導語：如何才能寫好一篇天然高分子材料的優點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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較詳細地評述了高分子材料的研究方向和應用發展方向.

關鍵詞：高分子材料 應用 現狀 發展

高分子材料（macromolecular material），以高分子化合物為基礎的材料。高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命體都可以看作是高分子的集合。

高分子材料按來源分為天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和進化的基礎。人類社會一開始就利用天然高分子材料作為生活資料和生產資料，并掌握了其加工技術。如利用蠶絲、棉、毛織成織物，用木材、棉、麻造紙等。19世紀30年代末期，進入天然高分子化學改性階段，出現半合成高分子材料。1907年出現合成高分子酚醛樹脂，標志著人類應用合成高分子材料的開始。現代，高分子材料已與金屬材料、無機非金屬材料相同，成為科學技術、經濟建設中的重要材料。

高分子材料的結構決定其性能，對結構的控制和改性，可獲得不同特性的高分子材料。高分子材料獨特的結構和易改性、易加工特點，使其具有其他材料不可比擬、不可取代的優異性能，從而廣泛用于科學技術、國防建設和國民經濟各個領域，并已成為現代社會生活中衣食住行用各個方面不可缺少的材料。很多天然材料通常是高分子材料組成的，如天然橡膠、棉花、人體器官等

目前，高分子材料的應用現狀主要有以下幾個方面：

1.傳統產品

如纖維、橡膠、塑料等等

2.高分子分離膜

高分子分離膜是用高分子材料制成的具有選擇性透過功能的半透性薄膜。采用這樣的半透性薄膜，以壓力差、溫度梯度、濃度梯度或電位差為動力，使氣體混合物、液體混合物或有機物、無機物的溶液等分離技術相比，具有省能、高效和潔凈等特點，因而被認為是支撐新技術革命的重大技術。

3.高分子磁性材料

高分子磁性材料，是人類在不斷開拓磁與高分子聚合物(合成樹脂、橡膠)的新應用領域的同時，而賦予磁與高分子的傳統應用以新的涵義和內容的材料之一。早期磁性材料源于天然磁石，以后才利用磁鐵礦(鐵氧體)燒結或鑄造成磁性體，現在工業常用的磁性材料有三種，即鐵氧體磁鐵、稀土類磁鐵和鋁鎳鈷合金磁鐵等。它們的缺點是既硬且脆，加工性差。為了克服這些缺陷，將磁粉混煉于塑料或橡膠中制成的高分子磁性材料便應運而生了。這樣制成的復合型高分子磁性材料，因具有比重輕、容易加工成尺寸精度高和復雜形狀的制品，還能與其它元件一體成型等特點，而越來越受到人們的關高分子材料。

4.光功能高分子材料

所謂光功能高分子材料，是指能夠對光進行透射、吸收、儲存、轉換的一類高分子材料。目前，這一類材料已有很多，主要包括光導材料、光記錄材料、光加工材料、光學用塑料(如塑料透鏡、接觸眼鏡等)、光轉換系統材料、光顯示用材料、光導電用材料、光合作用材料等。光功能高分子材料在整個社會材料對光的透射，可以制成品種繁多的線性光學材料，像普通的安全玻璃、各種透鏡、棱鏡等;利用高分子材料曲線傳播特性，又可以開發出非線性光學元件，此外，利用高分子材料的光化學反應，可以開發出在電子工業和印刷工業上得到廣泛使用的感光樹脂、光固化涂料及粘合劑;利用高分子材料的能量轉換特性，可制成光導電材料和光致變色材料;利用某些高分子材料的折光率隨機械應力而變化的特性，可開發出光彈材料，用于研究力結構材料內部的應力分布等。

5.高分子復合材料

高分子材料和另外不同組成、不同形狀、不同性質的物質復合粘結而成的多相材料。高分子復合材料最大優點是博各種材料之長，如高強度、質輕、耐溫、耐腐蝕、絕熱、絕緣等性質高分子結構復合材料包括兩個組分：增強劑。為具有高強度、高模量、耐溫的纖維及織物，如玻璃纖維、氮化硅晶須、硼纖維及以上纖維的織物;基體材料。主要是起粘合作用的膠粘劑，如不飽合聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺等熱固性樹脂及苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂，這種復合材料的比強度和比模量比金屬還高，是國防、尖端技術方面不可缺少的材料。

目前，我國高分子材料應在進一步開發通用高分子材料品種、提高技術水平、擴大生產以滿足市場需要的基礎上，重點發展以下方向：

1.工程塑料

全世界通用熱塑性樹脂約占97%，工程塑料的生產規模遠不如通用塑料，但因市場的需求,近年來其發展的速度則遠遠高于通用塑料,年均增長率達7%~8%。近年來工程塑料的發展方向是研究開發工程塑料高分子合金、發展超韌尼龍、超韌聚甲醛、耐應力開裂聚碳、聚苯醚和聚礬等高性能合金研究開發特種工程塑料,如聚酞亞胺。

2.復合材料

復合材料合成一種新材料使之滿足各種高要求的綜合指標。復合材料的發展可以分為4個方面。一是以玻璃纖維增強為手段,對大品種塑料進行改性研究開發新的復合工藝；二是采用高性能增強劑如碳纖維等來增強耐高溫等高性能樹脂；三是開發新型熱塑性樹脂基體如熱塑性聚酞亞胺；四是研究開發功能復合材料,如壓電材料等。

3. 液晶高分子材料

液晶聚合物是介于固體結晶和液體之間的中間狀態的聚合物 ,其分子排列的有序性雖不如固體晶體那樣有序,但也不是液體那樣的無序 ,而是具有一定的 一維或二維 有序性 ,當加工此種聚合物 ,如紡絲或注射成型時,其分子發生取向 這種分子取向一旦冷卻即被固定下來,從而具有不尋常的物理和機械性能。

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關鍵字：高分子材料；材料應用；生活應用

引 言：

材料是科學與工業技術發展的基礎。一種新材料的出現，能為社會文明帶來巨大的變化，給新技術的發展帶來劃時代的突破。材料已當之無愧的成為當代科學技術的三大支柱之一。高分子材料科學已經和金屬材料、無機非金屬材料并駕齊驅，在國際上被列為一級學科。高分子材料的功能很多，而且應用十分廣泛。

一、高分子材料的定義及特性

1. 高分子材料是以高分子化合物為基礎的材料，高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復合材料，由千百個原子彼此以共價鍵結合形成相對分子質量特別大、具有重復結構單元的有機化合物。

2.高分子材料的結構特性

高分子結構通常分為鏈結構和聚集態結構兩個部分。鏈結構是指單個高分子化合物分子的結構和形態，所以鏈結構又可分為近程和遠程結構。聚集態結構是指高聚物材料整體的內部結構，包括晶體結構、非晶態結構、取向態結構、液晶態結構等有關高聚物材料中分子的堆積情況，統稱為三級結構。

3.高分子材料按來源分類

高分子材料按來源分，可分為天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子材料包括纖維素、蛋白質、蠶絲、橡膠、淀粉等。合成高分子材料以及以高聚物為基礎的，如各種塑料，合成橡膠，合成纖維、涂料與粘接劑等。

二、生活中的高分子材料的應用

生活中的高分子材料很多，如蠶絲、棉、麻、毛、玻璃、橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復合材料等。其中塑料產量最大，主要用于包裝材料、結構材料、建筑材料以及交通運輸材料；橡膠的主要用途為制造輪胎；纖維的主要用途為衣著用料。此外結構高分子還包括工程塑料、耐高溫高分子以及液晶高分子等。

（一）、塑料

塑料是一種合成高分子材料，又可稱為高分子或巨分子，也是一般所俗稱的塑料或樹脂，是利用單體原料以合成或縮合反應聚合而成的材料，由合成樹脂及填料、增塑劑、穩定劑、劑、色料等添加劑組成的，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等品種，因為產量大、用途廣、價格低，被稱為“通用塑料”，主要用于日常生活用品、包裝材料和一般零件。它的主要成分是合成樹脂。

1. 塑料的優點：

a）易于加工、易于制造、易于成型。b）可根據需要隨意著色，或制成透明制品。c）可制做輕質高強度的產品。d）不生銹、不易腐蝕。e）不易傳熱、保溫性能好。f）既能制做導電部件，又能制作絕緣產品。塑料本身是很好的絕緣物質，目前可以說g）減震、消音性能優良，透光性好。h）產品制造成本低。

2.塑料的缺點

a）回收利用廢棄塑料時，分類十分困難，而且經濟上也不合算。

b）塑料容易燃燒，燃燒時產生有毒氣體。

c）塑料是由石油煉制的產品制成的，石油資源是有限的。

d）耐久性差，易老化。

3.塑料的應用。

塑料制品在生活中的應用十分廣泛。塑料應用按使用目的分有通用塑料、工程塑料、加纖塑料、合金塑料、降解塑料、納米塑料、功能塑料等。例如透明塑料制成整體薄板車頂。薄板車頂的新概念基于透明靈活的聚碳酸酯或硅樹脂材料，可以被永久性地塑造成單個的聚碳酸酯薄板，也可作為可折疊鉸鏈和封條。拜耳材料科技研發的原型總共配備了四個靈活的薄板部件，形成了四扇“頂窗”，每扇窗都可單獨打開和關閉。導軌用于連接薄板部件，形成一個牢固、透明的聚碳酸酯車頂外殼。一個同樣透明的管子沿車頂結構中央縱向放置，在“頂窗”打開后用來調節折疊薄板。這樣可以形成三維立體結構，組件比平坦的薄板更加牢固。同時也大大降低了單個組件的數量。

（二）、纖維素

纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。纖維素是世界上最豐富的天然有機物，占植物界碳含量的50%以上。纖維素是存在量最大的一類有機化合物。它是植物骨架和細胞的主要成分。在棉花、亞麻和一般的木材中，含量都很高。

纖維素的用途：棉麻纖維大量用于紡織；木材、稻草、麥秸、蔗渣等用于造紙；制造硝酸纖維：火棉（含N量較高，制無煙火藥）、膠棉（含N量較低，制賽璐珞和油漆）；制造醋酸纖維：不易著火，用于制膠片；制造粘膠纖維（NaOH、CS2處理后所得，長纖維稱人造絲，短纖維稱人造棉）；膳食纖維：第七種營養成分，有利于消化。

（三）、建筑涂料

建筑涂料是一種專供建筑工程裝飾用的涂料，它在涂料產品結構中是產量最大的一類品種。建筑涂料是以各種合成樹脂為主要成膜物， 添加顏料、填料、各種助劑調配而成。具有保護作用、裝飾作用或特殊作用。

下面簡要介紹幾種涂料。

1. 丙烯酸樹脂

丙烯酸樹脂是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體在引發劑的作用下，通過加聚反應生成的聚丙烯酸樹脂及與其他烯類單體如苯乙烯、乙酸乙烯等共聚生成的共聚物樹脂。

日前，在整個涂料工業中，乙烯類單體（尤其是丙烯酸酯單體）合成的樹脂涂料比例不斷增大。究其原因，首先是這類產品的原料是石油化工產品，資源豐富，價格低廉。其次是聚丙烯酸酪樹脂及其共聚物樹脂具有極好的耐光、耐候性，在戶外紫外光照射下不易分解或變黃，能長久保持原有的光澤和色澤；耐熱性好，在170℃下不分解，不變色，甚至在230℃左右或更高溫度下仍不變色；樹脂色澤淺，透明；有很好的耐酸、堿、鹽、油脂、洗滌劑等化學品的拈污及腐蝕性能；極好的柔韌性和最低的顏料反應性。聚丙烯酸釀樹脂及其共聚物樹脂與混凝土具有很好的附著性能，涂裝后，具有預防混凝土性能降低，在一定程度上能增強建筑物的防水性能，因此而成為目前建筑外用涂料及高級內用涂料的最重要的基料之一。

2.聚氨基甲酸酯樹脂

在分子結構中含有氨基甲酸酯重復鏈節的高分子化合物稱為聚氨基甲酸酯樹脂，簡稱聚氨酪。它由異氰酸酯單體和含活潑氫的化合物“逐步聚合”而成。

由于聚氨酯分子結構中存在大量的極性鍵合，以及分子間穩定的氫鍵，因此使聚氨酯涂料具有許多優異的性能，尤其是物理機械性能好，涂膜堅硬、柔韌、光亮、豐滿、耐磨、附著力強，優良的耐高、低溫性能，耐腐蝕性優異，良好的電性能，施工不受季節限制，與多種合成樹脂混灣性優良，可制備各種性能不同的涂料產品等。因此聚氨酯涂料用途非常廣泛，目前各產業部門都有其應用領域。聚氨酯涂料的不足之處主要體現在價格高和毒性大。異氰酸酷單體毒性較大，在涂料制備、施工應用時必須注意加強勞動保護，以防止中毒。

綜上所述，高分子材料業已和我們的生活息息相關。從人類進入天然高分子化學改性階段出現半合成高分子材料起，到1907年出現合成高分子酚醛樹脂，標志著人類開始應用合成高分子材料，再到現代其與金屬材料、無機非金屬材料同成為科學技術、經濟建設中的重要材料，高分子材料必將在各個領域大放光彩，并越來越擁有更重要的作用。

參考文獻：

[1].李良，生活中的高分子材料. 科學與技術 2011、10

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隨著塑料工業的快速發展，塑料產品已經廣泛應用到人們的生活當中，給人類帶來了許多的便利，與此同時，由于人們對其大量需求致使廢棄物中的塑料越來越多，這對生態環境造成了嚴重的污染。因而，現在許多科學家都在尋找新的環境友好型材料。其中生物可降解高分子材料就屬于環境友好型材料，這其中最受人們關注的就是聚乳酸（PLA），具有良好的生物降解性，在微生物作用下分解為二氧化碳和水，對環境不會造成危害。人們之所以選擇聚乳酸作為環境友好型材料來研究，是因為聚乳酸具有強度高，透明性好，生物相容性好等優點，可以應用于很多領域，包括醫用、包裝、紡織等。但是由于其結晶性能差，脆性大等缺點，使其在某些性能方面存在嚴重的不足，這就嚴重限制了聚乳酸的應用[1]。為了使聚乳酸能夠更好的應用到各個領域，研究者們對其進行表面改性，使其性能得到改善，能夠得到更好的應用。

1.生物可降解高分子材料

生物可降解高分子材料是環境友好型材料中最重要的一類。它是指在一定條件下，一定的時間內，能被細菌、真菌、霉菌、藻類等微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發生降解的一類高分子材料。由于其具有無毒、生物降解及良好的生物相容性等優點，生物降解高分子被廣泛應用于醫藥、一次性用品、農業、包裝衛生等領域。按照來源的不同，可將其分為天然可降解高分子和人工合成可降解高分子兩大類。

天然可降解高分子：有淀粉、纖維素、蛋白質等，這類高分子可以自然生長，并且降解后的產物沒有毒性，但是這類高分子大多不具備熱塑性，加工起來困難，因此不常單獨使用，只能與其它高分子材料摻混使用。

人工合成可降解高分子：有聚乳酸、聚己內酯、聚乙烯醇、聚己二酸乙二酯等。這類聚酯的主鏈大多為脂肪族結構單元，通過酯鍵相連接，主鏈比較柔軟，容易被自然界中微生物分解。與天然可降解高分子材料相比較，人工合成可降解高分子材料可以在合成時通過控制溫度等條件得到不同結構的產物，從而對材料物理性能進行調控，并且還可以通過化學或物理的方法進行改性[2]。

在以上眾多的天然可降解高分子材料和人工合成可降解高分子材料中，天然可降解高分子材料加工困難，成本高，不被人們選中，因此，人們把目光集中在了人工合成可降解高分子材料中，這其中聚乳酸具有其良好的生物相容性、生物可降解性、優異的力學強度和剛性等性能，在諸多人工合成可降解高分子材料中脫穎而出，被人們所選中。

2. 聚乳酸材料

在人工合成可降解高分子材料中，聚乳酸是近年來最受研究者們關注的一種。它是一種生物可降解的熱塑性脂肪族聚酯，是一種無毒、無刺激性，具有良好生物相容性、強度高、可塑性加工成型的生物降解高分子材料。合成聚乳酸的原料可以通過發酵玉米等糧食作物獲得，因此它的合成是一個低能耗的過程。廢棄的聚乳酸可以自行降解成二氧化碳和水，而且降解產物經光合作用后可再形成淀粉等物質，可以再次成為合成聚乳酸的原料，從而實現碳循環[3]。因此，聚乳酸是一種完全具備可持續發展特性的高分子材料，在生物可降解高分子材料中占有重要地位。迄今為止，學者們對聚乳酸的合成、性質、改性等方面進行了深入的研究。

2.1聚乳酸的合成

聚乳酸以微生物發酵產物-乳酸為單體進行化學合成的，由于乳酸是手性分子，所以有兩種立體結構。

聚乳酸的合成方法有兩種；一種是通過乳酸直接縮合；另一種是先將乳酸單體脫水環化合成丙交酯，然后丙交酯開環聚合得到聚乳酸[4]。

2.1.1直接縮合[4]

直接合成法采用高效脫水劑和催化劑使乳酸低聚物分子間脫水縮合成聚乳酸，是直接合成過程，但是縮聚反應是可逆反應，很難保證反應正向進行，因此不易得到高分子量的聚乳酸。但是工藝簡單，與開環聚合物相比具有成本優勢。因此目前仍然有大量圍繞直接合成法生產工藝的研究工作，而研究重點集中在高效催化劑的開發和催化工藝的優化上。目前通過直接聚合法已經可以制備具有較高分子量的聚乳酸，但與開環聚合相比，得到的聚乳酸分子量仍然偏低，而且分子量和分子量分布控制較難。

2.1.2丙交酯開環縮合[4]

丙交酯的開環聚合是迄今為止研究較多的一種聚乳酸合成方法。這種聚合方法很容易實現，并且制得的聚乳酸分子量很大。根據其所用的催化劑不同，有陽離子開環聚合、陰離子開環聚合和配位聚合三種形式。（1）陽離子開環聚合只有在少數極強或是碳鎓離子供體時才能夠引發，并且陽離子開環聚合多為本體聚合體系，反應溫度高，引發劑用量大，因此這種聚合方法吸引力不高；（2）陰離子開環聚合的引發劑主要為堿金屬化合物。反應速度快，活性高，可以進行溶液和本體聚合。但是這種聚合很難制備高分子量的聚乳酸；（3）配位開環聚合是目前研究最深的，也是應用最廣的。反應所用的催化劑主要為過渡金屬的氧化物和有機物，其特點為單體轉化率高，副反應少，易于制備高分子量的聚乳酸。但是開環聚合有一個缺點，所使用的催化劑有一定的毒性，所以目前尋找生物安全性高的催化劑成為配位開環聚合研究的重要方向。

2.2聚乳酸的性質

由于乳酸單體具有旋光性，因此合成的聚乳酸具有三種立體構型：左旋聚乳酸（PLLA）、右旋聚乳酸（PDLA）和消旋聚乳酸（PDLLA）。其中PLLA和PDLLA是目前最常用，也是最容易制備的。PLLA是半結晶型聚合物，具有良好的強度和剛性，但是其缺點是抗沖擊性能差，易脆性斷裂。而PDLLA是無定形的透明材料，力學性能較差[5]。

雖然聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性、優異的力學強度和阻隔性，但是聚乳酸作為材料使用時有明顯的不足之處；韌性較差并且極易彎曲變形，結晶度高，降解周期難以控制，熱穩定性差，受熱易分解，價格昂貴等。這些缺點嚴重限制了聚乳酸的應用與發展[6]。因此，針對聚乳酸樹脂原料進行改性成為聚乳酸材料在加工和應用之前必不可少的一道工序。

2.3聚乳酸的改性

針對聚乳酸的以上缺點，研究者們對其進行了增韌改性、增強改性和耐熱改性，用以改善聚乳酸的韌性和抗彎曲變形能力，提高熱穩定性，進一步增強聚乳酸材料。

2.3.1增韌改性

在常溫下聚乳酸是一種硬而脆的材料，在用于對材料要求高的領域，需要對其進行增韌改性。增韌改性主要分為共混和共聚兩種方法。但是由于共聚法在聚乳酸的聚合過程中工藝比較復雜，并且生產成本高，因此在實際工業生產中，主要用共混法來改善聚乳酸的韌性。共混法是將兩種或兩種以上的聚合物進行混合，通過聚合物各組分性能的復合達到改性目的[7]。為了拓展聚乳酸材料在工程領域的用途，研究者們常采用將聚乳酸與其它高聚物共混，這樣一方面能夠改善聚乳酸的力學性能和成型加工性能，另一方面也為獲得新型的高性能高分子共混材料提供了有效途徑。

增韌改性所用的共混法工藝比較簡便，成本相應低一些，在實際工業生產中更加實用。不過受到聚乳酸本身的硬質和高模量限制，共混法改性目前主要方向為增韌、調控親水性和降解能力。

2.3.2增強改性

聚乳酸本身為線型聚合物，分子鏈中長支鏈比較少，這就使聚乳酸材料的強度在一些場合滿足不了使用的要求。因此要對其進行增強改性，使其強度達到要求。目前主要采用了玻璃纖維增強、天然纖維增強、納米復合和填充增強等技術來對聚乳酸進行改性，用以提高聚乳酸材料的力學性能[7]。

目前，植物纖維和玻璃纖維對增強聚乳酸的力學性能效果相差不大，但是植物纖維價格低廉，并且對環境友好，因而成為對聚乳酸進行增強改性的常見材料。而填充增強引入了與聚合物基體性質完全不同的無機組分并且綜合性能提升明顯，因此受到廣泛的關注。這其中，以納米填充最有成效，填充后可以全面提升聚乳酸的熱穩定性、力學強度、氣體阻隔性、阻燃性等多種性能。此外，聚乳酸具有生物相容性和可降解的特性，因此用做人體骨骼移植、骨骼連接銷釘等醫學材料。

2.3.3耐熱改性

耐熱性差是生物降解高分子材料共有的缺點。聚乳酸的熔點比較低，因此它在高溫高剪切作用下易發生熱降解，導致分子鏈斷裂，分子量降低，成型制品性能下降。因此需要對聚乳酸進行耐熱改性，用以提高其加工性能，通常采用嚴格干燥、純化和封端基等方式提高其熱穩定性[8]。目前，添加抗氧劑是提高聚合物耐熱性的常用方法，除了采用添加改性或與其它樹脂共混改性來提高聚乳酸耐熱性，還可以通過拉伸并熱定型的方法提高聚乳酸的耐熱性，與此同時，還可以改善其聚乳酸復合材料韌性和強度。在紡織、包裝業等領域有很好的應用。

從上述幾種改性結果來看，與聚乳酸相比，改性后的聚乳酸復合材料綜合性能等方面都得到了全面的提升，在醫學、紡織、包裝業等領域都得到了很好的應用。因此，聚乳酸復合材料得到了人們的喜愛與關注，并逐漸將人們的生活與之緊緊聯系在了一起。成為國內外研究者所要研究的重點對象。

3.聚乳酸復合材料及研究進展

3.1聚乳酸復合材料

經過改性劑改性過的聚乳酸復合材料是一種新型復合材料，它是以聚乳酸為基體，在其中加入改性劑混合用各種方式復合而成的。同時它具備與聚乳酸相同的無毒、無刺激性、良好的生物相容性等性質，但是在性能方面要都優于聚乳酸。聚乳酸復合材料在柔順性、伸長率、力學、電、熱穩定性等方面都表現出了優異的性能，目前已經將其應用與醫學、農業、紡織、包裝業和組織工程等[9]領域，應用非常廣泛。

聚乳酸復合材料可以在微生物的作用下分解為二氧化碳和水，對環境不會造成任何的危害，加上其在各個方面都具有優異的性能，可以用于各個領域。因此成為了新一代的環境友好型材料被國內外的研究者們廣泛關注。目前，就聚乳酸復合材料的研究，國內外研究者們都取得了一定的成果和進展。

3.2聚乳酸復合材料研究進展

由于聚乳酸作為生物相容，可降解環境友好材料，存在著結晶速度慢、結晶度低、脆性大等缺陷，將需要與具有優異導電、導熱、力學性能，生物相容性等優點的填料復合進行填充改性[10]。這個方法成為目前國內外研究的重點。對于聚乳酸復合材料的研究以下是國內外研究者的研究進展。

盛春英[1]通過溶液共混法制備了聚乳酸/碳納米管復合物，用紅外光譜和DSC研究了復合材料的等溫結晶和非等溫結晶性能，重點研究了CNTs的種類、管徑、管長、質量分數以及聚乳酸分子量對復合物結晶性能的影響，以及等溫結晶對復合材料拉伸性能的影響。

范麗園[2]將左旋聚乳酸和納米羥基磷灰石用含有親水基團的JMXRJ改性劑，通過溶液共混法，加強兩者親水性能和結合能力。以碳纖維為增強體，制備出碳纖維增強改性PLLA基復合材料。并分析其化學結構、結晶行為、熱性能以及等溫結晶時晶球變化。

張東飛等[3]人介紹了碳納米管制備的三種方法，即石墨電弧法、化學氣相沉積法和激光蒸發法，并闡述了碳納米管導熱基本機理，對碳納米管應用于復合材料熱傳導性能進行了研究與展望。

趙媛媛[4]采用溶液超聲法，選用多壁碳納米管作為填充物，制備聚乳酸/碳納米管復合材料，并對其進行改性研究。以碳納米管化學修飾及百分含量的變化對其在PLLA基體中的分散性、形態、結晶行為、力學性能和水解行為的影響為主要研究對象。

張凱[5]通過對有效的碳納米管分布對復合材料的導電性能進行研究。并重點從形態調控角度，調節碳納米管在高分子基體中的有效分布，構建了高效的導電網絡。并從晶體排斥、相態演變、隔離的角度，設計三種不同形態的導電聚乳酸/復合材料，降低了材料的導電逾滲值。

馮江濤[6]通過采用混酸處理、表面活性劑修飾和表面接枝三種方法對對碳納米管表面進行修飾，利用溶劑蒸發法制備聚乳酸/碳納米管復合材料，采用紅外吸收光譜、拉曼光譜、偏光顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、差示掃描量熱分析儀對復合材料的表面形貌和結構進行了分析和總結。

李艷麗[7]通過混合強酸酸化與馬來酸酐接枝相結合，對碳納米管表面修飾，增強了碳納米管與聚乳酸之間的界面相互作用，獲得了碳納米管分散均勻的聚乳酸/碳納米管納米復合材料。并且研究不同條件下碳納米管對聚乳酸結晶行為的影響，發現碳納米管對聚乳酸的結晶有明顯的異相成核作用。

許孔力等[8]人通過溶液復合的方法制備聚乳酸/碳納米管復合材料，并對其力學性能和電學性能進行了詳細的研究，而且對復合材料的應用前景進行了展望。

李玉[9]通過將聚乳酸與具有優異導電、導熱、力學性能、生物相容性的碳基納米填料進行填充改性。考察了靜電紡絲參數對聚乳酸纖維的形貌影響，并且考察了不同含量的碳納米管對復合纖維形貌和結構的影響。此外，還對靜電紡絲和溶液涂膜制備工藝對復合材料性能影響。

趙學文[10]通過將碳納米粒子引入聚合物共混體系實現了復合材料的功能化與高性能化。并且他們提出一種基于反應性碳納米粒子的熱力學相容策略，有效的提高了不相容共混物的界面粘附力，增強了材料的力學性能，同時賦予了導電等功能。

Mosab Kaseem等[11]人通過熱、機械、電氣和流變性質對聚乳酸基質中碳納米管的類型、縱橫比、負載、分散狀態和排列的依賴性。對不同性能的研究表明，碳納米管添加劑可以提高聚乳酸復合材料的性能。

Mainak Majumder等[12]人通過對聚乳酸/碳納米管復合材料制備和表征方面的研究，

綜述有關碳納米管在聚乳酸基質中分散的有效參數。并且將聚乳酸與不同材料結合用來改變其性能。

Wenjing Zhang等[13]人通過溶液共混制備了一系列PLLA/碳納米管復合材料。測試了形態，機械性能和電性能。通過研究發現隨著碳納米管含量達到其滲透閾值，PLLA/碳納米管復合材料的體積電阻降低了十個數量級。通過光學顯微鏡圖像顯示了納米復合材料的球晶形態，用差示掃描量熱法（DSC）測量，其結果顯示，隨著碳納米管含量的增加，冷結晶溫度升高。

Eric D等[14]人通過研究在半結晶聚合物碳納米管復合材料中，碳納米管被視為可以影響聚合物結晶的成核劑。但是，由于碳納米管的復雜性。不同的手性，直徑，表面官能團，使用的表面活性劑和樣品制備過程可能會影響復合材料結晶。研究了半晶復合材料的結構，形態和相關應用。簡要介紹聚合物中的結晶和線性成核。使用溶液結晶方法揭示了界面結構和形態。

Kandadai等[15]人通過拉曼光譜分析表明PLLA和碳納米管之間的相互作用主要通過疏水的C-CH3官能團發生。復合材料的直流電導率隨碳納米管負載的增加而增加。導電的碳納米管增強的生物相容性聚合物復合材料可以潛在地用作新一代植入物材料，從而刺激細胞生長和通過促進物理電信號傳遞來使組織再生。

從以上國內外研究者的研究進展中，可以看到，大部分的研究者都是通過溶液共混的方法制備聚乳酸復合材料，這種方法對于國內外的研究者們來說比較簡便可靠。并且他們將制備好后的聚乳酸復合材料通過紅外光譜、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、差示掃描量熱、拉曼光譜和偏光顯微鏡等手段進行其結構和性能的觀察和分析，發現聚乳酸復合材料的性能在各個方面都有顯著的提高，并且可以應用與各個領域，應用前景非常廣闊。聚乳酸復合材料作為新一代性能全面的環境友好型材料，國內外的研究者們對聚乳酸復合材料的研究還在進行著，并且對于它的發展都有很高的期待。

4.本課題的研究思路及研究內容

4.1 研究思路

聚乳酸作為可降解生物材料，同時又具有生物相容性，力學性能好等優點。碳納米管則具有良好的生物相容性，功能性等優點。將兩種材料復合可以進一步改善聚乳酸結晶性能、力學性能、賦予其導電性。

對于聚乳酸/碳納米管復合材料的制備可以通過共混法、原位聚合及靜電紡絲法來制備，目前通常采用溶劑揮發法制備聚乳酸/碳納米管復合材料。通過拉曼光譜、電子能譜、掃描電子顯微鏡、示差掃描量熱來測定其結合能、材料表面形貌以及結晶、熔融溫度等方面進行觀察分析。

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關鍵詞：高分子化學改性 教學內容 教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.21.108

高分子材料由于具有優越的綜合性能、簡便的成型工藝和廣泛的應用領域等優點，得到了迅猛的發展。但是，高分子材料也有諸多需要克服的缺點。例如許多塑料品種性脆而不耐沖擊，有些耐熱性差而不能在高溫下使用；有些耐高溫聚合物的加工流動性差而難以成型。未經過硫化改性的橡膠幾乎沒有使用價值。諸如此類的問題，都要求對高分子聚合物進行改性。通過改性可以使聚合物的性能大幅度地提高，或者被賦予一些新的功能。其中，化學改性是一種較早出現的有效的聚合物改性方法[1-2]。《高分子化學改性》課程是高分子材料與工程專業的重要專業基礎課，具有較強的理論性和實用性。該課程重點介紹了聚合物的接枝共聚改性、嵌段共聚改性、無規共聚改性和高聚物的化學轉變等聚合物的化學改性方法。為了提高《高分子化學改性》課程的教學質量，筆者根據自己的教學實踐，分析探討了本課程的教學手段和教學方法，有以下一些體會和想法。

1 理論聯系實際

高分子化學改性是一門理論性與應用性都比較強的專業基礎課，課程內容繁雜、涉及學科眾多。在教學過程中，必須將理論知識與實際應用相結合才能提高學生的學習興趣，達到良好的教學效果。例如，在聚合物的接枝共聚改性講授中，舉例說明了高吸水性淀粉的接枝改性，淀粉是一種多羥基的高分子化合物，本身具有較強的親水性，為了提高其吸水率，可以在淀粉主鏈上接枝具有親水性基團的支鏈。利用有強親水性的支鏈和能溶脹成龐大體積的淀粉骨架相結合，把水分牢固地結合起來，以達到吸水保水的效果，從而被廣泛應用于農業、工業醫藥、環保等多個領域。通過具體的實例將理論知識與生產實踐相結合，不僅可以加深學生對理論知識的理解，還可以提高學生的專業學習興趣。

2 采用多媒體教學

多媒體教學是根據教學的對象和教學的目標特點，將現代教學媒體合理地與傳統教學手段有機組合進來進行教學的一種現代教學方式[3，4]。多媒體可以包含圖像、聲音、動畫，可以將抽象、感性的知識具體化、形象化，把呆板、單調的講解靈活化、趣味化，同時還可以加大信息量，減少板書量，在有限的時間內講授更多的知識，促使學生在上課的時候更能集中精力聽課，提高教學質量與效率。高分子化學改性是一門實用性較強的課程，它與現實生產聯系緊密。課程中的許多知識，如果教師只是采用口述的方法來講授，學生難以有直觀的了解。例如，在講述改性高分子材料的成型設備時，通過多媒體引入大量的產品實物圖片，既可以讓學生有更直觀、感性的認識，又可以提高學生的學習興趣。

3 采用互動教學

教師的主要作用在于引導學生進行積極的探索，激發學生的創新思維能力，教師傳授給學生的主要不是知識本身而是學習知識的方法。在教學過程中，教師是教的主體，學生是學的主體，教師應該通過引導和啟發學生，教會其正確的學習方法，培養學生的自主學習能力，充分發揮學生的潛能[5，6]。為了充分發揮學生學習的主動性與積極性，在高分子化學改性教學過程中積極開發學生的學習潛力，注重培養學生自主查詢、整理資料和語言表達等方面的綜合能力。在課程教學過程中注重介紹高分子改性領域的最前沿研究，讓學生選擇自己感興趣的課程內容，充分利用網絡和圖書館等資源查詢相關信息進行整理、分析，讓學生根據自己的個人情況將論成PPT形式上臺進行講述，鼓勵學生提出自己的見解，引導學生從多角度、多層面思考問題，培養學生對資料的收集能力、閱讀能力、理解能力和寫作能力，鍛煉學生的膽量，提高學生的表達能力。通過互動式的教學提高了學生學習本專業的興趣，拓寬了學生的專業知識，為以后從事本專業的研究工作奠定了堅實的基礎。

4 進行專題講座

為了加深學生對課程知識的理解及更好地將理論知識運用到實際生產中，在教學過程中，在一些重要的章節后加入專題報告。例如，在講授完接枝共聚改性的知識點后，給學生做“天然橡膠的化學接枝改性”的專題報告，講述了天然橡膠的優缺點，接枝改性的目的和接枝單體的選擇，接枝機理的探討和接枝工藝的優化，接枝共聚物的結構表征方法，并介紹了接枝共聚物的性能及應用。通過專題報告，使學生更深入地了解學習高分子化學改性的目的和解決問題的思路，掌握高分子化學改性的實驗設計過程，并會對實驗結果及數據進行分析。這一方面讓學生體會到高分子化學改性這門課的研究內容很有實際意義，引起學習的興趣，另一方面，為學生以后在科研或工作中應用高分子化學改性方法解決實際問題打下了基礎。

5 教學與科研相結合

高校教師在教學的同時，一般都承擔一些科研項目。教師通過參與科研項目，加深了對專業知識的理解，了解學科前沿，在教學活動中更能理論聯系實際，激發學生的學習熱情。同時，將科研融入教學活動中不僅可以豐富教學的內容、還可以提高學生運用所學知識分析問題和解決問題的能力。例如，在講授高聚物的接枝共聚改性時，結合“吸水天然橡膠”的課題，介紹課題的研究思路及研究內容，為了提高天然橡膠的吸水性，可以在天然橡膠主鏈上接枝親水性的單體，接枝工藝的優化，接枝高聚物的結構表征及性能測試。通過結合課題講授，可以在豐富教學內容的同時，激發學生的專業學習興趣，并開闊了學生的視野，拓展了思維。

6 結語

隨著高分子材料科學的飛速發展和各種新材料的不斷涌現，對高分子材料工程專業的學生也提出了新的要求。因此，高分子化學改性課程的教學內容、教學手段和教學方法也需要不斷改進和完善。教師在教學的過程中，可以不斷地激發學生的學習興趣，拓寬其知識，提高其綜合素質，培養其獨立分析問題和解決問題的能力，以培養更多的復合型、高素質的創新型人才。

參考文獻：

[1]黃左軍，葛建芳.高分子化學改性[M].中國石化出版社，2009.

[2]王國全，王秀芬.聚合物改性[M].中國輕工業出版社，2000.

[3]左丹英，黃年華，劉曉洪等.《高分子流變學》教學方法的探討[J].武漢紡織大學學報，2011，24（2）：79-81.

[4]喻利花.《材料近代分析方法》課程教學方法的思考[J].渤海大學學報（自然科學版），2008，29（3）：275-277.

篇5

【關鍵字】固定化微生物技術；載體材料；制備方法

固化微生物技術是20世紀70年代末發展起來的一項現代生物、環境等領域中的新興技術。該技術是運用物理或者化學等方法，將游離的細胞或酶與固態的非溶性載體相結合，將其限制于有限的空間區域內，使其不溶于水但保持活性，并可反復和連續的使用。它主要包括固定化酶技術和固定化微生物技術。

固定化微生物技術與傳統的活性污泥法相比，存在著明顯的優勢，主要體現在：（1）生產工藝連續化和自動化；（2）污泥產量少，減輕了后期處理污泥的負擔，降低工程投資成本和造價；（3）生物密度高，有利于降解有毒有害物質；（4）耐受能力強且易于回收再利用，大多數載體材料市場價格低廉；（5）固液分離效果好，可純化和保持高效菌種；（6）不會造成環境二次污染；（7）微生物被固定后，細胞內相當于一個反應器，酶系保存完整。

1 固定化載體材料

1.1 固定化材料的性能要求

固定化小球載體材料的選擇是固定化微生物技術中的關鍵步驟之一。其要求成本低廉、易于制成各種形狀、抗沖擊能力強、性質穩定、對固定的微生物無毒、在常溫下固化快、傳質性能好、壽命長、小球的基質具有通透性，單位體積的載體固定的微生物的數量多等。

1.2 固定化材料的種類

固定化材質分為三大類：（1）有機高分子載體，分為天然高分子載體材料和合成有機高分子載體材料。其中天然高分子載體材料包括瓊脂、角又萊膠、海藻酸鈉、無煙煤、卡拉膠、海藻酸鈣、葡萄糖、纖維素、明膠、膠原蛋白等，合成有機高分子載體材料包括離子交換樹脂、塑料、聚丙烯酰銨、聚乙烯醇、光硬化樹脂、聚丙烯酸凝膠等。天然高分子材料具有無毒性、傳質性好、固定化微生物密度高等特點，但是其強度低、抗微生物分解能力較差。可以通過交聯劑對其進行穩定化處理。而有機高分子材料抗微生物分解性能好、強度高、性質穩定、對微生物無毒且價格低廉，因而具有很高的利用價值。但其載體聚合物網絡的形成條件比較劇烈，對微生物活性有較大影響。（2）無機載體材料，包括多孔陶珠、紅磚碎粒、砂粒、活性炭、玻璃、硅藻土等，無機載體材料具有對微生物無毒，耐酸耐堿，壽命長，機械強度大等優點。（3）復合載體材料，是將無機載體與有機載體材料相結合，以改進材料的性能。例如Lin等[1]利用海藻酸鈣凝膠聯合包埋固定黃孢原毛平革菌和粉沫活性炭，用于降解五氯酚（PCP）。實驗表明：復合固定化體系比單獨固定化體系更加有效地降解PCP，突出了出復合載體材料的優越性。

1.3 比較固定材料性能的實驗

熊振胡等人[2]采用包埋法分別以海藻酸鈉和PVA作為固定化蛋白核小藻菌微生物的載體，將制成的小球用于城市污水的脫氮除磷試驗中，實驗表明PVA作為城市污水脫氮除磷的固定化載體更為適合。

楊雪梅，張蘭英等[3]選用硅膠、活性炭、大孔樹脂三種載體，采用物理吸附法固定蛋白酶，三種固定小球分別對含高濃度蛋白質的淀粉黃漿廢水進行水解實驗。結果表明，活性炭對蛋白酶的固定率可達到61 .95 %，大孔樹脂37 .85 % ，硅膠20 .31 %。所以活性炭對蛋白酶的固定效果最好。

2 固定化有機載體的制備方法

2.1 吸附法

吸附法是應用物理吸附或離子吸附將細胞固定在載體表面或內部，制成非水溶性小球。此方法操作簡單，對細胞的活性影響較小，但該法固定的微生物量一定，重復性和穩定性較差，同時載體與微生物的結合強度也不夠牢固，容易脫落。往往需要引入親水和疏水配位體制成載體衍生物。

2.2 包埋法

包埋法是通過沉淀作用、離子網絡作用、聚合作用或者改變溫度、PH、溶劑使細胞截留在不溶于水的多聚體化合物網絡空間中。同時也可保證底物的滲入和產物的滲出。包埋法可分為沉淀包埋法、離子網絡包埋法、高分子合成包埋法。該方法操作簡單，固定的微生物活性高，制成的小球強度高。此法已在多種廢水中做過實驗研究[4-5]。

2.3 交聯法

交聯法是使用雙功能或多功能的基團與細胞進行分子間進行交聯，連接成網狀結構。此法細胞間的結合強度高，物理和化學穩定性強，但是在交聯過程中酶的中心構造可能受到影響，且交聯劑的價格昂貴，故不常用。

2.4 共價結合法

共價結合法是利用固相支持物表面的反應基團與細胞表面功能團形成共價化學鍵，形成固定化微生物[6]。

2.5 聚集-交聯法

聚凝劑直接與細胞表面的反應基團發生反應形成聚集體，再加入一定量的交聯劑進行交聯，使彼此聯成立體網狀結構。此方法微生物濃度高，處理效果較好[6]。

2.6 無載體固定法

在形成微生物適宜的生存環境的過程中，絮凝顆粒形成，有利于微生物之間信息的的傳遞[7]，從而利用微生物之間的代謝協調作用來實現固定。該方法是一種新概念，與其他固定化方法比較，具有操作簡單，擴散阻力小，傳質效果好，固定過程中對細胞顆粒的整體活性影響較小等優勢。將在污水處理中得到廣泛的應用[8]。

以上各種制備固定化微生物的方法都有其各自的優點，目前根據實際的情況包埋與吸附法應用的最為廣泛，研究的也最多。固定化有機載體的制備主要采用包埋法。交聯法由于自身的原因沒有推廣，有待開發廉價的交聯劑。聚合-交聯法較其他單一固定化方法有巨大的潛力與優勢，必將在今后的環境保護中得到進一步的應用。無載體固定法因方法簡單在污水領域有一定的應用。

3 對固定化微生物技術的展望

近年來，固定化微生物技術以其顯著的優勢引起了人們普遍的關注。但將其從實驗室走向實際的廢水處理中還存在一定的難度，還有許多問題需要解決，主要有以下5個方面：（1）固定化微生物技術篩選的為單一的優勢菌種，具有專一性，但生活中的廢水是一個復雜的體系，單一的固定化微生物小球可能無法解決實際問題；（2）目前載體的成本較高、使用壽命短；（3）固定化載體內微生物的濃度無法精確測定，缺乏最佳控制的動力學處理法及運行管理方式；（4）對無機材料與復合材料研究不夠，主要集中在有機方面；（5）反應器的設計不合理導致的運行管理費用高。但是隨著專家學者對此項技術的不斷深入的研究，此上的各類問題將一一解決，固定化微生物技術必將在廢水、廢氣、礦物、土壤中發揮越來越重要的作用。

參考文獻：

[1]LIN J E，WANG HY，HICKEY R F. Use of coimmobilized biological systems to degrade toxic organic compounds[J].biotechnol and bioengin，1991，38：273-279.

[2]熊振湖，孔翠珍，劉青春 不同載體固定化藻菌共生系統的脫氮除磷.天津城市建設學院.2005.

[3]楊雪梅，張蘭英，張蕾，于宏兵，張玉玲.固定化酶在高濃度有機廢水處理中的應用.吉林大學學報.2005.

[4]周定，侯文華，固定化微生物在含酚廢水中的應用[J] 環境科學，1990，11（1）；2-5.

[5]葛文準，榮文輝.固定化微生物處理氨氮廢水[J].上海環境科學.1995，14（4）；10-13.

[6]陶慧敏，楊紹賓，張廣積.固定化細胞技術在礦業領域中的應用[J].2010.

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關鍵詞：化學工程 裂解

近年來，以分析裂解為主的反向工程技術發展極為迅速，其優越性在于：①可以了解橡膠制品的組成、結構以及各個體系的作用機理，從而優化配方提高制品的性能，指導新制品的研制開發；②可以分析廢舊橡膠制品的成分、結構，從而了解老化降解機理，為廢舊橡膠制品的再利用提供依據。

一、分析裂解原理

是指將樣品放在嚴格控制的環境中加熱，使之迅速裂解成易揮發的分子碎片，并用其他聯用裝置分離和鑒定這些裂解碎片，從而推斷樣品的組成、結構和性質。聯用裝置最普遍的是色譜儀和質譜儀，故分析裂解是裂解質譜和裂解色譜的總稱。

1.裂解質譜

裂解質譜即將熱裂解產生的碎片送入質譜分析儀中，由譜圖分析裂解產物。裂解質譜具有所需樣品量小、可從碎裂方式分析分子結構、可鑒定混合物等優點。故裂解質譜是最早也是最廣泛應用于合成和天然高分子結構分析的質譜技術，典型應用包括：均聚物結構的確認；異構體高分子的區別；共聚物的組成和序列分布分析；高分子混合物的分析；高分子中揮發性添加劑的鑒定及添加劑對高分子性能影響的研究和高分子的熱分解機理研究等。裂解質譜技術包括直接裂解質譜、閃蒸裂解質譜和裂解色譜質譜。

2.裂解色譜

是將試樣放在嚴格控制的條件下，經過熱裂解形成小分子碎片，而后用直接或間接方法送進氣相色譜儀中進行分離測定。不同的高分子材料有不同的特征譜圖，因此未知樣品譜圖與標準特征譜圖對照分析，即可對未知樣品進行定性、定量分析。本方法可以發揮氣相色譜法的快速、靈敏度高、分離效能高的優點，且樣品用量少，對含有復雜填充劑的硫化膠，通常可不必經過復雜的分離手續，即可直接進樣裂解分析。主要用于聚合物的鑒定、組成分析、結構表征以及降解研究等方面。高分辨裂解氣相色譜和裂解同時衍生化技術是近年分析裂解技術的重要進展，其大大推動了裂解色譜在各個領域中的應用。裂解質譜與裂解色譜相比在定性分析制品方面占有絕對優勢，但定量分析較為困難，而裂解色譜則可定量分析。綜合裂解質譜和裂解色譜各自的優點，兩種技術的聯用可對橡膠制品進行廣泛的推廣。

二、分析裂解技術的應用

橡膠制品由于相對分子質量大，難溶、難熔且難以揮發，用通常的分析技術難以分析他們的組成。分析裂解技術可以結合化學方法并與其他儀器分析法如紅外、核磁等聯用，對橡膠制品進行深入、系統的分析，是提供制品分子結構、組成信息唯一而有效的方法。

1.廢舊橡膠分析

橡膠工業發展的同時廢舊橡膠的產量也與日俱增，這不僅造成了環境污染，還浪費了大量資源，回收利用廢舊橡膠制品已成為一個重大的社會問題。

回收利用廢舊橡膠制品首先要對其組成結構給以分析。景治中等人曾用熱裂解色譜2質譜技術對硅橡膠邊角廢料及次品進行分析，確定了兩種酸堿化合物的組成，高溫橡膠的酸催化裂解產物主要是環狀化合物，室溫橡膠的酸催化裂解產物中有環狀和鏈狀兩類化合物，從而為硅橡膠廢料利用提供了理論依據。邱清華等運用裂解質譜及其他輔助技術對膠粉進行了研究，結果表明，膠粉含膠率為49161%，填料質量分數為50139%，其中炭黑質量分數為29128%，為膠粉的利用提供了理論依據。孫玉珍采用色質連用儀對氟橡膠二段硫化揮發物進行了研究，確定揮發物及組分來源，對環境保護有很重要的意義。對廢舊橡膠制品的組成結構分析，可以了解其廢舊原因，探討其廢舊機理，以便在制品的配方設計或工藝設計中加以改善，從而提高制品的使用壽命。Cardina利用分析裂解色譜技術研究了輪胎胎面膠廢舊后成粒子狀的原因是空氣粉塵對其破壞作用，但空氣粉塵對不同膠種的破壞作用不同，由此，我們可以優化耐用胎面膠配方。

2.熱解機理的研究

研究高分子的熱分解過程和熱分解機理，必須詳細了解熱分解產物的組成和分布，尤其是各種大分子量的低聚體分解產物，往往能反映高分子的初級分解過程。研究表明，熱分解不是隨機的，而是有選擇性的特征反應。大多數情況下，只有一種簡單反應導致了橡膠的熱解過程。典型的熱分解反應有：①解聚反應，最終得到單體；②支鏈取代即簡單分子的消除，還伴有分子鏈的改造；③環化至較低分子量化合物；④氫轉換，伴隨含不飽和基團的開鏈碎片的生成。烴類橡膠的熱解多數是自由基降解反應，裂解產物的形成遵循自由基降解反應的規律，因此可利用此規律幫助分析裂解產物的譜圖，也可以用分析獲得的產物結構進行自由基反應機理的研究。其他儀器剖析技術由于設備裝置原因或制樣較為困難，不便于對裂解機理進行研究。而分析裂解技術采用特殊的裝置，不需對樣品進行處理，在分析橡膠及其制品時，通過熱裂解形成的小分子碎片通常是單體、二聚體及鏈斷裂的分解產物，可用于橡膠的初級熱解機理的研究。在絕大多數情況下，使用該技術均能給出明確無誤的橡膠初級熱解產物信息，從而得到聚合物初級熱反應機理。Radhakr2ishnan，Ramarao利用裂解色譜分別討論了聚環戊二烯和聚丁二烯橡膠的裂解產物及機理。國內有關學者已研究過多種橡膠，包括CR、NR及BR等，獲得了各種橡膠的特征信息，并從理論方面討論了各種橡膠的裂解機理。黃瑋等使用裂解色譜2質譜連用儀對甲基乙烯基硅橡膠泡沫進行了研究，結果表明，輻射導致的裂解機制與熱裂解機制有相同之處，并對其裂解機理進行了討論。

3.橡膠結構的表征

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【關鍵詞】氮氣；化工設備；置換

由于氮氣作為一種惰性氣體，其化學性質穩定，一般不與任何物質發生反應，且與油、水等介質互不相溶，無毒、不易燃燒，并且來源廣泛，因此廣泛應用于氣體鉆井、井下壓裂，提高采收率、管道吹掃、裝置置換等油田項目中。作為國家高危甲類一級消防重點單位，我公司生產裝置具有高溫、高壓、高轉速、易燃、易爆、易中毒的生產特點，因此在引進氮氣裝置后，廣泛應用于遍布薩、喇、杏及海拉爾油田的深冷、淺冷、原穩等27套油氣初加工裝置，2座大型輕烴儲庫，4套集氣裝置，總長1890公里的氣、烴、油管線，氮氣用量每年都在100萬立方米以上，以保證設備正常運行及動火作業。

一、氮氣氣源

氮氣在大氣中的含量為78%，因此不需采用化學方法制取氮氣，可采用物理方法。目前主要有兩種方法，低溫分離和常溫膜分離。低溫分離采用低溫冷卻的方法將空氣冷卻到-200℃以下，以實現氮氣和氧氣的分離。該方法制取的液氮具有純度高，膨脹體積大等優點，但在常溫下儲存，運輸及使用都比較困難。常溫膜分離采用先進的高分子膜技術，在常溫條件下直接從空氣中分離出純凈氮氣。其優點是設備可車載，可移動，可現場制取，使用成本低廉，缺點是供氣量小，氮氣需求量大時需要長時間作業。由于大慶油田幅員遼闊，生產裝置分散，因此采用常溫膜分離技術為通常采取的方法。

二、常溫膜分離制氮技術原理

膜分離的核心是利用空氣中不同組分在高分子材料上的擴散速度不同而進行氣體分離的物理過程。高分子材料被制成如頭發粗細的中空纖維膜，氣體在纖維膜孔內通過，水、二氧化碳、氧氣等從膜的側面通過，排放出去。而氮氣從纖維膜的末端出來，以此得到需要的氮氣[1]。膜分離氮氣原理如下圖

三、制氮設備工作流程

制氮設備主要分為以下幾個單元。柴油機系統，為整套設備提供動力；空壓機系統，為系統提供充足空氣；空氣處理系統，對空氣進行過濾，凈化；膜組系統，將若干膜并聯在一起，對空氣進行氮氧分離。根據不同需要還有增壓系統，通過一套增壓裝置將生產出的氮氣壓縮到一定壓力輸出，以滿足要求。

四、氮氣的實際應用

據筆者得知，目前大慶油田共有4套氮氣設備，分別為井下作業，鉆井工程，試油試采，及筆者所在的天然氣公司所有，每套設備都廣泛應用于該公司的各項作業中。在井下作業，鉆井工程及試油試采公司主要應用于氣舉排液、氮氣墊測試、正壓射孔、混注氮氣壓裂、酸化、欠平衡鉆井等技術。在本人所在的天然氣公司，氮氣裝置可生產純度在95%—99.5%范圍內的氮氣，每小時產量500—700立方米，輸出壓力1.0Mpa—6.5Mpa廣泛應用于為生產裝置提供啟機前的氮氣置換，管線和閥組動火作業前的管線吹掃，以及輕烴儲罐進烴退烴時的置換作業。2010年至2012年，該設備累計出勤890天次、置換裝置180套次、置換管線516條次，累計生產氮氣404萬余立方米。

注氮已成為提高油氣采收率經濟、成熟的方法，在美國有30多個油田利用氮氣提高采收率。它不僅適用于常規油藏，也適用于稀油、稠油、海上、丘陵、深油藏、已接近枯竭的油藏或處在開發早期的油藏等，在低壓、低滲、粘土膠結等特殊油氣藏中也有獨到的作用。氣舉排液誘噴、注水井氣舉排液、壓裂酸化后的氣舉排液、油氣井井底積水或積砂恢復生產、注氣井注氮試注、原油罐封頂清罐、掃線試壓、氣井排水、作業壓井、洗井、試油等方面仍有許多應用潛力有待開發，所以氮氣技術在石油化工設備中的應用會越來越廣[2]。

五、結束語

從多年的生產實踐看來，氮氣技術作為一門新興技術，在國內油田采油工程、射孔作業，化工設備等方面的應用中只占有很小一部分，但由于安全性、可靠性、可移動制取等優點越來越得到廣泛的重視。隨著技術的更新換代及大規模普及，其生產成本將越來越低，應用也將越來越廣泛。

參考文獻

[1]汪冶平.膜制氮技術及在油氣田的應用.天然氣工業，2007，27（12）：141-143

[2]沈光林.氮氣在油田生產中的應用.特種油氣藏，2005，12（4）：100-102

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關鍵詞：化學工程；裂解？

一、關于裂解原理？

在化學工程中，裂解是指將樣品放在嚴格控制的環境中加熱，使之迅速裂解成易揮發的分子碎片，并用其他聯用裝置分離和鑒定這些裂解碎片，從而推斷樣品的組成、結構和性質。聯用裝置最普遍的是色譜儀和質譜儀，故分析裂解是裂解質譜和裂解色譜的總稱。

第一種是裂解質譜。裂解質譜即將熱裂解產生的碎片送入質譜分析儀中，由譜圖分析裂解產物。裂解質譜具有所需樣品量小、可從碎裂方式分析分子結構、可鑒定混合物等優點。故裂解質譜是最早也是最廣泛應用于合成和天然高分子結構分析的質譜技術，典型應用包括：均聚物結構的確認；異構體高分子的區別；共聚物的組成和序列分布分析；高分子混合物的分析；高分子中揮發性添加劑的鑒定及添加劑對高分子性能影響的研究和高分子的熱分解機理研究等。裂解質譜技術包括直接裂解質譜、閃蒸裂解質譜和裂解色譜質譜。

第二種是裂解色譜。裂解色譜是將試樣放在嚴格控制的條件下，經過熱裂解形成小分子碎片，而后用直接或間接方法送進氣相色譜儀中進行分離測定。不同的高分子材料有不同的特征譜圖，因此未知樣品譜圖與標準特征譜圖對照分析，即可對未知樣品進行定性、定量分析。本方法可以發揮氣相色譜法的快速、靈敏度高、分離效能高的優點，且樣品用量少，對含有復雜填充劑的硫化膠，通常可不必經過復雜的分離手續，即可直接進樣裂解分析。主要用于聚合物的鑒定、組成分析、結構表征以及降解研究等方面。高分辨裂解氣相色譜和裂解同時衍生化技術是近年分析裂解技術的重要進展，其大大推動了裂解色譜在各個領域中的應用。裂解質譜與裂解色譜相比在定性分析制品方面占有絕對優勢，但定量分析較為困難，而裂解色譜則可定量分析。綜合裂解質譜和裂解色譜各自的優點，兩種技術的聯用可對橡膠制品進行廣泛的推廣。

二、關于裂解技術在工程中的應用

橡膠制品由于相對分子質量大，難溶、難熔且難以揮發，用通常的分析技術難以分析他們的組成。分析裂解技術可以結合化學方法并與其他儀器分析法如紅外、核磁等聯用，對橡膠制品進行深入、系統的分析，是提供制品分子結構、組成信息唯一而有效的方法。

一是關于廢舊橡膠分析

橡膠工業發展的同時廢舊橡膠的產量也與日俱增，這不僅造成了環境污染，還浪費了大量資源，回收利用廢舊橡膠制品已成為一個重大的社會問題。

回收利用廢舊橡膠制品首先要對其組成結構給以分析。景治中等人曾用熱裂解色譜2質譜技術對硅橡膠邊角廢料及次品進行分析，確定了兩種酸堿化合物的組成，高溫橡膠的酸催化裂解產物主要是環狀化合物，室溫橡膠的酸催化裂解產物中有環狀和鏈狀兩類化合物，從而為硅橡膠廢料利用提供了理論依據。邱清華等運用裂解質譜及其他輔助技術對膠粉進行了研究，結果表明，膠粉含膠率為49161%，填料質量分數為50139%，其中炭黑質量分數為29128%，為膠粉的利用提供了理論依據。孫玉珍采用色質連用儀對氟橡膠二段硫化揮發物進行了研究，確定揮發物及組分來源，對環境保護有很重要的意義。對廢舊橡膠制品的組成結構分析，可以了解其廢舊原因，探討其廢舊機理，以便在制品的配方設計或工藝設計中加以改善，從而提高制品的使用壽命。Cardina利用分析裂解色譜技術研究了輪胎胎面膠廢舊后成粒子狀的原因是空氣粉塵對其破壞作用，但空氣粉塵對不同膠種的破壞作用不同，由此，我們可以優化耐用胎面膠配方。

二是關于熱解機理的研究？

典型的熱分解反應有：①解聚反應，最終得到單體；②支鏈取代即簡單分子的消除，還伴有分子鏈的改造；③環化至較低分子量化合物；④氫轉換，伴隨含不飽和基團的開鏈碎片的生成。烴類橡膠的熱解多數是自由基降解反應，裂解產物的形成遵循自由基降解反應的規律，因此可利用此規律幫助分析裂解產物的譜圖，也可以用分析獲得的產物結構進行自由基反應機理的研究。其他儀器剖析技術由于設備裝置原因或制樣較為困難，不便于對裂解機理進行研究。而分析裂解技術采用特殊的裝置，不需對樣品進行處理，在分析橡膠及其制品時，通過熱裂解形成的小分子碎片通常是單體、二聚體及鏈斷裂的分解產物，可用于橡膠的初級熱解機理的研究。在絕大多數情況下，使用該技術均能給出明確無誤的橡膠初級熱解產物信息，從而得到聚合物初熱反應機理。Radhakr2ishnan，R.alilarao利用裂解色譜分別討論了聚環戊二烯和聚丁二烯橡膠的裂解產物及機理。國內有關學者已研究過多種橡膠，包括CR、NR及BR等，獲得了各種橡膠的特征信息，并從理論方面討論了各種橡膠的裂解機理。黃瑋等使用裂解色譜2質譜連用儀對甲基乙烯基硅橡膠泡沫進行了研究，結果表明，輻射導致的裂解機制與熱裂解機制有相同之處，并對其裂解機理進行了討論。

三是關于橡膠結構的表征？

篇9

關鍵詞：緩釋藥劑；控釋藥劑；臨床應用

【中圖分類號】R283 【文獻標識碼】B 【文章編號】1672-3783(2012)08-0279-02

1 引言

藥物一般以制劑的形式用于預防、治療和診斷疾病，其有效性、安全性、合理性及精密性反映出醫藥水平，并決定藥物效果。第一代劑型指藥物經過簡單加工的供口服和外用的膏丹丸散，藥物活性較低。第二代劑型隨著給藥途徑的擴大和工業的機械化和自動化而出現的，包括片劑、注射劑、膠囊劑和氣霧劑，第二代劑型的藥物活性大大提高，現已在臨床上廣泛應用。第三代劑型利用新型藥用輔料，通過膜控技術、骨架阻滯技術及包衣技術等來控制片劑、膠囊劑的釋藥速度，從而實現定時、定速釋放，能延睦有效血藥濃度的持續時間，提高用藥的安全度和減少不良反應。

2 緩釋、控釋制劑的涵義

2.1 緩釋、控釋制劑的定義：緩釋制劑指用藥后能在較長時間內持續釋放藥物進而達到持續作用的制劑。控釋制劑指在較長時間內藥物能以一級的預定速度自動釋放，使血藥濃度長時間恒定維持在有效濃度范圍內的制劑。廣義的控釋制劑一般指控制釋放藥物的速度、方向及時間的制劑，包括靶向制劑和透皮吸收試劑等。狹義的控釋制劑指以零級或接近零級的速度在預定的時間內釋放的制劑。緩釋、控釋藥物制劑可以利用藥劑學設計獲得減慢藥物釋放速率的藥理屏障，藥物依靠自由擴散、基本骨架的生物降解或者溶蝕及滲透壓的作用突破藥理屏障，是一種長效制劑。

緩釋控釋制劑和藥物在體內濃度有關，而與給藥時間無關。可見，緩釋制劑和控釋制劑的主要區別是控釋制劑按照零級速率釋放藥物，藥劑釋放量不受時間影響，釋放速度是恒速或者接近恒速，血藥濃度平穩，峰谷波動很小。

2.2 緩釋、控釋制劑的優點：目前，提高醫療質量和制劑質量的期望促進了藥物制劑發展，緩釋、控釋制劑的開發設計也是制劑研究的一個重點課題。理想的緩釋制劑應該具備普通制劑的優點。緩釋、控釋藥物的優點一般包括給藥次數少、峰谷血藥濃度波動小、降低腸胃不良反應、釋放緩慢、降低吸收速率和安全經濟等。

3 緩釋、控釋制劑技術

3.1 釋藥類型

（1）定位釋放技術：此技術可在特定吸收部位實現藥物的吸收。即提高藥物在口腔或胃腸道適當部位的滯留時間，釋放定量藥物以達到提高局部治療的目的。如使用比重小于水并且具有高黏性的材料可使藥物在胃內滯留。而對于只能在小腸釋放的藥物則需要減少藥物在胃內的講解，使用小腸定位給藥系統可以實現定位 釋放。

（2）定時釋放技術：此技術根據患者的生理條件和病情特點，釋放需要量的藥物，獲得最佳治療效果，也稱為脈沖釋放。例如，研究某些疾病發作的時間規律和藥物時辰動力學，調節聚合物材料的溶蝕速度，進而在預定時間釋藥。目前此技術主要應用在治療晚上或清晨發作的疾病，包括高血壓、哮喘、心絞痛及風濕性關節炎等。

（3）定速釋放技術：制劑以一定速率在體內釋放藥物，基本符合零級釋放的動力學規律，口服后在一定時間內能使藥物釋放和吸收速率與體內代謝速率保持相關性。此技術可以減少服藥次數、血藥濃度波動，增加患者服藥的積極性，并利用片劑幾何形狀的改變控釋藥物的釋放，如環形骨架片、迭層擴散骨架片和雙凹形帶孔包農片等。

3.2 緩釋、控釋制劑劑型：緩釋、控釋制劑的藥物范圍應用廣泛，特別適宜于臨床藥劑。包括作用強的藥物、半衰期過短或過長藥物、頭孢類抗生素及成癮性藥物等應用于特殊醫療的藥物，其品種已囊括抗心律失常藥、激素降高血壓藥、抗生素、解熱鎮痛藥和抗組織胺藥等各方面；其類型包括骨架型緩釋制劑、包衣緩釋制劑、緩釋膜劑、微囊緩釋制劑和緩釋栓劑等。

4 研究進展

藥物迅速在作用部位達到理想有效濃度，并維持此濃度適當時間，而在機體其他部位無藥物分布或藥物濃度處于最低范疇，藥物應在治療目完成后消除，這才是一種完美的緩釋、控釋制劑。近年隨著緩釋、控釋技術的研究、開發及利用，臨床需求得到極大滿足，也為廣大患者提供了極大的便利。特別是生物制藥和醫用高分子材料等研究的不斷深入，不斷開發出來的各類新型藥物劑型有穩定儲藏、納米微粒、控時緩釋的趨勢，其藥理控制更精確，利用率更高且副作用低。現代研究考慮藥物的水溶性、油水分配系數、化學穩定性以及蛋白結合率等理化性質和生物學性質；研究生理因素的影響，包括患者疾病狀態、給藥部位、首過效應、胃腸蠕動、血流供應、藥物作用的靶器官等生理因素。

緩釋、控釋技術的研究熱點主要集中在新劑型、新材料及輔料種類、釋藥技術、新工藝等方面。

（1）緩釋、控釋新型制劑如多功能的高分子材料已廣泛應用于制劑成型及工藝過程之中。在口服固體劑型中以口腔崩解片為代表的速溶固體制劑，在口腔內遇到唾液十幾秒內迅速分解，患者不需要水也可服藥。這種新型藥劑服用方便、起效快且生物利用度高。

（2）高分子輔料在制劑成型和制作工藝過程中應用廣泛，現在各種制備緩釋制劑的輔料可達40多種，多為天然產物和其簡單提取物。

（3）定速釋放技術中用聚合樹脂制成雙氯芬酸鈉包衣緩釋片，其緩釋時間可達到10小時；用親水性高分子材料HPMC為骨架材料，制成了aspirin溶脹緩釋制劑。定位釋放技術利用固體分散技術制備了胃內漂浮劑，進而提高生物利用度；或鑒于結腸內菌落可消化殼聚糖，將藥劑制成微球或膠囊藥等。而現在研究更注重于定速、定時及定位技術三者的結合，如結腸釋藥制劑。

緩釋、控釋藥物制劑的研究范疇很廣，技術研究的進展也非常迅猛，其優點受到臨床重視。研究有效經濟安全的緩釋、控釋藥物制劑是醫藥工作者的重任。

參考文獻

[1] 朱麗芳.緩釋、控釋藥物制劑的研究進展及臨床應用[J].當代醫學,2011,17(18):26-27

[2] 王定營.緩釋、控釋藥物制劑的研究進展及臨床應用[J].吉林醫學,2008,29(5):426-428

[3] 龐惠民,鄒靄珍,張灼贊等.緩釋、控釋藥物制劑的使用現狀分析及應用進展[J].當代醫學,2012,18(17):142-143

篇10

關鍵詞：輻射交聯；水凝膠；輻照劑量；藥物緩釋

一、輻照改性的基本原理

輻照改性[1]技術是通過電子加速器或放射源產生的射線輻照物質產生自由基，自由基在不同的鏈之間結合，形成高分子網狀結構，或輻照接枝相應基團改變殼聚糖的分子結構及物理性能，從而改變水凝膠的交聯度、溶脹度和斷裂伸長率以及良好機械強等。比如，對高分子材料分別實現接枝、聚合、裂變或交聯。

輻射技術可用來聚合不飽和化合物，這意味著帶有乙烯基的水溶性高分子可以利用高能輻射轉換為水溶膠。水凝膠也可通過單官能的交聯劑經由輻射誘導交聯聚合而得，而且輻射還能交聯不含有乙烯基的水溶性高分子。這是因為在輻射通過水溶性高分子的溶液時，誘使高分子鏈上的C-H鍵均裂形成自由基。另外，水在高能輻射下產生的羥基自由基會進攻大分子鏈產生大分子自由基。大分子自由基在不同的鏈間結合最終導致鏈間形成共價鍵交聯的網絡。由于大分子自由基能易被氧化，所以高能輻射交聯一般在惰性氣體（如氮氣，氬氣）環境下反應。

二、輻射交聯與化學交聯的比較

聚合物的交聯改性是開發新材料、新工藝獲取新功能的重要途徑，通常高分子聚合物的交聯改性，除輻射交聯方法外，還可以借助于交聯劑引發聚合物接枝或交聯反應，但與輻射交聯比較，輻射法取代化學法對加工改性、產品質量的保證更為有利。其原因是：（1）化學交聯需要添加交聯劑，雜質對產品產生污染，輻照交聯產品純凈，且有輻照滅菌效果；（2）輻照交聯常溫即可發生，不需要加熱，輻照劑量決定交聯度，交聯主要發生在非晶區，具有良好的穩定性；（3）輻照交聯加工與生產加工可分開進行，不影響效果。

三、輻照實驗過程中存在的問題

（1）氣泡問題――實驗制備過程中，通過真空抽濾等方法去掉氣泡。但經過輻照后，凝膠樣品表面又產生許多氣泡，這些氣泡大大降低了凝膠的抗張程度、彈性。（2）交聯與降解問

題――輻照過程中，交聯與降解同時存在，達到一定輻照劑量時交聯占主導地位。（3）輻照環境――輻照室內的氧氣對交聯的影響很大，一般應在充氮氣的條件下進行輻照。

交聯度很低的聚合物主要是線性分子，還沒有形成一定的三維網絡結構。要使交聯度足夠大，形成具有足夠機械強度水凝膠，必須把劑量提高。如果加入少量的交聯劑，則較小的輻照劑量即可達到同樣機械強度的效果，但交聯劑含量不宜過高，否則制成的水凝膠因太脆而不適用。

四、展望

水凝膠作為一種高吸水高保水材料，可用于干旱地區的抗旱，農用薄膜、建筑中的結露防止劑、調濕劑、石油化工中的堵水調劑，原油或成品油的脫水，在礦業中的抑塵劑，食品中的保鮮劑、增稠劑，尤其是醫療中作為藥物載體、人工軟骨修復材料等等。關節軟骨損傷是導致關節疼痛的一種普遍的損傷形式，是臨床骨科常見的疾病，長期以來人們一直在尋找和研制理想的軟骨修復材料。聚乙烯醇（PVA）水凝膠除了具備一般水凝膠的性能外，特別具有毒性低、機械性能優良、含水量高和生物相容性好等優點，是一種非常有前途的人工軟骨修復材料。

此外，智能型水凝膠是一類對外界刺激能產生敏感響應的水凝膠。根據外界刺激的響應情況可分為：溫度響應性、PH響應性、光響應性、磁場響應性、壓力響應性、生物分子響應性、電場響應性水凝膠等。這類材料廣泛應用于分子器件，調光材料，生物醫學等高新技術領域。

傳統水凝膠機械性能很差，極大地限制了其在各個領域中的應用。因此近年來，人們在如何提高水凝膠機械強度等方面做了大量的工作。而化學交聯水凝膠雖然能達到一定的溶脹度、機械強度，但因為其添加了交聯劑等化學物質產生了雜質，甚至微毒性，而限制了其在醫學等領域的應用。

采用輻射交聯技術，可以制備具有適度交聯度、溶脹度和斷裂伸長率以及良好機械強度的水凝膠，可用于面膜、多功能新型敷料、外用藥物給藥系統等，為病患者減輕疼痛甚至挽回生命，創造巨大的社會效益和經濟效益。輻照改性后的水凝膠具有新穎獨特的理化性能，有望在環境保護、催化、分析、藥物緩釋等領域中發揮廣泛的用途。