形

由于高分子溶液中的大分子鏈使得其和普通液體在很多方面存在差異性，如普通液體所不具備的流變行為、應力傳輸等。在實際研究中。分形結構主要存在于高分子溶液中的凝膠化反應中，高分子溶液的凝膠化反應主要是指聚合物的凝膠化過程，是一種臨界現象，是介于晶態與非晶態之間的一種半凝聚態，這個過程中高分子鏈之間會形成的網絡結構，該結構是一類形狀無規、無序且不規整的錯綜復雜的體系。但該體系是可以用分形的方法研究的凝膠化反應，在亞微觀水平上存在自相似性。例如左榘等研究的苯乙烯一二乙烯的凝膠化反應。

(三)固體高分子中的分形

對于高分子材料，當固體高分子材料斷裂時，不同力學性質的材料將形成不同的斷面形貌，而斷面形貌一般為不規則形態，是一種近似的或統計意義的分形結構，可用分形理論進行分析表征，從而根據斷面的形狀定量評價材料的力學性能。而微孔材料中由于分布著大量微小的孔洞，這些微孔具有不規則的微觀結構，使得微孔材料無論在總體還是在局部都呈現出較復雜的形態，無法用傳統的幾何學理論進行描述，但可用分形幾何理論對微孔形態的復雜程度作量化的表征[5]。

(四)結晶高聚物中的分形

篇8

關鍵詞：高分子材料；汽車領域；應用

當前汽車工業得到了快速發展，要求在車體結構、車身重量、防止腐蝕、做好隔音減振、節約能源等方面實現突破性進展，要求生產工藝實現自動化、行駛達到高速化。因此在生產汽車過程中大量應用重量輕、韌性好、不易腐蝕、良好隔音隔熱的高分子材料，不但可以在汽車行駛中節約大量的燃料而且也可以提高汽車綜合性能。所以當前高分子材料已普遍應用于汽車生產當中。由于使用高分子材料，所以不但可以減輕汽車總體重量，減少能源排放，而且也可以利用塑料易成型加工的特點，可以減少生產成本。當前，高分子材料已廣泛應用于汽車飾件與功能結構件當中，在汽車總重量中占到了十分之一以上。

1 高分子材料在汽車上的應用狀況

1、汽車飾件上的應用

汽車的飾件主要有內飾件與外飾件。這些飾件的作用等同于汽車的功能結構件。它們不但具有多方面的功能，而且主要占據著汽車的外觀，是購買汽車者的首要選擇。

（1）內飾件

汽車的內飾件主要有儀表板、車門內板、方向盤、座椅、頂篷、地墊、遮陽板等。內飾件不但要保證具有減振、隔熱、隔音、遮音等作用，而且還要求做到耐熱與高抗沖性、高強度與剛性、表面硬度高、不易被化學品腐蝕、不怕刮擦、保護環境等特點。最早汽車內飾件主要應用金屬、木材、纖維紡織品等制作而成，不但外觀較差而且也不利于保護環境。因此，高分子材料以其獨有的優勢迅速得到了汽車行業的應用。當前，汽車內飾件當中應用的塑料在汽車全部塑料中占到了一半以上。過去汽車內飾件主要應用PVC、ABS、PU 等。當前汽車內飾件則主要應用聚丙烯材料，有著無以倫比的優勢，如較好的韌性、較大的強度、較好的彈性、可以隔熱、不怕腐蝕、可以隨地取材、可以實現二次利用、成本較低等，因此得到了汽車內飾件的普遍應用，特別應用于汽車當中最大的內飾件----儀表板方面。PP儀表板是最近幾年才出現的新型儀表板，不但有著較強的韌性與強度，而且外觀較美、成本較低，所以廣泛應用于汽車的儀表板方面。歐洲是世界范圍內生產汽車最多的地區，他們的汽車儀表板全部采用PP，而且還在不斷擴大應用范圍。

（2）外飾件

汽車的外飾件主要有保險杠、雨刮、車燈、車玻璃、門把手、門鎖等。在過去較長時期內，汽車外飾件主要使用金屬合金，主要缺點是重量大、外觀差、價格昂貴、不能環保、容易腐蝕等。隨著高分子材料普遍應用于汽車工業，尤其是汽車保險杠主要使用塑料制作而成。保險杠的主要作用就是當汽車受到沖撞時，可以抵消一部分沖擊力，具有緩沖的作用，可以保護外界的人與車。因此保險杠不但要做到外觀美而且還需具有很好的安全保護作用。當前世界范圍內的保險杠應用高分子材料制作的占到了十分之九以上。主要應用SMC、GMT 和改性 PP 等材料。保險杠的組成部分有面板、緩沖材料、橫梁。合成面板主要應用PP制作而成，如桑塔納轎車的保險杠面板應用的材料就是共聚丙烯加熱塑性彈性體。與其它材料相比，這種材料的具有較大彈性、可以有效低消外界沖擊、不易損傷等優點，這樣的保險杠在受到外力沖擊過程中，能夠最大程度地減輕沖力，可以有效保護車外人的生命安全。

2、汽車功能結構件上的應用

汽車配件作為特殊商品，在使用上有很多具體要求，例如防油、抗腐蝕、耐高溫、成本低、質輕等特點，才能符合汽車上油箱、發動機主要部件、腳踏離合器等的使用要求。其中最主要的部件就是油箱，由于油箱的結構復雜，工藝要求高，大大增加了制造成本。塑料的使用就能有效解決這一難題。在汽車油箱制作中最常使用的就是超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯，但是這種材料的缺點是容易漏油，經過工藝改進，F在生產出了具有較好隔油性的改性pe材料。pe材料在發達國家使用較早，我國在轎車上使用樹脂制作油箱還處于開發階段。

2 汽車高分子材料未來發展方向

1、降低成本，提高性能

筆者認為在將來汽車塑料應用中，主要以PP、ABS 為主。為了進一步節約生產資金，需要大力研究應用同一種或幾種材料，這種原材料隨處可見，生產工藝簡單，使回收的廢舊塑料及時得到了應用。為了使其具有更高的性能，就要對原材料進行改性與復合，從而創造出性能更優、發展潛力更大的復合材料與工程塑料等。

2、增加安全性能和環保性能

當前汽車工業得到了前所未有的發展機會，每年都會消耗大量的塑料制件，但同時也會產生大量的塑料廢品，要占塑料生產總量的50%以上。當前廢舊塑料的回收利用還沒有得到較快發展，同時也不具有可降解性。所以開發新型塑料具有非常重要的意義。生物塑料的可降解性較好，可以普遍應用于將來的汽車制造當中。如使用天然纖維與PP、PE等材料共混改性，用來生產汽車制件，性能遠遠高于玻璃纖維增強材料，而且重量更輕，可以回收再利用，與快速發展的汽車行業相適應，塑料制件實現生物化是發展的趨勢。

3、創新材料及應用技術

當前，工程塑料在塑料行業中占有重要地位，它的主要特點是強度高、不易腐蝕、不易老化等，因此迅速進入各行各業當中，特別是汽車行業的生產。高分子合金是在改進工程塑料的基礎上生產出來的，具有更優的性能，不但材料易于加工，而且具有較高的性能，有利于減輕重量節約資金。隨著納米技術的出現與應用，當前已經在塑料行業中嶄露頭角。當前，高分子納米復合材料在碳納米管高分子復合材料、納米粒子關于聚合物的改性方面實現了突破。發達國家當前已經出現了高性能的納米復合材料，并廣泛應用于汽車生產當中。

3 結束語

總之，在將來的汽車發展中，汽車輕量化是各個生產企業追求的最終目標，由于高分子材料具有質量輕、性能高、生產簡單、安全環保、低成本等眾多優點，因此將來必然會應用于汽車生產當中，塑料有望代替金屬在汽車生產中得到普遍應用。

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篇9

論文摘要：本文通過我校“高分子科學技術導論”雙語課程的教學過程，介紹了該課程雙語教學的課程設置目的和相關的學科體系建設，以及教材的選擇與多媒體教學手段。提出了不同層次本科院校進行雙語教學應從實際出發進行專業課程設置，依據不同教學目的進行雙語課程體系建設，互動性強的多媒體教學課件與教學手段可以有效提高教學效果。

我國教育部早于2001年就在《關于加強高等學校本科教學工作，提高教學質量的若于意見》中明文要求國內高校積極推動以英語等外語進行的教學模式。而后在2005年1月、2007年1月和2007年2月教育部又多次發文鼓勵和推動雙語教學的開展。2007年8月，教育部為落實上述文件精神，引發了((關于啟動2007年雙語教學示范課程建設項目的通知》(教高司函[2007] 137號)，更提出從2007年至2010年，共支持建設500門雙語教學示范課程。

在高校本科教育中“要創造條件使用英語等外語進行公共課和專業課教學”的目的是加強培養學生利用外語學習專業知識、進行技術交流的能力，這對于我國高等教育與世界接軌具有重要的意義。它有利于培養國際化的人才，而且有利于學生素質的提高和學生今后自身的發展。對于高校工科類本科生來說，無論他們畢業后是攻讀更高學位，還是從事各種技術性工作，具備用外語學習專業知識和進行技術交流的能力都是必要的。

1、我國的“雙語教學”主要是指用漢語與英語兩種語言進行非語言學科的教學，為學生營造一種雙語雙元文化氛圍，使學生能夠潛移默化地接收兩種語言與多元文化環境的熏染

1.1課程設置目的材料學科國際性強，學術理論發展更新快，因此在許多高校都很早開展了雙語教學工作。北京化工大學對“高分子物理”課程也進行了雙語教學試驗。他們的做法是進行分層教學，即對部分英語水平好的學生實行了雙語教學。華東理工大學對“陶瓷基復合材料’，課程進行了雙語教學。合肥工業大學也于2005年開始進行“高分子物理”課程的雙語教學，武漢理工大學“材料概論”實行了雙語教學，天津大學對材料科學與工程專業“材料概論”課程實行了雙語教學，重慶工學院開設了“材料科學與工程導論”課程，唐山學院在三上開設了“材料概論”雙語課程等。

我院開展雙語教學勢在必行。原擬定開設的雙語課程是“高分子物理”，這門課程是高分子材料專業學生的專業基礎課，學時多，內容雜，理論性強，在以中文講解過程中尚有部分同學感到學習吃力，且是學生研究生人學考試常考的專業課程。鑒于我校是省屬二本院校，學生人學英語水平與重點院校之間就有一定的差距，英語水平又參差不齊，因此從2007級教學計劃開始加人了幾高分子科學技術導論”這門雙語課程，旨在使學生進人專業課學習的同時，全面了解專業知識體系，尤其是幫助一部分學生及早具備一定的專業文獻查閱能力。

1.2課程體系建設鑒于前述的教學目的，因此“高分子材料技術導論”課程設置在三年級上期，任選課，18學時，1學分。

該課程教學大綱大體包括高分子學科的基礎知識如學科發展建設、高分子材料基本分類與命名等，高分子基本結構知識，高分子材料的合成原理，主要的高分子材料及其基本性質和簡單的高分子材料加工內容。原定為任選的意義在于實質上實行分級教學，即英語水平好的同學選修，為自己更早更快地進行外文文獻的查閱及外文教材的學習打下更好的基礎;而“高分子材料技術導論”的內容實際包括了整個專業課程設置中的“高分子化學”、“高分子物理”和“高分子材料成型工藝學”，即使英語水平相對較差不選修的學生，也不會因此而使整個學習平臺短缺。

1.3教學方法與體會在實際教學中.確立了教學目標與體系設置后，首先遇到的就是教材選擇的問題。它是影響學生對課程消化吸收的一個重要環節。

對于雙語教學，我校制定了幾種方案，其中包括對教材選用、課堂英文使用比例和板書中英文比例等的規定。既是雙語教學，其目的旨在加強培養學生利用外語學習專業知識、進行技術交流的能力。因此，教材選用外文原版教材應該是最佳選擇。誠然，不少優秀的英文原版教材確實比國內的教材更能反映世界上最新最前沿的知識，且語言原汁原味，但在實際使用中，大多數老師都有這樣的認識，即其存在與我國教學大綱不完全相符、內容過于全面且難度無法調節等問題，在實際講課過程中，教師為了照顧到各個層次的學生和教學大綱的要求往往對教材內容進行選擇性講解，實際教學內容覆蓋率低，且學生學習起來知識點散，不易系統組織，同時也造成了教材的浪費(原版英文教材或引進影印版的定價相對都不菲)。 外文原版教材直接拿來就用，效果打折;而國內出版的雙語教材相對較少，適合的也不多見。針對教材問題，我選擇的是化學工業出版社引進的“國外名校名著”系列，Joel R.Fried著的“polymer science and technology"，同時參考了David LBowe:的“an introduction to polymer physics" ，L.H.Sperling的“introduction to polymer physical science”和天津大學出版的“introduction to materials"。

在此基礎上，我制作了與本學院教學大綱配套的多媒體課件。課件使用全英文板書，內容精練，R輔以大量圖片，形象清晰，既彌補了教材的不足，也使學生易于掌握重要知識。在使用多媒體課件時，提前把課件主要內容打印出來給學生進行預習，而把其中重點的詞匯(知識點概念)預留下來。這樣，一方面學生可以在課前預習中根據課件內容看相關部分知識，對要學習的內容做大致了解，另一方面，課堂上減少了做筆記的時間，同時根據老師的講解，只記錄那些余下的重要的概念名詞。既能夠留出更多時間用于聽老師講課，理解專業知識內容而不過多的停留在單詞本意的認知上，又讓學生自己動手抄寫重要的名詞，強化了記憶。

通過雙語教學發現，學生中那些英語程度較好的，一般比較歡迎雙語教學課，甚至希望在課程體系設置內加大雙語教學課程比例及課堂英語講授的比例;但英語基礎較差的，甚至根本聽不懂也看不懂的學生，則對雙語課程有抵觸情緒，不太愿意配合老師的課堂教學，更無論課前預習和課后復習、作業的要求了。這一方面與學生的英語基礎能力有關，另一方面也與由此而形成的學生對于英語教學課程的興趣有關。但通過這一學期的授課我認為在沒有專業英語課程學習之前，開設專業性強的雙語課程，對于僅僅有大學英語基礎的學生來講，難度還是有些過大了。學生閱讀外文教材或參考書所需要花費的時間很多，對于三年級專業基礎課程任務相對還比較重的學生學習來說，占用的精力讓一些學生也不能勝任。

2、結合本學期的授課情況和學生最后的學習情況.我對做好雙語教學工作有以下幾點建議

2.1為了優化教學效果，宜采用選修課的課程設置形式，尤其是分班式教學。課程設置主要取決于雙語課程設置的目的。如果是普遍提高學生對于英語專業知識的認知，必須學習的課程，可以進行分層教學。不同的班級采用雙(英)語教學的比例不同;如果是使學生提前進行英語專業知識的講授，目的在于使一部分有能力的學生先可以進行外文文獻的查閱，可以做一些選修課。此外，對于理論知識相對較淺的一些專業課程，如“豁結劑”或“高分子材料學”等，在三下“專業英語”課程學過之后開設成雙語課程也應該較適宜。如天津科技大學開設了“高分子粘合劑”雙語課程，取得了一定成績。

但是，有的學校為了使學生適應大量專業單詞而把雙語教學與專業英語課程融合成一門課程的做法，我覺得還有待進一步商榷。因為專業英語是一門語言性學科，著重于專業詞匯的記憶與文章理解翻譯等內容;而無論哪種性質的雙語課程都應該是專業知識性的教學。個人以為，也可以在二年級開設“科技英語”課程，代替通常的專業英語，比如材料學科可以選擇融合金屬、陶瓷與高分子材料在內的專業英文文獻，這樣，在三年級開設各門雙語課程只需輔以少量專業詞匯為基礎，而不影響正常的知識性教學進程。

篇10

【關鍵詞】塑料；材料；教學體會；教學方法

塑料材料科學是當今世界的帶頭學科之一，而高分子材料是材料領域的新秀，目前高分子材料在尖端科技、國防建設和國民經濟各領域都得到了廣泛的應用，已成為現代生活中衣、食、住、行、用各個方面所不可缺少的材料，近年來，隨著高分子材料應用領域的發展，單一的材料已不能滿足許多性能要求。塑料材料學已成為科研、技術開發和實際生產中各個環節必不可少的技術手段[1-3]。

《塑料材料學》課程是我校高分子材料加工專業最重要的核心課程之一，該課程的教學目的是希望學生通過學習掌握聚合物的化學改性、聚合物的填充改性、纖維增強改性聚合物復合材料、聚合物的共混改性及聚合物/無機納米復合材料這幾個方面的改性技術。為以后走向工作崗位，適應社會人才需求打下良好的基礎。因此，本課程在材料學科中，有著十分重要的地位。在本文中，我們首先介紹該課程的教學特點，并結合近幾年塑料材料學技術發展的新情況和我們在該課程中的教學經驗，談一談該課程的教學體會和教學方法。

1 該課程的主要特點

《塑料材料學》課程實際上是一門綜合了高分子物理、高分子化學、高分子成型加工[4-6]等基礎知識的實踐運用課程，它不僅講述了各種改性方法的基本原理，更重要的是傳授如何運用這些技術手段對已有高分子材料進行改性；可直接指導以后的生產和科研工作，促進高分子材料科學與技術的發展。因此，這是一門要求綜合運用高分子材料學科的各種知識、并要求進行實際操作的具有較強的理論聯系實踐的課程，它具有綜合性和實踐性較強，及知識前沿性的特點。

2 該課程的教學體會和教學方法

2.1 教學內容有所側重

在授課過程中，教師并非要將其內容全部灌輸給學生，而是重點突出和注重課程銜接。教學內容要符合實際生產應用及科研的需要，并結合最新改性技術技術在本專業的主要應用情況及前沿發展動向。因此，目前本課程教學主要立足于聚合物的化學改性、聚合物的填充改性、纖維增強改性聚合物復合材料、聚合物的共混改性及聚合物/無機納米復合材料這幾個方面，同時，還研究各種改性技術的基本原理及實際應用要求，選用有代表性的示例，更好地向學生傳授，以培養他們對實際生產和科研工作中存在問題的分析和處理能力。

2.2 理論聯系實際，增加實踐性教學環節

為了調動學生的學習主動性，培養高素質的創新型人才，在教學方法上采用理論聯系實際和講授與討論相結合的方式。《塑料材料學》是一門實用性較強的課程，要求結合實際問題來分析和理解理論知識，死記硬背和生搬硬套，都不利于學生對知識的理解和接受，因此，適當增設一些實踐操作課，開展實踐性教學也是教學內容中必要的部分，在教學實踐上，讓學生參與樣品的制備及儀器的實際操作，并結合課程內容來獨立分析和解決問題，是實踐性教學的目的所在。在老師的指導下，讓學生學會親自操作一些儀器，并對得到的圖譜進行解析，使學生的科研能力得到初步的培養和鍛煉。也培養了他們分析問題和解決問題的能力。

此外，還可以開設小型科研活動，結合實際問題通過一兩個系列實驗，激發學生發散思維。如提出請同學們“研究PE材料表面熱氧老化的機理”，這樣教學形式從過去單一的驗證轉變為學生自主資料查閱、交流、思考、設計實驗、制備樣品，并對材料進行綜合性能評價及結構的分析，包括利用熱分析、全反射紅外光譜技術、差譜技術及表面能譜技術等，分析在不同溫度、不同時間及有氧和無氧條件下，PE材料表面老化前后的結構變化，從而推斷其熱氧老化的機理，學生通過一系列的學習和實踐，不僅掌握了高分子材料的制備，研究的基本原理和方法，更重要的是培養他們自覺學習、獨立思考及獨立科研的能力。

2.3 靈活運用多媒體教學手段

多媒體教學是將文字、圖像、聲音等集合在一起通過課堂教學來實施的一種手段[7]，目前，用來制作課件的工具有PowerPoint Author Ware以及Flash，不僅能夠使課件圖文并茂，而且可以產生動畫效果，將枯燥乏味的理論知識直觀化和形象化[8]。這樣，一方面可以充分調動學生在整節課堂上的學習積極性和興趣；另一方面，使學生能夠更加容易地理解所講授的內容，雖然多媒體課件能夠起到很好的教學效果，但是并不能完全地替代板書。對于需要重點強調的內容以及一些重要反應式和理論公式的推導，我們必須要在課堂上進行板書，以加深學生們的印象。因為雖然塑料材料學更偏重于應用，但是其應用卻是建立在理論學習的基礎之上的，只有奠定了堅實的理論基礎，才能夠更好地開發和應用已有的改性技術。因此，我們在課堂上進行多媒體教學的同時，絕不可忽視板書所起的作用。

2.4 注重教學效果反饋，提高教學質量

建立健全配套的教學管理制度是課程建設的重要內容，它應與學校整體管理制度結合起來，在管理內容方面涉及教學質量的評估、教學質量的監控、學分制管理、考試考核以及教師的聘用、考評、獎懲等[9]。我們在講授塑料材料學試課程時，是把教學效果和教學過程的管理有機結合起來的，在嚴格教學管理的同時，充分調動教與學的積極性。目前，我們采用的方法主要是通過定期問卷調查的形式來跟蹤教學質量。有兩種問卷，一種是不記名的問卷，一般有2個問題：（1）你對該課程的學習興趣如何？提供5個答案供選擇，分別為：很“感興趣”、“比較感興趣”、“一般感興趣”、“不感興趣”和“很不感興趣”；（2）對課程講授的合理化建議。另一種是記名的問卷，有3～4個問題，內容與當節課堂講授的知識相關，并且至少有2個問題是延伸性的。通過這兩種問卷的調查，可以較好地認識教學環節中存在的不足之處，了解學生課堂學習的狀況，并進一步改進教學方法，提高教學效果。在以后的教學過程中，我們還計劃采取另外一種方法，即首先在課程講授前期提供一些塑料材料學相關的題目，然后將學生分為不同的小組，讓其選擇感興趣的題目并利用空余時間制作PPT，在課程后期派出各個小組的代表上講臺進行演講，每人講3～5min，講完后大家提問題，然后再由教師進行點評，總的時間限定在2個學時。這樣做的目的，也是想充分調動學生的學習積極性，進一步加深他們對高分子改性技術的認識和理解。

3 結論

塑料材料學課程是一門應用性較強的綜合性課程，并隨著我國材料應用領域的發展而快速發展，在高職高專院校高分子材料加工專業開設該課程以及提高其教學質量的要求愈加迫切。因此，我們需要積極地采取各種措施去適應這種新的要求，改進教學方法，提高教學質量，為高分子材料加工行業培養出優秀的專業技術人才，以推動其更加健康有序地發展。

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